一. 在機械加工行業(yè)中籽懦，大型雕塑曲面零件的加工财骨，多采用傳統(tǒng)的“砂型鑄造→手工鏟磨→立體樣板檢查”的工藝方法加工肋拔，由于立體樣板制造精度較低以及其幾何變形的影響锈津，使該類曲面零件的加工精度難以提高。隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)在機械加工行業(yè)的日益普及凉蜂，逐步給機械加工行業(yè)帶來了革命性的進步琼梆，而且隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，使CAD/CAM技術(shù)有了長足的進步窿吩，出現(xiàn)了五軸聯(lián)動數(shù)控鏜銑床和一些優(yōu)秀的CAD/CAM軟件茎杂，其中SDRC/CAMAND軟件在五軸聯(lián)動數(shù)控加工編程方面比較靈活。

　　目前對大型雕塑曲面零件的加工瘫篮，以采用大直徑面銑刀沿曲面參數(shù)線方向進行加工為最佳加工方式扯连，這種加工方式具有加工精度和加工效率高，零件表面質(zhì)量較好以及刀具切削狀態(tài)優(yōu)等特點唆皇。

　　二梨浑、 雕塑曲面的三維造型技術(shù)

　　為了完成對曲面的數(shù)控加工編程，首先需要在計算機上造型出曲面的三維模型吨肆。雕塑曲面的設(shè)計數(shù)據(jù)通常以點陣數(shù)據(jù)描述迂儡，而曲面點陣數(shù)據(jù)的來源主要有兩種方式：一種是通過設(shè)計手段，由設(shè)計人員根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計理論肮渣，通過計算得到這種點陣數(shù)據(jù)饮噪，其又常常是按一定規(guī)則有規(guī)律給出，三維造型相對容易距肯；另一種是通過對手工制作的木模原型或者實物膏姨，采用三維測量儀器測量得到曲面的點云數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)點陣分布沒有準確的規(guī)律，曲面三維造型相對較難橙喘。所以时鸵，根據(jù)曲面原始數(shù)據(jù)點陣的不同情況，雕塑曲面的三維造型可分為規(guī)則點陣的曲面造型和不規(guī)則點陣的曲面造型厅瞎。

　　1．規(guī)則點陣雕塑曲面的三維造型

　　規(guī)則點陣雕塑曲面是指曲面點陣數(shù)據(jù)嚴格按照一定規(guī)律給出饰潜。通常，曲面數(shù)據(jù)點陣分為若干條參數(shù)樣條線節(jié)點數(shù)據(jù)和簸，三維造型則采用NURBS曲面造型來完成所需雕塑曲面彭雾。下面描述在SDRC/CAMAND軟件中的造型步驟。

　∷！（1）把雕塑曲面原始點陣數(shù)據(jù)用“Pointset”功能生成點集（Pointset）薯酝，注意應(yīng)該按照每個參數(shù)樣條生成獨立的點集。

　∷狻（2）利用“B-Spline”功能吴菠，選擇使用“Thru Points”和“Non-uniform”參數(shù)，然后直接選取所對應(yīng)的各樣條點集浩村，生成構(gòu)造曲面所有的參數(shù)樣條做葵。

　　（3）采用“Modeling”的“Surface”功能心墅，執(zhí)行“Lofted Surface”子功能翠墩，按一定順序選擇每條樣條曲線后，點擊確認毯创，生成該雕塑曲面毫例。

　　2．點云數(shù)據(jù)雕塑曲面的三維造型

　　點云曲面數(shù)據(jù)是指曲面點陣數(shù)據(jù)不是精確地按照一定規(guī)律給出谒酌，無法先生成出樣條曲線后苫七，再造型曲面來得到較好的此類雕塑曲面模型。因此只有采用“點云數(shù)據(jù)造型曲面”功能遮结，而在CAMAND中還沒有類似功能尼送，實踐中我們借助I-DEAS中的“Fit Points to Surface”功能，把點云生成曲面曾负，然后在I-DEAS軟件中轉(zhuǎn)換為CAMAND文件格式鸭荡，以其作為數(shù)控編程用模型。

　　三往蝉、大型雕塑曲面數(shù)控加工工藝的設(shè)計

　　在實際生產(chǎn)制造中稻猜，要實現(xiàn)對大型雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動數(shù)控加工，首先應(yīng)解決曲面零件的裝夾找正方案堡扣，考慮如何確定工件零點坦康、對刀點、加工用刀具方案以及詳細的加工順序等。

　　1．大型雕塑曲面數(shù)控加工的裝夾找正原則

　　對于一般大型雕塑曲面零件來說滞欠，其裝夾找正有一定的規(guī)律可循古胆，所以經(jīng)過分析，大型雕塑曲面可以分為兩大類筛璧，其裝夾找正原則如下逸绎。
如果雕塑曲面零件上有平面、圓柱面等特征基準面夭谤，則采用該平面的等特征面作為裝夾找正基準棺牧，這樣可簡化找正過程，提高裝夾找正效率朗儒，保證曲面找正精度陨帆。

　　如果雕塑曲面全部由雕塑曲面組成，沒有確定的基準采蚀，那么一般在曲面零件上鑄造或焊接上找正平面塊疲牵、銷孔或基準銷等輔助找正基準，利用大型曲面的三維測量技術(shù)手段榆鼠，以及利用計算機軟件適配技術(shù)得到毛坯余量分布情況岭复，來指導雕塑曲面零件的找正。

　　當然规倚，這兩種方式是以首先確定大型雕塑曲面零件的基準河美，而后數(shù)控加工程序以找正基準進行加工為指導思想。如今评贫，有的廠家也有另一種工藝方式殊划。對于無確定基準的大型雕塑曲面，將其直接自由放置在機床工作臺上枕调，裝夾可靠后對曲面按一定網(wǎng)格分布進行測點登徐，然后將測點數(shù)據(jù)再處理，找出曲面在自由空間的位置關(guān)系堪锌，確保曲面的加工余量哟笨，調(diào)整加工坐標系，對數(shù)控加工程序進行轉(zhuǎn)換肺疾，最后再返回機床完成對此零件的加工母逸。這種工藝方式，最大的優(yōu)點在于無需確定的基準進行裝夾找正届慈，零件自由放置徒溪。但從另一方面來說，這種工藝方式金顿，增加了機床加工輔助時間臊泌，處理的數(shù)據(jù)較多牵舱，也給生產(chǎn)組織帶來了困難。

　　2．大型雕塑曲面零件的數(shù)控加工刀具選擇

　　對于大型雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動數(shù)控加工用刀具缺虐，以采用大直徑面銑刀加工為佳芜壁。目前比較著名的刀具制造商有Sandvik、Ingersoll高氮、Kennametal慧妄、Seco等，其中Sandvik的CoroMill 200系列圓刀片面銑刀剪芍，特別適合雕塑曲面零件的半精加工和精加工塞淹；Kennametal公司的220/221系列刀具具有耐沖擊和剛性好等優(yōu)點，適合粗加工快速大吃刀量加工罪裹。選擇刀具的直徑應(yīng)根據(jù)雕塑曲面零件的曲率大小來確定饱普，原則是刀具半徑應(yīng)該小于雕塑曲面凹曲面的最小曲率半徑，但也不宜太小茶踪，否則將使加工效率降低杉源。對于曲率半徑變化太大的雕塑曲面零件，也可以把整個零件劃分成不同區(qū)域教叽，選擇不同直徑的刀具墙哲，以提高加工效率。

　　四嘶忘、五軸數(shù)控加工刀位計算和仿真

　　雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動數(shù)控加工刀位計算方式在CAMAND軟件中有INTERP（插值）氏石、NORMAL（法向）、TILT（傾斜）和TANGTO（切向）等多種方式躁银，但對于大型雕塑曲面零件愿航，最常用的是以TILT方式來加工，這種加工方式加工時的刀具軸和切削點曲面法矢成一定的前后傾角（Lead/Lag Angle）或側(cè)傾角（Right/Left Angle）蔑辽。

　　1．五軸聯(lián)動數(shù)控加工刀位計算

　　在CAMAND軟件中身音，用TILT方式加工雕塑曲面零件，其刀位計算過程：首先選擇“Numerical Control”的“Flowline Surfaces”功能松招，“Flowline Surfaces”這種加工方式實際上就是沿曲面的參數(shù)線方向加工呵扛；其次設(shè)定刀位名稱（可用“New” 或“Rename”功能）每庆，選擇加工坐標系和起刀點筐带，再輸入相應(yīng)的刀具參數(shù)（刀具直徑、刀具長度缤灵、切削刃形狀尺寸伦籍、切削參數(shù)等），設(shè)置好進出刀參數(shù)腮出，選擇干涉檢查曲面及設(shè)定參數(shù)后帖鸦，再點擊刀位計算功能，選擇加工曲面并定義切削方向以及刀軸控制方式TILT方式，一般設(shè)置加前傾角作儿，即沿切削方向前傾一個2～10°的角度洛二；最后完成該曲面的五軸聯(lián)動加工刀位計算。

　　2．切削仿真和機床仿真

　　對于大型雕塑曲面零件攻锰，由于毛坯造價高晾嘶，而且為了機床、刀具和工裝的安全娶吞，在五軸聯(lián)動數(shù)控加工刀位計算完成后垒迂，必須進行切削仿真和機床仿真，檢查刀位的正確性肖糖，最后得到的加工程序能用于實際生產(chǎn)制造笨拯。在CAMAND軟件中，有一套簡單的切削檢查和機床仿真睹蜈，可滿足普通仿真要求讶粹。如果需要更精確地仿真工具，則應(yīng)采用更專業(yè)的CGTech公司的Vericut軟件牲课。該軟件不但可進行切削仿真和機床仿真辐轧，而且還有可以優(yōu)化刀位軌跡等特點。在這里僅簡單描述在CAMAND軟件中的仿真晋鼓。

　　對于五軸刀位的切削仿真鬼涂，可檢查和修正刀具在前序五軸刀位計算中的過切現(xiàn)象。一般摘链，首先把被加工面渲染著色羔仅，然后用“Simulation”功能對刀位逐步模擬并檢查刀具的干涉情況，若有過切和碰撞發(fā)生岗努，就必須重新計算或修改刀位沉桌。對于機床仿真，我們主要檢查NC銑頭（大型五軸龍門鏜銑床多是兩軸NC銑頭方式）與工件算吩、夾具的干涉情況留凭，因此，可以根據(jù)實際機床NC銑頭形狀及尺寸建立NC銑頭的三維模型偎巢，然后利用“Simulation”功能再加上NC銑頭進行機床仿真蔼夜，可以檢查出NC銑頭、刀具與夾具压昼、工件的干涉情況求冷。

　　五、五軸刀位的后置處理

　　在完成曲面的五軸聯(lián)動加工刀位計算后窍霞，還需通過后置處理技術(shù)來完成中間刀位文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控機床能識別的G代碼程序匠题。在CAMAND中的刀位文件是以刀尖點坐標和刀軸矢量給出拯坟，那么后置處理就必須把刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成X、Y韭山、Z郁季、B、C坐標值腻危。根據(jù)特定機床的數(shù)控系統(tǒng)和機床參數(shù)（如各坐標軸行程钓赛，最大進給速度、轉(zhuǎn)速等）設(shè)計后置處理器渠盅，然后利用CAMAND的Main NC 中的后置處理功能勃说，把五軸刀位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為機床數(shù)控系統(tǒng)可執(zhí)行的G代碼程序。

　　六供辰、結(jié)束語

　　大型雕塑曲面零件的五軸聯(lián)動加工技術(shù)可以有效解決這類零件加工精度和加工效率之間的矛盾痒塞，這種技術(shù)涉及到計算機輔助三維曲面造型，計算機輔助制造及機械加工工藝技術(shù)等多學科綜合技術(shù)梢苍。筆者將研究得到的技術(shù)成果實際應(yīng)用到大型水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的五軸聯(lián)動加工中洪磕，取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟效益，大大增強了我公司市場競爭力诲有。

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