浅析数控加工中心加工工艺

　　加工中心（英文缩写为CNC 全称为Computerized Numerical Control）： 是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。由于加工中心设备的特性，就要求工件在加工过程中的工艺性是有别于传统机械加工的。

一、加工中心加工工艺的内容

　　加工中心加工工艺是采用加工中心加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。其主要内容包括以下几个方面：

　　（一）选择并确定零件的加工坐标、内容；
　　（二）根据零件特点选择零件加工基准面；
　　（三）对零件图纸进行加工中心加工工艺分析；
　　（四）工具、夹具的选择和调整设计；
　　（五）工序、工步的设计；
　　（六）加工轨迹的计算和优化；
　　（七）加工中心加工程序的编写、校验与修改；
　　（八）首件试加工与现场问题的处理。
　　总之，加工中心工艺内容较多，有些与普通机床加工相似。

二、加工中心加工工艺分析

　　工艺分析是加工中心加工的前期工艺准备工作。工艺制定得合理与否，对程序的编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。这就要求编程者不仅要能掌握编程语言，还要了解加工中心的工作原理、性能特点及结构，同时，还应熟练掌握工件加工工艺，确定合理的切削用量、正确选用刀具和装夹方法。因此，应遵循一般的工艺原则并结合加工中心的特点，认真而详细地进行加工中心加工工艺分析。

　　（一）零件图分析
　　零件图分析是制定加工中心工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性，选择工艺基准。

　　1．尺寸标注方法分析

　　零件图样应表达正确，标注齐全。同时要特别注意，图样上应尽量采用统一的设计基准，从而简化编程，保证零件的精度要求。

　　2．轮廓几何要素分析

　　在手工编程时，要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在零件图分析时，要分析几何元素的给定条件是否充分。

　　3．精度和技术要求分析

　　加工零件的精度和技术分析，是零件工艺性分析的重要内容，关系到能否正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。其主要内容包括：分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理；分析本工序的加工中心加工精度能否达到图纸要求，若达不到，允许采取其他加工方式弥补时，应给后续工序留有余量；对图纸上有位置精度要求的表面，应保证在一次装夹下完成。

　　（二）夹具和刀具的选择

　　1．工件的装夹与定位

　　在加工中心上，夹具的任务不仅是夹紧工件，而且还要以各个方向的定位面为参考基准，确定工件编程的零点。在加工中心上加工的零件一般都比较复杂。零件在一次装夹中，既要粗铣、粗镗，又要精铣、精镗，需要多种多样的刀具，这就要求夹具既能承受大切削力，又要满足定位精度要求。这就要求加工中心夹具比普通机床结构紧凑，简单，夹紧动作迅速、准确，尽量减少辅助时间，操作方便、省力、安全，而且要保证足够的刚性，还要能灵活多变。

　　在加工中心机床上，要想合理应用好夹具，首先要对加工中心的加工特点有比较深刻的理解和掌握，同时还要考虑如下因素：
　　（1）加工零件的精度；
　　（2）批量大小；
　　（3）制造周期；
　　（4）制造成本。

　　根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具结构类型有专用夹具、组合夹具；可调整夹具和成组夹具。在选择时要综合考虑各种因素，选择最经济、最合理的夹具形式。

　　2．刀具选择

　　选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀，加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀；在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。

　　刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

　　（三）切削用量选择

　　加工中心加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速S（或切削速度υ）及进给速度F（或进给量f）。

　　切削用量的选择原则，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

　　切削深度ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap 就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。精加工余量可略小于普通机床。

　　切削宽度ae。一般ae 与刀具直径d 成正比，与切削深度成反比。

　　切削速度Vc。提高Vc 也是提高生产率的一个措施，但Vc 与刀具耐用度的

　　关系比较密切。随着Vc 的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc 的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系。

　　主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度Vc 来选定。计算公式为：n=(1000×Vc)/(p×d)式中，d 为刀具或工件直径（mm）。加工中心控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。

　　进给速度Vf。Vf 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。Vf 的增加也可以进步生产效率。加工表面粗糙度要求低时，Vf 可选择得大些。在加工过程中，Vf 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

　　（四）划分工序及拟定加工顺序

　　1．工序划分的原则

　　当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。加工中心零件的加工过程通常按工序性质不同，可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。

　　（1）粗加工阶段。沈阳机床其任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率。
　　（2）半精加工阶段。其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工(如精车、精磨)做好准备，并可完成一些次要素表面加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。
　　（3）精加工阶段。其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度值要求。主要目标是全面保证加工质量。
　　（4）光整加工阶段。对零件上精度和表面粗糙度要求很高(IT6级以上，表面粗糙度值为及。0．2lLm 以下)的表面，需进行光整加工。其主要目标是提高尺寸精度、减小表面粗糙度值。一般不用来提高位置精度。

三、结语

　　加工中心作为一种高效率的设备，欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点，除了必须掌握其性能、特点及操作方法外，还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺，以得到最优的加工方案。