基于數(shù)控加工下工藝設(shè)計(jì)原則及方法探討

林茂興

（福建省南平市農(nóng)業(yè)學(xué)校，福建 南平 354200）

實(shí)際上，數(shù)控加工以及相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)關(guān)乎到眾多技術(shù)種類，整體的控制邏輯是由計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)進(jìn)行編程，然后根據(jù)預(yù)期設(shè)定的邏輯標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)以及移動(dòng)，這樣就能夠完成整個(gè)加工過(guò)程。 目前在數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)中比較容易出現(xiàn)問(wèn)題的是設(shè)計(jì)方案和編程方面的邏輯漏洞，以及機(jī)械加工設(shè)備存在一定的誤差，這樣都有可能導(dǎo)致整體加工精度不達(dá)標(biāo)。 因此，就需要深入研究相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)原則。

1 數(shù)控加工工藝概述

相比于傳統(tǒng)的零部件加工來(lái)說(shuō)，使用數(shù)控加工方式能夠有效提高工件的精細(xì)程度。 目前，越來(lái)越多的工程實(shí)踐領(lǐng)域中都開(kāi)始使用數(shù)控機(jī)床來(lái)對(duì)零件進(jìn)行加工，整體效率很高。 但是由于技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用場(chǎng)合的要求越來(lái)越高，對(duì)相應(yīng)的數(shù)控加工工藝嚴(yán)密性要求也已經(jīng)發(fā)生了一定的變化。 相應(yīng)的技術(shù)人員需要按照需要加工的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)置特定的控制指令，這些控制指令下達(dá)到數(shù)控機(jī)床，也就能夠進(jìn)一步控制切割工具的移動(dòng)，最終完成了整個(gè)切割過(guò)程。 數(shù)控加工工藝本質(zhì)上能夠提高整體的加工工藝度水平，但是由于眾多因素的影響，也有可能導(dǎo)致這些零部件在加工過(guò)程中出現(xiàn)刀具的偏移，最終造成零部件加工失敗。 數(shù)控加工工藝整個(gè)流程也是比較復(fù)雜的，涉及面比較廣，特別是所應(yīng)用的一些特殊工序具有一定的要求和標(biāo)準(zhǔn)。 例如在現(xiàn)有的裝夾工序中，要能夠盡量降低整體誤差。

2 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)原則

2.1 劃分工序原則

在確定數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)時(shí)，首先一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)就是需要理清零部件材料的具體情況，以及最終的加工標(biāo)準(zhǔn)。 這樣就能夠有效劃分加工工序，所得到的加工工序種類也比較多。 一般來(lái)說(shuō)，不同的零部件加工往往也需要選擇特定的加工工序，以便進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。 在加工零部件時(shí)，首先進(jìn)行粗加工，得到相應(yīng)的形狀，然后再進(jìn)行細(xì)加工，細(xì)加工過(guò)程往往耗時(shí)比較久，通常需要對(duì)某一特定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精確的計(jì)算以及核對(duì)，最終才能夠完成整個(gè)加工過(guò)程。 除此之外，在對(duì)零部件進(jìn)行安裝時(shí)，要求也比較高，一定要做好零部件之間的配合，要有效避免零部件可能出現(xiàn)的碰撞情況。 每一個(gè)工序都需要逐項(xiàng)進(jìn)行，只有完成了前一個(gè)工序之后，才能夠接下來(lái)進(jìn)行下一個(gè)工序[1]。

2.2 設(shè)計(jì)工藝原則

特別是在一些比較復(fù)雜的零部件加工過(guò)程中，都需要將一次加工和集中定位結(jié)合在一起，一些復(fù)雜的工件由很多零部件組合形成。 這些零部件都需要滿足相應(yīng)的加工標(biāo)準(zhǔn)，必須在誤差允許的范圍內(nèi)才能夠使用。 只有每一個(gè)零部件的標(biāo)準(zhǔn)都滿足要求，同時(shí)也按照正確的流程來(lái)進(jìn)行組裝，最終工件才能夠達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 在對(duì)零部件進(jìn)行加工時(shí)，要盡量確保零部件一次成型，這是因?yàn)槿绻M(jìn)行二次加工，很有可能會(huì)導(dǎo)致零部件的誤差增大。 對(duì)于加工設(shè)備的精度方面，很大程度上受到控制策略的影響，相應(yīng)的技術(shù)人員也要更多的考慮到實(shí)際加工過(guò)程的具體情況，有效設(shè)置好相應(yīng)的加工精度，更好地滿足零部件加工的基本要求。 首先應(yīng)當(dāng)要深度切割零部件，然后使用粗加工過(guò)程來(lái)進(jìn)行處理。 接下來(lái)再進(jìn)行半精度加工，這一過(guò)程往往能夠提高工件的整體精度水平，為了后期投入使用，最終就是進(jìn)行精加工。在數(shù)控加工工藝中，要掌握先近后遠(yuǎn)的原則，在零部件和刀口距離選擇方面更加慎重。 數(shù)控加工過(guò)程也要著重做好降溫設(shè)計(jì)，工具切削過(guò)程中往往會(huì)伴隨著很大的熱量釋放，這些熱量很有可能因?yàn)榧眲≡黾佣鴮?dǎo)致零部件性能結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題。 因此，為了提高加工精度，可以通過(guò)一些設(shè)備來(lái)進(jìn)行散熱，例如通過(guò)持續(xù)加水的方式來(lái)降溫，這樣能夠更好確保整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程的穩(wěn)定性。

2.3 構(gòu)建模型

在很多高標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控加工過(guò)程中，首先應(yīng)根據(jù)具體零件確定出相應(yīng)的三維立體模型，劃分出圓的直徑以及軸的交角參數(shù)，然后創(chuàng)建出齒輪的實(shí)體模型。 這樣就使得更多的零件參數(shù)被細(xì)化，這也有利于通過(guò)數(shù)控編程的方式來(lái)切削零件。 等到繪制完齒輪圓之后，需要進(jìn)一步設(shè)置合適的角度值，這樣能夠得到更加標(biāo)準(zhǔn)的橫截面。 對(duì)于仿真模型創(chuàng)建過(guò)程，要考慮到整個(gè)數(shù)控加工系統(tǒng)以及仿真模型的聯(lián)系性，對(duì)一些零件進(jìn)行深度加工。 在具體的加工過(guò)程中，也并不是要完全按照預(yù)期設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，也可以根據(jù)具體的加工過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件加工的細(xì)節(jié)微調(diào)，使得零件的整體尺寸和大小更加標(biāo)準(zhǔn)。 數(shù)控加工過(guò)程中要確定好加工路線，選取合適的材料進(jìn)行處理。 一般來(lái)說(shuō)，目前使用高溫淬火技術(shù)比較多，這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)零部件的熱處理，那么也就避免了由于熱脹冷縮效應(yīng)而導(dǎo)致零部件變形的情況。 針對(duì)一部分厚度比較薄的零部件來(lái)說(shuō)，對(duì)整體的加工過(guò)程精細(xì)化程度比較高，也要有效地考慮到很有可能出現(xiàn)零部件變形的情況。 對(duì)于厚度相對(duì)比較厚的零部件來(lái)進(jìn)行加工，這種零部件變形的情況相對(duì)比較少，但是也需要避免由于刀具的誤觸碰而導(dǎo)致出現(xiàn)變形的情況。

3 數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)分析

3.1 基本特征

相比于其他類型的加工技術(shù)來(lái)說(shuō)，數(shù)控加工技術(shù)顯得智能化程度很高，很多加工工序相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較集中，能夠完全按照計(jì)算機(jī)設(shè)定好的流程來(lái)進(jìn)行加工。 然后刀具等設(shè)備直接按照指令運(yùn)行，不再需要人工操作。 這也體現(xiàn)出了較強(qiáng)的自動(dòng)化程度，有利于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。 因此在前期規(guī)劃時(shí)，就應(yīng)當(dāng)要格外慎重，這樣才能夠避免因?yàn)榫幊虇?wèn)題導(dǎo)致數(shù)控加工過(guò)程出現(xiàn)紊亂，直接造成加工工件報(bào)廢，帶來(lái)的損失比較大。 目前針對(duì)數(shù)控加工編程方面，也已經(jīng)形成了比較系統(tǒng)的編程體系，能夠有效地按照一些規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)編程操作[2]。 很多數(shù)控機(jī)床廠家已經(jīng)設(shè)定好了編程規(guī)范，只需要按照規(guī)范使用語(yǔ)言即可。 有經(jīng)驗(yàn)的數(shù)控機(jī)床操作人員會(huì)在每次完成編程之后仔細(xì)校對(duì)，這樣能有效地找出可能存在的一些問(wèn)題。 要科學(xué)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，使得數(shù)控程序更加規(guī)范，避免因?yàn)椴灰?guī)范的編程方法導(dǎo)致出現(xiàn)邏輯混亂的情況。

3.2 優(yōu)化原則

在已經(jīng)確定了加工標(biāo)準(zhǔn)之后，編程階段也需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。 通常來(lái)說(shuō)，編程往往都是重中之重，這一過(guò)程直接會(huì)確定機(jī)床的整個(gè)運(yùn)行軌跡。 要掌握的原則是要盡量減少刀具的運(yùn)動(dòng)次數(shù)，縮小加工量。 在粗加工之后，往往都會(huì)給零部件帶來(lái)一些變形，因此就需要進(jìn)行精加工，以此來(lái)減小加工精度。 先粗后精是目前數(shù)控加工領(lǐng)域中十分常見(jiàn)的，需要根據(jù)具體的零部件結(jié)構(gòu)以及特征來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。 走刀要先近后遠(yuǎn)，確保整個(gè)走刀的路徑是最優(yōu)的，盡量減少刀具的使用。 距離刀口在物理距離上比較近的區(qū)域，一般都需要優(yōu)先進(jìn)行加工，距離位置比較遠(yuǎn)的需要進(jìn)行后加工，這樣能夠有效地提高加工效率。 并且整個(gè)過(guò)程顯得更加簡(jiǎn)潔可控，有利于針對(duì)不同的零部件進(jìn)行優(yōu)化。 通過(guò)優(yōu)先切割零部件的表面，然后再進(jìn)行孔內(nèi)切割，能夠更加符合很多零部件的特性，減少出現(xiàn)切割失誤的可能性[3]。 在前期調(diào)整數(shù)控加工程序時(shí)，可以根據(jù)具體的切割過(guò)程來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，不斷進(jìn)行調(diào)試，以此來(lái)接近最優(yōu)切割方案。

3.3 一次定位

一次定位也是在數(shù)控加工過(guò)程中十分重要的。 能夠提高數(shù)控加工的整體效率，顯得更加高效，同時(shí)也有利于降低占地面積，縮短加工時(shí)間。 因此在最初的方案設(shè)計(jì)階段，就需要更好提高整個(gè)加工效率，在一個(gè)數(shù)控加工周期內(nèi)更好減少工具的使用次數(shù)，也有利于降低加工成本。 所裝載的刀具要確保處于正常工作狀態(tài)，特別是一些刀具在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用之后，很有可能會(huì)出現(xiàn)磨損的情況，因此需要及時(shí)進(jìn)行校核，更換不達(dá)標(biāo)的刀具。 零件要避免在多個(gè)數(shù)控機(jī)床之間更換，這樣有利于降低加工誤差。 同時(shí)也要注重進(jìn)一步加強(qiáng)針對(duì)數(shù)控機(jī)床操作工人的技能培訓(xùn)，使他們能夠掌握更加扎實(shí)的工作素養(yǎng)，這樣將有利于減少一些工作失誤的可能性。

3.4 完善加工流程

在未來(lái)的發(fā)展進(jìn)程中，需要進(jìn)一步完善已有的數(shù)控機(jī)床加工工藝流程，技術(shù)需要不斷提升，采用更加先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，這樣能夠提高工作效率，特別是一些優(yōu)質(zhì)的數(shù)控機(jī)床，如今加工精度不斷提高，可靠性也在不斷增強(qiáng)的過(guò)程中，因此也需要針對(duì)不同類型的數(shù)控機(jī)床，制定特定的加工流程標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能夠更好地滿足工程實(shí)踐的需求。加工流程要嚴(yán)格遵循技術(shù)加工規(guī)范的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是要根據(jù)加工零部件的需求來(lái)制定，同時(shí)應(yīng)當(dāng)保持靈活的策略，要能夠針對(duì)具體的情況來(lái)進(jìn)行積極調(diào)整，這樣才能夠更好地提高整個(gè)加工過(guò)程的精度和準(zhǔn)確度，要盡量減少可能出現(xiàn)損壞零部件的情況，加工流程也應(yīng)當(dāng)考慮到整個(gè)加工過(guò)程的具體進(jìn)行狀況，特別是操作工人的實(shí)際素養(yǎng)，針對(duì)一些常見(jiàn)的錯(cuò)誤，可以從數(shù)控機(jī)床軟件編程的角度來(lái)進(jìn)行約束，設(shè)置一定的保護(hù)邏輯功能，這樣即使出現(xiàn)了一些常見(jiàn)的編程錯(cuò)誤也能夠從軟件保護(hù)的角度來(lái)進(jìn)行處理，更好地提高了軟件編程的智能化程度，有利于減少編程錯(cuò)誤的情況出現(xiàn)[4]。 目前，我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)工藝不斷提升，已經(jīng)逐漸趕超世界一些先進(jìn)技術(shù)水平，但是總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的數(shù)控加工技術(shù)還有很多地方需要改進(jìn)，還需要在未來(lái)的發(fā)展進(jìn)程中持續(xù)加大技術(shù)研發(fā)的投入，掌握更多的核心技術(shù)，不斷提高數(shù)控加工的可靠性和精準(zhǔn)度，這樣才能夠在一些重要技術(shù)上，擺脫受制于人的局面。 整個(gè)數(shù)控加工過(guò)程的供應(yīng)鏈以及相應(yīng)的技術(shù)流程都需要進(jìn)行特定的優(yōu)化，這樣才能夠更好地發(fā)揮出一些先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)數(shù)控加工下工藝設(shè)計(jì)的原則以及方法進(jìn)行了深入分析，在未來(lái)的發(fā)展進(jìn)程中，需要根據(jù)預(yù)期加工零部件的具體結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的加工標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行確定，最終得到相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確定出相應(yīng)的工藝實(shí)踐過(guò)程。