数控机械的加工工艺分析

赵成喜

（大连海洋大学职业技术学院，辽宁 瓦房店 116300）

1 数控机械的加工原则说明

（1）零件图样尺寸的正确标注。由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确；各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。

（2）尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸。轮廓内圆弧半径R常常限制刀具的直径。如果工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径也大，可以采用较大直径的铣刀来加工，且加工其底板面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因此工艺性较好。反之，数控铣削工艺性较差。一般来说，当R<0.2 H(H为被加工轮廓面的最大高度)时,可以判定零件上该部位的工艺性不好。

（3）保证基准统一原则。有些零件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面。这时，最好采用统一基准定位，因此零件上应有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准，如可在毛坯上增加工艺凸台或在后继工序要铣去的余量上设基准孔。

（4）分析零件的变形情况。零件在加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行下去。这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精加工及对称去除余量等常规方法。

（5）要考虑到毛坯的结构工艺性。因为在数控机床上加工零件时，加工过程是自动的，毛坯加工余量的大小、如何装夹等问题在选择毛坯时就要仔细考虑好，否则，一旦毛坯不适合数控加工，加工将很难进行下去。 这里需要指出毛坯的结构工艺要满足毛坯加工余量应充足和尽量均匀以及保证毛坯的装夹适应性两个重要原则。

2 数控机械加工工艺的影响因素分析

（1）表面质量对数控机械加工工艺的影响：①对零件耐磨性的影响。当两个零件相互接触时，实质上只是两个零件接触表面上的一些凸峰相互接触，因此实际接触面积比理论接触面积要小得多，从而使单位面积上的压力很大。②对零件疲劳强度的影响。零件表面层的残余应力对疲劳强度的影响很大。当残余应力为拉应力时，在拉应力作用下，会使表面的裂纹扩大，而降低零件的疲劳强度，减少了产品的使用寿命。③对零件配合性质的影响。在间隙配合中，粗糙表面磨损后，会使间隙增大，改变原配合性质。在过盈配合中，粗糙表面的凸峰被挤掉，过盈量减小，降低配合的可靠性。

（2）影响数控机械加工工艺精度的因素及提高加工精度的措施：①工艺系统受力变形引起的误差及改善措施。工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏已调好的刀具与工件之间的正确位置，使工件产生几何形状误差和尺寸误差。②工艺系统热变形引起的误差及改善措施。一是机床的热变形，对机床的热变形构成影响的因素主要有电动机、电器和机械动力源的能量损耗转化发出的热。这些热都将或多或少的使机床机身、工作台和主轴等部位发生变形；二是工件的热变形，由于切削热的作用，工件在加工过程中产生热变形，因其热膨胀影响了尺寸精度和形状精度。

（3）影响数控机械加工工艺中表面粗糙度的因素及改善措施：①工件材料。一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度较大，而韧性较小的塑性材料加工后易得到较小的表面粗糙度。②切削用量。进给量越大，残留面积高度越高，零件表面越粗糙。因此，减小进给量可有效地减小表面粗糙度。③刀具几何参数。主偏角、副偏角及刀尖圆弧半径对零件表面粗糙度有直接影响。④切削液。切削夜的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，抑制积屑瘤的产生，因此可大大减小表面粗糙度。

3 典型零件的数控机械加工工艺分析

（1）零件图纸工艺分析。在立式加工中心上加工如下图所示盖板零件，零件材料为HT 200，铸件毛坯尺寸(长×宽×高)为170 mm×170 mm×23 mm。该零件毛坯为铸件，外轮廓(4个侧面)为不加工面，主要加工A、B面及孔系，包括4个M16螺纹孔、4个阶梯孔及1个φ6OH7。尺寸精度要求一般，最高为IT7级。4-φ12H8、φ60H7孔的表面粗糙度要求较高，达到只a0.8，其余加工表面粗糙度要求一般。根据上述分析，A、B面加工可采用粗铣-精铣方案；φ6OH7孔为已铸出毛坯孔，因而选择粗镗-半精镗-精镗方案；4-φ12H8宜采用钻孔-铰孔方案，以满足表面粗糙度要求。

图1 盖板零件样图

（2）定位基准的选择。因该零件为大批量，采用普通机床和数控机床共同加工完成。按工序分散原则、先粗后精原则划分工序，其整个工艺流程分两大部分：一部分是下料和粗加工部分，在普通机床上完成，粗加工的定位基准是用三爪卡盘以外六方、各端面配合定位；另一部分是精加工和螺纹加工部分，在数控车床上完成，按装夹方式划分为两个工序，外螺纹加工等以外六方和大端面定位是一个工序，内螺纹加工等使用专用夹具以外螺纹面、大端左端面定位是另一个工序。

（3）确定进给路线。进给路线包括平面内进给和深度进给两部分路线。对平面内进给，对外凸轮廓从切线方向切入，对内凹轮廓从过渡圆弧切入。在两轴联动的数控铣床上，对铣削平面槽形凸轮，深度进给有两种方法：一种方法是在xz（或yz）平面内来回铣削逐渐进刀到即定深度；另一种方法是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到即定深度。

（4）选择刀具及切削用量。铣刀材料和几何参数主要根据零件材料切削加工性、工件表面几何形状和尺寸大小选择；切削用量是依据零件材料特点、刀具性能及加工精度要求确定。通常为提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀；侧吃刀量取刀具直径三分之一到二分之一，背吃刀量应大于冷硬层厚度；切削速度和进给速度应通过实验选取效率和刀具寿命的综合最佳值。精铣时切削速度应高一些。

4 结语

数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平，它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。而数控机械加工工艺能自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬运和存放时间，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。