四轴机床加工大型弧面方法研究

■ 山西航天清华装备有限责任公司 （046012） 许军锋 李 渊 李 娜 张 森 张志奇

弧面是一种常见的加工特征，加工方法也多种多样。针对大型弧面的加工是日常机械加工的一个难点。如图1所示零件，其外形尺寸为280mm×210mm×114mm，外侧弧面半径为R745mm。该弧面粗加工可以采用传统的加工方法，精加工时，初步选用沿圆周方向进行铣削，但由于弧面长度为280mm，若两边接刀加工，则刀具悬伸较长，加工过程容易出现颤动，刀具磨损加剧，耐用度低，加工质量差、效率低；另外，也可以沿圆弧进给，两边接刀，利用刀具的侧刃，沿母线进行加工，加工刀具选用球形刀具或者R角铣刀。由于弧面半径大，为保证粗糙度要求，则需选用较小的步距进行逼近加工，加工效率特别低，其加工时间约2个工时。经过优化选择，选用面铣刀沿母线进行加工。装夹找正时，使圆弧中心轴线与工作台面保持垂直。工作台每旋转一次，刀具沿母线进行一次切削，依次往复加工，直至弧面成形。该方法难点在于宏程序的编制。

图 1

1.技术方案

弧面的中心若与四轴机床的工作台中心重合，则编程会很简单。通常情况下，由于受空间限制，弧面经常不会与工作台的中心重合，为编程带来很大难度。为保证加工方法的通用性，以下主要针对上述加工方法的一般情况进行讨论分析。其他加工方法应用已比较普遍，不再赘述。

（1）数学模型分析。图2所示为各个加工状态下的示意图：工件装夹初始位置，加工初始位置，加工终点位置。其中，O点为工作台的中心位置，A点为加工的起始位置，B点为终止位置，C点为圆弧的初始位置。

把X、Z零点设置在工作台中心位置，Y向零点设置在弧面的顶端。计算加工位置，然后沿Y向切削一次，依此往复，直至加工到到终点位置。

（2）宏程序编制

先对各参数赋值，然后依据弧面中心的坐标数值，对其所在的象限进行自动判别。对象限判别的目的是为了计算圆弧中心和工作台中心（零点位置）连线与Z+之间的夹角。最后，进入加工阶段，开始按宏程序进行往复加工。

图 2

图3 程序逻辑控制图

宏程序采用西门子系统指令进行编制计算，零点在工作台中心，Y向零点在工件的上表面，工作台每转0.5°，沿母线进给一次，需步进36次。经过计算，加工残余高度为0.007 1mm，满足技术要求。程序请扫描图4所示的二维码进行阅读。

在ZOX平面内进行角度计算，Z为横轴，X为纵轴；注意工作台的旋转时，顺时针为正，而坐标系逆时针旋转为正；圆弧初始位置坐标值，通过对刀确定；工作台的中心坐标，建议使用基准块进行校准，这样有利于减少零件的加工误差。

（3）在Vericut软件中对宏程序进行验证。在仿真软件中对宏程序进行仿真模拟，效果如图5所示。

2.结语

本文提出一种比较高效的大型弧面加工方法，建立了加工数学模型，编写了通用的全参数化往复加工宏程序，针对不同的弧面，具有很好的适应性。经实际加工验证，相比传统的加工方法，弧面精加工效率提高了8倍左右。另外加工过程更加平稳，加工品质得到很大程度提升。

图 5