復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)研究

摘要：在復(fù)雜零件加工方面數(shù)控技術(shù)表現(xiàn)出了較強(qiáng)的可擴(kuò)展性、可操作性、可縮放性、可移植性等優(yōu)勢同時具有更加顯著的自動化、集成化以及智能化等特點數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用為了提升復(fù)雜零件的加工效果文章對數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)進(jìn)行了研究

關(guān)鍵詞復(fù)雜零件;數(shù)控加工工藝;編程技術(shù)

中圖法分類號：TG659文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research on NC machining technology and programming technology ofcomplex parts

LIANG Chaolin

（Guangxi Technician College Mechinery&.Electricity，Liuzhou，Guangxi 545005，China）

Abstract：In terms of complex parts processing， CNC technology shows strong scalability， operability，scalability， portability and other advantages， and has more significant automation， integration and intelligence characteristics. Therefore， numerical control technology has played an important role in the field of machinery manufacturing. In order to improve the machining effect of complex parts， it is necessary to further study the CNC machining process and programming technology.

Key words： complex parts，NC machining process，programming technology

機(jī)械制造行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要動力之一。在社會經(jīng)濟(jì)水平不斷提升且科技持續(xù)發(fā)展的背景下，人們對各項產(chǎn)品提出了越來越多且越來越高的要求，若仍應(yīng)用傳統(tǒng)機(jī)械制造方法，人民群眾的發(fā)展需求將難以得到滿足。而數(shù)控加工工藝之中融合了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及控制技術(shù)等，十分有利于提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，且可以對復(fù)雜零件進(jìn)行生產(chǎn)。為了切實提升復(fù)雜零件的生產(chǎn)效果以及生產(chǎn)效率，對復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)進(jìn)行探討具有重要意義。

1? 相關(guān)概念

數(shù)控加工工藝指的是以零件圖樣以及相關(guān)基本要求為基礎(chǔ)，對已經(jīng)編寫完成的數(shù)控加工程序進(jìn)行應(yīng)用，再輸入該程序至數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，由數(shù)控機(jī)床以程序內(nèi)容為根據(jù)，對刀具及工件之間的相對運動進(jìn)行控制，以落實零件的生產(chǎn)加工工作[1]。實際上，數(shù)控技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)具有一致性，特別是在加工內(nèi)容和方法上具有較高的相似度。不過，因為數(shù)控技術(shù)之中包含數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控系統(tǒng)，所以可以借助數(shù)字化的形式開展零件加工工作。計算機(jī)以及自動控制系統(tǒng)能夠全面代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工操作，不僅可以大幅度節(jié)約勞動力，而且零件生產(chǎn)加工的效率和質(zhì)量也隨之提升。同時，因為采用數(shù)字化控制的工作模式，所以通過數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)加工的零件，相對于人工加工的零件規(guī)范性更強(qiáng)，出現(xiàn)誤差的概率更小。

在對數(shù)控技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，數(shù)控編程技術(shù)是重要組成部分，其主要指由分析零件圖樣開始，直至完成合格產(chǎn)品加工的整個過程。數(shù)控編程技術(shù)可以分為兩個類型，即“手工編程”和“自動編程”。手工編程指的是主要采用手工方式對工件生產(chǎn)程序中各個環(huán)節(jié)的編程工作進(jìn)行落實，通常在復(fù)雜程度較低的零件加工工作之中應(yīng)用該編程方法，應(yīng)用過程便捷且成本較低[2] ;自動編程指的是多數(shù)編程工作由計算機(jī)完成。所以，也可以將該編程方法稱為“計算機(jī)輔助編程方法”，通常在復(fù)雜程度較高的零件加工工作中進(jìn)行應(yīng)用，有利于提升三維曲面零件的生產(chǎn)加工效果 [3]。另外，在零件生產(chǎn)中，如果刀具運行軌跡的復(fù)雜程度較高，應(yīng)用自動編程方法也可提升工作質(zhì)量和效率，同時降低誤差概率。

相較于傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)來說，數(shù)控技術(shù)具有勞動化程度較低的特點。這是因為數(shù)控技術(shù)具有自動化程度較高的特點，僅在對零件進(jìn)行裝卸時，需要采用人工操作的形式，其他各個工序均可直接由數(shù)控機(jī)床自行完成，能夠大幅度減少勞動力以及減輕相關(guān)工作人員的工作負(fù)擔(dān)。并且，對于飛機(jī)、汽車、輪船以及動力設(shè)備來說，復(fù)雜零件的需求量較大且要求較高，復(fù)雜零件的質(zhì)量對設(shè)備的整體性產(chǎn)生重要影響，所以在復(fù)雜零件的加工過程中，必須提升零件質(zhì)量。在復(fù)雜零件的生產(chǎn)加工工作中，利用傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)無法有效開展工作。其中，利用數(shù)控技術(shù)具備準(zhǔn)備工作時間較短的優(yōu)勢，僅需一定時間設(shè)計圖樣和編寫程序，所以整體生產(chǎn)效率大幅度提升，同時零件加工的精準(zhǔn)度較高、零件質(zhì)量良好，且不需進(jìn)行人為調(diào)整，也就不會受到技術(shù)水平的影響。與此同時，因為數(shù)控技術(shù)具有較高的自動化水平，所以在生產(chǎn)過程中可以自行更換刀具以及自行開展各項輔助操作，使生產(chǎn)工序得以縮減，有效縮短了生產(chǎn)周期、提升了生產(chǎn)效率[4]。

2? 數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國已經(jīng)全面進(jìn)入信息化時代，工業(yè)領(lǐng)域正在發(fā)生翻天覆地的變化，現(xiàn)代化生產(chǎn)制造技術(shù)大量替代傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)。特別是將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域后，生產(chǎn)加工質(zhì)量和效率均得到了提升。與此同時，計算機(jī)技術(shù)越來越成熟，其作為數(shù)控技術(shù)的重要組成部分，可以促使數(shù)控技術(shù)發(fā)展成為機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的核心。比如，在數(shù)控技術(shù)教學(xué)中，廣西機(jī)電技師學(xué)院推出自動檢測、自動控制、計算機(jī)以及微電子等諸多高新技術(shù)教學(xué)板塊，它們具有十分顯著的專業(yè)自動化特點，同時專業(yè)技術(shù)教學(xué)功能多樣性豐富，可以促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)教學(xué)的長足發(fā)展。目前，世界范圍內(nèi)大量重大數(shù)控研究工作陸續(xù)啟動，且獲得了越來越多的支持，逐漸呈現(xiàn)出開放性特點，在集成化的前提下，開始進(jìn)行小型化發(fā)展，并對計算機(jī)和多媒體技術(shù)進(jìn)行更加深入的應(yīng)用，使數(shù)控技術(shù)的控制能力更強(qiáng)、控制效果更好。

3? 復(fù)雜零件的數(shù)控加工工藝流程

數(shù)控技術(shù)是一種自動控制技術(shù)，主要通過數(shù)字化信息對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制。雖然數(shù)控技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)在工作內(nèi)容及方法上均存在較多相似之處，但數(shù)控技術(shù)以數(shù)字化控制為主導(dǎo)，所以生產(chǎn)效率和精準(zhǔn)度更高。對于數(shù)控加工工作來說，主要環(huán)節(jié)之一是數(shù)控編程，即以將要進(jìn)行加工的零件為基礎(chǔ)，根據(jù)圖紙、工藝、技術(shù)，對加工順序進(jìn)行合理安排，科學(xué)設(shè)置刀具運動的方向及軌跡，同時借助數(shù)控系統(tǒng)對工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并將相關(guān)代碼、規(guī)則、格式等編制成文件，再輸入到控制介質(zhì)中。通常情況下，數(shù)控編程涵蓋圖樣分析、工藝確認(rèn)、數(shù)值計算、程序編寫、走刀路徑設(shè)計、控制介質(zhì)、制作校驗程序以及首件試切等[5]。

（1）圖樣分析

圖樣分析指的是針對復(fù)雜零件的形狀、尺寸以及投影等各項基本要素進(jìn)行分析，同時根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求合理選擇機(jī)床，再根據(jù)加工工藝要求合理選擇夾具，最后確認(rèn)零件位置及刀具位置。選擇夾具的過程中，應(yīng)該注意對以下原則進(jìn)行落實：其一，需要進(jìn)行加工的部位應(yīng)保持敞開狀態(tài)，夾具不可對正常給進(jìn)造成影響;其二，若小型零件所需加工時間較短，則可對數(shù)個零件進(jìn)行同步加工;其三，控制輔助時間，以提升夾具裝卸便捷程度;其四，對零件的夾緊效果以及變形情況進(jìn)行控制;其五，所選用的夾具應(yīng)該能夠與工作臺及工件定位表面間的原件進(jìn)行連接;其六，夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單[6]。

（2）工藝確認(rèn)

對零件加工過程中需要應(yīng)用的工藝以及夾緊形式進(jìn)行確定，以提升工藝流程及順序的合理性，并選擇類型和規(guī)格均適宜的刀具、刀柄、切削量，最后對整體工藝路線進(jìn)行擬定。對工藝流程進(jìn)行確定時，應(yīng)該遵守“先面后孔”“先基準(zhǔn)后其他”“先粗后精”的原則，以刀具為中心開展裝夾工作，保證一次性完成粗加工以及細(xì)加工兩項工作。與此同時，還應(yīng)注重保障加工精度、熱處理效果以及表面粗糙度等。對削切用量進(jìn)行選擇時，應(yīng)該注意充分考慮加工余量相關(guān)問題。

三個因素對切削用量起到影響作用，即切削的深度、速度以及進(jìn)給量。采用不同的方式進(jìn)行加工，切削用量自然各不相同，保障切削用量的合理性有利于提升生產(chǎn)工作效率。而在粗加工過程中，應(yīng)該盡量提升加工效率、刀具耐用程度以及金屬切除率。開展細(xì)加工工作時，應(yīng)注重首先保障精度以及表面粗糙度，其次考慮效率。另外，在此過程中應(yīng)用的刀具應(yīng)具有較高的參數(shù)，以保障切削的效果和速度。選擇刀具時，則應(yīng)以數(shù)控機(jī)床自身特點以及將要進(jìn)行加工的零件要求、輪廓為依據(jù)，刀具的精度、剛度、強(qiáng)度以及耐用度均對切削工作的效率產(chǎn)生影響，所以應(yīng)該根據(jù)工序合理選擇刀具，通常可選用工具鋼、高速鋼以及其他質(zhì)地堅硬的合金所制作的刀具。

（3）數(shù)值計算

在對數(shù)值進(jìn)行計算時，需要針對基點坐標(biāo)值、節(jié)點坐標(biāo)值以及相關(guān)輔助點進(jìn)行計算，以構(gòu)建起完整的坐標(biāo)系，并為源文件生成提供基礎(chǔ)。與此同時，數(shù)值計算過程中需要注意控制零件誤差和編程誤差，以保障中間結(jié)果的準(zhǔn)確性和最后結(jié)果的精準(zhǔn)程度。

（4）程序編寫

編寫程序的過程中，應(yīng)該注意選擇適宜的方法。如果開展簡單零件加工工作，一般選擇手工編程的模式即可;若對復(fù)雜零件進(jìn)行加工，則應(yīng)首選自動編程模式。原因在于，手工編程所具有的優(yōu)勢為計算量小、程序段數(shù)相對較少，可以對各方面情況進(jìn)行更加直觀且清晰地展現(xiàn)，且操作便捷、成本較低。但是，復(fù)雜零件普遍具有空間自由、形狀復(fù)雜的特點，需要進(jìn)行計算的刀具軌跡也就更加復(fù)雜，生產(chǎn)加工工作量大，編程工作中更易出現(xiàn)失誤，所以需要采用自動編程模式。自動編程是指借助計算機(jī)和相應(yīng)編程軟件，針對加工條件及加工對象，采用自動計算的方式生成指令。當(dāng)前，應(yīng)用頻率較高的編程軟件如表1 中所列。

相對來說，應(yīng)用頻率更高的編程軟件為 UG，Caria 以及 Pro/E 。UG 通常在飛機(jī)零件加工工作中進(jìn)行應(yīng)用，不僅刀具路徑十分精準(zhǔn)，具有較高的可靠性，且可以直接針對曲面開展加工工作，客戶還可以對界面進(jìn)行自定義，使其整體呈現(xiàn)出更加顯著的人性化特點，所以能夠?qū)Σ煌募庸し绞竭M(jìn)行相對自由的選擇。同時，UG 的刀具庫完整，加工參數(shù)管理能力較強(qiáng); Caria 在曲面造型功能強(qiáng)大的同時，還具有編程能力良好的優(yōu)勢，能滿足諸多復(fù)雜程度較高的零件加工需求;Pro/E 在機(jī)械、電子、玩具和模具等諸多民用企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，功能包括零件設(shè)計、模具開發(fā)以及造型設(shè)計等[7]。

（5）走刀路徑設(shè)計和控制

對走刀路徑進(jìn)行合理設(shè)計以及精準(zhǔn)控制，可以避免出現(xiàn)過切情況，從而為產(chǎn)品切割質(zhì)量提供保障。對于復(fù)雜零件的切割工作來說，走刀過程中應(yīng)該盡量減少空程，并縮短路線。總體來說要求如下：避免出現(xiàn)空程情況，要求走刀路徑與機(jī)床呈90°或是0°進(jìn)行切割，以盡可能避免誤差;提升切割連續(xù)性，盡可能減少提刀轉(zhuǎn)移的次數(shù)，以對切割效果進(jìn)行控制，同時提升生產(chǎn)效率、降低誤差出現(xiàn)的概率;針對深腔結(jié)構(gòu)的復(fù)雜零件來說，需要保障其中側(cè)壁的成型效果，同時盡量避免切割過程中刀具受到不良影響。

總之，在開展復(fù)雜零件的數(shù)控加工工作過程中，通常應(yīng)用由上至下的“繞行切割”切削模式，以盡量簡化切削過程中走刀路徑的復(fù)雜程度，從整體上降低誤差、提升效率，保障走刀的準(zhǔn)確性，同時提升刀具的使用壽命。但是，對于刀具進(jìn)行90°切割還是0°切割，則需以實際情況為參考，進(jìn)行合理調(diào)節(jié)和充分控制，以盡可能保障復(fù)雜零件的加工效果。

4? 結(jié)語

在零件加工產(chǎn)業(yè)之中，數(shù)控技術(shù)以及相關(guān)編程技術(shù)占據(jù)重要地位，數(shù)控技術(shù)所具有的諸多優(yōu)勢能夠為相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要動力。特別是對于復(fù)雜零件的加工工作來說，通過應(yīng)用數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)，其加工效果得到了大幅度提升。與此同時，必須注重相關(guān)工藝設(shè)計的優(yōu)化，在生產(chǎn)過程中選擇適宜的機(jī)床、工序、刀具、切削用量等，以對生產(chǎn)消耗進(jìn)行有效控制，從而提升生產(chǎn)效果和效率，進(jìn)而推動復(fù)雜零件加工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 喬振華.基于工作過程的數(shù)控加工編程課程改革[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013（33）：123.

[3] 閆玉玲.復(fù)雜型面數(shù)控加工工藝及編程技術(shù)的分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（15）：113.

[4] 劉澤惠.煤炭企業(yè)社會責(zé)任對企業(yè)財務(wù)績效的影響研究[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2010.

作者簡介：

梁超林（1978—） ，本科，一級實習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。