关于数控加工中工艺设计问题的研究

　　现代数控加工技术与传统加工技术相比，无论在工艺设计、自动控制、设备与工装等诸多方面均有所不同。因此，正确进行数控加工中的工艺处理，选择合理、高效的加工方法和加工路线，对编制高质量的数控加工程序，提高零件的加工质量和数控机床的生产效率，都有重要意义。

　　数控加工中的工艺处理涉及的问题很多，主要内容包括：制定加工方案、装夹方法和夹具的选择、对刀点的确定、工序的划分和走刀路线的确定、切削用量的选择、制定补偿方案等。

1 加工方案的确定

　　一个零件往往可能有多种加工方案，为了充分发挥数控机床的功能，在确定具体加工方案时，应充分考虑数控机床使用的合理性及经济性。如图l(a)所示的二维轮廓，其侧面是高度不太大的斜面，如果单纯从技术上考虑，可以采用三坐标联动数控铣床经过循环走刀铣出该轮廓，但是，这种方式耗时太长，且表面质量不高。因此，应考虑其它可能的加工方案，如可用锥形刀或在磨刀仪上磨出所需的锥形角，经过粗、精加工，即可铣出所需的斜面，如图1(b)，这样，即保证了较高的表面质量，又缩短了加工时间。

图1铣削斜面的两种工艺方案 

　　加工方案的制定，一般应遵循以下原则：

　　(1)先粗后精。

　　(2)先近后远。在数控加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工，离刀具起点远的部位后加工，这样，不仅可缩短

　　刀具移动距离、减少空走刀次数、提高效率，还有利于保证工件的刚性，改善切削条件。

　　(3)先内后外。在加工既有内表面(内孔)，又有外表面的零件时，通常应先安排加工内表面后再加工外表面。这是由于加工内表面时，工件的刚性较差，刀具刚性不足，如先加工外表面，再加工内表面，会使加工振动增大，不易控制内表面的尺寸和形状精度。

　　(4)程序段最少。在保证加工效率的前提下，以最少的程序段数实现零件的加工，以减少编程工作量、降低编程出错率，便于程序的检查和修改。

　　(5)走刀线路最短。在保证加工质量的前提下，充分利用数控系统所提供的功能，以及各类刀具的特点(如断屑性能等)来合理地安排走刀路线，使走刀路线最短。这样，既节省了加工时间，又减少了机床的磨损。

　　(6)加工方案确定的特殊处理—先远后近。特殊情况下，工件加工顺序可能不按“先近后远”、“先粗后精”的原则考虑。如加工图2所示零件时，若按一般情况安排加工孔的走刀路线为Φ80mm→Φ60mm→Φ52mm。这时，加工基准将由所车第—个台阶孔(Φ80mm)来体现，对刀时也以其为参考。由于该零件上的巾52mm孔要求与滚动轴承形成过渡配合，其尺寸公差较严(0.03mm)，而该孔的位置较深。车床纵向长丝杠在该加工区域容易产生误差，加上车刀刀尖在切削过程中的磨损等因素，使其尺寸精度难以保证。对此，在安排工艺路线时，宜将Φ52mm孔作为加工(兼对刀)基准，并按Φ52mm→Φ80mm→Φ60mm的顺序车削各孔，就能较好地保证其尺寸公差要求。

图2先远后近”加工工艺的实例 

　　在数控加工过程中，特殊情况较多，具体处理时，可根据实际情况，在进给方向的安排上、切削路线的选择上、断屑处理、刀具运用等方面灵活处理，并在实际加工中注意分析、研究、总结、不断积累经验，提高制定加工方案的水平。

2 夹具的选择

　　为适应数控加工高精度和高效率的特点和要求，工艺处理时，应选用具有精密化、高效化、柔性化、标准化要求的夹具。数控加工中使用的夹具主要有：通用夹具、通用可调夹具、组合夹具、模块化夹具、成组夹具以及专用夹具等。夹具选择时，可遵循以下原则：

　　(1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。

　　(2)能装夹一组具有相似性特征的工件，如成组夹具、通用可调夹具等。

　　(3)适用于现代制造技术精密加工的高精度机床夹具。

　　(4)采用以液压泵站等为动力源的高效夹紧装置，提高劳动生产率。

　　(5)采用标准化程度较高的机床夹具，增加夹具的通用范围，缩短生产准备周期。

　　(6)容易在机床上安装的夹具，以便于协调零件和机床坐标系的尺寸关系。

　　(7)夹具的夹紧应牢固可靠，夹紧元件的位置应固定不变。防止在自动加工过程中，夹具元件与刀具的碰撞。

　　(8)夹具应有利于实现加工工序的集中，使工件在一次装夹后能进行多个表面的加工，减少工件的装夹次数。

3 确定对刀点

　　对刀点的正确选取直接影响到所加工零件的精度和坐标节点计算的难易，应遵循下列原则：

　　(1)使编程简单方便。

　　(2)尽量选择零件的设计基准或工序基准为对刀点。如孔定位的零件，应选择孔的中心作对刀点；对称的零件，应选择零件的上表面中心或底面中心作对刀点；不规则形状的零件，宜选择设计基准为对刀点；加工路线形成封闭时，则应以加工精度较高的表面为对刀点。

　　(3)确定对刀点时，还要考虑到换刀后仍容易对刀。例如在立式加工中心上，对x、y坐标，换刀后不需要重新找正，但由于新刀的长度等尺寸与原刀一般不完全相同，所以需要重新校准z轴，此时若原对刀面已被切削掉，则会出现麻烦。在此情况下，安全的办法是以机床的工作台面为Z轴对刀点，对刀后抬高一定的距离作为z轴原点。

4 工序的划分和走刀路线的确定

　　工序的划分和走刀路线的确定，直接关系到数控机床的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题，应尽量做到工

　　序集中，工艺路线最短，机床辅助时间最少。安排工艺路线时，除考虑通常的工艺要求外，还应考虑下列因素：

　　(1)尽量在普通机床上完成零件的大切削量粗加工，以提高数控机床加工效率。

　　(2)工步安排应遵循先粗后精的原则。

　　(3)在一次装夹中尽量完成所有可能进行的加工部位，减少换刀次数。

　　(4)走刀路线的选择，既要考虑生产效率，又要考虑加工质量。图3所示凹槽加工的三种走刀路线中：图3(a)加工路线最短，但表面粗糙度差；图3(b)加工路线最长，表面粗糙度最好；图3(c)的加工路线介于前两者之间，且表面粗糙度较好。因此，对于b、c两种走刀路线，通常选择c，而a由于加工路线最短，适用于对粗糙度要求不太高的粗加工或半精加工。

图3凹槽加工路线对比