复杂型面数控加工研究

1汽车模型建模

复杂型面的难点之一是型面的设计问题。复杂型面没有具体的曲面方程和表达式，无法通过传统的设计方法去获得。汽车模型一般由真实汽车等比例缩放制成，结构复杂，如果需要得到比较精确的汽车形状，需要专业的测量扫描设备。由于此次主要对复杂型面的数控加工技术进行初步研究，根据实际情况，采用一定比例的光栅图像对汽车模型进行近似处理。UG是一款功能强大的CAD/CAM/CAE一体化软件，广泛应用于航空航天、汽车、通用机械及模具等行业；依托于UG强大的曲面造型能力，对汽车模型各部件进行建模造型。

2汽车模型车身的数控加工

汽车模型，尤其是汽车覆盖件，其表面是由连续复杂曲面组成，且形状不规则，各曲面光滑过渡连接。曲面加工又是数控加工中的难点，虽然有多轴数控机床，但是三轴数控机床在企业生产中还占有相当大的比例，因此作者结合单位的FV-1000加工中心，探讨汽车模型覆盖件的数控加工方法。曲面数控加工刀具轨迹的生成是数控编程的基础和关键，目前曲面数控加工刀具轨迹生成的常用方法有等参数法、等残留高度法、等距截平面法、投影法、三坐标球形刀多面体曲面加工法和分片侧铣法。UG提供了型腔铣、等高轮廓铣和曲面轮廓加工等多种曲面加工方法，下面以UG8.0为例探讨汽车模型的数控加工技术。

2.1汽车模型车身的模拟加工

汽车覆盖件是曲面，形状复杂，无法采用手动编程，因此采用UG加工环境进行汽车模型的模拟加工和数控编程。UG加工零件一般包括创建程序、创建刀具、创建几何体和创建工序四个要素。在使用UG创建零件加工过程时，应注意以下问题：1）在创建刀具时，要根据实际加工情况选用相同的刀具，以免实际加工过程中出现切不到和过切的现象。2）在创建几何体时，要合理设置加工坐标系，为了保证后处理过程中数据的一致性和正确性，应保证工作坐标系和加工坐标系重合；根据实际情况设置毛坯大小，并且需要考虑装夹位置，防止实际加工过程中撞刀。3）UG提供了多种加工类型，并且每一种加工类型中有不同的切削方式，应根据具体情况选用合理的切削方式。UG8.0提供了平面铣、型腔铣和多轴铣三种面铣削类型，同时每一种铣削类型里又包含多种铣削方式。结合单位的三轴数控机床和加工表面，因此采用型腔铣和固定轴轮廓铣的方法进行曲面加工。汽车模型型面加工工序按粗加工、半精加工和精加工的顺序安排加工工序。粗加工主要是为了去除毛坯上大部分的余量，使毛坯在形状和尺寸上大致接近零件的成品状态，提高加工效率是粗加工工序中应考虑的最主要的问题；粗加工采用准20端铣刀，每刀深度1.5mm，步距为刀具直径的80%，余量为1mm。粗加工为了提高加工效率，采用大直径、大切削深度和大步距，造成了汽车模型型面某些小区域加工不到从而导致半精加工余量不均现象，因此半精加工前需要进行残料加工。半精加工是在粗加工的基础上进一步去除一部分余量，使零件的主要表面基本达到要求的加工精度，并保留一定的余量，为精加工做准备，这个阶段应该同时考虑加工效率和加工精度的问题；半精加工采用准20球头铣刀，每刀深度0.2mm，步距为刀具直径的20%，余量为0.25mm。精加工是为了使零件的尺寸精度、技术要求和表面质量同时达到图纸要求，这个阶段应主要考虑如何提高加工精度和表面质量问题；精加工采用准10球头铣刀，每刀深度根据型面陡峭程度分层设定，步距为刀具直径的10%，不留余量。为了提高加工效率，精加工时采用了较大直径的铣刀，型面小凹面可能存在加工不到的现象，因此在精加工之后进行清根处理。

2.2汽车模型车身的铣削加工

在UG8.0加工环境下检查加工刀路正确的情况下，通过后处理生成三轴数控机床可识别的数控程序，输入到FV-1000加工中心进行汽车模型型面加工实验。

3结论

以汽车模型型面为例，利用UG强大的曲面造型功能进行了建模和仿真加工，探讨了复杂型面的三轴数控加工过程，为后续复杂型面的数控加工研究提供了依据，也为解决中小企业复杂型面的加工问题提供了参考。加工实验表明：仿真加工所选用的加工方法和相关参数选用合理，模型表面光滑，表面质量较好。通过加工实验发现：复杂型面加工时，要想获得较好的表面质量，需要设置较小的步距和加工深度，但加工效率降低；汽车模型型面是光滑连续的曲面，且具有可变的陡峭度，表面陡峭度越小，表面加工质量越差，刀痕越明显。

作者:吕张来 单位:陕西理工学院