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復(fù)雜曲面數(shù)控加工探討論文
摘要:對(duì)復(fù)雜曲面的數(shù)控加工現(xiàn)狀、難點(diǎn)及解決這些難點(diǎn)問(wèn)題的意義作了具體介紹，首先利用CAD/CAM設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)工藝品“葫蘆”；再進(jìn)行具體工藝分析，包括如何選刀、如何確定最佳加工路線等，巧妙利用外形輪廓G73指令編寫(xiě)加工程序，錄入到機(jī)床系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)刀、程序校驗(yàn)、進(jìn)行首件試切加工；最后總結(jié)突破難點(diǎn)的成效、價(jià)值以及不足之處，應(yīng)做哪些補(bǔ)充。
關(guān)鍵詞:工藝分析;G73指令;數(shù)控加工
1工藝品“葫蘆”加工發(fā)展現(xiàn)狀
“葫蘆”制品具有極大的發(fā)展空間和潛力，代表中國(guó)民間傳統(tǒng)文化銷往世界各國(guó)，為傳播中國(guó)文化起到了重要作用�！昂J”從原始的一種盛器開(kāi)始到現(xiàn)代的民間工藝品，對(duì)其加工的工藝在不斷的創(chuàng)新和發(fā)展。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究“葫蘆”工藝?yán)碚摰膶I(yè)人員稀缺，每年發(fā)表的專業(yè)論文篇數(shù)少，至今正式出版的相關(guān)著作國(guó)內(nèi)也僅有幾部而已。絕大多數(shù)“葫蘆”工藝品的從業(yè)者是以按部就班的傳統(tǒng)方式從事工藝品制作，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)很難形成文字性的支持。高校、科研機(jī)構(gòu)申請(qǐng)國(guó)家社會(huì)科學(xué)研究的立項(xiàng)中，關(guān)于“葫蘆”手工藝制作的相關(guān)研究也沒(méi)有展開(kāi)。諸多的原因?qū)е潞J工藝方面的理論知識(shí)呈現(xiàn)出發(fā)展“單薄”的局面。傳統(tǒng)方式制作存在的問(wèn)題有：（1）樣式是由制作師傅的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)決定；（2）加工方法是以手工為主，完全取決于制作者的技術(shù)水平及經(jīng)驗(yàn)積累；（3）效率低，制約了該工藝品的創(chuàng)新及發(fā)展。而創(chuàng)新、總結(jié)是“葫蘆”制品發(fā)展的重心。本文以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，數(shù)控加工技術(shù)為技術(shù)支撐，從外形設(shè)計(jì)、加工設(shè)備、加工刀具及加工工藝方法等方面優(yōu)化處理，巧妙利用外形輪廓G73指令編寫(xiě)加工程序錄入到機(jī)床系統(tǒng)里，進(jìn)行對(duì)刀、程序校驗(yàn)、首件試切加工等作了詳細(xì)闡述，對(duì)加工難點(diǎn)的突破提出了具體的方案。
2工藝品“葫蘆”設(shè)計(jì)
針對(duì)傳統(tǒng)加工方法存在的問(wèn)題，從工人師傅自己的經(jīng)驗(yàn)為主，到采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，突破了經(jīng)驗(yàn)為主，該部分以突出現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工人經(jīng)驗(yàn)，使結(jié)構(gòu)更合理、美觀、便攜，如上、下的比例及各圓弧的半徑連接需過(guò)渡流暢，葫底大小與葫腹的比例，中頸的大小與葫腹的比例，視覺(jué)比例等進(jìn)行優(yōu)化處理。
3工藝品“葫蘆”的加工工藝分析及方法
分析圖紙，加工對(duì)象的特點(diǎn)為：（1）直徑大小相差很大，采用圖形尺寸進(jìn)行循環(huán)切削，空運(yùn)行次數(shù)多，切削時(shí)間長(zhǎng)，效率低；（2）刀具切削時(shí)，刀刃左右交替參與切削，傳統(tǒng)的左偏刀、右偏刀無(wú)法滿足連續(xù)切削，因此本文做相應(yīng)預(yù)處理。
3.1分析零件圖
結(jié)合加工表面的特點(diǎn)和數(shù)控設(shè)備的功能對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析，為了減少裝夾次數(shù)、換刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，毛坯總長(zhǎng)定為130mm，直徑40mm。選用三爪卡盤(pán)夾緊工件，選定工件右端面中心為編程原點(diǎn)，通過(guò)程序校驗(yàn)，減少空刀運(yùn)行時(shí)間，選擇X41，Z105作為循環(huán)起始點(diǎn)，以確保加工效率。
3.2確定數(shù)控加工刀具及加工路線
為了減少刀具數(shù)量和裝夾的次數(shù)，防止加工時(shí)刀具干涉影響切削面，針對(duì)要加工的材料是鋁棒、木頭等，這里用R1.5的專用圓弧車刀，可實(shí)現(xiàn)單把刀具完成全部加工及切斷工作，不需要反身裝夾和換刀，解決了傳統(tǒng)加工因?yàn)榈毒哌x擇不合理，出現(xiàn)刀具干涉工件和換刀次數(shù)過(guò)多、反身裝夾影響加工效率的現(xiàn)象.
4工藝方案及編程
4.1工藝方案
（1）粗加工分段切削，減少空刀行程，加工出近似形狀。（2）連續(xù)切削粗加工，切出曲線形狀。（3）精加工，加工出圓弧曲線。（4）拋光，用砂紙進(jìn)行打磨。
4.2車削工藝編程
刀具選擇，粗加工時(shí)可用割刀或者圓弧刃刀，精加工時(shí)用圓弧刃刀，拋光時(shí)要用砂紙打磨。按粗加工、精加工過(guò)程依次利用G73粗加工輪廓指令、G70精加工輪廓指令編寫(xiě)程序.
5加工難點(diǎn)及解決方案
�。�1）利用G73指令加工時(shí)，在程序中增加了一條單獨(dú)的退刀程序，解決了G73自動(dòng)退刀時(shí)，刀具對(duì)工件的干涉現(xiàn)象。編寫(xiě)加工程序，還要注意循環(huán)起始點(diǎn)的問(wèn)題，如果起始點(diǎn)定不準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)刀具空運(yùn)行，浪費(fèi)時(shí)間，生產(chǎn)效率就會(huì)受影響，通過(guò)試驗(yàn)，循環(huán)起始點(diǎn)應(yīng)該定在大于毛坯0.5~2mm之間。（2）對(duì)于既有遞增又有遞減的曲面圖形，用輪廓循環(huán)指令G73編制數(shù)控加工程序，關(guān)鍵點(diǎn)是這里利用R1.5圓弧車刀，與刀具半徑補(bǔ)償指令G42的完美搭配，解決了加工中刀具干涉工件產(chǎn)生的過(guò)切現(xiàn)象。而且只用一把刀具可以加工全部曲面，不需要調(diào)頭，不需要換刀，減少了換刀的次數(shù)，提高效率，解決了多次換刀、多次調(diào)頭帶來(lái)的尺寸精度、位置精度誤差等問(wèn)題。（3）由于加工越小的葫蘆需要的路徑要求也越高，走刀的總步數(shù)也要越多，參數(shù)U值的計(jì)算就尤為重要，走刀路徑太多，浪費(fèi)時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。走刀路徑太少，背吃刀量又太大，容易斷刀。為了解決這一問(wèn)題，提高精度和效率，通過(guò)多次試驗(yàn)總結(jié)，合理選擇參數(shù)。（4）由于毛坯材料在最后需要增加一道拋光工序，這道工序，主軸轉(zhuǎn)速2000r/min以上，用微細(xì)的紗布在工件上進(jìn)行打磨拋光，必須要小心、謹(jǐn)慎，這也是整個(gè)工序中最費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、最困難的問(wèn)題，也是今后改進(jìn)、創(chuàng)新的地方。
6首件試切
在零件加工中，由數(shù)控仿真軟件進(jìn)行加工。數(shù)控仿真軟件程序驗(yàn)證通過(guò)后，就可以實(shí)際加工。數(shù)控車床是采用FANUC-Oi數(shù)控系統(tǒng)，把程序作部分更改，輸入到機(jī)床存儲(chǔ)中。使用刀具補(bǔ)正設(shè)置坐標(biāo)系，利用試切法對(duì)刀，進(jìn)行機(jī)床模擬仿真加工，沒(méi)有錯(cuò)誤就可以實(shí)現(xiàn)如圖3所示的加工。通過(guò)上述設(shè)計(jì)、編程、加工后，完成零件加工全過(guò)程。
7結(jié)語(yǔ)
綜上所述，“葫蘆”制品是傳統(tǒng)和現(xiàn)代民間美術(shù)中最活躍的藝術(shù)形式之一。本文的創(chuàng)新之處是突出了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，比傳統(tǒng)的加工效率高、結(jié)構(gòu)更合理、外形更美觀。國(guó)內(nèi)的各種文化節(jié)和“葫蘆”藝術(shù)研討會(huì)后，形成文字性的文章也多是行業(yè)內(nèi)部資料，數(shù)量少、質(zhì)量低且對(duì)外不公開(kāi)。中國(guó)“葫蘆”工藝的理論研究和加工要本著總結(jié)實(shí)踐，才能有更好的發(fā)展和提高。本文對(duì)工藝品“葫蘆”的制作加工做了詳細(xì)的闡述，對(duì)參數(shù)設(shè)置也做了相應(yīng)的說(shuō)明。但還存在一些不足之處，比如缺乏“葫蘆”的后期美化、雕刻、漆藝、彩繪等工藝制作理論的研究，這是需要進(jìn)一步研究的地方。
參考文獻(xiàn):
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