大型雕塑曲面零件的加工，多采用傳統的“砂型鑄造→手工鏟磨→立體樣板檢查”的工藝方法加工，由于立體樣板制造精度較低以及其幾何變形的影響，使該類曲面零件的加工精度難以提高。

　　隨著計算機技術的發展，使CAD/CAM技術有了長足的進步，出現了五軸聯動數控鏜銑床和一些優秀的CAD/CAM軟件，其中SDRC/CAMAND軟件在五軸聯動數控加工編程方面比較靈活。目前對大型雕塑曲面零件的加工，以采用大直徑面銑刀沿曲面參數線方向進行加工為最佳加工方式，這種加工方式具有加工精度和加工效率高，零件表面質量較好以及刀具切削狀態優等特點。

　　一、雕塑曲面的三維造型技術

　　為了完成對曲面的數控加工編程，首先需要在計算機上造型出曲面的三維模型。雕塑曲面的設計數據通常以點陣數據描述，而曲面點陣數據的來源主要有兩種方式：一種是通過設計手段，由設計人員根據產品的設計理論，通過計算得到這種點陣數據，其又常常是按一定規則有規律給出，三維造型相對容易;另一種是通過對手工制作的木模原型或者實物，采用三維測量儀器測量得到曲面的點云數據，這類數據點陣分布沒有準確的規律，曲面三維造型相對較難。所以，根據曲面原始數據點陣的不同情況，雕塑曲面的三維造型可分為規則點陣的曲面造型和不規則點陣的曲面造型。

　　1、規則點陣雕塑曲面的三維造型

　　規則點陣雕塑曲面是指曲面點陣數據嚴格按照一定規律給出。通常，曲面數據點陣分為若干條參數樣條線節點數據，三維造型則采用NURBS曲面造型來完成所需雕塑曲面。下面描述在SDRC/CAMAND軟件中的造型步驟。

　　(1)把雕塑曲面原始點陣數據用“Pointset”功能生成點集(Pointset)，注意應該按照每個參數樣條生成獨立的點集。

　　(2)利用“B-Spline”功能，選擇使用“Thru Points”和“Non-uniform”參數，然后直接選取所對應的各樣條點集，生成構造曲面所有的參數樣條。

　　(3)采用“Modeling”的“Surface”功能，執行“Lofted Surface”子功能，按一定順序選擇每條樣條曲線后，點擊確認，生成該雕塑曲面。

　　2、點云數據雕塑曲面的三維造型

　　點云曲面數據是指曲面點陣數據不是精確地按照一定規律給出，無法先生成出樣條曲線后，再造型曲面來得到較好的此類雕塑曲面模型。因此只有采用“點云數據造型曲面”功能，而在CAMAND中還沒有類似功能，實踐中我們借助I-DEAS中的“Fit Points to Surface”功能，把點云生成曲面，然后在I-DEAS軟件中轉換為CAMAND文件格式，以其作為數控編程用模型。

　　二、大型雕塑曲面數控加工工藝的設計

　　在實際生產制造中，要實現對大型雕塑曲面零件的五軸聯動數控加工，首先應解決曲面零件的裝夾找正方案，考慮如何確定工件零點、對刀點、加工用刀具方案以及詳細的加工順序等。

　　1、大型雕塑曲面數控加工的裝夾找正原則

　　對于一般大型雕塑曲面零件來說，其裝夾找正有一定的規律可循，所以經過分析，大型雕塑曲面可以分為兩大類，其裝夾找正原則如下。

　　如果雕塑曲面零件上有平面、圓柱面等特征基準面，則采用該平面的等特征面作為裝夾找正基準，這樣可簡化找正過程，提高裝夾找正效率，保證曲面找正精度。

　　如果雕塑曲面全部由雕塑曲面組成，沒有確定的基準，那么一般在曲面零件上鑄造或焊接上找正平面塊、銷孔或基準銷等輔助找正基準，利用大型曲面的三維測量技術手段，以及利用計算機軟件適配技術得到毛坯余量分布情況，來指導雕塑曲面零件的找正。

　　當然，這兩種方式是以首先確定大型雕塑曲面零件的基準，而后數控加工程序以找正基準進行加工為指導思想。如今，有的廠家也有另一種工藝方式。對于無確定基準的大型雕塑曲面，將其直接自由放置在機床工作臺上，裝夾可靠后對曲面按一定網格分布進行測點，然后將測點數據再處理，找出曲面在自由空間的位置關系，確保曲面的加工余量，調整加工坐標系，對數控加工程序進行轉換，最后再返回機床完成對此零件的加工。這種工藝方式，最大的優點在于無需確定的基準進行裝夾找正，零件自由放置。但從另一方面來說，這種工藝方式，增加了機床加工輔助時間，處理的數據較多，也給生產組織帶來了困難。

　　2、大型雕塑曲面零件的數控加工刀具選擇

　　對于大型雕塑曲面零件的五軸聯動數控加工用刀具，以采用大直徑面銑刀加工為佳。目前比較著名的刀具制造商有Sandvik、Ingersoll、Kennametal、Seco等，其中Sandvik的CoroMill 200系列圓刀片面銑刀，特別適合雕塑曲面零件的半精加工和精加工;Kennametal公司的220/221系列刀具具有耐沖擊和剛性好等優點，適合粗加工快速大吃刀量加工。選擇刀具的直徑應根據雕塑曲面零件的曲率大小來確定，原則是刀具半徑應該小于雕塑曲面凹曲面的最小曲率半徑，但也不宜太小，否則將使加工效率降低。對于曲率半徑變化太大的雕塑曲面零件，也可以把整個零件劃分成不同區域，選擇不同直徑的刀具，以提高加工效率。

　　三、五軸數控加工刀位計算和仿真

　　雕塑曲面零件的五軸聯動數控加工刀位計算方式在CAMAND軟件中有INTERP(插值)、NORMAL(法向)、TILT(傾斜)和TANGTO(切向)等多種方式，但對于大型雕塑曲面零件，最常用的是以TILT方式來加工，這種加工方式加工時的刀具軸和切削點曲面法矢成一定的前后傾角(Lead/Lag Angle)或側傾角(Right/Left Angle)。

　　1、五軸聯動數控加工刀位計算

　　在CAMAND軟件中，用TILT方式加工雕塑曲面零件，其刀位計算過程：首先選擇“Numerical Control”的“Flowline Surfaces”功能，“Flowline Surfaces”這種加工方式實際上就是沿曲面的參數線方向加工;其次設定刀位名稱(可用“New” 或“Rename”功能)，選擇加工坐標系和起刀點，再輸入相應的刀具參數(刀具直徑、刀具長度、切削刃形狀尺寸、切削參數等)，設置好進出刀參數，選擇干涉檢查曲面及設定參數后，再點擊刀位計算功能，選擇加工曲面并定義切削方向以及刀軸控制方式TILT方式，一般設置加前傾角，即沿切削方向前傾一個2～10°的角度;最后完成該曲面的五軸聯動加工刀位計算。

　　2、切削仿真和機床仿真

　　對于大型雕塑曲面零件，由于毛坯造價高，而且為了機床、刀具和工裝的安全，在五軸聯動數控加工刀位計算完成后，必須進行切削仿真和機床仿真，檢查刀位的正確性，最后得到的加工程序能用于實際生產制造。在CAMAND軟件中，有一套簡單的切削檢查和機床仿真，可滿足普通仿真要求。如果需要更精確地仿真工具，則應采用更專業的CGTech公司的Vericut軟件。該軟件不但可進行切削仿真和機床仿真，而且還有可以優化刀位軌跡等特點。在這里僅簡單描述在CAMAND軟件中的仿真。

　　對于五軸刀位的切削仿真，可檢查和修正刀具在前序五軸刀位計算中的過切現象。一般，首先把被加工面渲染著色，然后用“Simulation”功能對刀位逐步模擬并檢查刀具的干涉情況，若有過切和碰撞發生，就必須重新計算或修改刀位。對于機床仿真，我們主要檢查NC銑頭(大型五軸龍門鏜銑床多是兩軸NC銑頭方式)與工件、夾具的干涉情況，因此，可以根據實際機床NC銑頭形狀及尺寸建立NC銑頭的三維模型，然后利用“Simulation”功能再加上NC銑頭進行機床仿真，可以檢查出NC銑頭、刀具與夾具、工件的干涉情況。

　　四、五軸刀位的后置處理

　　在完成曲面的五軸聯動加工刀位計算后，還需通過后置處理技術來完成中間刀位文件轉換成數控機床能識別的G代碼程序。在CAMAND中的刀位文件是以刀尖點坐標和刀軸矢量給出，那么后置處理就必須把刀位數據轉換成X、Y、Z、B、C坐標值。根據特定機床的數控系統和機床參數(如各坐標軸行程，最大進給速度、轉速等)設計后置處理器，然后利用CAMAND的Main NC 中的后置處理功能，把五軸刀位數據轉換為機床數控系統可執行的G代碼程序。

　　大型雕塑曲面零件的五軸聯動加工技術可以有效解決這類零件加工精度和加工效率之間的矛盾，這種技術涉及到計算機輔助三維曲面造型，計算機輔助制造及機械加工工藝技術等多學科綜合技術。