复杂曲面数控加工的若干基础技术

彭磊

摘 要：随着我国工业的不断发展，许多大型覆盖件模具的应用变得越来越普遍，而大型覆盖件模具最为显著的一个特征就是其具有复杂曲面，要想实现对这些复杂曲面的加工，难度往往较大。当前在对于复杂曲面进行加工的过程中，大都是采用数控加工技术，通过对数控加工技术的应用能够使得复杂曲面的加工质量得到较好的保证，而且也能够保证复杂曲面加工的效率。所以在本文的研究中，主要就复杂曲面数控加工的若干基础技术进行了相应的研究。

关键词：复杂曲面；数控加工；基础技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.049

0 前言

复杂全面加工在航空航天、造船、汽车以及模具等领域有着非常广泛的应用，而传统的复杂曲面加工更多的是依赖于手工方式进行制造，而在数控机床出现之后，通过对数控机床加以应用，能够有效地提高复杂曲面的加工质量以及加工效率。在对于数控机床加以应用的过程中，需要注重相应的基础技术，只有合理的对于数控加工的基础技术加以应用，才能够保证复杂曲面的加工质量。因此对于复杂曲面数控加工的基础技术进行研究有着非常重要的意义。

1 复杂曲面数控加工所存在的主要问题

1.1 复杂曲面定位问题

对于柔性、小批量的制造而言，工件定位已经成为了制造技术的一个重要瓶颈，因为在对于工件进行调整、重新装夹和尺寸在线检测往往都需要消耗大量的资金。而传统的工件装夹是采用机械夹具和量规。但是如果给定了典型加工工件的精度要求，往往就需要对于全新的专用夹具进行设计和制作，从而会消耗更多的资金。对于复杂曲面而言，其参考点往往更加难以识别，所以如果利用传统的方法将无法有效地进行曲面定位，而曲面定位又是复杂曲面数控加工的一个重要基础和前提。所以复杂曲面定位问题是当前复杂曲面数控加工所面临的一个重要问题。

1.2 复杂曲面的粗加工问题

在对于复杂曲面进行加工的过程中，往往需要先进行粗加工，而粗加工常用的方法就是型面加工，但是在进行粗加工的过程中，十分容易受到毛坯的影响。因为毛坯曲面各处的变形量往往是不均匀的，所以在粗加工的過程中常常会存在大量的空走刀现象，从而使得切削的效率大大降低。所以在对于复杂曲面进行粗加工的过程中，粗加工的质量不能够得到有效保证是一个非常重要的问题，不仅仅造成了严重的资源浪费，同时还不利于后期加工活动的开展，所以必须要注重控制复杂曲面粗加工过程中空走刀的问题。

1.3 机床数控技术有待完善

当前在对于复杂曲面进行加工的过程中，一般都是采用数控加工技术，通过对于数控机床以及数控加工道具的应用，能够有效地提升复杂曲面的加工效率以及质量，但是在实际的加工过程中，机床的性能并没有能够得到充分的发挥，比如说机床的参数设置过于保守，工艺参数与机床及刀具的选择不够匹配等，都会对于机床的性能造成重要的影响。所以就机床数控技术而言，仍然还有待完善，只有进一步完善机床数控技术，才能够更好地保证复杂曲面的加工质量。

2 复杂曲面数控加工的基础技术

2.1 数据获取技术

数据获取技术在复杂曲面数控加工中发挥着非常重要的作用，只有有效地获取相关的数据，才能够更好地对于复杂曲面进行加工。当前数据点主要是通过专门的测量设备以及测量方法来获得的，而数据点的获取方式较为多样化，比如说激光扫描、照相法以及CT成像法等都可以用来获取数据点。在利用数字化测量技术得到相应的数据之后，往往不可避免的会存在测量噪音，所以还需要对于数据进行相应的处理，从而确保数据的准确性。由于数据获取的方法较多，而为了有效地保证复杂曲面的加工质量，在确定数据获取技术的过程中，必须要找到最为合理的测量方法，并且在获取数据之后有效地对其进行处理，以使得后期加工活动能够顺利地得以开展。

2.2 曲面匹配技术

曲面匹配技术也是复杂曲面数控加工中的一种重要基础技术，曲面匹配实际上就是对于同一曲面在两个不同坐标系下的两种表示方法在空间上对准的一个过程。当前曲面匹配技术在诸多领域之中都得到了广泛的应用，而在复杂曲面数控加工之中也有着非常重要的应用。在对于曲面匹配技术加以应用的过程中，首先需要对于匹配要素进行选择，在选择匹配要素的过程中，主要需要从三维曲面中提取出相关的信息，并且使得各个对应点、特征建立起对应的关系。三维曲面匹配要素的选取主要可以基于三个方面，第一是基于特征，第二是基于点，第三是基于模型。在选择了匹配要素之后，需要对于相应的相似性度量加以确定，然后再引入合适的约束条件，使得匹配过程的计算量能够得到有效地控制。最后确定匹配策略，所谓的匹配策略，实际上就是指的一组变换参数。

2.3 工件的定位安装技术

工件的定位安装技术是复杂曲面数控加工过程中的一个重要基础技术，传统的定位以及夹紧方法往往需要繁琐的准备以及调整，即使只是很少的加工量也需要消耗大量的时间进行工件的定位安装。而在对于自由曲面工件进行加工的时候，因为加工件的变形较大，所以定位安装问题就更加明显。而通过采用合理的工件安装定位技术，能够更好地保证复杂曲面数控加工的质量。在对于复杂曲面进行数控加工的过程中，先在龙门铣床上以粗定位基准对于底面进行加工，然后再将加工好的底面作为基准来对于型面进行加工。在对于复杂曲面进行加工的过程中，必须要注重对于型面加工质量的控制，以保证加工型面加工余量的均匀作为基本的准则，从而使得复杂曲面数控加工的效率得到有效地提升。在进行定位安装的过程中，必须要兼顾限止块安装面以及作为基准面的底面等加工面的加工，确保这些待加工面能够拥有足够的加工余量。

3 结语

数控加工技术的出现使得复杂曲面加工的难度大大降低，同时利用数控加工也能够使得复杂曲面的加工质量得到更好地保证。在对于数控加工技术加以应用的过程中，必须要掌握其基础技术，把握每一个环节的质量，注重对数据获取技术、曲面匹配技术以及工件定位安装技术的灵活应用，从而有效地保证复杂曲面的加工质量，同时提高复杂曲面的加工效率。

参考文献：

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