五軸數(shù)控拋光機(jī)CAM技術(shù)綜述

五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)不僅代表著一個機(jī)械制造企業(yè)的發(fā)展水平，更代表著一個*機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展水平[1]。在先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中，五軸聯(lián)動數(shù)控加工技術(shù)是其中的重要組成部分，也是重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一，同時也是加工技術(shù)中難度*的。對于性能要求高、復(fù)雜的幾何外形而言，利用五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床不僅可以保證加工的質(zhì)量，還可以提高生產(chǎn)效率[2]。

通過研究，將五軸數(shù)控CAM技術(shù)應(yīng)用到汽車鋁合金輪轂拋光加工工藝中，并研發(fā)設(shè)計、制造出針對汽車鋁合金輪轂拋光加工的五軸數(shù)控機(jī)床。目前，國內(nèi)生產(chǎn)汽車輪轂的企業(yè)較多，但是還沒有先進(jìn)可靠的輪轂數(shù)控拋光設(shè)備，各大輪轂生產(chǎn)廠家不得不引進(jìn)價格昂貴的多軸數(shù)控拋光機(jī)床和專用數(shù)控拋光加工軟件。從鋁合金輪轂成形工藝方法來講，關(guān)鍵工序包括鑄造或者鍛造成形、旋壓成形、機(jī)械加工、表面拋光等。該技術(shù)的研發(fā)可以滿足國內(nèi)鋁合金輪轂拋光加工技術(shù)的需要，對實現(xiàn)數(shù)字化、智能化輪轂拋光加工具有重要意義。

隨著國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，多軸數(shù)控加工設(shè)備也在不斷完善。兩軸半、三軸的加工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了較先進(jìn)的水平，國內(nèi)也可以制造出這樣的加工設(shè)備，并且在機(jī)械加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而多軸數(shù)控加工技術(shù)還處于提高階段，重點研究的內(nèi)容包括加工工藝方法和機(jī)床后置處理技術(shù)，對于多軸數(shù)控設(shè)備而言需要多元化應(yīng)用。基于五軸數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)輪轂多軸拋光加工是在技術(shù)上和應(yīng)用上的一種創(chuàng)新，擴(kuò)展了五軸數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍。對于目前輪轂拋光加工這項技術(shù)來講，還是完全依靠人工手動拋光、人工利用機(jī)器半自動化拋光加工，這不僅需要大量的人力、物力，同時降低了生產(chǎn)效率，拋光加工質(zhì)量難以保證，對于外形尺寸較大的輪轂而言還需要多人配合完成，因此，鋁合金輪轂拋光加工利用五軸數(shù)控拋光機(jī)床來實現(xiàn)是十分必要的。

在五軸數(shù)控拋光機(jī)床設(shè)計過程中，重點研究的內(nèi)容包括機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動特性。結(jié)構(gòu)形式主要包括拋光機(jī)床整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、拋光刀具設(shè)計、裝夾工作臺設(shè)計等；拋光機(jī)床的運(yùn)動特性是在傳統(tǒng)的3個聯(lián)動坐標(biāo)軸X 、Y 、Z 的基礎(chǔ)上增加了刀具繞Y 軸旋轉(zhuǎn)和工作臺繞軸旋轉(zhuǎn)。加工過程中，機(jī)床主軸和工作臺5個坐標(biāo)軸同時做線性插補(bǔ)，使刀具按要求的空間軌跡運(yùn)動，能保持*的加工狀態(tài)并有效避免刀具干涉。輪轂表面的拋光加工技術(shù)不同于普通的數(shù)控銑削加工，主要是在刀具設(shè)計上發(fā)生改變，如在五軸數(shù)控拋光機(jī)床刀具選擇上利用布輪。布輪的外形結(jié)構(gòu)可以改變，如通過主軸的高速旋轉(zhuǎn)帶動布輪也作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)布輪外輪廓與輪轂表面相接觸時，就會產(chǎn)生高速摩擦，使得輪轂表面連續(xù)不斷地進(jìn)行打磨，再加上拋光液的作用，就可以使得輪轂表面具有很好的光澤效果。整個運(yùn)動過程需要NC程序控制。利用五軸數(shù)控拋光機(jī)床來完成加工是一項新型的加工方法，與傳統(tǒng)的拋光加工技術(shù)相比，它具有生產(chǎn)效率高、節(jié)省能源、降低勞動強(qiáng)度和提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點。由于拋光布輪具有柔軟性，接觸時具有收縮性，加工時安全性較高，容易實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)拋光，可以獲得較高的表面質(zhì)量。

實現(xiàn)五軸數(shù)控拋光CAM技術(shù)，并且得到準(zhǔn)確的機(jī)床加工程序需要解決以下幾個關(guān)鍵技術(shù)。

（1）幾何建模。利用建模軟件完成三維的鋁合金輪轂創(chuàng)建，建模軟件常用的包括CATIA、UG、Pro/Engineer等。

（2）制定加工工藝方案。在數(shù)控加工技術(shù)中，加工工藝起著關(guān)鍵作用，合理的加工工藝可以提高工件的加工質(zhì)量，還可以提高生產(chǎn)效率[3]。鋁合金輪轂拋光加工工藝的選擇主要包括加工路線、選擇刀具、控制刀軸方式、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度等。

（3）刀具軌跡生成。根據(jù)加工工藝要求生成合理的刀具加工軌跡，滿足無干涉、無碰撞、節(jié)省刀具運(yùn)行時間、提高加工效率的要求。對于鋁合金輪轂曲面模型而言，需要利用CAM編程軟件實現(xiàn)刀具軌跡生成，并且得到刀位數(shù)據(jù)文件。

（4）加工軌跡仿真。在CAM編程軟件中生成刀具加工軌跡以后，要針對實體進(jìn)行刀具加工軌跡確認(rèn)，驗證刀位數(shù)據(jù)對于通過后置處理轉(zhuǎn)換的數(shù)控加工程序是十分必要的，特別是在多軸加工編程中，其作用更為明顯。這樣可以有效地避免加工程序在加工過程中有可能會出現(xiàn)過切與碰撞等問題[3-5]。

（5）后置處理。拋光機(jī)床后置處理程序是根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動變換特點，通過計算得到的后置處理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，將在刀具軌跡生成過程中所產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成拋光機(jī)床的數(shù)控加工程序。準(zhǔn)確的后置處理可以保證加工程序的準(zhǔn)確性，提高加工效率，保證加工質(zhì)量，還可以提高機(jī)床運(yùn)行過程中的可靠性能[6]。五軸數(shù)控拋光機(jī)床后置處理程序具有*性。

（6）NC程序仿真。為保證實際加工過程的穩(wěn)定性、安全性，需要對后置處理轉(zhuǎn)換得到的G代碼指令進(jìn)行驗證，在Vericut數(shù)控仿真軟件中建立實際加工環(huán)境，模擬實際加工過程。

鋁合金輪轂表面的拋光加工技術(shù)在輪轂生產(chǎn)中越來越重要，利用數(shù)控加工代替人工手動操作只是轉(zhuǎn)變的開始，將來要建立數(shù)字化、智能化的拋光生產(chǎn)線，建立數(shù)字化在線檢測技術(shù)，在不同機(jī)床之間還要建立智能化機(jī)器手搬運(yùn)。因此，將五軸數(shù)控加工理論應(yīng)用到鋁合金輪轂拋光加工中，對實現(xiàn)數(shù)控拋光加工具有重要意義。