數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程優(yōu)化方法探析

曲延龍

（寧夏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 寧夏 銀川 750001）

0 引言

數(shù)控加工工藝性涉及到數(shù)控機(jī)床， 在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，一般有兩種情況。第一種情況，有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機(jī)床。第二種情況，已經(jīng)有了數(shù)控機(jī)床，要選擇適合在該機(jī)床上加工的零件。 無(wú)論哪種情況，考慮的因素主要有，毛坯的材料和種類、零件輪廓形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等。

1 數(shù)控加工零件工藝性分析

1.1 圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應(yīng)符合編程方便的原則

1.1.1 零件圖上尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)

在數(shù)控加工零件圖上，應(yīng)以同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。這種標(biāo)注方法既便于編程，也便于尺寸之間的相互協(xié)調(diào)，在保持設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、檢測(cè)基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)設(shè)置的一致性方面帶來(lái)很大方便。由于零件設(shè)計(jì)人員一般在尺寸標(biāo)注中較多地考慮裝配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的標(biāo)注方法，這樣就會(huì)給工序安排與數(shù)控加工帶來(lái)許多不便。 由于數(shù)控加工精度和重復(fù)定位精度都很高，不會(huì)因產(chǎn)生較大的積累誤差而破壞使用特性，因此可將局部的分散標(biāo)注法改為同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸的標(biāo)注法。

1.1.2 零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分，在手工編程時(shí)要計(jì)算基點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)

在自動(dòng)編程時(shí)，要對(duì)構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義。 因此在分析零件圖時(shí)，要分析幾何元素的給定條件是否充分。 如圓弧與直線，圓弧與圓弧在圖樣上相切，但根據(jù)圖上給出的尺寸，在計(jì)算相切條件時(shí)，變成了相交或相離狀態(tài)。 由于構(gòu)成零件幾何元素條件的不充分，使編程時(shí)無(wú)法下手。 遇到這種情況時(shí)，應(yīng)與零件設(shè)計(jì)者協(xié)商解決。

1.2 各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)

1.2.1 零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，生產(chǎn)效益提高。

1.2.2 內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因而內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過(guò)小。 零件工藝性的好壞與被加工輪廓的高低、轉(zhuǎn)接圓弧半徑的大小等有關(guān)。

1.2.3 零件銑削底平面時(shí)，槽底圓角半徑r 不應(yīng)過(guò)大。

1.2.4 應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。在數(shù)控加工中，若沒(méi)有統(tǒng)一基準(zhǔn)定位，會(huì)因工件的重新安裝而導(dǎo)致加工后的兩個(gè)面上輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)。 因此要避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生，保證兩次裝夾加工后其相對(duì)位置的準(zhǔn)確性，應(yīng)采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位。

1.2.5 零件上最好有合適的孔作為定位基準(zhǔn)孔，若沒(méi)有，要設(shè)置工藝孔作為定位基準(zhǔn)孔（如在毛坯上增加工藝凸耳或在后續(xù)工序要銑去的余量上設(shè)置工藝孔）。若無(wú)法制出工藝孔時(shí)，最起碼也要用經(jīng)過(guò)精加工的表面作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，以減少兩次裝夾產(chǎn)生的誤差。

2 加工方法的選擇與加工方案的確定

2.1 加工方法的選擇

加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。 由于獲得同一級(jí)精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實(shí)際選擇時(shí)，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。

2.2 加工方案確定的原則

2.2.1 零件上比較精密表面的加工，常常是通過(guò)粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。

2.2.2 確定加工方案時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達(dá)到這些要求所需要的加工方法。

2.3 工序與工步的劃分

2.3.1 工序的劃分

在數(shù)控機(jī)床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。 首先應(yīng)根據(jù)零件圖樣，考慮被加工零件是否可以在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上完成整個(gè)零件的加工工作，若不能則應(yīng)決定其中哪一部分在數(shù)控機(jī)床上加工，哪一部分在其他機(jī)床上加工，即對(duì)零件的加工工序進(jìn)行劃分。

2.3.2 工步的劃分

（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分開(kāi)進(jìn)行。

（2）對(duì)于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。按此方法劃分工步，可以提高孔的精度。 因?yàn)殂娤鲿r(shí)切削力較大，工件易發(fā)生變形。先銑面后鏜孔，使其有一段時(shí)間恢復(fù)，減少由變形引起的對(duì)孔的精度的影響。

（3）按刀具劃分工步。某些機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)間比換刀時(shí)間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。 總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求等綜合考慮。

3 加工路線的確定

3.1 加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高

3.2 使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，以減少編程工作量

3.3 應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時(shí)間

對(duì)點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床，只要求定位精度較高，定位過(guò)程盡可能快，而刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)路線是無(wú)關(guān)緊要的，因此這類機(jī)床應(yīng)按空程最短來(lái)安排走刀路線。 除此之外還要確定刀具軸向的運(yùn)動(dòng)尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深來(lái)決定， 但也應(yīng)考慮一些輔助尺寸，如刀具的引入距離和超越量。

在數(shù)控機(jī)床上車螺紋時(shí)，沿螺距方向的z 向進(jìn)給應(yīng)和機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)保持嚴(yán)格的速比關(guān)系，因此應(yīng)避免在進(jìn)給機(jī)構(gòu)加速或減速過(guò)程中切削。 為此要有引入距離超越距離。 和的數(shù)值與機(jī)床拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)，與螺紋的螺距和螺紋的精度有關(guān)。

4 數(shù)控加工工序卡及刀具安裝設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)控加工與普通加工的工藝上有很大不同，主要在于：

（1）工序的內(nèi)容復(fù)雜。這是因數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床昂貴，用于簡(jiǎn)單工序經(jīng)濟(jì)上不合算，所以在數(shù)控機(jī)床上通常安排較復(fù)雜的工序，或普通機(jī)床難以完成的工序。

（2）工步的安排更為詳盡。 在普通機(jī)床的加工工藝中不必考慮工步問(wèn)題，但數(shù)控加工工序內(nèi)工步的安排、對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)及加工路線的確定等問(wèn)題，在編制數(shù)控機(jī)床加工工藝時(shí)卻不能忽略。

所以，在數(shù)控加工工序卡的設(shè)計(jì)中應(yīng)該包含以下內(nèi)容：

（1）工序簡(jiǎn)圖中應(yīng)注明編程原點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)。

（2）要進(jìn)行簡(jiǎn)要編程說(shuō)明（如：所用機(jī)床型號(hào)、程序編號(hào)、刀具半徑補(bǔ)償、鏡向?qū)ΨQ加工方式等）。

（3）切削參數(shù)（即程序編入的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、最大背吃刀量或?qū)挾鹊龋┑倪x擇。

4.2 刀具定位安裝的基本原則

（1）力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一；

（2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面；

（3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能；

（4）選擇夾具的基本原則。

數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)夾具提出了兩個(gè)基本要求：一、要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對(duì)固定；二、要協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。 除此之外，還要考慮以下四點(diǎn)：

①當(dāng)零件加工批量不大時(shí)，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)式夾具及其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間、節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。

②在成批生產(chǎn)時(shí)才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

③零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機(jī)床的停頓時(shí)間。

④夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對(duì)零件各表面的加工，即夾具要開(kāi)敞其定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的走刀（如產(chǎn)生碰撞等）。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，裝備制造業(yè)向著數(shù)控化發(fā)展，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)為生產(chǎn)提出了更高的要求，筆者正是在這樣的發(fā)展趨勢(shì)下，提出了數(shù)控加工過(guò)程的優(yōu)化！

［1］婁銳.數(shù)控應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2002.

［2］羅學(xué)科.數(shù)控機(jī)床編程指南:自動(dòng)編程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007.