3轴数控机床负角度曲面加工方法

林静财，杨金健，刘 健

（成都宏明双新科技股份有限公司，四川成都 610091）

1 引言

在模具制造中，数控加工经常出现负角度曲面（见图1），负角度曲面如果使用3轴数控机床加工，加工制造中存在加工盲区，无法达到使用标准，现从3轴数控机床使用UG NX加工负角度曲面的方法加工负角度曲面。

图1 负角度曲面

2 加工负角度曲面的几种方法

（1）采用3轴数控铣床配合夹具加工。3轴数控铣床只具有3个正交移动轴（X、Y、Z轴），在使用UG NX等高加工和区域铣削情况下，铣削时存在加工盲区（见图2），要加工负角度曲面需设计专用工装夹具二次装夹来针对负角度曲面进行铣削。

图2 加工盲区

（2）采用电火花机床（EDM）加工。电火花加工，使用工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。

（3）采用5轴数控机床加工。5轴数控机床具有X、Y、Z 3个移动轴和任意两个旋转轴，相对于传统的3轴加工中心，5轴加工中心的5轴联动技术在加工几何形状比较复杂的工件时，刀具能够在5个自由度上进行定位和操作。采用5轴加工中心能快速有效的对负角度曲面进行加工。5轴加工中心加工的工件都具有曲面程度高，通过一次装夹难以加工成型的特点，因此5轴机床可以不改变工件在机床上的位置，对工件的不同侧面进行加工，大大提高异形曲面零件的加工效率及质量。

（4）3轴数控机床使用UG NX中曲面铣削进行加工。

UG NX曲面铣削是采用面投影的方式，是假想一处光源将加工曲面投影在设置体上，而产生刀路，从而加工负角度曲面达到要求。

3 3轴数控机床使用UG NX中使用曲面铣削加工负角度曲面方法

3.1 创建刀具

使用3轴数控机床加工负角度曲面，需要采用圆角盘铣刀，可按需要调节刀具大小，图3为创建刀具页面，图4为本文加工所使用刀具参数。使用UG NX加工编程加工负角度曲面对刀具使用具有共用性，即一种规格刀具可铣削多种角度的负角度曲面。

图3 创建刀具页面

图4 刀具参数

3.2 创建投影体

投影体大小是决定铣削时刀路走向、高低及铣削区域位置的重要参数（见图5）。在生成刀具路径后可通过调整投影体大小来更改、优化刀具路径。

图5 投影体

3.3 创建铣削曲面数控程序

（1）进入UG NX加工界面，创建曲面区域轮廓铣削工序（见图6）。

（2）设置检查体：检查体是防止数控加工中程序出现过切，造成工件报废而设置的保护措施（见图6）。

（3）选择铣削区域：选择指定部件，直接选择需要铣削的负角度曲面（见图6）。

（4）选择驱动方法：曲面驱动； 投影矢量：朝向驱动体（见图6）。

（5）编辑驱动方法:指定驱动几何体（即创建的投影体见图5）及铣削方向、步距等（见图7）。

图6 创建轮廓铣工序

图7 创建铣削方向及步距

（6）设置切削参数及非切削移动参数。

（7）生成刀具路径（见图8），生成刀具路劲后通过调整投影体来调整刀具路径达到工件要求。

图8 生成刀具路径

（8）程序3D仿真：通过3D仿真程序检查铣削过程中是否存在过切、撞刀及铣削余量过大问题，及铣削后负角度曲面是否铣削到位（见图9）。

（9）后处理生成NC加工程序（见图10）。

图9 3D仿真后铣削成型后效果

图10 生成的NC后处理程序

4 总结

通过实践并结合众多中小企业未配备电火花机床（EDM）及5轴数控机床的情况，特制作出各种加工机床优缺点对比表，如表1所示。

表1 加工负角度曲面对比表

对比表中数据得出：在实际加工应用中，NG NX曲面加工解决了3轴数控机床在加工负角度曲面需要特制夹具的问题，经过优化加工程序使数控机床能更快捷的达到工件要求，减少了加工制造中的加工时间，减少了由于二次装夹而产生的精度丢失情况，节约了加工成本，缩短生产周期。