针对铸件浇冒口后处理环节存在的精度低、效率差及一致性差等问题，研究了一种面向高精度打磨的五轴加工工艺优化方法。优化设计了集三轴滑台、旋转模组与双工位转台于一体的自动打磨装置，建立了手动示教与外部导入相结合的轨迹生成机制，优化设定了移动速度、刀具重叠率及接触角等关键参数，最终构建可复用的打磨工艺体系。该方法有效降低了打磨时间，提高了表面质量和尺寸一致性，提升了自动化水平与加工稳定性。
序言
铸件浇冒口的去除与表面打磨关系着成品的外观质量与尺寸精度。传统工艺中，该环节一般依赖人工操作，存在劳动强度高、效率低及一致性差等问题。为提升铸件浇冒口加工工艺的自动化水平与加工质量，亟需构建高效、稳定的自动打磨工艺体系，满足复杂铸件浇冒口的高精度打磨需求。
打磨工艺现状与问题分析
2.1 传统打磨方法概述与瓶颈
传统的浇冒口人工打磨去除作业中，操作人员常使用便携式角磨机、砂轮机等，该手动打磨方式虽成本低、适应性强，但缺点为劳动强度大、效率低及一致性差。
在大批量、高一致性要求的铸件生产中，传统人工打磨方式易出现漏打、过打及偏差大等质量缺陷，无法保证铸件的打磨质量一致性。另外，手工打磨还存在粉尘污染、刀具操作风险等职业健康隐患，制约车间的智能化升级。
2.2 现有机床结构与工艺限制
为提升自动化水平，目前一些企业尝试对传统龙门加工中心进行铸件打磨改造处理。但此类设备多面向金属切削加工，其结构刚性、运动自由度及控制逻辑不适合复杂曲面的铸件浇冒口清理。因此此类机床的打磨作业，依赖高级数控编程与操作技能，增加了人员培训成本，设备的普适性与灵活性也受到限制。
2.3 打磨精度、效率与一致性问题分析
铸件浇冒口区域曲面不规则、过渡结构复杂，存在过渡材质，传统人工打磨和半自动机床打磨无法实现高一致性的打磨路径。在曲率变化剧烈的边缘区域，刀具角度与工件接触状态不稳定，会导致局部打磨不足或表面过度切削，严重影响铸件外观，甚至影响使用性能。工艺参数难以精确复用，不同操作人员或不同设备状态下的打磨效果存在较大差异，无法保证产品合格率。
五轴打磨装置结构设计与系统组成
3.1 整体结构组成
对打磨装置结构进行优化，整体结构以底座、外壳组成的机架为基础，内部集成了X、Y、Z三轴直线滑台模组、旋转模组及双工位转台，实现五轴联动控制。
三轴直线滑台采用滚珠丝杠模组，X轴滑台上安装固定架，内部嵌套Z轴滑台，Z轴滑台与Y轴滑台联动，实现高精度空间运动控制。旋转模组安装在Y轴末端，可以绕滑动方向旋转，转台连接伺服电动机，带动打磨刀具灵活调整姿态，以此匹配复杂曲面。
双工位转台由转台座、电动机及减速器组成，两侧工件转台可同步或独立旋转，完成上料与打磨任务的无缝切换，提升作业效率与节拍连贯性。
3.2 控制系统与操作方式
打磨装置配备集成化设备控制系统，实现五轴运动部件的统一调度。其核心控制器具有手动示教模式与外部导入模式两种操作方式。手动示教模式下，操作人员通过控制器设定滑台移动速度与倍率，控制刀具沿标准铸件浇冒口路径移动并记录关键示教点与运动方式（线性或圆弧），自动生成初步打磨工艺文件；在外部导入模式中，系统通过导入铸件CAD模型及刀具参数，结合仿真软件进行打磨轨迹设计与验证，转换为可直接运行的工艺文件。
3.3 辅助装置设计
辅助结构的设计可以保障设备的稳定运行与现场环境的整洁，在运动零件防护方面，固定架与外壳间设置X轴方向的鳞片式防尘罩，Y轴模组两侧也设有鳞片式防尘罩，用于防止金属粉尘侵入运动机构，延长使用寿命。
在切屑收集方面，打磨区下方底座设置收集装置，配合顶部多孔布局的切屑收集孔，集中清理磨削残渣，提升可维护性。在转台上配置专用定位工装，以此快速、稳定地安装铸件，确保打磨路径的重复精度与一致性，优化打磨工艺的稳定性与生产效率。
五轴打磨路径生成工艺优化
4.1 手动示教路径生成方法及参数设定
在手动示教模式下，操作人员通过控制器控制X、Y、Z三轴滑台及旋转模组，使打磨刀具沿标准铸件浇冒口的轮廓进行手动引导打磨。每当刀具移动到关键位置，控制器记录当前位置作为示教点，记录相邻点间的运动方式与速度参数。
打磨过程中的关键参数包括三轴移动速度与倍率、旋转模组与伺服电动机的转速及倍率，均可通过界面灵活设定。示教完成后，系统自动生成初步打磨工艺文件，供验证与调整使用。适用于非标准件打磨，具备操作直观、路径直观可控的优势。
4.2 外部模型导入与仿真优化路径生成流程
外部导入模式通过数字化建模与仿真，实现打磨路径的自动生成与优化。
第一，获取铸件的三维CAD模型后，提取浇冒口边缘形成二维外轮廓图。结合铸件材质、尺寸、打磨厚度及刀具特性参数，系统生成初始打磨轨迹。
第二，将铸件模型与打磨装置模型导入仿真软件，构建仿真环境，具体包含速度、加速度和转速等工艺参数，运行虚拟打磨任务[3]。若仿真轨迹与铸件模型存在偏差，则进一步修正路径，重新验证，直到精度吻合方可进行打磨。
第三，输出路径经坐标转换后，生成可由打磨装置直接执行的工艺文件。
4.3 运动方式对打磨效果的影响分析
不同运动方式对路径光顺性与表面质量存在影响：线性运动适用于轮廓变化小或平直区域工况，可实现高速度、大面积磨削，在转角或曲率突变区域则会引发路径突变或过切；
圆弧运动适用于连续曲面和边界过渡区域工况，能保持刀具姿态稳定，提高接触均匀性，提升表面一致性与打磨精度。实际打磨过程中，应结合两种方式使用，通过控制器智能判断示教点间的几何关系，自动选择最优运动类型。
打磨过程中的工艺参数优化
5.1 X、Y、Z轴移动速度与倍率设定
X、Y、Z三轴直线滑台的移动速度决定打磨过程的节奏与精度控制。在手动示教及自动运行模式下，系统可分别设置速度与倍率参数，实现不同路径段速度的动态调节。
打磨复杂曲面或拐角区域时，应降低速度与倍率，提升轨迹贴合度；打磨平整区域，则适当提高速度以提升效率。速度设定策略需兼顾刀具负载、材质硬度与路径曲率，实现效率与质量的平衡[4]。
5.2 打磨深度、刀具路径重叠率及接触角调整
若要保障工艺稳定，则应合理控制单次打磨深度，路径重叠率决定打磨覆盖度，一般控制在20%～50%，确保无漏磨与磨痕重叠现象。接触角影响切削效率与表面质量，需结合刀具形貌与工件轮廓自动调整。
优化结果对比分析
与传统人工打磨方式相比，优化后的系统在加工时间上缩短约35%，由原平均每件7.8min减少至5.1min；表面粗糙度值Ra由3.2μm降至1.8μm，表面质量明显提升；同批次零件尺寸一致性误差控制在±0.15mm以内，远优于传统方式的±0.5mm。
工艺文件的可复用性大幅降低了编程与调试时间，单件调整时间由原来的20min缩减至不到5min，显著提升了生产效率与工艺稳定性。
咨询浇冒口打磨机：135 2207 9385
结束语
本文围绕铸件浇冒口的自动打磨需求，提出了基于五轴联动结构的工艺优化方法，涵盖路径生成策略、工艺参数设定与误差补偿机制。研究证明，该方法可显著提升打磨精度与生产效率，具备良好的可扩展性与工艺适应性。
