基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則及方法探討

秦洋

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)發(fā)展進(jìn)程不斷提速，加工工藝標(biāo)準(zhǔn)也不斷向國(guó)際化靠攏。數(shù)控機(jī)床在加工過程中不僅能可以提高工件加工精度，還可以省去繁瑣人力加工過程，減小人為引起誤差。數(shù)控機(jī)床具有較強(qiáng)綜合性，可以一臺(tái)機(jī)器進(jìn)行多類加工，所以其加工過程需遵循三類原則，并且配合不同加工方法?；诖耍疚膶⑻接憯?shù)控機(jī)床工藝設(shè)計(jì)原則與方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；工藝設(shè)計(jì)原則；加工方法

前言：傳統(tǒng)工件加工過程需要多種機(jī)床進(jìn)行配合加工，不僅需要占用大部分廠房面積，還會(huì)產(chǎn)生大量加工廢料，這些粉塵積聚在加工廠內(nèi)不便收拾。而且在加工途中需要用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行人工測(cè)量來規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。但是數(shù)控機(jī)床通過電子控制加工工藝、加工參數(shù)，提升加工效率同時(shí)也提高加工精度。

一、數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)原則

（一）數(shù)控加工工序劃分原則

零件加工工序按照零件材料特點(diǎn)與工藝要求來劃分，劃分方法較多也比較靈活。如零件材料剛度較低，易變形，在加工過程中就要先進(jìn)性粗加工再進(jìn)行細(xì)加工；而零件安裝方式以配合為主則需要按照配合部位選定加工部位，逐步進(jìn)行加工，在加工過程中還需考慮熱脹冷縮等物理性質(zhì)，保證裝配后工件完整性。總之，零件加工工序劃分過程中充分考慮其安裝工藝需要，不可按照死標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工。

（二）數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)原則

第一、一次加工，集中定位原則

工件是由零件配合安裝組成的，每一零件都要具有較高精度才不會(huì)影響到裝配程序，因此在加工過程中要求一次性定位，然后盡量集完成大部分加工過程，對(duì)于同軸加工要盡量避免二次加工來提高精度。在加工過程中可以利用多種加工方法，來減少同類加工次數(shù)[1]。

第二、先粗后精加工原則

在零件加工過程中，一切以加工精度為限制標(biāo)準(zhǔn)。在拿到原材料時(shí)，先進(jìn)行深度切削，以減少重復(fù)切削次數(shù)，然后進(jìn)行粗加工打磨零件基本輪廓外形?；据喞瓿珊螅谶M(jìn)行半精度加工，使工件在精加工前各余量分配均衡。精度加工時(shí)也要盡量避免重復(fù)加工影響精度，一般直接一刀持續(xù)加工達(dá)到零件外形要求。另外再加工過程中，不同加工階段應(yīng)有時(shí)間間隔，保證材料恢復(fù)變形后再進(jìn)行后續(xù)加工[2]。

第三、先近后遠(yuǎn)，由內(nèi)及外原則

加工過程中為保證加工精度，減少定位誤差，一般先加工距刀口較近部位在加工距離刀口較遠(yuǎn)部位，這樣可以減少走刀時(shí)空程距離。而在銑、鏜配合加工過程中，由于銑加工對(duì)于材料整體變形程度影響較大，所以會(huì)先進(jìn)行銑加工，再進(jìn)行鏜孔處理，在處理間隔時(shí)段也有助于材料恢復(fù)變形，減少孔邊飛邊現(xiàn)象。

另外對(duì)于既有內(nèi)表面又有外表面零件，應(yīng)先同時(shí)進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工，然后先對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行半精加工，在對(duì)外表面進(jìn)行同樣處理，內(nèi)表面加工順序優(yōu)于外表面，但不可先進(jìn)行內(nèi)表面完全加工再進(jìn)行外加工。

第四、輔助加工工具最少使用原則

零件加工過程中，會(huì)有輔助工件幫助定位與加工如工件裝夾和一些刀具。在加工過程中應(yīng)減少零件裝換次數(shù)，避免人為造成定位誤差，影響零件加工精度。如在多孔零件加工過程中，每次裝換都可能造成軸心偏移，應(yīng)盡量一次加工完成[3]。

第五、走刀路線最短原則

走刀時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生空程距離也會(huì)增長(zhǎng)，定位誤差概率會(huì)增多，不利于換刀后重新起刀位置確定。在粗加工過程中此類情況較為明顯，很可能因?yàn)榭粘虝r(shí)間過長(zhǎng)而切削位置不準(zhǔn)，既浪費(fèi)原材料又耗費(fèi)多余加工時(shí)間。因此在加工過程中要盡量減少走刀時(shí)間，減少加工程序，提高加工效率與精度。

第六、數(shù)控加工與普通加工銜接原則

零件加工過程需要數(shù)控加工與普通加工相配合，一般會(huì)利用普通加工方法進(jìn)行粗加工，再利用數(shù)控加工進(jìn)行半精加工，一些個(gè)別零件在數(shù)控精加工后還需要普通加工進(jìn)行處理。因此在加工過程中要綜合考慮，盡量依據(jù)工藝特點(diǎn)來選擇加工余量，處理方法來達(dá)到精度標(biāo)準(zhǔn)[4]。

第七、靈活應(yīng)用原則

在實(shí)際加工中，還是要以精度作為加工標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮加工裝配要求和材料特性，靈活調(diào)整上述原則，變換加工方案。

（三）數(shù)控加工走刀路線設(shè)計(jì)原則

數(shù)控加工過程，使用數(shù)字機(jī)床進(jìn)行路線編程，設(shè)計(jì)師可先行擬定好走刀線路并繪制草圖，在路線設(shè)計(jì)時(shí)考慮以下幾點(diǎn)：1、通過合理計(jì)算減少工序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化編程工作量；2、在加工過程中，始終考慮精度標(biāo)準(zhǔn)，最后一次輪廓加工應(yīng)該一次性完成；3、依據(jù)工件形狀、材料、余量以及配合加工機(jī)床承載力選擇重復(fù)加工次數(shù)；4、合理設(shè)計(jì)，避免刀具與工件外形相觸，留下刀痕。

二、數(shù)控加工方法介紹

依據(jù)不同工件外形、裝配要求建立不同加工模型，進(jìn)行加工。接下來，將簡(jiǎn)單介紹Siemens NX系統(tǒng)數(shù)控加工方法[5]。基于Siemens NX數(shù)控體統(tǒng)加工等高齒對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪：

Siemens NX是一種仿真模型建立系統(tǒng)，使用者可以通過參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)建立參數(shù)模型，在進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

首先，參照《齒輪設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如軸交角為90°，分度圓直徑分別為121mm和200mm，依據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行三維實(shí)體創(chuàng)建。主視面為基本曲線顯示平面，右視面為參照平面繪制齒輪根、面、齒寬、截錐曲線，然后創(chuàng)建齒輪基本圓。選取圓心與基準(zhǔn)點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成基本圓，用同樣方法創(chuàng)建小基本圓，然后輸入齒廓漸開線方程，完成大端齒廓漸開線創(chuàng)立，點(diǎn)擊“工具欄”基準(zhǔn)點(diǎn)命令，依據(jù)鏡像規(guī)律得到小端漸開線。單機(jī)“工具欄”旋轉(zhuǎn)命令，創(chuàng)建齒根圓實(shí)體[6]。

齒根圓二維草圖繪制好后，輸入角度值，選擇已將建立好對(duì)數(shù)螺旋線，完成齒面截線創(chuàng)建。

創(chuàng)建錐齒齒輪選取菜單欄插入命令中“掃描混合”，在其中選擇垂直于軌跡，以參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)模型作為對(duì)照繪制大端齒廓截面，選擇去除材料命令，除去預(yù)先余量設(shè)置，以軸列陣形式排列輪齒。

建立好主從動(dòng)齒輪后，依據(jù)系統(tǒng)模型選取對(duì)數(shù)螺旋錐齒輪，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真模型，設(shè)定運(yùn)動(dòng)參數(shù)，啟動(dòng)運(yùn)行。

第二，在齒輪模型創(chuàng)建完畢后，運(yùn)用數(shù)控機(jī)床加工系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行加工。為保證零件精度等級(jí)與表面粗糙度等級(jí)，在夾具選取中直接由數(shù)控機(jī)床中心DMU50進(jìn)行加工，夾具為虎頭鉗，利用模型尺寸限定其自由度來調(diào)整機(jī)床夾具參數(shù)，保證定位精準(zhǔn)。夾具選取后進(jìn)行刀具設(shè)計(jì)?？梢岳梅抡婺Ｐ瓦M(jìn)行不同刀具加工實(shí)驗(yàn)，體統(tǒng)會(huì)依據(jù)零件類型尺寸推薦相應(yīng)刀具。最后選定以銑刀為主，配合球頭銑刀與圓鼻刀。進(jìn)行工藝路線設(shè)定除了要遵守上述加工工藝原則外，在斜錐齒輪加工過程中設(shè)定粗銑端面，粗車錐面-銑孔1-銑孔2-半精銑端面-半精車圓錐面。

路線擬定完成后采用鍛造的棒料作為毛坯，采用正貨或調(diào)質(zhì)處理；對(duì)于齒面進(jìn)行高頻淬火進(jìn)行熱處理以減小齒輪變形。

總結(jié)：由于全球工業(yè)一體化進(jìn)程要求，越來越多工廠在生產(chǎn)過程中將數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)與普通機(jī)床生產(chǎn)相結(jié)合，以提高生產(chǎn)效率與零件精度。合理使用數(shù)控機(jī)床加工工藝原則與方法，使工件加工過程中減少定位誤差或是重復(fù)加工步驟，提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)率。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭健鈞. 基于特征的復(fù)雜工件數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院（沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所），2012.

[2]姚建方. 基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則及方法研究[J]. 工業(yè)設(shè)計(jì)，2015， 10：156-157.

[3]陳光明. 數(shù)控加工中工藝路線設(shè)計(jì)原則及方法[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2005，11：73-76.

[4]趙煥武，趙博鋅. 基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則及方法研究[J]. 通訊世界，2016，12：218-219.

[5]彭文靜. 基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則及方法研究[J]. 電子制作，2014，09：253.

[6]趙留杰，張英杰. 一種基于加工特征的數(shù)控工藝設(shè)計(jì)方法[J]. 機(jī)械工程師，2009，06：31-34.