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复杂曲面高效加工的关键技术方法分析

复杂曲面的高效加工在多个工业领域都有重要的应用价值，是一项值得深入研究的技术。因此,如何实现复杂曲面的高效加工(即高效率、高效益、高质量的加工)是一个迫切需要解决的重要课题。研究者采纳各种不同的方法针对目前复杂曲面加工现状，以高效加工为目标，对提升复杂曲面加工高效性问题进行了深入研究，制定了许多科学的技术方法。本文针对复杂曲面高效加工中的关键技术方法进行分析，方便更好地将复杂曲面高效加工技术技术应用到专业领域中，直接服务于社会经济，实现其最基本的社会价值。
当今工业领域对高新技术的发展越来越重视，复杂曲面的应用也随之推广，复杂曲面主要用于满足两个方面的需求，一方面是力学特性和功能方面的需要，用于满足设备特定的性能要求，对产品形面的数学特征有高精度的要求；另一方面则为了满足美学效果的需要，和人们对产品外形的需求。针对复杂曲面加工的现状及发展趋势，提升复杂曲面加工的质量、效率及效益已成为主流方向，这对复杂曲面加工中各环节的技术方法都有很高的要求。
复杂曲面加工技术的发展概况

复杂曲面以前主要通过手工放样，手工打磨或辅助于电脉冲的加工方法来完成，即单纯的手工制造。在制造工程中需要进行检测，和大量型线样板的制作，导致制作周期长，工时、材料消耗量大，从而使加工精度降低，难以满足实际生产的需要。在数控机床出现后，在工具和模具制造中得到了广泛的应用，随着新技术〔计算机、激光、电子、新材料〕的发展，在复杂曲面加工方面的许多新技术应运而生，如激光开槽(Laser Caving)、快速原型制造(RapidPrototyping)和快速工装(Rapid Tooling)等。这些技术的优点在于所需的设备结构简单、灵活性很高，特别合适于加工单件或小批量的工具和模具。

数控加工是复杂曲面加工的一种广泛应用的技术，也是目前复杂曲面加工的主要方法，包括机床数控技术、数控自动编程技术。机床数控系统是硬件也是控制机床运动的执行单元，；而数控编程则是软件，负责产生加工用的零件程序。二者互相作用，构成自动化的加工手段。
数控编程解决了数控加工中程序的编制问题，目前复杂曲面的加工主要包括：曲面造型、数控编程、数控机床加工等。同时在复杂曲面造型方面、数控编程方面、机床数控技术方面、综合效益方面还存在诸多问题，我们的目的是通过对这些问题的研究来完善高效加工技术的理论体系，提升复杂曲面加工水平。
复杂曲面高效加工的技术方法

从两个方面分析复杂曲面的加工方法：一是在造型方面，复杂曲面造型可以从数学的角度和加工的可行性上进行综合合计，可以有效地避免复杂曲面加工中重迭现象的产生，加强企业的市场竞争力，实现更大的经济效益。二是在数控程序制定方面，复杂曲面的数控程序制定技术正飞速发展，要对基于特征的刀具轨迹生成方法进行研究，并且重视发展高速加工的数控程序制定技术，尤其是对NURBS加工的使用和有效的NURBS刀具轨迹的研究。

复杂曲面质量的要求提升，带动了复杂曲面加工设备的进一步发展。建立在五轴联动加工技术基础上的复杂曲面加工逐渐推广，五轴联动包括U、V、W轴不同组合的多轴控制多坐标轴联动，不再仅限于x、y、z、A、B(或C)轴联动，采纳高精度的等动态误差补偿技术，降低形位误差、提升机床加工的几何精度、表面粗糙度等；使复杂曲面加工设备功能部件实现高速度、高精度、大功率和智能化。

现在实型铸造技术广泛地应用于毛坯的制备，就是传统的木模或金属模被泡沫塑料制作代替，造型后不需取出模型，便可以浇注，泡在高温液体金属作用下，沫塑料模型迅速燃烧气化而消失，原来泡沫塑料模型所占有的位置被金属液取代，冷凝后形成铸件，包括干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造。
在毛坯制造时，余量确实定是一个关键的问题。余量太小，刀具在铸造缺陷(如夹砂、氧化硬皮等)处会磨损剧烈甚至折断，因为粗加工时进刀量不可能太大，反而使加工成本加大。假设余量过大，则使后续数控加工的工作量增大，降低了加工的高效性。

加工速度高以及优良的加工精度和表面质量是高速铣削加工技术的特点，目前该技术已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展，成为第三代模具加工技术。主轴转速、工作台快速移动和进给速度的提升是等机床高速化的具体表现高速切削机床克服了机床振动，大大降低了传入零件中的热量，大大提升了排屑率，减小热变形，提升加工精度，加工面的粗糙度得到改善。所以，经过高速加工的工件一般不再需要精加工。

复杂曲面加工工艺规划包括工艺方案优化及工艺参数优化，加工的高效性受不同的工艺影响非常大。复杂曲面加工时进给量、切削速度和切削深度对刀具的寿命有很大的影响，最正确切削用量一般在一个很小的范围内，要依据具体的刀具与工件材料进行确定。影响工艺的因素既有定量指标，又有定性指标，因此要实现复杂曲面的高效加工，必须采纳一定的方式进行工艺决策。
此外,还包括刀具技术、现场化的检测技术、NURBS加工技术、和数控连网技术等。
对复杂曲面质量的要求带动了复杂曲面加工设备的进一步发展，复杂曲面多轴联动加工技术也日趋成熟。我国在这个领域内起步较晚，对机床关键零部件等功能部件、配备智能化技术和高性能数控系统的多轴数控机床的研究和开发应得到重视和强化。目前，复杂曲面加工在制造业中的比重越来越大，它已成为缩短新产品开发周期、提升企业竞争力的一个关键因素。