基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則和方法分析

張敬++張杰

摘 要：近年來(lái)，數(shù)控加工技術(shù)有了很大地提升，對(duì)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展起到了極大地促進(jìn)作用。數(shù)控加工技術(shù)的基礎(chǔ)是工藝設(shè)計(jì)，要想提升數(shù)控機(jī)床的加工效率，保障其加工質(zhì)量，必須要在工藝設(shè)計(jì)原則和方法上下工夫，提升工藝設(shè)計(jì)原則和方法的科學(xué)性、合理性。本文中，筆者首先闡述了數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)，然后分析了數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)原則，最后又分析了數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)方法，希望為今后相關(guān)內(nèi)容的研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 工藝設(shè)計(jì) 原則和方法 探析

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）11（b）-0081-02

何為數(shù)控加工？數(shù)控加工的對(duì)象是數(shù)控機(jī)床及其零件，是一種建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的加工數(shù)控機(jī)床的高科技工藝。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，數(shù)控加工水平也獲得了顯著的提高。但是，在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，仍舊存在一定不合理因素，如工序不集中、走刀不合理、切削用量不科學(xué)等，導(dǎo)致數(shù)控加工的效率和質(zhì)量受到很大程度的影響。為了保證數(shù)控加工的效率和質(zhì)量，必須堅(jiān)持一定的工藝設(shè)計(jì)原則和方法，改善以往數(shù)控加工中存在的問(wèn)題。

1 數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)分析

大量數(shù)控加工實(shí)踐表明，數(shù)控加工中容易出現(xiàn)失誤，其主要原因有兩個(gè)方面，一是工藝方面考慮不周全，二是計(jì)算與編程時(shí)不仔細(xì)[1]。數(shù)控加工中，其工藝設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，對(duì)于數(shù)控加工有著直接的影響，所以必須要對(duì)數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)有所掌握，這樣能夠減少數(shù)控加工實(shí)踐中發(fā)生失誤的概率。縱觀當(dāng)前數(shù)控加工工藝的發(fā)展情況，其特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

1.1 內(nèi)容具體，設(shè)計(jì)嚴(yán)密

數(shù)控加工工藝的內(nèi)容十分詳細(xì)，設(shè)計(jì)工作也非常嚴(yán)密，這是數(shù)控加工工藝的第一大特點(diǎn)。相比于普通機(jī)床加工工藝，數(shù)控加工工藝加工工序較少，使用到的工裝數(shù)量也較少，但是在加工的工序以及設(shè)計(jì)工作方面，數(shù)控加工工藝的內(nèi)容更加復(fù)雜，操作的難度更大[2]。

1.2 數(shù)控加工的“復(fù)合性”

關(guān)于數(shù)控加工“復(fù)合性”的特點(diǎn)，主要是因?yàn)椴捎脭?shù)控加工之后，工件可以在一次裝夾下完成多種加工，如鏜加工、銑加工、鉸加工等。從另一個(gè)角度而言，數(shù)控加工“復(fù)合性”的特點(diǎn)又可以理解為將傳統(tǒng)工藝的工序集中起來(lái)，從而使得零件加工精度大大提升[3]。

1.3 數(shù)控加工的“程序性”

數(shù)控加工過(guò)程中，程序性指的是每一環(huán)節(jié)都需要根據(jù)一定的程序進(jìn)行，遵循一定的原則，不能夠隨意進(jìn)行更改。數(shù)控加工程序性的特點(diǎn)其實(shí)也是數(shù)控加工具體、設(shè)計(jì)嚴(yán)密的反映。

2 數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)原則

數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)原則很多，如工序集中、一次成型的原則；先粗后精的原則；先近后遠(yuǎn)的原則，等等。采用數(shù)控加工時(shí)，堅(jiān)持下述工藝設(shè)計(jì)原則，對(duì)于數(shù)控加工的進(jìn)度和質(zhì)量而言，是一個(gè)極大的保證。

2.1 一次成型的原則

必須承認(rèn)的是，對(duì)于一些零件內(nèi)的加工，允許存在合理誤差。同樣的，采用數(shù)控加工的時(shí)候，在零件加工的過(guò)程中，也會(huì)存在誤差。通常情況下，裝夾的次數(shù)越多，誤差的概率就越高。需要注意的是，零件加工的誤差如果超出了規(guī)定范圍，將會(huì)成為質(zhì)量不合格的零件，也就是所謂的“無(wú)用零件”。為了減少零件加工的誤差，應(yīng)當(dāng)盡可能地將工序集中，減少裝夾的次數(shù)。所以，在數(shù)控加工時(shí)必須要堅(jiān)持工序集中、一次成型的原則，這樣既可以實(shí)現(xiàn)減少裝夾次數(shù)的目的，又可以達(dá)到減少后期精加工成本的目標(biāo)[4]。

2.2 先粗后精的原則

先粗后精原則是數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)原則的重要構(gòu)成之一，指的是在加工零件的時(shí)候，先進(jìn)行粗略的加工，將零件的大致輪廓和規(guī)模確定下來(lái)，然后再進(jìn)行精細(xì)加工，對(duì)粗加工進(jìn)一步完善[5]。在粗加工階段，要減少切削的次數(shù)，盡快將零件的輪廓確定下來(lái)，這樣能夠?yàn)榫庸けＡ魞?yōu)勢(shì)成本。堅(jiān)持先粗后精的原則，其主要的作用在于，可以保證零件（產(chǎn)品）的尺寸，減少尺寸上的不合格，同時(shí)還能夠降低操作時(shí)發(fā)生誤差的概率，最大限度地保證零件加工的合格率，從而提升數(shù)控加工的質(zhì)量。

2.3 先近后遠(yuǎn)的原則

在實(shí)際生活中，先近后遠(yuǎn)的原則隨處可見(jiàn)，采用數(shù)控加工時(shí)同樣需要堅(jiān)持先近后遠(yuǎn)的原則。先近后遠(yuǎn)的原則已經(jīng)在數(shù)控加工領(lǐng)域達(dá)成共識(shí)，在數(shù)控加工過(guò)程中幾乎無(wú)一例外都貫徹落實(shí)先近后遠(yuǎn)的原則。先近后遠(yuǎn)的原則要求數(shù)控加工過(guò)程中，先加工刀具周圍，之后再加工離刀具較遠(yuǎn)的部位[6]。堅(jiān)持先近后遠(yuǎn)的原則，可以減少刀具的移動(dòng)距離，使得走刀路線為最短的路線，這就使得數(shù)控加工的精度得到大幅度提升，對(duì)于數(shù)控機(jī)床的加工效率和加工質(zhì)量也有著非常大的保障。

2.4 最少調(diào)試刀具的原則

事半功倍指的是做最少的事情實(shí)現(xiàn)最好的效果，最少調(diào)試刀具的原則就是事半功倍最好的體現(xiàn)。采用數(shù)控加工的時(shí)候，工作人員應(yīng)當(dāng)盡可能減少刀具的使用次數(shù)。通常情況下，數(shù)控加工期間，工作人員進(jìn)行刀具操作的時(shí)候，不可避免地會(huì)出現(xiàn)刀具磨損的情況，如果頻繁地調(diào)試刀具不僅增加了刀具本身受損的可能性，減少了刀具的使用壽命，還增加了刀具的置換資金，增加了零件劃傷的概率。因此，工作人員在數(shù)控加工的過(guò)程中，一定要堅(jiān)持最少調(diào)試刀具的原則，保證零件加工的有效進(jìn)行。

2.5 程序段最少原則

在對(duì)加工程序進(jìn)行編制的時(shí)候，對(duì)于任何程序員而言，都希望能夠利用最少的程序段完成全部的加工程序，雖然實(shí)施起來(lái)難度很大，但是必須要盡力去嘗試。如果能夠?qū)⒊绦蚨巫钌俚脑瓌t貫徹下去，那么將會(huì)極大地減少計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量的占有數(shù)，使得程序段輸入的時(shí)間極大縮短，這樣便能夠降低程序的出錯(cuò)概率，實(shí)現(xiàn)程序的簡(jiǎn)潔以及提高編程工作的效率。

3 數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)方法

采用數(shù)控加工的時(shí)候，對(duì)于工藝的設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)采取正確的方法。從當(dāng)前數(shù)控加工的實(shí)際情況來(lái)看，數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)方法有：確定走刀路線、完善工序安排、合理選擇刀具、確定好夾具、確定對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)、確定切削用量。endprint

3.1 確定走刀路線

數(shù)控加工時(shí)，刀具的使用非常重要，刀具使用恰到好處，數(shù)控加工的質(zhì)量也將得到保證。在進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)時(shí)，要堅(jiān)持最短走刀路線的原則，要求在選擇走刀路線的時(shí)候，選擇最短的路線。與此同時(shí)，上文筆者提及到，要堅(jiān)持最少調(diào)試刀具的原則，要求工作人員操作時(shí)，盡可能少地更換刀具。另外，在選擇刀具的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)考慮到可能帶來(lái)的對(duì)零件的磨損，還有就是下刀的位置和切入的方向，減少不必要的下刀，確保下刀的切入方向一致[7]。

3.2 完善工序安排

完善工序安排，其實(shí)要求的是貫徹落實(shí)工序集中、一次性成型的原則。在具體的操作過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)從工序最為集中的部位入手，保證零件成型的成功率，盡最大努力做到一次性成型，防止裝夾次數(shù)太多引發(fā)的零件磨損問(wèn)題。要想做好工序安排的完善，一定要有相應(yīng)的管理制度作為保證，缺乏管理制度的保證，完善工序安排真正落實(shí)到具體操作中是非常困難的。此外，一切準(zhǔn)備就緒之后，設(shè)計(jì)人員及程序員不可缺少，對(duì)于操作人員的要求是專業(yè)扎實(shí)、技巧嫻熟、經(jīng)驗(yàn)豐富。

3.3 合理選擇刀具

有關(guān)刀具的選擇，涉及刀具的使用以及最少調(diào)試刀具的原則。在進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，在選擇刀具上一定要認(rèn)真對(duì)待，具體需要注意以下幾個(gè)方面：首先，刀具的類型。刀具的類型需要與加工的表面相適應(yīng)，并且數(shù)控機(jī)床、刀具以及刀柄、刀套等輔具要相配套。其次，刀具的幾何參數(shù)要求要合理。刀具的耐用度在較高的基礎(chǔ)上，盡量在一致性上加以保證，剛性度也要保持一定的水平。最后，記錄下刀具詳細(xì)信息。詳細(xì)信息包括刀具的規(guī)格、專用刀具的代號(hào)、該刀具所要加工的內(nèi)容等，便于后續(xù)編程的使用。

3.4 合理選擇夾具

夾具的選擇要求做到以下幾點(diǎn)：第一，夾具設(shè)計(jì)、工藝以及編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一，以此提升工藝方案的執(zhí)行效率。第二，夾具選擇考慮后續(xù)裝夾的次數(shù)，尋求最短的裝夾次數(shù)。第三，夾具的坐標(biāo)方向和機(jī)床坐標(biāo)方向相對(duì)固定，防止因坐標(biāo)方向的移動(dòng)引發(fā)不必要的誤差[8]。第四，夾具必須開(kāi)敞，不與刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡相互影響。第五，對(duì)于批量小的零件加工，選擇組合夾具，減少專用夾具的使用；反之，采用專用夾具。

3.5 確定對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)

對(duì)刀點(diǎn)，指的是刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)。通常情況下，業(yè)內(nèi)將對(duì)刀點(diǎn)稱為程序原點(diǎn)。在選擇對(duì)刀點(diǎn)的時(shí)候，必須要謹(jǐn)慎選擇，選好對(duì)刀點(diǎn)對(duì)后續(xù)刀具的使用影響很大。在選擇對(duì)刀點(diǎn)的時(shí)候，對(duì)刀點(diǎn)必須找正容易，編程起來(lái)方便，對(duì)刀誤差較小，另外加工時(shí)檢查起來(lái)還要方便、可靠。需要注意的是，換刀時(shí)可能會(huì)碰上零件或者夾具，因此可以考慮將換刀點(diǎn)設(shè)置在被加工零件的外面，并且有一定的安全量。

3.6 確定切削用量

關(guān)于切削用量的確定，對(duì)于數(shù)控加工的進(jìn)行會(huì)產(chǎn)生重要的影響。數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)是進(jìn)行數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作，在確定切削用量的時(shí)候，必須要嚴(yán)格按照工藝設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。所以，這就要求必須要建立起一套明確的切削方案，切削方案中應(yīng)當(dāng)將下刀的位置、切入的方向、切削量以及最短走刀路線等明確下來(lái)。對(duì)于粗加工及細(xì)加工而言，都必須要以切削方案為標(biāo)準(zhǔn)，下刀位置、切入方向必須要保持一致，落實(shí)最短行刀路線的原則，減少對(duì)零件造成的不必要損害，以此提高數(shù)控加工的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，數(shù)控加工是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比有著無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的大背景下，數(shù)控加工的應(yīng)用是一種必然。在采用數(shù)控加工的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持適當(dāng)?shù)脑瓌t，以此保證機(jī)床零件加工的質(zhì)量，降低不合理操作帶來(lái)的誤差。另外，還要做好數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)工作，合理選擇走刀路線，完善工序安排，確定切削用量，正確選擇對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)零件加工的質(zhì)量?jī)?yōu)化，提高數(shù)控加工程序編制質(zhì)量的提高。

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