一、前言

隨現(xiàn)代發(fā)動機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對發(fā)動機(jī)上的零件的性能相應(yīng)有了更高的要求，零件的結(jié)構(gòu)相應(yīng)的變得復(fù)雜，同時加工制造的難度也大大增加，傳統(tǒng)的機(jī)械制造方法已經(jīng)難以滿足要求，隨著CAD/CAM技術(shù)的不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)在國內(nèi)外的機(jī)械制造業(yè)尤其是航空制造業(yè)中已得到了廣泛的重視和應(yīng)用。黎明公司為了提高制造技術(shù)水平，引進(jìn)NX軟件作為CAD/CAM的平臺，依靠自己的技術(shù)力量，獨(dú)立完成了某型機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)匣類零件的研制任務(wù)。

二、零件工藝性分析

零件工藝性分析是指對零件工程圖紙信息進(jìn)行的分析，根據(jù)組成零件的各特征元素（如形狀、精度、材料等）為依據(jù)，按照高質(zhì)量、高效率、低成本的原則，選擇合適的加工設(shè)備、有效的加工刀具，以及安全、可靠的工藝裝備，確定合理的工藝參數(shù)、優(yōu)化的工藝路線，從而獲得最佳的加工工藝方案,最終滿足零件工程圖紙和有關(guān)技術(shù)文件的要求。在數(shù)控加工中，從零件的設(shè)計(jì)圖紙到零件成品合格交付，不僅僅要考慮到數(shù)控程序的編制，還要考慮到零件加工工藝路線的安排、加工機(jī)床的選擇、切削刀具選擇、零件加工中的定位裝夾等一系列因素的影響。

我們以某一實(shí)際加工機(jī)匣為例，結(jié)合數(shù)控工藝和NX軟件銑加工的特點(diǎn)，此機(jī)匣屬于整體環(huán)形機(jī)匣，毛坯為整體鍛件，完全靠機(jī)械加工的手段加工成型。材料為高溫合金，硬度在 (40 – 45 HRC)之間，在加工中存在冷作硬化現(xiàn)象。壁厚較薄，零件容易變形，型腔壁厚為1.21mm結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝座較多，形狀不規(guī)則，需五軸聯(lián)動加工。

三、零件加工工藝路線的制定

通過分析零件設(shè)計(jì)圖,熟悉了零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求,根據(jù)零件的工藝特點(diǎn),確定加工方法,選擇加工設(shè)備,劃分加工工序，編制工藝規(guī)程。在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中,一次裝夾應(yīng)盡可能完成全部工序。與普通機(jī)床加工相比，數(shù)控加工工序劃分有其自己的特點(diǎn)，要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等情況綜合考慮。上述零件的工藝路線安排如下。

0工序毛料圖表
5工序粗車前端基準(zhǔn)
10工序粗車后端
15工序鏜定位孔
20工序粗銑外形及凸臺
25工序修基準(zhǔn)
30工序半精車大端型面
35工序半精車小端型面
40工序精銑外形及凸臺
45工序修基準(zhǔn)
50工序精車大端型面
55工序精車小端型面
60工序鉆各凸臺孔
65工序熒光檢查
70工序清洗
75工序最終檢驗(yàn)

四、零件加工工序解決的加工難點(diǎn)

通過工藝分析和加工工藝路線的制定，這個零件的銑加工難點(diǎn)集中在以下幾個方面：

1、此機(jī)匣采用高溫合金材料，屬于難加工航空材料，材料硬度為HRC 42 ，既硬又艮，在加工中存在嚴(yán)重的冷作硬化現(xiàn)象，刀具磨損嚴(yán)重，采用常規(guī)切削方式，很難加工，再加上此機(jī)匣毛坯采用整體鍛件結(jié)構(gòu)，加工余量非常之大，更增加了加工的難度。針對以上特點(diǎn)，我們采用了插銑加工方式，雖然數(shù)控編程的難度較大，但是加工方法卻很有效，加工效率也較高。

2、此機(jī)匣屬于薄壁機(jī)匣，機(jī)匣壁厚尺寸僅為1.2+/-0.1，零件在加工中極易產(chǎn)生變形，造成零件壁厚尺寸超差，因此減小零件變形，保證壁厚尺寸合格是我們面對的一大難題。根據(jù)加工高溫合金材料，刀具磨損較快的特點(diǎn)，按照零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將零件型面分成12個區(qū)域，采用對點(diǎn)加工方式進(jìn)行零件外形面的銑加工，這樣可以均勻的去除零件表面余量，減小零件的變形，又容易保證零件壁厚尺寸合格。

五、刀具和切削參數(shù)選擇及優(yōu)化

針對粗銑時余量較大這一特點(diǎn)，應(yīng)盡可能選直徑較粗的端銑刀。要保證一次銑削面積盡可能大，不宜頻繁換刀，否則將得不償失。同時還要考慮到所使用的刀具要盡量靠到刀具商提供的標(biāo)準(zhǔn)刀具系列中去，如果是非標(biāo)設(shè)計(jì)，那么由于設(shè)計(jì)費(fèi)較高，導(dǎo)致刀具的購入成本提高，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)成本提高，刀具的種類也愈少愈好。

精銑是外型面加工的最后一道工序，應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙尺寸，并且要保證零件的光潔度，因此，主要考慮使用帶R的成型銑刀。此外，精銑有大量的清根程序，使得刀具直徑比較小。受上述各種條件制約，精銑中多選用整體硬質(zhì)合金銑刀。

切削速度的選擇主要取決于被加工工件的材料硬度和刀具材料構(gòu)成。進(jìn)給速度的選擇主要取決于被加工工件的材質(zhì)及銑刀的直徑。國內(nèi)外一些刀具生產(chǎn)廠家的刀具樣本附有刀具切削參數(shù)選用表，可供參考。每齒進(jìn)給量Fz、切削速度vc是基本參數(shù)，與材料特性直接相關(guān)，可從刀具廠家提供的刀具手冊中查出其范圍，但切削參數(shù)的選用同時又受機(jī)床、刀具系統(tǒng)、被加工工件形狀以及裝夾方式等多方面因素的影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整切削速度和進(jìn)給速度。再輔以經(jīng)驗(yàn)選出特定值。

切削深度ap的確定：ap=刀具半徑* c1 * c2

c1為材料硬度系數(shù)，c2為刀具長徑比系數(shù)。

主軸轉(zhuǎn)速的確定：N=1000 * Vc/(2*刀具半徑*π)

進(jìn)給速度的確定：Vf=N *齒數(shù)* Fz

精加工時，尺寸精度、表面粗糙度及表面接刀要求很高，并要求零件加工中盡量減少變形，因而切削中產(chǎn)生的切削力要小，為此我們采用提高機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速來提高切削速度，減小切削深度來解決這些問題。

六、Post Builder后置處理器應(yīng)用

此零件的加工是在五坐標(biāo)立式加工中心上進(jìn)行的，控制系統(tǒng)是西門子840D系統(tǒng)。生成的操作必須通過專門的后置處理程序進(jìn)行處理格式和命令轉(zhuǎn)換，才能轉(zhuǎn)變成五坐標(biāo)加工中心識別并可在其上正確運(yùn)行的NC程序。不同的數(shù)控機(jī)床，因控制系統(tǒng)不同，對其數(shù)控程序要求的代碼格式輔助指令等使用不同。因此要針對不同的數(shù)控系統(tǒng)生成不同的后置處理生成器，像一個翻譯一樣，在CAM軟件和數(shù)控機(jī)床之間起了不可缺少的橋梁作用。開發(fā)出西門子840D系統(tǒng)五坐標(biāo)加工中心的后置處理生成器，是保證高速銑削正確進(jìn)行的一個非常重要的前提。

首先收集必要的數(shù)據(jù)，以便能輸出正確的語句格式，這些數(shù)據(jù)包含機(jī)床的各部分結(jié)構(gòu)，機(jī)床坐標(biāo)系，各軸原點(diǎn)設(shè)置，各軸最大行程和一些機(jī)床參數(shù)、數(shù)據(jù)位長度、圓弧定義方式、刀庫命令等。

此外由于該機(jī)床是一個工作臺翻轉(zhuǎn)的五軸加工中心，第4軸（工作臺平面旋轉(zhuǎn)）至第5軸（工作臺立式翻轉(zhuǎn)）的距離是一個至關(guān)重要的參數(shù)，它涵蓋了零件基準(zhǔn)、余量與機(jī)床第五軸的旋轉(zhuǎn)中心的高度，如果定義不當(dāng)將使得含有5坐標(biāo)的加工程序加工位置產(chǎn)生偏差。

另外一個需要解決的是五坐標(biāo)加工程序中的進(jìn)給率的處理，在加工零件曲面時采用五軸聯(lián)動加工技術(shù)編程，零件在做旋轉(zhuǎn)進(jìn)給時執(zhí)行的角速度速度很快，大大超出了程序中設(shè)定的正常切削線速度，極易造成刀具折斷，問題的原因是在程序當(dāng)中缺少一個統(tǒng)一多軸進(jìn)給速度的指令。為此我們制定了多種解決辦法。可以在每個程序的開頭處加入統(tǒng)一進(jìn)給速度的指令或在進(jìn)行后置處理時加入一個調(diào)整5個軸進(jìn)給率的指令。

七、NX-CAM在零件加工中的應(yīng)用

在NX平臺進(jìn)行CAM數(shù)控程序的編制過程中，數(shù)控程序加工路線設(shè)計(jì)、選擇走刀路線、選擇合理的刀具和切削參數(shù)等等，直接影響到所編制程序的質(zhì)量，然后把生成的刀位文件進(jìn)行后置處理，生成相應(yīng)的加工程序。

7.1 NX 數(shù)控程序加工路線設(shè)計(jì)

零件加工工藝路線分為若干加工工序，每道工序由許多加工工步組成，NX CAM中的操作對應(yīng)每個加工工步，加工工序中工步順序的安排，走刀路線的設(shè)計(jì)，是數(shù)控程序設(shè)計(jì)的重要工作，對零件的加工質(zhì)量和加工效率起到至關(guān)重要的作用，一般來講，在零件粗加工時，主要考慮提高加工效率，盡量為精加工留較均勻的加工余量，而在精加工時，主要考慮如何保證加工精度，減少零件變形，均勻的加工余量有利于采用高速銑加工方式。為此我們在用NX設(shè)計(jì)數(shù)控程序加工路線時，主要分粗銑外型和精銑外型（不包括孔加工）。

7.1.1粗銑外型加工路線設(shè)計(jì)

1、銑12面體：使用OFER 070405N-M16 T25M機(jī)夾刀
2、銑進(jìn)刀槽：使用XOMX 090308TR-M08 F40M機(jī)夾刀
3、插銑腔槽: 使用XOEX 120408R-M07 F40M插銑刀
4、銑凸臺外型：使用使用φ16和φ12端銑刀
5、銑零件型面: 使用使用φ16和φ12端銑刀
6、清根：使用φ8和φ10球刀

7.1.2精銑外型加工路線設(shè)計(jì)

1、精銑凸臺端面：使用φ40的端銑刀一刀成型。
2、精銑凸臺輪廓：使用φ10球刀，沿凸臺外形分層加工，每層切深0.3mm。
3、精銑零件型面：使用φ12的端銑刀，分二層加工，每層切深0.5mm。
4、清根：使用φ8球刀，加工殘留余量。

7.1.3零件CAM模型的建立

在用NX設(shè)計(jì)數(shù)控程序加工路線時，主要分粗銑外型和精銑外型，為此零件CAM模型的建立也必須設(shè)計(jì)成粗銑CAM模型和精銑CAM模型。CAM模型包括：零件幾何體PART_MODL、零件毛坯幾何體PART_BLANK,二者通過裝配的方法結(jié)合成CAM模型。

7.2 NX刀具路徑的設(shè)計(jì)
此機(jī)匣零件為曲面零件，我們在NX刀具路徑的設(shè)計(jì)時用大直徑刀具去加工零件形狀，利用小直徑刀具清根加工大刀具加工不到的部位而存在的未切削材料，采用了插銑粗加工或利用曲面輪廓銑的邊界驅(qū)動、區(qū)域銑削、曲面區(qū)域驅(qū)動等多種驅(qū)動方式。

此外在加工中還根據(jù)不同的加工部位采用多種走刀路線相結(jié)合的方法，在粗銑加工中，多采用ZIG，ZIG-ZAG等切削方法，為直線走刀，走刀路線大大縮短，提高了加工效率。在精銑加工中，采用Profile 、Follow periphery等方法，生成了各種不同的加工路線，滿足了各種零件設(shè)計(jì)尺寸及加工精度的要求，完成該機(jī)匣零件的加工。

7.2.1粗銑外型加工的插銑腔槽刀具路徑的設(shè)計(jì)

針對此零件環(huán)形件加工余量大，我們利用插銑粗加工去除大余量，NX4.0目前只能完成固定刀軸插銑，還不能實(shí)現(xiàn)可變軸插銑，為此我們在NX4.0平臺上利用點(diǎn)位加工方式實(shí)現(xiàn)了可變軸插銑刀具路徑的設(shè)計(jì)。

7.2.2精銑凸臺輪廓刀具的路徑的設(shè)計(jì)

此機(jī)匣沿零件型面的角向有多個凸臺，在精銑凸臺輪廓刀具的路徑的設(shè)計(jì)時對機(jī)匣的固定角度凸臺加工采用固定軸曲面輪廓銑加工方式，驅(qū)動方式采用了多種驅(qū)動方式。而變角度凸臺加工采用可變軸曲面輪廓銑加工方式，驅(qū)動方式多為直紋面驅(qū)動方式。

7.2.3精銑清根刀具的路徑的設(shè)計(jì)

由于加工零件凸臺輪廓與加工零件型面程序采用的是不同的加工刀具，選用驅(qū)動方式也不一樣，在它們之間的接刀處留有殘余材料，因此精銑清根刀具的路徑的設(shè)計(jì)盡量使用尺寸較小的刀具清除殘余材料；此機(jī)匣的清根加工采用可變軸曲面輪廓銑加工方式，驅(qū)動方式多采用邊界驅(qū)動來完成。

7.3 數(shù)控程序加工仿真

為了保證程序的可加工性，減少實(shí)際試制時間，節(jié)約費(fèi)用，我們將生成的加工程序在 VERICUT仿真軟件上進(jìn)行3D動態(tài)加工仿真。通過仿真可對程序進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在加工中是否過切，特別是刀具軸變化有特殊要求，旋轉(zhuǎn)角度有限制的程序，可通過仿真確保刀軸變化平穩(wěn)過渡。對于仿真結(jié)果不理想的程序，則可返回NX加工模塊對加工方式、參數(shù)等進(jìn)行修改，直至仿真結(jié)果符合加工要求。

7.4 數(shù)控程序驗(yàn)證（首件試切削）
數(shù)控程序加工仿真只能證明刀具軌跡運(yùn)動的正確性，因此還要對工件進(jìn)行首件試切驗(yàn)證數(shù)控程序，在首件試切削過程中，可以檢查刀具、刀柄與與夾具、機(jī)床之間是否存在干涉，能否發(fā)生碰撞；選擇刀具是否合理，能否滿足加工要求，是否存在過切現(xiàn)象；切削用量是否合理，程序中的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和切削深度等給定數(shù)值能否滿足加工要求，換刀是否在安全位置進(jìn)行等。

通過首件試切削，可以根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證的內(nèi)容如干涉、過切區(qū)域，刀具、工件和夾具的剛度和彈性變形情況，以及刀具的磨損情況等因素進(jìn)行必要的處理和調(diào)整。對于加工誤差應(yīng)分析加工誤差產(chǎn)生的原因，予以修正，以便最終達(dá)到滿足零件的精度要求和加工質(zhì)量的目標(biāo)。

在主管領(lǐng)導(dǎo)的嚴(yán)密統(tǒng)籌安排下，經(jīng)過工藝人員和加工人員的共同努力，我們用70個小時完成此機(jī)匣零件的加工。

八、結(jié)論
在此機(jī)匣數(shù)控銑加工程序優(yōu)化過程中，我們應(yīng)用了先進(jìn)的UG NX軟件，建立了精確的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了合理的加工路線，編制了五軸聯(lián)動數(shù)控加工程序，將高速銑的加工理念和插銑加工方法應(yīng)用到機(jī)匣的加工過程中，通過銑削加工中走刀路線的改進(jìn)、刀具的合理選擇、切削參數(shù)的優(yōu)化，零件的加工效率和加工質(zhì)量得到了大幅度的提高。

通過使用NX軟件進(jìn)行數(shù)控編程和實(shí)際加工，積累了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，掌握了使用NX軟件編制五軸聯(lián)動數(shù)控加工程序的技巧，通過多次切削試驗(yàn)，獲得了一些高溫合金的加工參數(shù)，實(shí)踐證明應(yīng)用NX軟件的CAM加工模塊，基本上可以滿足各類零件的編程要求。隨著工作的不斷深入，我們希望NX軟件能更廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)，發(fā)揮更大的作用，創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益。