刘合群淤LIUHe-qun曰王志满于WANGZhi-man（淤咸宁职业学院，咸宁437100；于咸宁技师学院，咸宁437100）（淤XianningVocationalTechnicalCollege，Xianning437100，China；于XianningTechnicianCollege，Xianning437100，China）
摘要院本文将分层制造技术和数控加工技术的优势结合起来，研发打造出一种以三维立体空间层为基础的新型的快速成形的复合工艺，并详细论述三维立体空间层的成形方法和原理。
Abstract:ThispapercombinestheadvantagesoflayeredmanufacturingtechnologyandNCmachiningtechnology,researchesandcreatesakindofnewcompositerapidprototypingtechnologybasedonthethree-dimensionalspacelayer,anddiscussestheprototypingmethodandprincipleofthethree-dimensionalspacelayerindetail.
关键词院分层制造；数控加工；快速成形；复合工艺Keywords:layeredmanufacturing；NCmachining；rapidprototyping；compositetechnology中图分类号院TD406文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）27-0040-02
0引言现行的分层制造技术优势明显，即使不借助任何的工装和车床夹具，也能够根据要求从CAD模型中快速而神奇地造出有着各种复杂形状的三维的实体零件造型，但是其缺陷也绝不容忽视，即能够用来加工选用的原材料种类非常有限，能够用来制造加工的机器零部件尺寸过小，制造出来的产品表面粗糙、质量规格低、产品精度不够等。长期以来，这些现实问题一直困扰着技术研发人员。而传统的数据加工技术虽然能够克服这些缺点，不受选材种类的限制，还能有效地造出各种产品原型，造出的产品零部件尺寸符合规范、产品表面质量好、精确度高，但是在产品制造加工时需要用夹具牢牢固定住被加工的组件，而且造不了结构形状要求复杂的组件。因此，要有效地解决材料的快速成形问题就要把两项技术有机地结合在一起，采用以三维立体层为基础的快速成形复合技术。
1快速成形复合技术研究材料快速成形复合技术的关键是怎样能够把分层制造和数控加工这两项技术有机地结合在一起，取长补短，优势互补，最大限度地把材料成形效率提高起来。
近些年来，有人为了提高产品的精度和质量而把铣削加工的工艺引入了产品加工过程。然而，由于铣削加工的工艺仍然采用的是二维的成形技术和薄层叠加，所以它仅仅是一种作为实现产品表面光整的辅助性措施，不能够从根本上彻底解决问题。为此，笔者综合分析了分层制造和数控加工的特点，强调充分发挥这两项技术的各自优势所在，采用三维的分层制造技术进行数据加工与零件制造。
这里所谓的“三维快速成形复合技术”，即以三维叠加的方式把要制造加工的产品原型分成尽可能大厚度的三维立体层，然后分别对三维层各个层面进行铣削加工，通过原材料的堆积和去除过程，交替反复进行而造出产品的原型。要想有效地减少层面的数量，在快速成形技术中最好采用从正反两方面进行两次三轴铣削加工而使之能够成形的方法。
为了实现快速成形的工艺，笔者建议在加工时以六轴并联的机床作为施工的平台，并增设板材移送或者快速翻转装置来建立快速成形复合制造系统。这里采用的并联机床是可以在一次装夹下同时进行五个面的加工操作的六轴的机床，它必须要具有很高的柔性才行。在系统操作中，我们将一个工作台甲用于工件反面的加工，另一个工作台乙用于工件的正面加工和叠层的作业。对于需要从正反两方面进行两次三轴铣削加工而使之能够成形的三维层面，操作时我们需要把要加工的板材装夹在甲工作台上，沿着操作轨迹移动到六轴并联的机床先进行工件反面的加工；然后通过工件反面的加工完成工件的轮廓过渡线之下部分的构造，甲工作台再顺着原来的操作轨迹回复到出发位置，最后把加工的板材经过翻转粘贴到乙工作台上。乙工作台沿着另一操作轨迹移动到六轴并联的机床进行工件的正面加工操作；然后通过对工件正面的加工完成工件的轮廓过渡线之上部分的构造，乙工作台同样再顺着原来的操作轨迹回复到出发位置。对于只需要从反面进行一次三轴铣削加工而使之能够成形的层面，操作时我们需要把要加工的板材装夹在甲工作台上，然后通过工件反面的加工完成工件的形状塑造，最后经过翻转将板材粘贴在乙工作台的原型上就行了，不用再进行工件正面的加工流程。对于只需要从正面进行一次三轴铣削加工而使之能够成形的层面，操作时我们可以把待加工的板材直接粘贴在乙工作台上，然后通过对工件的正面加工完成工件的形状塑造，不用再进行工件反面的加工流程。在这里，整个工件原型的制作过程是按照先进行反面加工，然后板材翻转粘贴或者先进行板材叠加然后再对工件进行正面加工的顺序交替反复地进行，直到造出工件的原型。
综上所述，整个的工件快速成形工艺流程是先把CAD模型的原型分割成若干的三维层面，通过水平支撑来固定需要的层，按照正反两面加工的轨迹对工件加工成形，最后把CAD实体模型经过六轴的处理加工再把水平支撑去掉。
2分层处理制造技术在工件的快速成形复合工艺流程中，一个极为复杂和重要的环节就是CAD模型的分层处理制造。因为要保证工件的各个层面都要在指定的加工条件下实现切削加工，这其实是很难做到的。有很多因素是需要在分层时考虑到的：其中一个是要考虑到切削刀具的接近性，即工件的每一个层面都应该从正方向或者反方向中的某一方向容易被切削刀具接近；再一个是考虑到层面的厚度，既不能超出切削刀具可以切削的深度，也不能超出原有板材的厚度值；还要考虑的是要尽可能地减少层面的个数，这样操作时就能够节省叠层的时间；最后要考虑的是分层时要力求尽可能少的切削的量，这样操作时就可以节省切削的时间。CAD模型的分层处理制造可以采用商用的分层软件或者自行开发研制相应的专用软件操作完成。
3加工工件的固定方法在工作台上进行工件的正面加工和叠层作业操作时，我们只需要把第一层的待加工板材在工作台上固定下来。
而为了实现第一层板材的固定，对于分层处理而生成的CAD板材模型，我们需要设置一个水平支撑，这样在对板材的铣削加工操作完成以后，我们就能够把板材的外壁和被加工成形的板材部分连接到一起，这样就把被加工的工件固定住了。操作时我们只需要在工作台把待加工的板材用通用夹具固定在工作台上，即使是形状复杂的构件，也不必使用专用的夹具固定。在工作台上进行工件的反面加工时，对于需要从正反两方面进行两次三轴铣削加工而使之能够成形的三维层面，我们只需要用通用夹具把待加工的板材固定在工作台上就行了。但是对于需要从反面进行一次三轴铣削加工而使之能够成形的层面，因为它的所有形状都必须在工作台上经过对板材反面的加工处理操作来完成，可是待加工的板材经过反面的加工处理后，被加工的板材外壁和已经加工成形的板材部分呈现出互相分离的状态。这时候，为了避免已经加工成形的板材部分产生脱落下滑的现象，必须想办法先通过一个水平支撑的设置把板材外壁和已经加工成形的板材部分连接在一起，然后再把板材翻转粘贴在工作台的原型上，最后正面去除水平支撑。
4结语综上所述，本文通过加工工件的固定方法、工件的分层处理制造及工件的快速成形复合技术三个方面对基于分层制造和数控加工的工件快速成形复合技术进行了深入探讨和辩证，旨在把传统的数据加工技术和现行的分层制造技术各自的优势发挥出来并有机结合在一起，取长而补短，避免受到选材种类的局限和束缚，制造出符合产品规格要求的、尺寸规范的、产品精度高的、质量好的组件，同时有效解决了在产品加工时必须要把要加工的板材用专用夹具固定起来和产品造型单一的问题。简单说，这项快速成形材料加工分层复合技术的优势和好处是能够根据CAD模型制造出我们需要的高级的、复杂的形状构造而不需要借助专门的夹具来固定，并且它还具有产品质量好、表面精度高、可选材料多、可造尺寸大、生产效率高等众多的好处和优点。
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