【編者按】多維曲面零件是切削加T的一個難點葫督，除了要求應用多軸機床之外，多軸編程技術是其中的關鍵板惑，合理地設置加工刀路是零件表面精度及尺寸精度的重要保證橄镜。本文以人的頭像加工為例，論述和分析了五軸切削對多維曲面零件加工的實際應用洒放。頭像是多軸數(shù)控加工一類典型的產品，具體見圖1所示滨砍，針對該產品曲面多而復雜往湿，表面質量、尺寸精度要求高等特點惋戏，在加工工藝上采用三軸加工開粗领追、五軸聯(lián)動精加工相結合，配合程序優(yōu)化的思路响逢，來提高產品的加工質量和加工效率绒窑。

　　1 頭像加工工藝分析

　　1.1 模型分析

　　本次試做工件的材料為硬鋁。頭像的主要尺寸為：最大的直徑為?100mm舔亭。最小圓角半徑為0.6mm些膨，人像的圓柱形輪廓尺寸100mm×100mm。

　　由于頭像本身屬于復雜曲面零件巧焕，同時設計要求精度達到IT7捅冈，表面光潔度達Ra1.6耍缩。其面部結構比較復雜，在耳朵舌多、眼睛交印、嘴巴附近有多個小曲面，曲面的最小寬度只有1-2mm盘秕，這對刀具的要求很高丘梭，這種曲面只能采用直徑1mm的刀具。由于刀具直徑小抢熟，為了避免斷刀或粘刀柄叹。在實際加工過程中要求切削深度不能太大，采用少切削量呜唁，高轉速加工哪蒙，同時進給速度不能過快。

　　1.2加工工藝分析

　　在刀路編制過程中為了使刀路更加流暢导盅，選用三軸加丁進行零件的粗加工较幌，精加工則選擇五軸聯(lián)動的加工方法，使切削過程更加連續(xù)白翻，減少抬刀次數(shù)乍炉。保證加工質量。

　　由于粗加工采用三軸的加工方法滤馍。因此需先分析零件在加工方向上的刀具干涉問題岛琼。其中采用UG軟件的模具分析功能：通過各個方向的分析可見，每個方向都存在刀具干涉的問題巢株，但通過對各個方向的輪流加工槐瑞，可以避免刀具干涉的問題解決，也就是說當采用五個方向加下的話阁苞，可以將該人像零件的整個輪廓都可以粗加工到位困檩。

　　因此確定頭像的粗加工流程：采用五面加工。即為前側面、后側面、左側面丧叽、右側面和頂面的五個面加工。

　　1.3 加工的設計過程：

　　1.3.1 建立加工所徭要的模型.包括產品設計摊咨、準備坯料和CAD文件。

　　1.3.2設計加工所需要的數(shù)據(jù)及加T操作環(huán)境热跨，包括選擇加工機床(選用五軸機床)氏长、加工坐標系(五軸機床，包括3個移動軸和2個轉動軸)悍暴、設計夾具论燎，挑選加工刀具(平底刀丹仅，球頭月)、設定加工參數(shù)褥甜、加工方法(采用曲面加工)等贺壮。

　　1.3.3加工程序設計(設計加工方式)，刀具路徑設計產生加工刀具路徑數(shù)據(jù)拯骤，后處理程序(經(jīng)由后處理程序進行加T參數(shù)的轉移)大愁，NC—CODE(輸出五軸機床及控制器所需的機器碼并進行加工過程)。

　　2 頭像的程序編制

　　2.1 整體加工刀路規(guī)劃和裝夾

　　五軸數(shù)控粗加工時婚蛮。首先以頭像的底面為裝夾面.對頭像依此繞C軸旋轉90度加工4個側面乎壮，4個側面加工完工后再繞A軸旋轉90度加工頂面。人像面部的精加工分2步走例获，先用4軸加工方式進行半精加工汉额，再進一步五軸加工方式精加工頭像頂面與面部上的小曲面(耳朵，眼睛榨汤，嘴巴)蠕搜，以保證整個加工質量及表面精度。

　　2.2 刀路編制過程

　　2.2.1五面粗加工刀路設計(左側面收壕，右側面妓灌，前側面，后側面蜜宪，頂面)

　　選擇加工方式：制造模塊→mill→contour→'cavity_mill→生成虫埂。

　　設置刀具參數(shù)：選擇直徑為10mm瑚的平底刀，進給率設置為踟800mm/mian圃验，z軸進給率為400mm/min掉伏，提刀速率為3000mm/min，主軸轉速為500r/min澳窑。

　　設置加工參數(shù)：參考高度(即安全離度)為5mm斧散，下刀位，為3mm祝遗，留余量0.3mm沉卷。

　　設置粗加工參數(shù)：步進值為刀具半徑50%准贯，每層切深為0.35mm说拾，切削層深度為-36mm。逆銑掘防，選擇沿外形下刀蝗广，斜角5度。切削走刀方式設定為跟隨工件窿茧。

　　形成刀路如圖所示音族。

　　a)右側面救加丁刀路設計(刀軸為+X)

　　其他側面的刀路則通過更改機床的刀軸方向光蜀。更新刀路生成

　　b)左側面粗加工刀路設計(刀軸為-X)

　　c)前側面粗加工刀路設計(刀軸為+Y)

　　d)后側面栩加工刀路設計(刀軸為-Y)

　　e)頂面刀具路徑設計(刀軸為+Z)

　　2.2.2 半精加工刀路設計

　　選擇加工方式：制透摸塊→miu mulii -axis→rerinhle_canlour→選擇裂動面→生成。

　　設置刀具參數(shù)：選擇直徑為4r2的球頭刀宇团，進給率為300mm/min估态，軸進給率為150mm/min，提刀速率為3000/mm/min纺倍，主軸轉逮為7000r/min嗡身。

　　設置曲面加工參數(shù)：參考高度(即安全高度〕為5mm，下刀位置為3mm讲仰。

　　設置粗加工參數(shù)：步進值為殘余波峰高度0.005mm慕趴。刀軸方向相對于驅動面，逆銑鄙陡。進刀方式：采用固定的間隙逼近冕房。半徑為3mm的隴弧入刀。與切削方向平行趁矾。切削創(chuàng)走刀方式設定為螺旋線耙册，雙向走方。

　　2.2.3 精加工刀路設計:

　　選擇加工方式：制選模塊→mill→contour→cavity_mill→生成愈魏。

　　設置刀具參數(shù)：選抒直徑為4r2的球頭刀觅玻，進給率籠為300mm/min，主軸進給率為150mm/min培漏，提刀速率為3000mm/min溪厘，主軸轉迷為7000mm/min。

　　設置曲面加工參數(shù)：參考高度(即安全高度〕為5mm牌柄，下刀位置為3mm畸悬。

　　設置粗加工參數(shù):步進值為刀具半徑5mm,每層切探為0.05mm

　　設置粗加工參數(shù)：步進值為刀具半徑的50%，每層切深為0.05mm粥蜘。切削層深度為-10mm蒂拯，逆銑，選擇沿外形下刀渔缅，斜角5度任肯。切削走刀方式設定為跟隨工件。
　　2.2.4 局部精修刀路設計:

　　分兩步加工:首先是雙眼與嘴巴演湘，然后是耳朵绿窿。

　　a)眼口部分加工，報據(jù)與頭像相似的外輪廓窃裙，新建一個球頭的圖柱體作為精加工的驅動面(7)纹轩，可以使刀軸更好的與頭像輪廓接觸。加工更加到位。

　　選擇加工方式：制造摸塊→mill_multi-axis→vareable_contaur→選擇驅動面→生成

　　設置刀具參數(shù)：選擇直徑為4r0.5的球頭缅科，進給率設置為200mm/min宗商，Z軸進給率為100mm/min，提刀速率為3000mm/min耗跛，上軸轉速為8000r/min裕照。

　　設置曲面加工參數(shù)：參考高度(即安全高度)為5mm,下刀位置為3mm。

　　設置精加工參數(shù)：步進值殘余波峰高度0.005mm调塌。曲面百分比為30-80牍氛，步長為10-40軸方向為相對千馭動面，順銑烟阐，選擇進刀方式：遙近方式采用固定的間隙搬俊。選擇半徑為3mm的圓弧入刀，與切削方向平行蜒茄。切削走刀方式設定為平行線唉擂，雙向走刀。

　　b)右耳部分加工：報據(jù)耳朵的實際輪廓檀葛，在不產生刀具干涉問題的方向上建立新的工件坐標系玩祟。然后以該坐標系進行刀具路徑編制。

　　選擇加工方式：制透摸塊→mill_contour→contour→選擇加工曲面→生成屿聋。

　　設置刀具參數(shù)：選抒直徑為1r0.5的球頭刀空扎，進給率為200mm/min，Z軸進給率為100mm/min润讥，提刀速率為3000mm/min碎师，主軸轉迷為8000mm/min。

　　設置曲面加工參數(shù)：參考高度(即安全高度〕為5mm跛脾，下刀位置為3mm批贴。

　　設置粗加工參數(shù)：步進值為0.01mm,選擇為0.005mm。切削層深度為-36mm癣跟。刀軸方向為相對于驅動面用噪。順銑，選擇進刀方式：手工半徑3mm圓弧入刀景顷，與切削方向平行誓籽。切削走刀方式設定為跟隨工件，雙向走刀强男。

　　左耳刀具路徑采用變換鏡像復制的方式生成.

　　3 產品效果分析

　　根據(jù)以上刀具路徑進行編程洪业，加下出以下頭像產品，加工時間約為120min肤币，精度達到IT7 ,表面粗糙度為Ra1.6

　　通過對頭像多軸數(shù)控加工方法及工藝的研究裂更，表明采用CAD設計和CNC數(shù)控加工的制造方式，可加工多曲面夏哭，蘭軸加工中存在刀具干涉的零件检柬，并且可以保證較高的質量、精度竖配。同時多軸零件的加工應充分考慮加工的特點何址，進行合理的加工刀路設置，并采用三軸方式粗加工进胯，五軸方式精加工的工藝方案來提高零件的加工效率用爪。

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