數(shù)控編程與加工工藝的關(guān)系研究

許啟高

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002）

加工工藝是編程工作得以實(shí)施的重要基礎(chǔ)，數(shù)控編程如果離開(kāi)工藝將難以呈現(xiàn)出較好效果。在機(jī)床不同情況下，刀板接口、刀具配備會(huì)有所不同，同時(shí)加工軌跡也會(huì)呈現(xiàn)出差異性，進(jìn)而數(shù)控程序進(jìn)行編制時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差[1]。

1 數(shù)控編程概念

數(shù)控機(jī)床是根據(jù)已經(jīng)編制的加工程序以自動(dòng)性方式加工工件，加工程序需保證加工圖樣當(dāng)中要求的工件，并且使數(shù)控機(jī)床在功能上能夠得到充分發(fā)揮以及合理運(yùn)用，進(jìn)而使數(shù)控機(jī)床在工作時(shí)體現(xiàn)出可靠性、安全性、高效性。數(shù)控機(jī)床進(jìn)行工件加工過(guò)程中，需結(jié)合工件工藝過(guò)程和其他輔助依序運(yùn)動(dòng)[2]，且通過(guò)指令性程序格式在控制介質(zhì)中記錄，運(yùn)用人機(jī)交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)進(jìn)入到數(shù)控裝置中，進(jìn)而完成工件加工全部過(guò)程，由工件圖樣到數(shù)控機(jī)床需要控制介質(zhì)的整個(gè)獲取過(guò)程，可以將其稱(chēng)之為程序編制。

2 數(shù)控編程基本內(nèi)容和要求

2.1 工藝處理與圖樣分析

加工工藝在確定過(guò)程中，編程工作人員需結(jié)合零件圖樣針對(duì)工件尺寸、工件形狀、工件具體要求展開(kāi)分析，進(jìn)而選擇科學(xué)、合理的加工方案，確定加工路線(xiàn)、加工順序、刀具、裝夾工具、切削參數(shù)等[3]。為了使機(jī)床充分發(fā)揮自身作用與價(jià)值，需對(duì)機(jī)床實(shí)際指令功能進(jìn)行詳細(xì)考慮，盡量使加工路線(xiàn)最短，并且選擇合適換刀點(diǎn)以及對(duì)刀點(diǎn)，進(jìn)而減少換刀次數(shù)。

2.2 數(shù)值處理

結(jié)合圖樣尺寸確定最終工藝路線(xiàn)，并且設(shè)定坐標(biāo)系，針對(duì)工件粗加工和精加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行計(jì)算，獲得刀具位置，在工件坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系之間出現(xiàn)不一致時(shí)，需換算坐標(biāo)[4]。在加工形狀較為簡(jiǎn)單的零件時(shí)，需將幾何起點(diǎn)算出，同時(shí)計(jì)算圓弧圓心、終點(diǎn)、幾何元素切點(diǎn)或者是交點(diǎn)，部分情況下需將刀具進(jìn)行中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡坐標(biāo)值計(jì)算出來(lái)。零件在形狀較為復(fù)雜情況下，需通過(guò)圓弧段或者直線(xiàn)段逼近，結(jié)合實(shí)際精度要求將各節(jié)點(diǎn)中的坐標(biāo)值計(jì)算出來(lái)。

2.3 編寫(xiě)加工程序單

需確定工藝參數(shù)、加工路線(xiàn)、刀位數(shù)據(jù)，編程工作人員可以結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中規(guī)定程序段格式、指令代碼等進(jìn)行程序單編寫(xiě)加工，填寫(xiě)相關(guān)文件，包括刀具明細(xì)、加工工序等等。在數(shù)控編程不斷發(fā)展過(guò)程中，多數(shù)機(jī)床已經(jīng)能夠進(jìn)行自動(dòng)編程。

2.4 輸入數(shù)控系統(tǒng)

輸入數(shù)控系統(tǒng)在使用時(shí)需將加工程序編制好，運(yùn)用某種介質(zhì)向數(shù)控系統(tǒng)傳輸。傳統(tǒng)模式下，數(shù)控機(jī)床進(jìn)行程序輸入過(guò)程中，多數(shù)會(huì)通過(guò)穿孔紙帶，其程序代碼在紙帶閱讀器作用下向數(shù)控系統(tǒng)輸入[5]。在計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床當(dāng)前多運(yùn)用鍵盤(pán)進(jìn)行程序輸入，進(jìn)而使程序進(jìn)入到計(jì)算機(jī)當(dāng)中。

2.5 程序檢驗(yàn)與適切

就程序單來(lái)講，需在檢驗(yàn)與適切基礎(chǔ)上方能使用。檢驗(yàn)方法為運(yùn)用直接方式使加工程序輸入數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，然后使機(jī)床實(shí)現(xiàn)空運(yùn)轉(zhuǎn)，將筆代替刀，工件也通過(guò)坐標(biāo)紙?zhí)娲M(jìn)而將加工的路線(xiàn)畫(huà)出，對(duì)機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡能否呈正確狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)[6]。在機(jī)床具備圖形功能情況下，可以通過(guò)模擬刀具切削展開(kāi)檢驗(yàn)，但這些檢驗(yàn)僅僅能檢查運(yùn)動(dòng)正確與否，不能檢查出工件的實(shí)際精度。因此，需針對(duì)零件展開(kāi)首件試切[7]。在此過(guò)程中，需運(yùn)用單程序段方式加工，并對(duì)加工情況進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)對(duì)切削參數(shù)以及切削狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。在數(shù)控編程過(guò)程中，需了解機(jī)床結(jié)構(gòu)、機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)床功能、加工工藝等多方面內(nèi)容，數(shù)控編程與加工工藝之間聯(lián)系十分緊密。

3 數(shù)控加工工藝的主要特點(diǎn)

數(shù)控加工工藝和普通工藝相比基本相同，在設(shè)計(jì)加工工藝過(guò)程中，需遵守與普通工藝一致的方法及原則，詳細(xì)考慮工藝自身特點(diǎn)以及編程具體要求。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)講，在自動(dòng)化程度方面比較高，在控制方式上會(huì)有所不同，并且設(shè)備費(fèi)用也比較高；對(duì)于數(shù)控加工來(lái)講，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 工藝詳細(xì)且具體

數(shù)控加工工藝中文件內(nèi)容以及文件格式存在的區(qū)別比較大，其中主要體現(xiàn)在刀具配置、加工順序、刀具軌跡、使用順序、切削參數(shù)等，這種工序在內(nèi)容方面更為詳細(xì)。通用機(jī)床加工會(huì)存在較多工藝問(wèn)題，其中主要為工藝的具體劃分、刀具形狀、順序安排等，對(duì)于這些問(wèn)題，多數(shù)情況下都是操作人員結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)處理。進(jìn)行數(shù)控加工過(guò)程中，需由編程工作人員通過(guò)編程進(jìn)行預(yù)先確定，即加工普通機(jī)床時(shí)，人工操作下能夠?qū)に嚰?xì)節(jié)展開(kāi)適時(shí)調(diào)整，數(shù)控加工過(guò)程中，需先進(jìn)行程序的預(yù)先設(shè)計(jì)與預(yù)先安排。

3.2 工藝要求嚴(yán)密

數(shù)控機(jī)床在自動(dòng)化程度方面比較高，但是自適性比較差，不能在加工出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)通過(guò)合理方式進(jìn)行調(diào)整。如深孔加工時(shí)，難以充分了解孔中是否切屑已經(jīng)擠滿(mǎn)，什么時(shí)間退刀，不能在切屑被清除之后加工，加工狀態(tài)會(huì)一直持續(xù)。因此，數(shù)控加工在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需關(guān)注加工各個(gè)細(xì)節(jié)，特別是對(duì)于圖形的計(jì)算、數(shù)字處理，需保證準(zhǔn)確無(wú)誤，為數(shù)控加工得以順利進(jìn)行創(chuàng)造良好條件。

3.3 加工保證適應(yīng)性

數(shù)控加工自動(dòng)化程度比較高，質(zhì)量穩(wěn)定，多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，工序集中，但是使用時(shí)對(duì)于技術(shù)要求比較高，價(jià)格也較為昂貴。因此，在加工對(duì)象與加工方法選擇時(shí)需慎重，盡量在不對(duì)工件性能做出改變情況下，對(duì)其尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在此情況下才能將數(shù)控加工工藝優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮，也能獲得可觀經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 復(fù)雜表面自動(dòng)控制

針對(duì)簡(jiǎn)單表面進(jìn)行加工過(guò)程中，數(shù)控加工和一般加工之間差別并不大。對(duì)于具有特殊要求或復(fù)雜的曲面，數(shù)控加工工藝表現(xiàn)出的加工方法則與普通方法不同。加工曲線(xiàn)或者是曲面時(shí)，普通加工方式會(huì)運(yùn)用鉗工、畫(huà)線(xiàn)等方法展開(kāi)，加工生產(chǎn)率比較低，并且加工精度也難以得到充分保證。數(shù)控加工能夠?qū)崿F(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)，具有普通加工不具備的優(yōu)勢(shì)。

3.5 工序集中

數(shù)控機(jī)床在切削參數(shù)范圍方面比較廣，精度也比較高，能夠使用的刀具數(shù)量比較多，一次夾裝中就能將多個(gè)加工工序完成，工作臺(tái)上可以加工多個(gè)相同工件。在此情況下，生產(chǎn)周期以及工藝路線(xiàn)會(huì)得到極大縮短，進(jìn)而減少工件以及加工設(shè)備實(shí)際運(yùn)輸量。

4 數(shù)控加工工藝規(guī)劃

對(duì)于數(shù)控加工工藝來(lái)講，設(shè)計(jì)過(guò)程中需了解零件加工表面，確定不同表面具體加工方法，一步便是一個(gè)工序，同時(shí)針對(duì)工序內(nèi)容需展開(kāi)先后排序，研究哪些工藝可以劃分到一個(gè)工序當(dāng)中，然后針對(duì)工序進(jìn)行劃分，進(jìn)而將其他工序插入，使數(shù)控加工時(shí)的工序序列得到有效銜接，然后獲得相應(yīng)工藝路線(xiàn)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工時(shí)，工序可以相對(duì)集中，運(yùn)用一次裝夾方式將工序完成，在此過(guò)程中，需保證精度。對(duì)于數(shù)控加工來(lái)講，在工序要求上應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)集中，精加工與粗加工能夠在一次裝夾中完成，為了減少切削力變形以及熱變形對(duì)工件位置精度、形狀精度、尺寸精度等產(chǎn)生的影響，可以將粗加工與細(xì)加工二者分開(kāi)進(jìn)行。就盤(pán)類(lèi)零件與軸類(lèi)型零件來(lái)講，可以先進(jìn)行粗加工，少量進(jìn)行精加工，進(jìn)而使表面質(zhì)量具體要求能夠得到充分保證。同時(shí)需注重生產(chǎn)效率提升，減少換刀次數(shù)，進(jìn)而使換刀時(shí)間得到有效節(jié)約，減少空行程，盡量通過(guò)最短工位便能到達(dá)加工部位。進(jìn)行零件加工時(shí)，工序上需盡量做到比較集中，一次裝夾中便能將較多工序完成，結(jié)合零件圖樣，詳細(xì)考慮加工零件是否能夠在同一機(jī)床中進(jìn)行加工。在加工的過(guò)程中，可以結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)加工工位進(jìn)行劃分，將其劃分為幾部分，其中主要為外形、內(nèi)形、平面、曲面，進(jìn)行外形加工過(guò)程中，通過(guò)外形進(jìn)行定位，然后進(jìn)行工序劃分。為了將換刀次數(shù)減少，將空程時(shí)間壓縮，最大程度上節(jié)約時(shí)間，將不必要誤差減少，可以運(yùn)用刀具集中方式對(duì)零件進(jìn)行加工。

5 數(shù)控編程與加工工藝的關(guān)系

5.1 數(shù)控加工工藝內(nèi)容

在開(kāi)展數(shù)控加工作業(yè)前，需做好加工工藝準(zhǔn)備工作，且需要在進(jìn)行數(shù)控編程前開(kāi)始，因?yàn)橹挥忻鞔_當(dāng)前工件的加工工藝設(shè)計(jì)方案后，才能為數(shù)控編程提供依據(jù)。相反，如果沒(méi)有全面考慮加工工藝設(shè)計(jì)，就會(huì)導(dǎo)致之后的加工作業(yè)無(wú)法順利進(jìn)行，還可能增加工作量，嚴(yán)重情況下還會(huì)引發(fā)加工事故。要保證數(shù)控加工程序質(zhì)量，其關(guān)鍵在于數(shù)控加工工藝，因此相關(guān)數(shù)控編程人員在進(jìn)行編程之前，首先應(yīng)做好工藝設(shè)計(jì)。

數(shù)控加工工藝內(nèi)容具體如下：1）對(duì)當(dāng)前需要進(jìn)行加工零件的技術(shù)要求有基本了解和掌握，如尺寸精度、加工材料、硬度、加工數(shù)量等等，以上都需要明確記錄在加工圖紙中；2）對(duì)當(dāng)前加工零件的圖紙中提出的要求進(jìn)行工藝分析，其中有零件結(jié)構(gòu)工藝性、加工材料和設(shè)計(jì)精度合理性、加工流程以及技術(shù)要求等[4]；3）通過(guò)對(duì)加工工藝進(jìn)行全面分析，從中獲取所有當(dāng)前零件加工的工藝信息，主要有加工路線(xiàn)、刀具走動(dòng)軌跡、切削用量等等，同時(shí)還要根據(jù)加工實(shí)際將加工信息填入工序卡和工藝過(guò)程卡中，以此保證加工信息有跡可循；4）結(jié)合需要進(jìn)行加工的零件圖和已經(jīng)制定好的工藝內(nèi)容，以此為基礎(chǔ)使用數(shù)控系統(tǒng)中規(guī)定指令代碼、程序格式開(kāi)展數(shù)控編程編寫(xiě)；5）通過(guò)傳輸接口，連接已經(jīng)編寫(xiě)好的編程，將其輸至數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，在加工前對(duì)機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，然后調(diào)用已經(jīng)編寫(xiě)好的程序，即可根據(jù)圖紙要求進(jìn)行零件加工。

5.2 數(shù)控加工工藝參數(shù)

在數(shù)控加工過(guò)程中，影響加工質(zhì)量的因素還有加工工藝參數(shù)。工藝參數(shù)對(duì)加工效率、刀具使用壽命、零件加工精度等方面有直接性影響。因此，在進(jìn)行初步切削用量選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合以往豐富的加工經(jīng)驗(yàn)、當(dāng)前加工工件設(shè)計(jì)中的刀具切削用量推薦值來(lái)決定，但最終確定的切削用量參數(shù)應(yīng)結(jié)合數(shù)控程序調(diào)試結(jié)果以及加工實(shí)際來(lái)決定。

1）對(duì)于粗加工部分，對(duì)加工所使用的工件材料進(jìn)行大體積切除處理，該階段對(duì)于工件表面的質(zhì)量要求相對(duì)比較低，一般情況下對(duì)于表面粗糙度Ra的要求為12.5μm～25μm；對(duì)于切削深度、徑向切深的要求通常是3 mm～6 mm、2.5 mm～5 mm，除以上之外，還要為之后進(jìn)行半精加工預(yù)留出一定的加工余量，一般在1 mm～2 mm之間，如果粗加工后直接進(jìn)行精加工，預(yù)留加工余量為0.5 mm～1 mm即可。

2）對(duì)于半精加工部分，就是在粗加工的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行精細(xì)化的加工處理，如將工件表面進(jìn)行光滑加工處理，與此同時(shí)，將工件凸腳存在的殘余材料進(jìn)行切除處理，在切除的同時(shí)，還要為下一步的精加工預(yù)留一定厚度且均勻的加工余量。經(jīng)過(guò)半精加工處理后，要求工件表面粗糙度Ra達(dá)到3.2μm～12.5μm；對(duì)于軸向、徑向的切削深度達(dá)到1.5 mm～2 mm即可。另外，還要為之后的精加工預(yù)留加工余量，一般為0.3 mm～0.5 mm。

3）對(duì)于精加工部分，所謂精加工是加工達(dá)成尺寸精度和表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)要求，一般情況下，對(duì)于精加工部分的工件表面粗糙度Ra應(yīng)達(dá)到0.8μm～3.2μm，對(duì)于軸向、縱向的切削深度分別為0.5 mm～1 mm、0.3 mm～0.5 mm。

4）數(shù)控編程并不是以獨(dú)立狀態(tài)存在，系統(tǒng)性特點(diǎn)明顯，屬于系統(tǒng)性技術(shù)，與工藝技術(shù)、數(shù)控加工仿真、CAM技術(shù)、CAD技術(shù)之間的聯(lián)系十分緊密，工藝方法的運(yùn)用對(duì)于數(shù)控編程效果具有決定性作用，在進(jìn)行數(shù)控編程過(guò)程中，需先考慮加工工藝。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)控編程與加工工藝聯(lián)系較為緊密，加工工藝屬于數(shù)控編程的重要組成，數(shù)控編程效果會(huì)受到加工工藝影響。因此，進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)需做好對(duì)加工工藝的把控，保證加工工藝的科學(xué)性與合理性，進(jìn)而使數(shù)控編程呈現(xiàn)出良好使用效果。