U200五軸加工中心加工三星堆面具人研究

1 加工工藝設計

本文中所用的加工設備是 U200 立式五軸加工中心，控制系統為國產錸鈉克操作系統，適用于企業小型模具、產品、工藝品、首飾、醫療器材等多個領域的生產，滿足高精度、形狀復雜的小型回轉體零件加工的要求。針對三星堆面具人文創雕像的復雜曲面特征與加工難點，結合 U200 機床的設備特點，進行工藝流程設計和加工策略設計。

1.1 工藝流程設計

如圖 1 中的三星堆面具人雕像，除了要對雕像的頂部平面加工外，還需要完成頸部、面部輪廓和底臺主要曲面的加工。傳統五軸加工中心為兼顧大型工件加工，其運動控制參數通常按大行程、低加速度設置，導致在加工小型圓柱類曲面零件時，響應速度慢，難以跟隨復雜曲面的輪廓變化，加工時不如 U200 這類小型化機床靈活高效。同時，U200 五軸加工中心具備高轉速的電主軸和高性能的進給系統，可以一次性完成復雜面部輪廓曲面、頸部曲面和底臺曲面的五軸銑削加工 [6]。在加工過程中，高速、精準的運動控制能快速準確地跟蹤雕像曲面輪廓，加工出高精度的曲面。選用 2 把小直徑刀具，能深入三星堆面具人雕像的細節部分進行加工，有效避免干涉和過切，提高加工精度和表面質量。材料為 6061 鋁，毛坯采用 35 mm×67 mm 的圓柱形棒料，結合三星堆面具人雕像的結構和 U200 機床的特點，設計加工工藝流程。

1.2 加工策略設計

根據加工工藝表，借助 UG 軟件的五軸加工模塊功能，對三星堆面具人雕像加工過程的每個步驟進行系統性的規劃與設計。考慮到 U200 機床是含 A 、C 兩個旋轉軸的搖籃式五軸加工中心，毛坯裝在夾頭座夾具上， A 軸旋轉一定角度后進行加工，采用成型面左右對稱的開粗策略不僅提升了加工效率，還有效降低干涉風險。由于現代機床制造技術不斷進步， U200 機床更合理的結構設計，大幅提升了機床的剛性，可承受更大的切削力。同時，采用了高精度的傳動部件和定位系統，加工小型復雜曲面零件時，無需像傳統五軸加工中心采用半精加工的過渡策略，直接使用一次精加工策略便可加工出符合精度要求的曲面，所以在加工要求較高的面部輪廓曲面、頸部曲面和底臺曲面均采用一次性精加工的成型策略。由于三星堆面具人頸部以上的曲面與底臺曲面存在明顯的斜度差異，采用兩種針對策略加工底臺曲面和其余曲面，使刀具在不同斜度曲面上均保存良好的切削狀態，從而保證加工精度，有助于提高加工效率和延長刀具壽命。

根據三星堆面具人的結構特點，從加工策略的制定到驅動方法的選擇，再到加工參數的優化，在 UG 軟件上均進行了相應的設計與調整，以確保加工時的高效性和精確性 [7]。如表 1 列出了各加工步驟的主要參數設置，相比于傳統五軸加工中心的主軸、進給參數設置，小型化機床的加工預測用時更短。如圖 2 展示了刀具軌跡的可視化結果，為三星堆面具人加工過程提供了更直觀的參考。

表 1 刀具軌跡策略表

表格

步驟	加工策略驅動方法	投影矢量	刀軸	余量 (側 / 底) /mm	預測時間 /s
右側開粗	型腔銑	無	指定矢量	0.15/0.15	44
左側開粗	型腔銑	無	指定矢量	0.15/0.15	47
頂部平面精銑	底璧銑	無	垂直于第一個面	0/0	7
底臺曲面精加工	可變輪廓銑	曲面區域	5 軸，垂直于驅動體	0/0	65
剩余曲面精加工	可變引導曲線	引導曲線	5 軸，遠離直線	0/0	148

2 后置處理開發

經過上述使用 UG 軟件對三星堆面具人進行了加工設計，生成的刀具路徑數據為通用格式，并不能直接使用于機床加工。需要通過后置處理，將加工參數、加工幾何和運動指令等按照機床控制系統能理解的代碼格式進行轉換，加載到機床才能完成正確加工 [8]。然而，UG 軟件自帶的后置處理只能對普通常見的機床進行刀具軌跡編譯，像 U200 這類國產小型化五軸加工中心并沒有配套的后置處理程序，這就需要開發一套屬于 U200 機床的加工專用后置處理，使 UG 軟件生成的加工程序能與機床的錸鈉克控制系統兼容，映射轉換為相應的 G 代碼和 M 代碼，確保機床能準確識別和執行指令，讓設計意圖在 U200 上準確實現。

2.1 搜集機床資料

只有在對現有機床的結構、性能、運動學和控制系統的功能指令有充分了解及認識的基礎上，才能開發出與該機床相匹配的后置處理 [9]。查閱 U200 的操作說明書、編程說明書、維修說明書等相關的機床資料，掌握 U200 機床各直線軸的行程范圍、定位精度、重復定位精度，以及旋轉軸的旋轉范圍、分度精度等參數。清楚各軸之間的聯動方式和限制條件，明確機床坐標系的零點位置以及各軸零點的確定方法 [10]。同時，了解錸鈉克數控系統支持的指令集、代碼格式、數據類型以及各種參數的設置方法，為后置處理的開發提供主要數據支撐，并制定后置處理開發流程，如圖 3 所示。

2.2 后置處理定制

首先，通過上述收集到的 U200 機床資料和錸鈉克數控系統手冊，打開 UG 軟件的后置處理構造器模塊進行針對性開發。在機床運動學方面，根據 U200 機床五軸帶雙轉臺的結構特征進行設置，并參照機床說明書中的移動行程 X 軸 260 mm Y 軸 270 mm、Z 軸 305 mm 等技術參數進行設置。

其次，在實用功能方面，U200 作為典型的搖籃式五軸加工中心，除了 XYZ 三個平移軸之外還具有旋轉的 A (4) 軸和 C (5) 軸，核對 U200 機床說明書技術參數表，進入旋轉軸配置頁面進行進行 A (4) 軸 ±110° 和 C (5) 軸 0°~360° 的旋轉角度行程參數設置，完成運動軸結構設計；并在程序界面進行含 G 代碼和 M 代碼在內的加工單位設置。

最后，參考錸鈉克數控系統手冊進行輔助功能方面的設置。通過設置程序初始化相關指令和參數，可確保 U200 機床在開始加工前出于正確的初始狀態，為后續加工操作提供統一且準確的起始條件，并保證加工合理進行，明確指定要加工的零件區域，避免誤加工到其他部位。進行工序和程序結束相關指令設置，確保刀具在完成一個工序后能夠安全、準確地退出加工區域，避免刀具與已加工表面或零件其他部位發生碰撞，保護已加工表面質量和刀具不受損壞。并將 U200 機床的各種狀態參數恢復到初始的狀態，為下一次加工做好準備，同時也確保機床在閑置時處于安全狀態 [11]。由于篇幅有限，不過多贅述，將所有的參數設置好之后保存后處理文件。接下來需要對生成的后處理文件進行虛擬加工，經過檢驗后，制作出來的后置處理才能應用到實際生產加工中。

3 三星堆面具人的加工

經過上述開發的專用后置處理程序，將三星堆面具人的刀具軌跡轉換成錸鈉克數控系統對應的 G 代碼和 M 代碼加工程序。為提前預知并設法解決可能出現的加工問題，先使用 Vericut 軟件對加工程序進行仿真模擬，通過安全驗證后再進行實體加工，為 U200 機床保護提供可靠手段。

3.1 模擬仿真加工

專用后置處理生成的數控程序，需要對其進行實體加工前的安全驗證，以確保 U200 機床在加工三星堆面具創雕像時能夠安全和穩定運行。采用 Vericut 軟件不僅能夠精準模擬機床、刀具、夾具和工件在加工過程中的運動，還能提前發現它們之間是否存在碰撞或干涉情況，避免在實際加工中因碰撞導致機床損壞、刀具折斷或工件報廢等問題，起到保護設備和降低成本的作用。同時，Vericut 軟件能對 UG 等軟件經過專用后置處理生成的數控程序進行全面驗證，檢查程序中的語法錯誤、邏輯錯誤以及指令是否符合機床的運動特性，防止因程序錯誤造成的加工失誤 [12]。將專用后置處理生成的程序導入 Vericut 軟件進行模擬加工，仿真結果如圖 4 所示，無碰撞和干涉情況，符合實體加工前的準備條件。

3.2 實體加工

如圖 5?1 所示，為 U200 五軸加工中心。相較于傳統數控五軸加工設備，這類小型化五軸加工中心 1.6 m×2.06 m 的占地面積，能夠靈活適應各類小型加工車間和工作室的空間布局，有效降低場地使用成本。經過前期的工作鋪墊，現將安全驗證過的三星堆面具人雕像完整 NC 程序導入 U200 五軸加工中心，安裝好圓柱形的棒料毛坯，在五軸坐標找正之后進行實體加工，進一步驗證后置處理程序的正確性和可行性。兩把刀具的加工合計用時約 23 min，結果如圖 5?2 所示。然后使用測量工具，對三星堆面具人文創雕像的加工樣件表面質量等技術指標進行檢測，結果表面 (R_{a} ≤1.6 mu m)，符合設計的要求。

4 結論

通過 UG 軟件和 Vericut 軟件的聯合運用對三星堆面具人文創雕像的小型化數控五軸加工研究，得出以下結論：1) 使用 UG 軟件對三星堆面具人進行加工工藝設計，與傳統數控五軸加工采用半精加工的過渡策略不同，高精度小型化數控五軸機床只用一次精加工策略的方式更高效。2) 基于 UG 軟件開發了小型化五軸加工中心 U200 的專用后置處理，為小型化結構機床不同數控系統后置處理開發提供了標準流程。3) 以三星堆面具人加工為載體，驗證了后置處理的正確性和實用性，結果表明高效率、高精度的小型化數控加工設備，有助于未來小型復雜零件加工技術的工程應用。

黄色大片免费看-午夜专区-韩国一级片在线观看-中文字幕久热-亚洲字幕在线观看-精品国产乱码一区二区-亚洲字幕av一区二区三区四区-www.97视频-国产一区二区视频网站-在线观看涩涩视频-操你妹影院