基于數控加工的工藝設計原則及方法研究

姚建方

摘 要：對數控加工的工藝設計等技術問題進行研究分析，有助于做好基礎技術工作，優(yōu)化數控程序設計以提高數控機床的工作效率。本文從數控加工工藝的特點入手，對零件的數控加工工藝性、設計原則以及基于MasterCAM9.0 零件的數控加工工藝設計方法實例進行了分析介紹。

關鍵詞：數控加工;工藝設計;自動編程

1 數控加工工藝的特點

數控加工工藝的特點主要包括兩大部分，第一是工藝設計工作十分嚴密，內容也豐富具體。與普通機床加工工藝相比，數控機床加工工藝所采用的加工工序比較少，但是數控加工的工序內容要更為復雜，加工程序的編制也要更加繁瑣，數控機床加工憑借其所需專用工裝數量少的特點可以有效規(guī)避傳統傳動工藝方法的弊端。第二，數控加工工藝具有復合性，能夠將傳統工藝中的工序集成起來，使工件在一次裝夾下就能完成攻絲、鉸、銑、鏜等多向加工，大大減少了零件加工所需的專用夾具數量和零件裝夾次數，減少了零件裝夾的周轉時間，提高了零件加工的生產效率與加工精度。

2 零件的數控加工工藝性分析

2.1 零件數控加工的合理性分析

為防止將數控機床降格為普通機床使用，在選擇數控機床的加工內容時一定要嚴格審核零件數控加工的合理性。當數控加工某個零件時，也只是對其一部分進行數控加工，而不是將它所有的加工內容都包下來，因此要選擇那些最需要，也最合適進行數控加工的工序與內容進行數控加工。一般情況下，適合采用數控加工的零件應該具有以下兩方面的特征，一是零件的精度要求高、復雜程度高，采用數控加工進行小批量、多品種的生產能夠獲得更為豐厚的經濟效益。二是為了獲得更高的生產效率和經濟效益，要依據不同的零件要求和不同的機床性能對數控加工零件進行分類。另外，為提高數控機床的加工效率，要盡量在普通機床上完成零件的大切削量粗加工。

2.2 零件數控加工的工藝性分析要點

在數控加工前，要重點從數控加工的可能性與方便性兩個角度出發(fā)對零件圖紙進行詳細的數控加工公益性的審查和分析。在對零件數控加工的工藝性進行分析時，要先審查零件圖紙中給出的尺寸數據是否符合編程方便的原則，看構成零件輪廓的幾何元素的條件是不是充分，看圖紙中尺寸的標注方法有沒有適應數控加工的特點。還要對零件各個加工部位的結構工藝性進行分析，看它是不是符合數控加工的特點。

3 零件數控加工的工藝設計原則

3.1 零件加工工序的劃分方法

一般有三種劃分方法，一是按加工部位劃分工序，如加工內腔時，以外形夾緊，加工外形時，以內腔夾緊。這種方法主要適用于加工內容不多的工件。二是按粗、精加工劃分工序。這種方法主要適用于易產生加工變形的零件，一般情況下是先粗后精。三是按所用刀具劃分工序，這種方法多適用于專用數控機床和加工中心，能夠有效減少換刀次數和空程時間。

3.2 零件加工的數控加工工藝設計原則

3.2.1 工序最大限度集中、一次定位的原則

在數控機床或者加工中心上加工零件時，為了提高生產效率、減少不必要的定位誤差，要讓零件在一次裝夾中盡可能多的完成加工工序，實現工序的最大限度集中。對于同軸度要求很高的孔系加工，為提高孔系的同軸度，消除重復定位誤差的影響，要在一次安裝之后，按照順序連續(xù)換刀以完成同軸孔系的全部加工。

3.2.2 先粗后精的原則

即先粗加工，在全部完成之后再進行半精加工與精加工。在粗加工時，要盡量減少走刀次數，切除大部分加工余量，以縮短粗加工時間。粗精加工之間要隔一段時間，使粗加工后零件的變形能夠得到充分的恢復。在進行精加工時，要留0.2～0.6mm的余量，要保證零件加工的精度與表面質量。

3.2.3 先近后遠、先面后孔的原則

為了縮短刀具移動距離，減少空行時間，需要先加工離對刀點近的部位，再加工遠的部位。對于既有銑平面又有鏜孔的零件，為了保證孔的加工精度，可按先銑平面后鏜孔順序進行加工。對于車削而言，這樣的加工順序能夠有效改善切削條件，保持坯件或半成品的鋼性。

3.2.4 先內后外、內外交叉原則

對于既需要加工外表面，又有內表面的零件而言，在進行加工時，一般按照先加工內表面再加工外表面的加工順序，并要結合先粗后精的原則。在一次裝夾中，切忌加工完零件上某一部分表面之后再加工其他表面。

3.2.5刀具最少調用次數原則

即按照刀具集中工序的方法加工零件，避免同一把刀具的多次安裝、調用，盡量用同一把刀具加工完零件表面上的相同切削部分，當完成該刀具所能加工的所有工序之后再換第二把刀具進行其他部位的加工，這樣有效縮短空程時間，減少換刀次數，提高生產效率。

3.2.6 程序段最少原則

在編制加工程序時，總是希望可以以最少的程序段數完成全部的加工工序，以減少計算機內存容量的占有數，縮短程序段輸入的時間，并減少程序出錯的幾率，實現程序的簡潔以提高編程工作的效率。

4 基于Mastercam9.0典型葉片型面加工的數控編程方法

4.1 基于Mastercam9.0零件數控加工自動編程的基本流程

Mastercam9.0進行零件數控加工自動編程首先需要根據零件模型，設置編程坐標原點與毛坯零件的尺寸。其次要對加工參數、加工方式、刀具等進行合理的設置。再次要對加工路徑進行動態(tài)模擬，并進行必要的參數修訂。最后進行后置處理，生成NC加工程序。

4.2 基于Mastercam9.0編程方法與應用實例

4.2.1 刀具設定與管理

在Mastercam9.0可以在刀具庫中創(chuàng)建加工零件所需的刀具，并能夠修正已有的刀具。刀具的設定如圖1所示。首先選擇提供了20種刀具類型的活頁夾，從中選擇一把所需的刀具。再選擇刀具參數活頁夾，將刀具直徑、切刃長、刀刃長、刀柄直徑、夾具直徑、夾頭長等資料輸入隨后選擇加工參數活頁夾，設定刀具材料、主軸旋轉方向、進給速率、切削進給量等加工參數。將這三個活頁夾都設定好后，點擊確定鍵，就可看到一把新刀具。另外，單機右鍵出現如圖2的對話框，可在其中對刀具進行修改和編輯管理。

圖1 刀具的設定1

圖2 刀具管理

4.2.2 基于Mastercam9.0 葉片型面的數控編程方案

如今，在葉片制造企業(yè)中對于汽道型面多采用數控機床來加工，因此面向葉片型面加工的數控技術的重要性也日益凸顯。對于復雜曲面的加工而言，Mastercam設計軟件可謂是提供了便捷又精確的編程工具，其編程步驟為建立曲面模型、確定加工工藝、確定刀軌的行距與步長、生成刀軌、編輯刀軌、最后組織與輸出刀軌。為了避免刀具與被加工型面間發(fā)生干涉，在三坐標數控銑床上加工葉片汽道型面時，可選擇行切的加工工藝。采用行切法加工時，主要使用兩種加工方案，如圖3所示，一是沿著葉片截面方向加工，二是沿著葉片的輻射線方向加工，前者適合零件數據給出情況，刀軌步長小，葉型的精確度高。后者刀軌比較長，近似于沿直線加工，加工程序短，加工效率高。

圖3 行切法加工葉片的兩種方案

5結語

與傳統加工技術相比，現代數控加工無論是在加工設備與工裝，還是在加工的自動控制與加工工藝等多個方面都是不同的，數控加工更加重視加工之前的工藝分析，數控加工中的工藝設計是數控編程中非常重要的環(huán)節(jié)，直接關系著加工效益。在擬定零件數控加工工藝時，要對零件的工藝性與數控加工的合理性進行全面的分析，要對刀具及其切削用量的選擇、零件安裝方法的確定、加工順序的合理安排、工藝路線的確定、工序的正確劃分以及對刀點與換刀點位置的正確選擇等等都有明確的認識。

實現數控機床生產效益與經濟效益的提高，實現零件加工質量的優(yōu)化，提高數控加工程序編制質量的提高，選擇高效合理的加工路線和工藝方法是非常關鍵的。數控加工工藝設計要求工藝設計人員不僅要具備豐富的實際操作經驗和數控工藝工裝知識，還有掌握數控加工設備和編程技術。

本文還對Mastercam9.0編程方法與應用進行了分析，在實際加工過程中，還要多結合實際情況，對程序進行多方面的修改與更進，以滿足不同用戶的不同需求。

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