淺析數控加工工藝設計

摘 要：在以數控機床等為代表的自動化機床的出現，實現了傳統機床向自動化、信息化、精確化模式的轉變，提大地提升了工業生產水平。但是由于數控機床具有結構復雜、元件精密高、自動化程度高等特點，就不能夠沿襲傳統機床的加工工藝模式，而是應該結合數控機床自身的特點進行針對性工藝方案確定。本文就數控加工工藝設計進行討論，以期為相關研究提供一定的借鑒。

關鍵詞：數控加工；工藝設計；編程

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

1 數控機床概述

1.1 數控機床工作原理

在利用數控機床進行工件加工時，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控裝置，數控裝置將程序語言轉換成數控機床能夠識別的加工信息，然后按照加工信息驅動各坐標軸運動，并且在控制中進行實時反饋，使得數控機床的刀具能夠嚴格按照預定程序運動，準確地加工出工件的外部輪廓形狀。在數控機床工作中，刀具按照控制程序運動，其相對于各坐標軸的運動單位是通過脈沖當量計算的。當刀具走刀路線為圓弧或者曲線時，數控裝置是通過識別加工起點與加工終點的位置，然后在兩點之間進行數據點密化處理，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側還是外側，進而調整數控機床刀具的運動方向，從而保證被加工工件表面輪廓尺寸的精度。由于數控機床刀具走刀不可能完全沿著曲線表面運行，通過“數據點的密化”對加工段進行插補，在保證工件精度要求的前提下，盡可能實現走刀路線與曲面外形的擬合。

1.2 數控機床的特點

現代數控機床集高效率、高精度、高柔性于一身，具有許多普通機床無法實現的特殊功能，它具有如下特點。

通用性強。在數控機床上加工工件時，一般不需要復雜的工藝裝備，生產準備簡單。當工件改變時，只需更換控制介質或手工輸入加工程序。因此解決了機械加工單件、小批生產的柔性自動化問題，可顯著縮短生產周期，提高勞動生產率。

加工精度高、質量穩定。數控機床上綜合應用了保證加工精度、提高質量穩定性的各種技術措施。因此控制精度高；機床零部件及整體結構的剛度高，抗振性能好；自動化加工，很少需要人工干預，消除了操作者的人為誤差和技術水平高低的影響；在自動換刀數控機床上可以實現一次裝夾、多面和多工序加工，可以減小安裝誤差等。

生產效率高。數控機床結構剛性良好，可進行強力切削，有效地節省機動時間，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。生產效率比一般普通機床高得多。

自動化程度高。除裝卸零件、安裝穿孔帶或操作鍵盤、觀察機床運行之外，其他的機床動作直至加工完畢，都是自動連續完成。可大大減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。

經濟效益好。數控機床的加工精度穩定，減少了廢品率，使生產成本進一步下降。

2 數控數控加工工藝設計

2.1 劃分數控加工工序

在數控機床設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，提高加工效率。但是考慮到工序過于集中會增加設備的負擔，同時加工工序過長，加工出錯率也會增加，因此需要根據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，對較易產生變形的工件粗加工后進行修正以及殘余應力的消除，以保證精加工質量。

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生形變，應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量、夾具的裝夾次數以及刀具的更換，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，從而有效提升數控機床的加工效率，降低無用加工工序；⑤對于有特殊要求的工件要進行單獨工序安排，如經過滲氮處理、熱處理的工件；⑥加工順序的安排應根據零件的結構和毛坯狀況，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 數控加工的工序設計

對于數控加工工序設計來說，其主要任務是進一步細化各道工序的加工內容、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容，進而為編制加工程序做好準備。

3.1 確定走刀路線和安排工步順序

數控機床的走刀路線是工件加工過程中，刀具按照預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容，也反映出工步順序，因此走刀路線對于數控加工工藝設計來說具有重要的意義。為了保證設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該作出工序簡圖，將走刀的進刀及退刀方向、距離進行清晰的標注。在確定刀具的走刀路線時應該考慮以下幾點：①在保證工件能夠加工完成的基礎上，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、抬刀時應該避免在工件輪廓表面上直接進行，應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

在進行工件夾具確定時應該堅持以下原則：①力求夾具設計、工藝與編程計算的基準統一，提高工藝方案的執行效率；②盡可能做到一次裝夾進行相關工序的加工，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，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該安排在一起進行；③保證夾具的坐標方向與機床坐標方向相對固定，能協調零件與機床坐標系的尺寸，避免加工過程中因夾具坐標方向與機床坐標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當零件加工批量小時，盡量采用組合夾具、可調式夾具及其它通用夾具，盡量避免采用專用夾具；⑥當工件需要進行中批或大批生產需要時，才考慮采用專用夾具，為了降低夾具成本，應該盡可能采用結構簡單的夾具。⑦當工件批量較大，有條件時，應采用氣動、液壓夾具及多工位等高效夾具，以提升機床的加工效率。

3.3 刀具的選擇

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

容應列表記錄下來，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效率和加工質量有直接影響，應根據數控機床使用說明書和切削用量選擇原則，結合實際加工經驗來確定。最好能作出切削用量表，以方便編程。

4 數控加工工藝編程的內容和步驟

4.1 設計出正確的加工方案

工藝編程人員要認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、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，要結合數控機床的加工精度、尺寸范圍、刀具硬度、夾具工裝等要求，以保障加工方案能夠實現。

4.2 工藝處理

在進行工藝處理時，要準確找出刀具的對刀點、起刀點，并且根據工件的加工路線和待加工工件的進刀量，以保障數控機床能夠快速高效完成加工任務。在綜合考慮現有工藝技術要求的基礎上，進行工藝編程。

4.3 數學處理

主要任務是根據圖紙數據求出編程所需的數據，一般多采用專門的編程軟件進行數據編程，或者是將二維或者三維數據通過軟件轉化為加工程序。

4.4 編寫程序清單

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

5 結語

數控機床自動化程度高，但其適應能力較差，在數控編程完成并且輸入較難進行調整，因此其沒有通用機床的靈活度與自由度高。因此為了保證數控機床的正常工作，就需要從工件加工的每一個環節入手，真正將工藝方案做精做細，從而使得數控機床能夠按照預定的程序工作，進而提升工件的加工質量與效率。

參考文獻：

[1]孫福勛，孫守田.CAM數控加工工藝淺析[J].山東煤炭科技，2009（01）：20-21.

[2]高峰.數控加工工藝設計的原則分析[J].電訊工程，2008（01）：23-25.

作者簡介：林梅（1987-），女，四川威遠人，本科，助教，研究方向：機械設計制造及其自動化。