数控加工中心进行大型圆弧面的精磨加工
曲面零件示例
待加工曲面零件如图 1 所示，阴影所示即为需要加工的弧面，幅宽近 3 m，长度约 2 m，若是采用球头铣刀进行铣削加工，则将占用机床很长一段时间。
图 1 待加工曲面零件
为了缩短加工周期，现通过铣刀、砂轮、工装及数控编程相配合，在数控加工中心上通过精磨加工来达到铣削加工的目的［1 － 5］。
2 曲面零件精磨加工
2. 1 弧面细化铣削
由于砂轮磨削量相对于铣削来说要少很多，所以前期通过铣削加工对弧面进行半精加工成型细化是很重要的一步。考虑到球头铣刀是以点铣面，其用于大面积弧面粗加工耗时耗力，故改用圆刀片铣刀盘，利用其圆弧刀片进行半精加工铣削。这种铣削的原理是借用刀片 ｒ 角进行材料去除，将工件表面波峰降至低并形成较缓和的半精加工面，并借助盘铣刀的直径优势进行材料镂平及下一道刀路材料预先去除，以达到较小切削力下的大材料去除量。
若以直径12 mm 圆刀片装夹在直径80 mm 刀盘上进行加工，每刀切深 0. 1 mm 为例，则波峰仅为
0. 04 mm，并可消除所有直角棱，更利于磨削加工。加工示例如图 2 所示。
图 2 加工示例
弧面半精加工则可借助 ug 等自动加工软件进行程序编制，若想得到更细化的半精加工表面，则调 整每刀切削深度即可。加工中需随时注意刀片的磨 损，若在磨损较大时才进行刀片更换，则整个弧面将 在每个换刀点形成一个高点，不利于后期磨削加工。
2. 2 砂轮及工装准备
选择砂轮时首先需要考虑机床因素，砂轮大会形成干涉无法安装，根据实际情况本机选用直径 400
mm 的砂轮，考虑磨削力等因素，宽度选用 40 mm。
装夹砂轮的法兰盘为非标定制，采用两个法兰夹紧砂轮，并给予一定的公差配合以保证后续静平 衡工作顺利进行，夹紧砂轮的法兰盘通过芯棒及螺 栓直接固定于直角铣头轴端面上。在法兰与砂轮之间装夹一片摩擦片，以增加法兰与砂轮的摩擦系数。砂轮安装示意图如图 3 所示。
图 3 砂轮安装示意图
1. 直角铣头轴头; 2. 芯棒; 3. 法兰 1; 4. 螺栓 1;
5. 摩擦片; 6. 砂轮; 7. 摩擦片; 8. 法兰 2; 9. 螺栓 2
另外，考虑到砂轮磨削过程的安全性，砂轮需配备安全罩以保证加工安全。砂轮安全罩应遮盖大部分砂轮，只留底部磨削空间及必要的避让空间。砂轮安全罩的安装可以借用直角铣头端面的固定螺栓，拆下部分螺栓，更换稍长螺栓即可进行砂轮安全罩的固定安装。砂轮安全罩尺寸及安装如图 4 所示。
图 4 砂轮安全罩尺寸及安装
2. 3 弧面磨削
弧面磨削加工如图 5 所示，其分为磨砂轮→砂轮静平衡→程序编制→寻高点→磨削加工几部分。
图 5 弧面磨削加工
( 1) 磨砂轮: 其为对砂轮外圆的修磨，需将砂轮安装至机床，并在工作台面上竖直安装一支金刚笔。将砂轮移至笔头，利用手轮或循环编程进行往复循 环修磨，直至将砂轮外圆修磨平整。
( 2) 砂轮静平衡: 砂轮修磨后需进行砂轮的静平衡。制作一芯棒，砂轮套进芯棒后架在静平衡工装上进行砂轮静平衡，静平衡工作非常重要。
( 3) 编制程序: 程序即为参考平面磨削的方式， 仿型跑圆弧面并同时横向进给，此为三轴联动加工， 关键程序截取如下:
g91 g3 x － 200 z － 5 y1. 25 i = ac( 0) k = ac( 4002. 5)
g2 x － 2217. 6 z － 74. 1 y13. 75 i = ac( 0) k = ac( － 33200)
g3 x2217. 6 z74. 1 y13. 75 i = ac( 0) k = ac( － 33200)
g2 x200 z5 y1. 25 i = ac( 0) k = ac( 4002. 5)
编程时需同时考虑 x、z 向距离关系以及让刀空间，并考虑砂轮直径对主轴中心到圆弧面距离的影响。程序第一段及第四段为反向平缓出工件程序，k
= ac( － 33200) 为考虑砂轮半径 200 mm 编制的进给程序。
另外还需考虑砂轮尺寸较大、质量较大，因此主轴启动阻力较大。为了保护主轴，在转速编程中需考虑缓速启停主轴，利用程序段以一定百分比使主轴由慢到快转动直至达到程序要求的转速，并在程序结束时再由快而慢逐渐停下主轴。
同理，由于大型工件质量较大，台面来回移动惯性力大，为了保护机床，也可利用此程序段进行小距离的缓冲，此处需注意缓冲一定要在让刀空间内完成，否则在工件磨削中将形成不稳定加工。
( 4) 寻高点: 磨削加工不能大吃刀量磨削，所以第一刀加工必须谨慎，需要找出弧面高点，从高点进行磨削。
( 5) 磨削加工: 磨削初期为高点磨削，下刀量可稍大，可进给 0. 05 mm。至磨削到较大面积后，需每刀下 0. 02 mm。火花散状为较好状态，若火花趋于密集，则需考虑是否砂轮磨损，需进行砂轮修磨后再继续进行加工。
3 小结
经过两次实际加工验证，确认利用数控加工中心进行大型圆弧面的精磨加工实际可行。加工时弧面细化铣削十分重要，其决定了后续磨削加工所需的时间，若以较小切削深度进行加工，后续磨削仅需 1 ～ 2 天即可完成。相对于终利用球头铣刀进行弧面精加工，该磨削方法仅在弧面细化铣削部分占用了较长的时间，所以节省了大量的精加工时间及刀具成本。
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待加工曲面零件如图 1 所示，阴影所示即为需要加工的弧面，幅宽近 3 m，长度约 2 m，若是采用球头铣刀进行铣削加工，则将占用机床很长一段时间。
图 1 待加工曲面零件
为了缩短加工周期，现通过铣刀、砂轮、工装及数控编程相配合，在数控加工中心上通过精磨加工来达到铣削加工的目的［1 － 5］。
2 曲面零件精磨加工
2. 1 弧面细化铣削
由于砂轮磨削量相对于铣削来说要少很多，所以前期通过铣削加工对弧面进行半精加工成型细化是很重要的一步。考虑到球头铣刀是以点铣面，其用于大面积弧面粗加工耗时耗力，故改用圆刀片铣刀盘，利用其圆弧刀片进行半精加工铣削。这种铣削的原理是借用刀片 ｒ 角进行材料去除，将工件表面波峰降至低并形成较缓和的半精加工面，并借助盘铣刀的直径优势进行材料镂平及下一道刀路材料预先去除，以达到较小切削力下的大材料去除量。
若以直径12 mm 圆刀片装夹在直径80 mm 刀盘上进行加工，每刀切深 0. 1 mm 为例，则波峰仅为
0. 04 mm，并可消除所有直角棱，更利于磨削加工。加工示例如图 2 所示。
图 2 加工示例
弧面半精加工则可借助 ug 等自动加工软件进行程序编制，若想得到更细化的半精加工表面，则调 整每刀切削深度即可。加工中需随时注意刀片的磨 损，若在磨损较大时才进行刀片更换，则整个弧面将 在每个换刀点形成一个高点，不利于后期磨削加工。
2. 2 砂轮及工装准备
选择砂轮时首先需要考虑机床因素，砂轮大会形成干涉无法安装，根据实际情况本机选用直径 400
mm 的砂轮，考虑磨削力等因素，宽度选用 40 mm。
装夹砂轮的法兰盘为非标定制，采用两个法兰夹紧砂轮，并给予一定的公差配合以保证后续静平 衡工作顺利进行，夹紧砂轮的法兰盘通过芯棒及螺 栓直接固定于直角铣头轴端面上。在法兰与砂轮之间装夹一片摩擦片，以增加法兰与砂轮的摩擦系数。砂轮安装示意图如图 3 所示。
图 3 砂轮安装示意图
1. 直角铣头轴头; 2. 芯棒; 3. 法兰 1; 4. 螺栓 1;
5. 摩擦片; 6. 砂轮; 7. 摩擦片; 8. 法兰 2; 9. 螺栓 2
另外，考虑到砂轮磨削过程的安全性，砂轮需配备安全罩以保证加工安全。砂轮安全罩应遮盖大部分砂轮，只留底部磨削空间及必要的避让空间。砂轮安全罩的安装可以借用直角铣头端面的固定螺栓，拆下部分螺栓，更换稍长螺栓即可进行砂轮安全罩的固定安装。砂轮安全罩尺寸及安装如图 4 所示。
图 4 砂轮安全罩尺寸及安装
2. 3 弧面磨削
弧面磨削加工如图 5 所示，其分为磨砂轮→砂轮静平衡→程序编制→寻高点→磨削加工几部分。
图 5 弧面磨削加工
( 1) 磨砂轮: 其为对砂轮外圆的修磨，需将砂轮安装至机床，并在工作台面上竖直安装一支金刚笔。将砂轮移至笔头，利用手轮或循环编程进行往复循 环修磨，直至将砂轮外圆修磨平整。
( 2) 砂轮静平衡: 砂轮修磨后需进行砂轮的静平衡。制作一芯棒，砂轮套进芯棒后架在静平衡工装上进行砂轮静平衡，静平衡工作非常重要。
( 3) 编制程序: 程序即为参考平面磨削的方式， 仿型跑圆弧面并同时横向进给，此为三轴联动加工， 关键程序截取如下:
g91 g3 x － 200 z － 5 y1. 25 i = ac( 0) k = ac( 4002. 5)
g2 x － 2217. 6 z － 74. 1 y13. 75 i = ac( 0) k = ac( － 33200)
g3 x2217. 6 z74. 1 y13. 75 i = ac( 0) k = ac( － 33200)
g2 x200 z5 y1. 25 i = ac( 0) k = ac( 4002. 5)
编程时需同时考虑 x、z 向距离关系以及让刀空间，并考虑砂轮直径对主轴中心到圆弧面距离的影响。程序第一段及第四段为反向平缓出工件程序，k
= ac( － 33200) 为考虑砂轮半径 200 mm 编制的进给程序。
另外还需考虑砂轮尺寸较大、质量较大，因此主轴启动阻力较大。为了保护主轴，在转速编程中需考虑缓速启停主轴，利用程序段以一定百分比使主轴由慢到快转动直至达到程序要求的转速，并在程序结束时再由快而慢逐渐停下主轴。
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( 4) 寻高点: 磨削加工不能大吃刀量磨削，所以第一刀加工必须谨慎，需要找出弧面高点，从高点进行磨削。
( 5) 磨削加工: 磨削初期为高点磨削，下刀量可稍大，可进给 0. 05 mm。至磨削到较大面积后，需每刀下 0. 02 mm。火花散状为较好状态，若火花趋于密集，则需考虑是否砂轮磨损，需进行砂轮修磨后再继续进行加工。
3 小结
经过两次实际加工验证，确认利用数控加工中心进行大型圆弧面的精磨加工实际可行。加工时弧面细化铣削十分重要，其决定了后续磨削加工所需的时间，若以较小切削深度进行加工，后续磨削仅需 1 ～ 2 天即可完成。相对于终利用球头铣刀进行弧面精加工，该磨削方法仅在弧面细化铣削部分占用了较长的时间，所以节省了大量的精加工时间及刀具成本。
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