基于数控加工的工艺设计原则及方法探讨

秦洋

摘 要：随着我国工业发展进程不断提速，加工工艺标准也不断向国际化靠拢。数控机床在加工过程中不仅能可以提高工件加工精度，还可以省去繁琐人力加工过程，减小人为引起误差。数控机床具有较强综合性，可以一台机器进行多类加工，所以其加工过程需遵循三类原则，并且配合不同加工方法。基于此，本文将探讨数控机床工艺设计原则与方法。

关键词：数控机床；工艺设计原则；加工方法

前言：传统工件加工过程需要多种机床进行配合加工，不仅需要占用大部分厂房面积，还会产生大量加工废料，这些粉尘积聚在加工厂内不便收拾。而且在加工途中需要用测量仪器进行人工测量来规范标准。但是数控机床通过电子控制加工工艺、加工参数，提升加工效率同时也提高加工精度。

一、数控加工工艺设计原则

（一）数控加工工序划分原则

零件加工工序按照零件材料特点与工艺要求来划分，划分方法较多也比较灵活。如零件材料刚度较低，易变形，在加工过程中就要先进性粗加工再进行细加工；而零件安装方式以配合为主则需要按照配合部位选定加工部位，逐步进行加工，在加工过程中还需考虑热胀冷缩等物理性质，保证装配后工件完整性。总之，零件加工工序划分过程中充分考虑其安装工艺需要，不可按照死标准进行加工。

（二）数控加工工艺设计原则

第一、一次加工，集中定位原则

工件是由零件配合安装组成的，每一零件都要具有较高精度才不会影响到装配程序，因此在加工过程中要求一次性定位，然后尽量集完成大部分加工过程，对于同轴加工要尽量避免二次加工来提高精度。在加工过程中可以利用多种加工方法，来减少同类加工次数[1]。

第二、先粗后精加工原则

在零件加工过程中，一切以加工精度为限制标准。在拿到原材料时，先进行深度切削，以减少重复切削次数，然后进行粗加工打磨零件基本轮廓外形。基本轮廓完成后，在进行半精度加工，使工件在精加工前各余量分配均衡。精度加工时也要尽量避免重复加工影响精度，一般直接一刀持续加工达到零件外形要求。另外再加工过程中，不同加工阶段应有时间间隔，保证材料恢复变形后再进行后续加工[2]。

第三、先近后远，由内及外原则

加工过程中为保证加工精度，减少定位误差，一般先加工距刀口较近部位在加工距离刀口较远部位，这样可以减少走刀时空程距离。而在铣、镗配合加工过程中，由于铣加工对于材料整体变形程度影响较大，所以会先进行铣加工，再进行镗孔处理，在处理间隔时段也有助于材料恢复变形，减少孔边飞边现象。

另外对于既有内表面又有外表面零件，应先同时进行内外表面粗加工，然后先对内表面进行半精加工，在对外表面进行同样处理，内表面加工顺序优于外表面，但不可先进行内表面完全加工再进行外加工。

第四、辅助加工工具最少使用原则

零件加工过程中，会有辅助工件帮助定位与加工如工件装夹和一些刀具。在加工过程中应减少零件装换次数，避免人为造成定位误差，影响零件加工精度。如在多孔零件加工过程中，每次装换都可能造成轴心偏移，应尽量一次加工完成[3]。

第五、走刀路线最短原则

走刀时间长，产生空程距离也会增长，定位误差概率会增多，不利于换刀后重新起刀位置确定。在粗加工过程中此类情况较为明显，很可能因为空程时间过长而切削位置不准，既浪费原材料又耗费多余加工时间。因此在加工过程中要尽量减少走刀时间，减少加工程序，提高加工效率与精度。

第六、数控加工与普通加工衔接原则

零件加工过程需要数控加工与普通加工相配合，一般会利用普通加工方法进行粗加工，再利用数控加工进行半精加工，一些个别零件在数控精加工后还需要普通加工进行处理。因此在加工过程中要综合考虑，尽量依据工艺特点来选择加工余量，处理方法来达到精度标准[4]。

第七、灵活应用原则

在实际加工中，还是要以精度作为加工标准，同时考虑加工装配要求和材料特性，灵活调整上述原则，变换加工方案。

（三）数控加工走刀路线设计原则

数控加工过程，使用数字机床进行路线编程，设计师可先行拟定好走刀线路并绘制草图，在路线设计时考虑以下几点：1、通过合理计算减少工序设计，简化编程工作量；2、在加工过程中，始终考虑精度标准，最后一次轮廓加工应该一次性完成；3、依据工件形状、材料、余量以及配合加工机床承载力选择重复加工次数；4、合理设计，避免刀具与工件外形相触，留下刀痕。

二、数控加工方法介绍

依据不同工件外形、装配要求建立不同加工模型，进行加工。接下来，将简单介绍Siemens NX系统数控加工方法[5]。基于Siemens NX数控体统加工等高齿对数螺旋锥齿轮：

Siemens NX是一种仿真模型建立系统，使用者可以通过参照国家标准数据建立参数模型，在进行相应调整。

首先，参照《齿轮设计手册》选取参数标准，如轴交角为90°，分度圆直径分别为121mm和200mm，依据这些参数进行三维实体创建。主视面为基本曲线显示平面，右视面为参照平面绘制齿轮根、面、齿宽、截锥曲线，然后创建齿轮基本圆。选取圆心与基准点，系统会自动生成基本圆，用同样方法创建小基本圆，然后输入齿廓渐开线方程，完成大端齿廓渐开线创立，点击“工具栏”基准点命令，依据镜像规律得到小端渐开线。单机“工具栏”旋转命令，创建齿根圆实体[6]。

齿根圆二维草图绘制好后，输入角度值，选择已将建立好对数螺旋线，完成齿面截线创建。

创建锥齿齿轮选取菜单栏插入命令中“扫描混合”，在其中选择垂直于轨迹，以参数标准模型作为对照绘制大端齿廓截面，选择去除材料命令，除去预先余量设置，以轴列阵形式排列轮齿。

建立好主从动齿轮后，依据系统模型选取对数螺旋锥齿轮，实现动态仿真模型，设定运动参数，启动运行。

第二，在齿轮模型创建完毕后，运用数控机床加工系统，对其进行加工。为保证零件精度等级与表面粗糙度等级，在夹具选取中直接由数控机床中心DMU50进行加工，夹具为虎头钳，利用模型尺寸限定其自由度来调整机床夹具参数，保证定位精准。夹具选取后进行刀具设计。可以利用仿真模型进行不同刀具加工实验，体统会依据零件类型尺寸推荐相应刀具。最后选定以铣刀为主，配合球头铣刀与圆鼻刀。进行工艺路线设定除了要遵守上述加工工艺原则外，在斜锥齿轮加工过程中设定粗铣端面，粗车锥面-铣孔1-铣孔2-半精铣端面-半精车圆锥面。

路线拟定完成后采用锻造的棒料作为毛坯，采用正货或调质处理；对于齿面进行高频淬火进行热处理以减小齿轮变形。

总结：由于全球工业一体化进程要求，越来越多工厂在生产过程中将数控机床生产与普通机床生产相结合，以提高生产效率与零件精度。合理使用数控机床加工工艺原则与方法，使工件加工过程中减少定位误差或是重复加工步骤，提高数控机床生产率。

参考文献：

[1]彭健钧. 基于特征的复杂工件数控加工关键技术研究[D].中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所），2012.

[2]姚建方. 基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J]. 工业设计，2015， 10：156-157.

[3]陈光明. 数控加工中工艺路线设计原则及方法[J]. 组合机床与自动化加工技术，2005，11：73-76.

[4]赵焕武，赵博锌. 基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J]. 通讯世界，2016，12：218-219.

[5]彭文静. 基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J]. 电子制作，2014，09：253.

[6]赵留杰，张英杰. 一种基于加工特征的数控工艺设计方法[J]. 机械工程师，2009，06：31-34.