数控机床加工过程优化方法探析

曲延龙

（宁夏产品质量监督检验所 宁夏 银川 750001）

0 引言

数控加工工艺性涉及到数控机床， 在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。第一种情况，有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。第二种情况，已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。 无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料和种类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。

1 数控加工零件工艺性分析

1.1 图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则

1.1.1 零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点

在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的标注方法，这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便。 由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。

1.1.2 零件轮廓的几何元素的条件应充分，在手工编程时要计算基点或节点坐标

在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。 因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。 如圆弧与直线，圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计算相切条件时，变成了相交或相离状态。 由于构成零件几何元素条件的不充分，使编程时无法下手。 遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。

1.2 各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点

1.2.1 零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高。

1.2.2 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。 零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。

1.2.3 零件铣削底平面时，槽底圆角半径r 不应过大。

1.2.4 应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调。 因此要避免上述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。

1.2.5 零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，要设置工艺孔作为定位基准孔（如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔）。若无法制出工艺孔时，最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准，以减少两次装夹产生的误差。

2 加工方法的选择与加工方案的确定

2.1 加工方法的选择

加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。 由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。

2.2 加工方案确定的原则

2.2.1 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。

2.2.2 确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。

2.3 工序与工步的划分

2.3.1 工序的划分

在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。 首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。

2.3.2 工步的划分

（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开进行。

（2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法划分工步，可以提高孔的精度。 因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。

（3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。 总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等综合考虑。

3 加工路线的确定

3.1 加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高

3.2 使数值计算简单，以减少编程工作量

3.3 应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间

对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能快，而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线。 除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来决定， 但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超越量。

在数控机床上车螺纹时，沿螺距方向的z 向进给应和机床主轴的旋转保持严格的速比关系，因此应避免在进给机构加速或减速过程中切削。 为此要有引入距离超越距离。 和的数值与机床拖动系统的动态特性有关，与螺纹的螺距和螺纹的精度有关。

4 数控加工工序卡及刀具安装设计

4.1 数控加工与普通加工的工艺上有很大不同，主要在于：

（1）工序的内容复杂。这是因数控机床比普通机床昂贵，用于简单工序经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，或普通机床难以完成的工序。

（2）工步的安排更为详尽。 在普通机床的加工工艺中不必考虑工步问题，但数控加工工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线的确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。

所以，在数控加工工序卡的设计中应该包含以下内容：

（1）工序简图中应注明编程原点与对刀点。

（2）要进行简要编程说明（如：所用机床型号、程序编号、刀具半径补偿、镜向对称加工方式等）。

（3）切削参数（即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择。

4.2 刀具定位安装的基本原则

（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一；

（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面；

（3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能；

（4）选择夹具的基本原则。

数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一、要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二、要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。 除此之外，还要考虑以下四点：

①当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。

②在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

③零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。

④夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。

5 结束语

随着电子技术、计算机技术、自动化技术的发展，装备制造业向着数控化发展，降低了工人的劳动强度，同时为生产提出了更高的要求，笔者正是在这样的发展趋势下，提出了数控加工过程的优化！

［1］娄锐.数控应用关键技术[M].电子工业出版社,2002.

［2］罗学科.数控机床编程指南:自动编程[M].机械工业出版社,2007.