復雜特征零件數控加工技術研究

楊麗琴

（江蘇省泰興中等專業學校，江蘇 泰州 225400）

復雜特征零件數控加工技術研究

楊麗琴

（江蘇省泰興中等專業學校，江蘇 泰州 225400）

數控技術的長足進步推動了復雜工件品種的增加，使工件結構日漸趨向復雜化與整體化，加工工藝難度提高，從而對數控加工復雜工件技術提出了更高地要求。文章在分析復雜工件加工技術特點的基礎上詳細探討了基于復雜工件特征的數控加工技術，包括復雜工件的工藝規劃、加工工序毛坯模型制定與特征簡化、數控編程等，期望能為相關同行提供可行性參考資料。

數控技術；復雜工件；自動工藝規劃；毛坯模型；數控編程

數控技術的長足進步使加工工件逐漸趨向復雜化，而市場競爭的日益加劇，又對復雜工件質量、精度提出了更高地要求。基于此，善于處理復雜工件精密問題的數控加工技術脫穎而出，成為人們關注的焦點。數控加工技術具有自動化、集成化、柔性化和網絡化特性，有利于自動識別出復雜工件模型的典型特征，從而使工件加工人員能夠進一步明確數控加工的工藝規劃、刀具的選擇、數控代碼的生成，進而保障生產所得復雜工件能充分滿足數控產品生產需要。

1 復雜工件的數控加工特點

隨著復雜工件形狀日漸增多，復雜工件的特征也愈加復雜，這對數控加工工藝、編程都提出了較高的要求。文章通過收集與整理相關研究文獻，總結出了復雜工件的數控加工特點：①品種繁多。不同領域復雜工件的幾何體結構存在較大差異，且其設計與制造具有明顯的小批量加工特征。②整體化與復雜化特征明顯，加工難度相對較大，故而復雜工件設計者、編程員、加工執行者必須具備較高的專業素質，以便高效落實數控加工工作。③材料去除量大。不管是飛機航空工件，還是汽車外殼工件，其都需去除大量的材料，占比約達90%。除此之外，復雜加工件因為特征較為復雜，所以毛坯件價格相對較高。這也使復雜工件的加工成本成為較難處理的問題。④加工質量要求高。雖然企業并不將復雜加工件的質量視作是經營目標，但其是產品銷售的先決條件。特別是一些安全性能要求較高的復雜工件，其質量更需受到重視。⑤毛坯材料種類多。材料技術與冶金技術的蓬勃進步，對復雜工件的精度提出了更高地要求，加之可選擇的加工工藝不斷創新，毛坯材料的種類也不斷增多，如在金屬毛坯的基礎上又進一步延伸出了更豐富的非金屬毛坯，大大提高了數控加工技術的適配率。

2 基于復雜工件特征的數控加工技術

復雜工件結構越來越復雜，加工精度要求不斷提高，數控加工技術進一步發展，實現了復雜工件的高速度、高精度加工。而市場競爭的不斷加劇，對縮短產品的設計周期、生產周期提出了更嚴格的要求，從而促使數控加工向復合化和網絡化方向發展。縱觀基于特征的復雜工件數控加工系統整體框架，可知復雜工件的工藝規劃、加工工序毛坯模型制定與特征簡化、數控編程等是其非常關鍵的組成部分。

2.1 復雜工件的工藝規劃

用數控加工技術加工復雜工件，離不開工藝規劃的支持。優質的工藝規劃有利于提高工件加工質量，提升加工效率，增加產品的經濟效益。相反，若工藝規劃不到位，加工過程出現遺漏，形成的數控代碼便會出現不準確問題，甚至造成損失，以至于加工方不得不重新設計工藝規劃，工作量迅速激增。因此，有必要對數控機床、刀具等各類加工設施進行合理分配與規劃，進而優化數控加工程序，提高復雜工件的加工效率。對此，必須做好以下幾項操作：

（1）將多種加工工序集聚起來。發揮數控機床技術對復雜工件進行加工時，應盡量保持加工工序集中，以便工件在一次裝夾后能夠完成大部分抑或是全部機床加工部分，并減少機床應用量和工件裝夾時間量，避免機床之間出現較大的定位誤差，進而提升生產效率。用數控技術加工復雜工具時，還要注重同軸孔系加工，以便于刀具能夠在一次定位后事項全部孔隙處于同一軸上，從而規避多次定位引發誤差，有力地提升加工精度。用數控技術加工復雜工件時，還要明確刀具的應用工具與加工步驟，降低換刀頻率，減少空行程時間。總體而言，應將加工工序集聚起來，盡量同一把刀進行加工。

（2）粗加工后再進行精細加工，近處加工后再做遠處加工。飛機等復雜工件具有較高的加工精度要求，故而設定其加工工藝時，要充分把握工件材料剛度，深度剖析高溫狀態下工件表面是否會發生變形，嚴格遵照先粗略加工后精細化加工的基本原則。所謂近處加工后再做遠處加工，主要是指分析加工點與刀具的位置，先行加工靠近刀具的地方，然后再加工距離刀具較遠的地方，以便縮短刀具移動距離，全面提升復雜工件的加工效率。

（3）平面加工完成后再對孔進行加工。若復雜工件都同時擁有平面和孔的話，應先運用銑刀對復雜工件表面進行加工，然后按照孔之直徑選用鉆頭抑或是銑刀對孔進行加工。銑刀加工工件表面時，應注意把握其切削力。若切削力過大，工件材料便會出現變形問題。所以要對工件進行加工，待其恢復形狀后再對其孔進行加工，確保孔的精度滿足既定要求。若是對孔先處理，再做平面加工，那么孔口就可能會出現飛邊等不良問題。一些工件，如型腔等有內外兩個表面的，則應先對其內表面進行粗略加工，然后再對其外表面進行精細加工。

（4）刀具軌跡路徑不可太長，且應盡量減少程序段。用數控技術加工復雜工件時，為達成質量與精度要求，要盡可能縮短刀具軌跡路徑，防止刀具經常磨損并被大量消耗，且還可節約加工時長。尤其是加工、進刀、換刀、退刀等軌跡路徑，必須要盡可能縮短，才能減少空行程時間，提高加工水平。利用數控代碼對復雜工件進行加工或編制時，還要盡量優化與簡化程序，降低程序段數過多引發復雜工件加工問題，規避錯誤，提高數控編程的效率，同時簡潔的數控代碼還可以減少數控系統的資源占用，節省程序段的收入時間。

2.2 制定加工工序毛坯模型并簡化其特征

建立毛坯模型的過程其實是對復雜工件進行建模的具體過程。可利用CAD設計對復雜工件的毛坯模型進行設計，以便及時識別復雜工件的加工特征。應充分發揮特征簡化技術的作用，立足工件設計模型進行設計，簡化工件的加工特征以便明確其毛坯模型，由此可充分完善不同工序模型。一般而言，可應用以特征列表和高亮度圖形兩種不同的方式對工件特征進行識別，選擇可以被簡化的特征，自動生成加工工序的模型，進而形成毛坯模型。一般情況下，毛坯、工序模型的自動有助于輔助工件加工工藝的規劃，有力地生成刀具軌跡，規避反復勞動，進而提升設計水平，減少設計成本。

在建立復雜加工工件的毛坯模型時，應先明確待切削的加工特征，并對此工序加工的特征進行簡化，進而生成工序模型。而后在此工序模型基礎上優化改進下一道工序，直到所有加工工序都完成。對此，可進一步分解工藝規劃，對獨立的復雜工件工序進行獨立設計，降低工藝規劃復雜水平。通常情況下，工件設計模型到工序模型、毛坯模型逆向生成復雜工件加工工序的過程，就是對工件設計模型和工序模型不斷進行特征簡化的過程。

值得一提的是，在制定復雜工件的毛坯模型時，要注重其數控代碼生成難度與工藝規劃難度，這主要由毛坯形狀與其具體的生成方式緊密相關。若單純地按照工件設計模型的最小外包圍的長方體或最大輪廓草圖的拉伸體來制定毛坯模型，會形成較長的刀具加工軌跡，致使工件加工時長不斷延伸。如果是用數控加工仿真系統進行加工，那么其毛坯模型量會大量增加，降低計算速度，導致仿真效果不理想。在識別復雜工件基礎上建立毛坯模型，可使之形狀、尺寸等和設計模型更加靠近，從而降低去除量，提高毛坯材料的利用率，使數控加工技術所得復雜工件的加工效益不斷提升。

2.3 數控編程技術

不論是航空航天領域，還是汽車領域，對數控加工技術都提出了較高的要求，特別是其核心——數控編碼，要求尤其嚴格。因為該核心與復雜工件的加工效率、加工精度緊密相連。傳統的數控程序更注重觀察刀具運動軌跡，并力求在明確機器狀態的基礎上應用簡單代碼來對加工任務進行細致地描述，然而今日，其已無法滿足現代數字制造技術的發展需要。現階段，國內數控編程更傾向于應用CAM軟件來深入開展人機交互工作，進而從工件的設計模型中提取數控加工工藝規劃和數控編程需要的信息。一般而言，在復雜工件的數控加工技術中，工件特征是否和數控編碼相互融合直接影響了復雜工件的制作質量。而數控加工程序的運作主要如下：①利用自動化數控技術對復雜工件的加工特征進行自動提取，一一羅列加工特征并形成具體表格。按照加工特征類型，整合其集合信息，選定加工過程中需用到的機床、刀具乃至夾具等多種加工設備，不斷完善與優化加工工序，形成穩定可靠的加工工藝規劃方案。②利用較完善的特征簡化技術，對亟需加工的特征進行簡化，再由此構建工序模型。③結合特征列表，明確加工工藝及其對應的相關參數，對刀具路徑進行設計，完善其切削參數。在選擇加工方式時，應注重聯合加工特征，以防止刀具運動軌跡出現偏差。④根據機床使用類型，明確數控加工系統程序，形成簡化且具有較強規范性的數控程序代碼。⑤充分發揮數控加工及其仿真驗證系統的作用，虛擬加工復雜工件，檢驗其新生成的數控程序代碼是否正確。同時，檢驗刀具軌跡是否平滑，是否會出現碰撞問題。若存在失誤，應注重調整與優化已生成的代碼，直至加工要求得到滿足。唯有刀具軌跡通用性、穩定性好，才能在特征識別、簡化技術和加工工藝規劃的基礎上形成優質的數控程序代碼。

3 結語

數控技術的長足進步，特別是數控加工設備精細度的提升，以及柔性的進一步強化，有力消除了復雜工件加工難題，大大提高了數控技術產品的質量。但直至今日，加工復雜工件的數控技術仍未得到完善，實際生成的復雜加工件并不能達成精度與細度要求。加之加工工序繁瑣、刀具運動軌跡限制條件多，數控編程人員工作量大、重復勞動多，復雜工件加工經常會出現錯誤，違背工件特征的實際需求。故此，有必要在明確復雜工件加工技術特點的基礎上深度剖析或解讀其數控加工技術，掌握其具體操作和注意事項，以便最大限度達成復雜工件的數控加工要求。

［1］錢寶升.探究基于特征的復雜工件數控加工關鍵技術［J］.軍民兩用技術與產品，2016，（18）.

［2］龐一帆.基于特征的復雜工件數控加工簡化技術研究［J］.軍民兩用技術與產品，2015，（18）.

Research on NC M achining Technology of Com p lex Characteristic Parts

YANG Li-qin
（Taixing Secondary Professional School，Jiangsu Province，Taizhou，Jiangsu 225400，China）

The rapid progress of numerical control technology has promoted the increase of complex workpiece varieties，so that the workpiece structure is becoming more and more complicated and integrated，and the difficulty of processing technology is increased，which puts forward higher requirements for NC machining complex workpiece technology.Based on the analysis of the characteristics of complex workpiece processing technology，this paper discusses the NC machining technology based on the characteristics of complex workpiece，including the process planning of complex workpiece,the development of roughing process and the simplification of the process，the programming of the NC，and so on.It is expected to provide feasible reference.

numerical control technology；complex workpiece；automatic process planning；rough model；numerical control programming

TG659

A

2095-980X（2017）06-0029-02

2016-05-23

楊麗琴，女，大學本科，講師，主要研究方向；機械教學，學生管理。