以手柄加工為例探討數控加工工藝重要性

魏小兵

(江蘇省常州技師學院，江蘇 常州 213000)

0 引言

我國工業技術的發展得力于加工制造能力的提高，機械部件都由各種各樣不同的零部件組成，而制造這些不同的零部件離不開優秀的技術工人和先進的制造裝備。縱觀我國這些年制造業的發展，不難看出，我國的制造業在突飛猛進的同時還存在較大的發展空間，很多產品的質量還需要較大地提升。但決定零件制造質量的因素很多，而其中零件數控加工工藝制定的優劣是重要因素之一。本文就以手柄的數控加工為例，對數控加工中工藝分析的重要性進行論述，提出了改進加工工藝的一些措施，供廣大同行參考。

1 零件數控加工工藝探析

以如圖1所示的手柄零件加工為例，材料：硬鋁；毛坯：Φ30×80mm，批量加工1000件，7d內交貨。

圖1 手柄零件圖

1.1 零件材料分析的重要性

保證材料的質量是加工該零件的重要基礎，因此，采購在購買材料時要不折不扣地購買圖紙要求的零件材料，材料進庫前要經過檢測，保證材料的一致性。零件在數控加工過程中，可能需要經歷多個工序的加工，材料在不同的加工環境下，可能會出現不同的加工性能，因此，在加工前，要對材料在不同加工環境下所要使用的加工參數和加工條件進行確定。比如零件在有冷卻液和無冷卻液的機床下加工，材料所展現的切削性能有較大差距。有些零部件采用的是鍛造、型材毛坯，有些直接采用塊狀或圓形材料。不同形狀的材料所展現出的加工工藝也是不同的。此外，零件的用途對零件材質有不同的要求，比如，如圖1所示的手柄零件，該零件主要承受旋轉輪的旋轉受力，因此要求手柄具有較高的強度，但考慮到經濟性和實用性，選擇硬鋁材料作為該零件的毛坯材料。鑒于以上原則，在加工復雜零件時應采用鑄造型材毛坯較好，加工簡單零件時選擇鍛造毛坯較好。最后，在選擇毛坯時要結合實際情況，能滿足機床裝配和零件運行的要求。簡言之，做好零部件材料的選擇，能避免零件在加工過程中出現各種問題，提高生產效率還減小損失和浪費。

1.2 確定加工工藝路線的重要性

工藝路線的制定直接關系到零件加工效率和加工質量。零件用于部件的組裝，在不同的場合承受不同的作用，加工方法和工藝都需要仔細研究。工藝路線決定了零件各個加工要素的加工順序。因此，數控加工過程中，工藝員拿到圖紙后，要對圖紙進行全面地分析，對每個尺寸精度采用什么樣的工藝路線去保證，表面質量采用什么加工方式才能得到，形位公差需要通過什么樣的裝夾才能保證等等。在綜合考慮后，還要對零件的形狀和輪廓進行規劃，制定合理的粗加工、精加工、表面處理或熱處理方案。此外如果零件中有特殊形狀，如螺紋、圓弧、細孔等要在加工中采用什么工藝路線等。圖1所示的手柄，可以看出圖形中包含了螺紋、圓弧、槽等要素，要加工這個零件，在綜合考慮零件加工精度的前提下，先加工左端的螺紋及螺紋退刀槽，再加工右端的圓弧手柄及外圓部分，結合零件的加工數量，可選擇專用夾具進行裝夾加工，可大幅提高加工效率。

1.3 刀具選擇及裝夾方式的重要性

數控加工中刀具的選擇至關重要，工藝員要根據零件的材料選用合理的加工刀具，數控刀具的發展和機床的發展是相互促進的。刀具材料決定了生產效率，刀具壽命、加工精度和表面質量。現階段刀具的材料有高速鋼、硬質合金、陶瓷刀具、涂層刀具等，這些刀具材料的硬度、耐磨性、韌性、耐熱性和工藝性都各有不同。一般而言、立方氮化硼、陶瓷刀具、硬質合金刀具適合加工各種鋼材料，PCD刀具更加適合鋁、鎂合金的加工。根據以上分析，該手柄零件材料是硬鋁，可以選擇PCD刀具進行加工，能發揮刀具的最大加工效率，利于保證零件精度和表面質量。數控機床的零件加工具有較好的優越性，打破了普通機床加工的不足，但為了保證加工的精度和便捷性，需要采用不同的裝夾方式，現階段，夾具分為專用夾具、通用夾具及組合夾具。每個夾具都具有自身的特色，專用夾具適合大批量的專業零件的加工，比如很多廠家專門為某一產品做配套，那么零件加工就可以采用專用夾具進行加工。通用夾具適合小批量、單一零件的加工，比如三爪卡盤和四爪卡盤等。組合夾具適用于小批量、單一復雜零件的裝夾，需要通過不同的裝夾方式才能完成零件的加工。根據本圖零件加工的要求及圖形的特點，該零件應采用專用夾具進行加工，根據前面分析的工藝路線可知，該零件可事前做好一個螺紋套，用于裝夾手柄零件的左端外螺紋，可有效保證加工效率和產品質量。

1.4 制定合理的切削三要素的重要性

切削三要素指的是切削過程中的切削速度、進給速度、背吃刀量。切削三要素的選擇對加工效率、零件加工質量及表面粗糙度都有重要的影響，但還應綜合考慮機床、刀具、材料、工藝路線的因素，切削三要素的選擇原則是：粗加工盡量采用大切削量，大進給，低切削速度，以快速達到切除多余余量的目的。精加工以小進給、小切削量、高轉速來達到獲得較好的表面質量和加工精度的要求。第一，背吃刀量的選擇。背吃刀量需要根據加工量、機床、刀具的剛性、材料來決定。比如該手柄零件材料是硬鋁，毛坯大小是Φ30×80mm，根據這個材料分析，該零件的粗加工背吃刀量可以選擇最大，粗加工一次全部切除多余余量，留有0.8mm左右的精加工余量保證精度和表面質量。如果遇到加工余量不均勻時，粗加工應該分多次切削，在刀具壽命允許范圍內快速去除多余余量。第二，切削速度的選擇。切削速度一般根據主軸轉速和毛坯直徑來確定，一般根據公式n=1000Vc/πD來進行計算，在加工前先對機床的最高轉速進行了解，掌握機床在什么轉速范圍中易產生振動，并對刀具的材料背吃刀量進行了解，盡量避免在連續切削過程中，刀具產生較大沖擊力和熱量，形成積削瘤。一般情況下粗加工時選擇低轉速，精加工選擇高轉速。根據分析，該手柄零件在粗加工選擇n=800r/min，精加工選擇n=1200r/min較為合適，滿足工藝剛性、零件粗糙度和表面質量的要求。第三，進給速度的選擇。進給速度的選擇也應根據材料、刀具、機床來決定，在機床剛性允許的范圍中，粗加工肯定是選用大進給以達到快速去除毛坯的目的，精加工為保證表面質量需要較小的進給速度。根據圖1所示的零件，結合零件材料及刀具、機床特性，該手柄零件在粗加工時進給速度f為1.2mm/r，精加工時f為0.8mm/r較為合適。

2 提高零件加工工藝水平的措施

2.1 掌握前沿數控技術

零件數控加工的影響因素很多，數控技術及機床也在不斷地發生變化，工藝制定者要不斷學習新的數控技術，掌握前沿數控技術，提升自己的工藝水平，將信息化技術融入到數控加工領域，比如復雜零件可采用云處理、前沿軟件等建立直觀的模型，觀察零件是否符合機床的加工特點，判斷是否有更好的加工方法等，不斷拓展自己的知識面和視野，提高自己的能力。

2.2 提高自身工藝水平

機械加工有一句俗語，一百個工藝員可能會有五十個不同的工藝，但最好的工藝就是那么幾種。工藝員也要不斷地學習，解放思想，積極學習國內外先進的優秀經驗，跟同行業的優秀工藝員相互交流、學習，結合自己的實際情況，取長補短，彌補自身不足，提升生產人員的水平，加大培訓力度，鼓勵企業員工進行技術創新，提高零部件加工水平。

3 結語

工藝在數控加工中的重要性不言而喻，也是企業參與市場競爭的重要核心技術之一。零件制造水平的提高需要制定出合理的加工工藝，選擇最佳的加工參數，發揮機床和刀具的最優切削性能。我們在認識到工藝重要性的同時也要不斷提高自己的專業素養，不斷發掘工藝制定和加工中存在的不足和缺點，及時改進，學習先進的工藝技術和制造方法應用到零件加工中，提高產品加工質量。