淺析數(shù)控加工工藝設(shè)計

摘 要：在以數(shù)控機(jī)床等為代表的自動化機(jī)床的出現(xiàn)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)機(jī)床向自動化、信息化、精確化模式的轉(zhuǎn)變，提大地提升了工業(yè)生產(chǎn)水平。但是由于數(shù)控機(jī)床具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元件精密高、自動化程度高等特點，就不能夠沿襲傳統(tǒng)機(jī)床的加工工藝模式，而是應(yīng)該結(jié)合數(shù)控機(jī)床自身的特點進(jìn)行針對性工藝方案確定。本文就數(shù)控加工工藝設(shè)計進(jìn)行討論，以期為相關(guān)研究提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工；工藝設(shè)計；編程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.031

1 數(shù)控機(jī)床概述

1.1 數(shù)控機(jī)床工作原理

在利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行工件加工時，首先利用編程軟件將工件的輪廓尺寸以及加工步驟、順序用編程語言描述出來，然后通過程序輸入界面將程序語言輸入到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置將程序語言轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床能夠識別的加工信息，然后按照加工信息驅(qū)動各坐標(biāo)軸運動，并且在控制中進(jìn)行實時反饋，使得數(shù)控機(jī)床的刀具能夠嚴(yán)格按照預(yù)定程序運動，準(zhǔn)確地加工出工件的外部輪廓形狀。在數(shù)控機(jī)床工作中，刀具按照控制程序運動，其相對于各坐標(biāo)軸的運動單位是通過脈沖當(dāng)量計算的。當(dāng)?shù)毒咦叩堵肪€為圓弧或者曲線時，數(shù)控裝置是通過識別加工起點與加工終點的位置，然后在兩點之間進(jìn)行數(shù)據(jù)點密化處理，將圓弧或者曲線用一段段小直線代替。在加工過程中判斷走刀點位于加工曲面內(nèi)側(cè)還是外側(cè)，進(jìn)而調(diào)整數(shù)控機(jī)床刀具的運動方向，從而保證被加工工件表面輪廓尺寸的精度。由于數(shù)控機(jī)床刀具走刀不可能完全沿著曲線表面運行，通過“數(shù)據(jù)點的密化”對加工段進(jìn)行插補，在保證工件精度要求的前提下，盡可能實現(xiàn)走刀路線與曲面外形的擬合。

1.2 數(shù)控機(jī)床的特點

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床集高效率、高精度、高柔性于一身，具有許多普通機(jī)床無法實現(xiàn)的特殊功能，它具有如下特點。

通用性強。在數(shù)控機(jī)床上加工工件時，一般不需要復(fù)雜的工藝裝備，生產(chǎn)準(zhǔn)備簡單。當(dāng)工件改變時，只需更換控制介質(zhì)或手工輸入加工程序。因此解決了機(jī)械加工單件、小批生產(chǎn)的柔性自動化問題，可顯著縮短生產(chǎn)周期，提高勞動生產(chǎn)率。

加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床上綜合應(yīng)用了保證加工精度、提高質(zhì)量穩(wěn)定性的各種技術(shù)措施。因此控制精度高；機(jī)床零部件及整體結(jié)構(gòu)的剛度高，抗振性能好；自動化加工，很少需要人工干預(yù)，消除了操作者的人為誤差和技術(shù)水平高低的影響；在自動換刀數(shù)控機(jī)床上可以實現(xiàn)一次裝夾、多面和多工序加工，可以減小安裝誤差等。

生產(chǎn)效率高。數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性良好，可進(jìn)行強力切削，有效地節(jié)省機(jī)動時間，還具有自動變速、自動換刀、自動交換工件和其他輔助操作自動化等功能，使輔助時間縮短，而且無需工序間的檢測和測量。生產(chǎn)效率比一般普通機(jī)床高得多。

自動化程度高。除裝卸零件、安裝穿孔帶或操作鍵盤、觀察機(jī)床運行之外，其他的機(jī)床動作直至加工完畢，都是自動連續(xù)完成?？纱蟠鬁p輕操作者的勞動強度和緊張程度，改善勞動條件，減少操作人員的人數(shù)。

經(jīng)濟(jì)效益好。數(shù)控機(jī)床的加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。

2 數(shù)控數(shù)控加工工藝設(shè)計

2.1 劃分?jǐn)?shù)控加工工序

在數(shù)控機(jī)床設(shè)備條件允許的情況下盡可能選擇集中工序加工，這樣不僅可以有效降低工件的裝夾次數(shù)，提高加工效率。但是考慮到工序過于集中會增加設(shè)備的負(fù)擔(dān)，同時加工工序過長，加工出錯率也會增加，因此需要根據(jù)實際情況酌情確定加工工序的集中與分散程度。同時將粗、精工件加工分開，對較易產(chǎn)生變形的工件粗加工后進(jìn)行修正以及殘余應(yīng)力的消除，以保證精加工質(zhì)量。

2.2 合理安排工序的先后順序

①先安排加工精度低的工件，在安排加工精度高的工件；②考慮加工中工件會發(fā)生形變，應(yīng)該將加工后形變大的工件安排在后面的工序；③要求各工序加工之間能夠互不干涉，即要求上道工序不能夠影響下道工序的加工以及夾具的安裝定位；④盡可能較少加工工序的數(shù)量、夾具的裝夾次數(shù)以及刀具的更換，盡可能采用一次工序、一次工裝、一把刀具完成最多的加工流程，從而有效提升數(shù)控機(jī)床的加工效率，降低無用加工工序；⑤對于有特殊要求的工件要進(jìn)行單獨工序安排，如經(jīng)過滲氮處理、熱處理的工件；⑥加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位安裝與夾緊的重要性來考慮，重點在于工件的剛性不被破壞，以保證整體零件的加工精度。

3 數(shù)控加工的工序設(shè)計

對于數(shù)控加工工序設(shè)計來說，其主要任務(wù)是進(jìn)一步細(xì)化各道工序的加工內(nèi)容、刀具的運動軌跡、工件的裝夾與固定方式以及工件的切削量等內(nèi)容，進(jìn)而為編制加工程序做好準(zhǔn)備。

3.1 確定走刀路線和安排工步順序

數(shù)控機(jī)床的走刀路線是工件加工過程中，刀具按照預(yù)定的編程程序運動的空間軌跡。走刀路線不僅反映了工步的內(nèi)容，也反映出工步順序，因此走刀路線對于數(shù)控加工工藝設(shè)計來說具有重要的意義。為了保證設(shè)計的走刀路線與實際走刀路線的契合度，在確定走刀路線時應(yīng)該作出工序簡圖，將走刀的進(jìn)刀及退刀方向、距離進(jìn)行清晰的標(biāo)注。在確定刀具的走刀路線時應(yīng)該考慮以下幾點：①在保證工件能夠加工完成的基礎(chǔ)上，盡可能選擇最短的走刀路線，以降低刀具的走刀時間，從而在最短時間內(nèi)加工出最多的工件；②在選擇走刀路線時，盡可能選擇對于工件形變影響較小的路線，從而有效降低加工中工件的形變程度；③在刀具起刀、抬刀時應(yīng)該避免在工件輪廓表面上直接進(jìn)行，應(yīng)該避開工件的輪廓面，從而有效降低刀具對工件表面造成的劃傷；

3.2 夾具的確定

在進(jìn)行工件夾具確定時應(yīng)該堅持以下原則：①力求夾具設(shè)計、工藝與編程計算的基準(zhǔn)統(tǒng)一，提高工藝方案的執(zhí)行效率；②盡可能做到一次裝夾進(jìn)行相關(guān)工序的加工，盡可能保證最少的裝夾完成工件輪廓表面的加工。盡可能將相同工裝的盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能一次裝夾加工出全部待加工表面，對于相同工裝的夾具應(yīng)該安排在一起進(jìn)行；③保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床坐標(biāo)方向相對固定，能協(xié)調(diào)零件與機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸，避免加工過程中因夾具坐標(biāo)方向與機(jī)床坐標(biāo)方向變化而造成的尺寸誤差；④夾具要開敞，不能夠與刀具的運動軌跡相干涉；⑤當(dāng)零件加工批量小時，盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其它通用夾具，盡量避免采用專用夾具；⑥當(dāng)工件需要進(jìn)行中批或大批生產(chǎn)需要時，才考慮采用專用夾具，為了降低夾具成本，應(yīng)該盡可能采用結(jié)構(gòu)簡單的夾具。⑦當(dāng)工件批量較大，有條件時，應(yīng)采用氣動、液壓夾具及多工位等高效夾具，以提升機(jī)床的加工效率。

3.3 刀具的選擇

①刀具的類型應(yīng)與加工的表面相適應(yīng)，數(shù)控機(jī)床、刀具、輔具（刀柄、刀套、夾頭）要配套；②刀具的幾何參數(shù)應(yīng)力求合理，要有較高而且較為一致的刀具耐用度，以及足夠的剛性。刀具規(guī)格、專用刀具代號和該刀具所要加工的內(nèi)

容應(yīng)列表記錄下來，供編程時使用.

3.4 確定對刀點與換刀點

對刀點就是刀具相對工件運動的起點，常常把對刀點稱為程序原點，其選擇原則如下：①找正容易；②編程方便；③對刀誤差小；④加工時檢查方便、可靠。為防止換刀時碰傷零件或夾具，換刀點常常設(shè)置在被加工零件的外面，并要有一定的安全量。

3.5 確定切削用量

切削用量的合理選擇對提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量有直接影響，應(yīng)根據(jù)數(shù)控機(jī)床使用說明書和切削用量選擇原則，結(jié)合實際加工經(jīng)驗來確定。最好能作出切削用量表，以方便編程。

4 數(shù)控加工工藝編程的內(nèi)容和步驟

4.1 設(shè)計出正確的加工方案

工藝編程人員要認(rèn)真分析待加工工件圖紙，綜合考慮待加工工件的輪廓尺寸、精度要求、材料性質(zhì)、原材料的熱處理要求等工藝要求，從而確定出最佳的工藝加工方案。同時在加工方案確定過程中，要結(jié)合數(shù)控機(jī)床的加工精度、尺寸范圍、刀具硬度、夾具工裝等要求，以保障加工方案能夠?qū)崿F(xiàn)。

4.2 工藝處理

在進(jìn)行工藝處理時，要準(zhǔn)確找出刀具的對刀點、起刀點，并且根據(jù)工件的加工路線和待加工工件的進(jìn)刀量，以保障數(shù)控機(jī)床能夠快速高效完成加工任務(wù)。在綜合考慮現(xiàn)有工藝技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工藝編程。

4.3 數(shù)學(xué)處理

主要任務(wù)是根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)求出編程所需的數(shù)據(jù)，一般多采用專門的編程軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)編程，或者是將二維或者三維數(shù)據(jù)通過軟件轉(zhuǎn)化為加工程序。

4.4 編寫程序清單

數(shù)控機(jī)床編程人員要結(jié)合數(shù)控機(jī)床的編程形式，不同的數(shù)控機(jī)床其編程指令編寫以及程序格式不相同，如德國西門子系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床與日本三菱機(jī)床其編程方式就不相同。編程人員根據(jù)被加工工件的加工要求進(jìn)行編程語言的編寫，并且在程序語言編寫完成后認(rèn)真檢查程序指令、格式是否存在錯誤，及時檢查出錯誤并進(jìn)行修改，避免因為編程問題對于數(shù)控機(jī)床加工造成的不利影響。

5 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床自動化程度高，但其適應(yīng)能力較差，在數(shù)控編程完成并且輸入較難進(jìn)行調(diào)整，因此其沒有通用機(jī)床的靈活度與自由度高。因此為了保證數(shù)控機(jī)床的正常工作，就需要從工件加工的每一個環(huán)節(jié)入手，真正將工藝方案做精做細(xì)，從而使得數(shù)控機(jī)床能夠按照預(yù)定的程序工作，進(jìn)而提升工件的加工質(zhì)量與效率。

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作者簡介：林梅（1987-），女，四川威遠(yuǎn)人，本科，助教，研究方向：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化。