基于数控加工的工艺设计原则和方法

张建新

（沙洲职业工学院，江苏 张家港 215600）

基于数控加工的工艺设计原则和方法

张建新

（沙洲职业工学院，江苏 张家港 215600）

现代自动化的数控机床比传统加工在诸多方面存在差异，其数控加工工艺更加需要注重零部件工艺的设计标准与工艺分析，而实现其设计标准的关键在于编程。但是仅依靠编程的效果实现设计标准依然存在不足，必须遵循相应的设计原则，进而完成优化的设计方案。文章通过对数控加工的工艺设计原则归纳，总结了相应的数控加工的工艺设计方法。

数控加工；工艺设计；原则方法

1 数控加工的基本原则

数控加工的过程必须遵循先粗后精的基本原则，依据加工零件的精密度与变形刚度区分工序。那么应当先将零部件雏形进行粗略设计，再针对精细部分进行加工。粗加工的设计中，需要先保证刀具耐用度与加工质量，进而提升加工部件的系统刚性符合设计标准，才能以最大切削深度为基础，减少切削次数为精细加工做铺垫。在精细加工的阶段，需要对其设计表面进行质量评定，也要保障加工部件的标准精度，因此需要在整体轮廓中设计为连续精加工的程序。通常精加工余量不超过0.59mm的设计标准指标，才能形成较高的工艺设计质量。在粗加工到精细加工的阶段，必须停留一定时间，以便零部件在粗加工后能够得到材质的恢复，再进行精细加工时才能保障其加工标准的精密度。

2 数控加工的工艺设计原则

（1）工序集中的一次定位原则。在数控加工的工艺设计中，所有加工部件都由数控机床完成，在工艺设计时需要对所有部件完成加工程序，那么在多次加工的过程内就容易引起分段工序的失误，因此在最初设计中必须将所有工序进行集中，以便于后期操作，减少相应的误差才能提高生产效率。针对零部件的加工同轴度要求很高的孔系加工，必须设置为一次成型的生产工艺，采取连续换刀的方式加工同轴孔系，进而在坐标位置加工其他孔，才能降低因为重复定位而产生的误差，也就提升了同轴度的高孔系。

（2）先面后孔与先近后远设计原则。在数控加工的过程中，其对刀点的大小设计必须选择较近的加工位置，而较远的位置需要选择后续加工，才能保障其加工过程的刀具移动具备相应的时间优势，减少相对的空行程时间。并且在镗孔和铣平面的零件设计中，应当先以铣平面的加工设计优先，再进行镗孔的后续加工。其根本原因在于铣平面切削力加多，其设计部件容易在加工过程变形，因此需要一定的恢复时间，再完成镗孔的加工有利于相对的加工精密度。此外，多数镗孔加工中会产生飞边与毛刺，那么再进行铣平面加工就容易产生加工误差，甚至影响到孔的装配环节。

（3）先内后外的工序与内外交叉的设计原则。部件加工多数为存在内外表面的加工步骤，内部表面加工的是零件内腔与内型，而外表面加工的是最后工序。这样的流程安排，主要是因为多数内部表面加工工序繁琐，如果先进行外部加工设计时，而内部加工失败也就浪费了前期设计的基础实际，而先进行内部加工就较为实现其设计标准与功能，因此需要先进行内部表面加工。而内外交叉的过程，也是在先粗后精的基本原则基础上进行设计。先将内外表面的粗加工完成，再对内部表面进行精细加工，当内部表面的设计符合使用标准后，也就可以进行外部表面的精细加工，进而完成整体工序。

3 数控加工的工艺设计方法

（1）数控加工编程阶段的设计方法。在数控加工工艺中设计编程环节决定了处理工艺的正确性，进而关系到数控机床的应用效率与加工部件质量，同时也存在刀具数量的使用频次，也就产生了相应的成本造价与经济性问题。尤其是在较为复杂的零件设计中，其外观轮廓形状各有差异，选择的毛坯大小与材料也各有区别，因此在编程阶段，其设计人员必须针对零部件的具体造型做出全面规划，保障其设计的材料使用趋于合理利用的最大限度，以及做出相应的工艺分析，依据加工工艺的基本条件与原则，完善编程设计的标准和规格。并且在设计阶段，必须以设计需求为导向，同时保障工艺质量与加工时间的相互补充，不能因为盲目追求高质量的设计，而在多道工序中无形增加了加工程序，进而导致人工成本与加工成本的增加，其必然结果也会无形增加部件的造价成本。因此需要设计者，在编程时以高效、优质、低耗能的方向进行工艺完善，进而设计出实用性更强的加工工艺方案。在加工设计的阶段，编程人员必须充分考虑其加工零件的合理性，进而从清晰的工序中设计出工艺路线，进而在合理的加工步骤中选择相应的换刀点与对刀点位置，提升零件加工的便捷性与经济性。同时也需要对零件安装方法进行明确，在切削用量的刀具使用阶段，必须明确工艺文件编写指标，进而区分普通工序与数控工序的衔接，才能在相对工序集中的基础上设计出较低的机床辅助时间，制定出工艺路线最短的优化设计方案。

（2）Mastercam9.0数控编程方法。在加工零部件的模型完成后，需要对其加工数据进行明确，主要是在编程数据中的测量环节，包括：加工区域设定、加工方式选择、刀具标准设置、机床参数设置、以及相关的加工参数最终设置等。目前我国使用较为普遍的编程设计软件为Mastercam9.0，其软件的设计相当便捷，仅需要对加工部件的三维图或者二维图进行CAD绘制，就能够在CAM中明确最终的刀具路径，进而再选择相应的加工模块，以及工艺标准明确后的特性参数与刀具参数，以便于生成NCI文件的刀具路径，其后置程序也能够导出NCI文件，也就是数控机床最后能够识别的GM代码，进而产生了基于设计标准的加工流程。但是此时的文件需要进一步修改与编辑，才能传输给使用中的数控机床，以便于加装刀具后加工不同规格的零部件。

（3）加工工艺中的数控编程基本流程。通过Mastercam9.0完成数控加工的编程设计，需要通过五个步骤的基本流程：首先，在初始阶段需要根据零件设计的模型结构，选择合理的毛坯零件参数设置，其设置的基础为零部件的外部尺寸以内部结构，并设置相应的编程参数坐标原点，以便后期加工时的参数标准明确。其次，也需要选取最为适宜的加工方式，同时定义出需要进行精细加工的区域，进而保障整体工业的完整性。再次，针对刀具进行参数设置，同时将相应的加工参数与方式再次明确，才能保障精细加中不存在设计漏洞。最后，需要进行动态模拟加工路径的设计，其主要是明确加工设计的合理性，进而明确相应的参数修订是否必要，剔除多余的加工程序，才能保障设计标准中不存在多余步骤与工序。此外，后置处理中需要明确生成的NC加工程序是否合理，对其参数核对完成相应的设计指标，也就能够最终通过NC代码指导完成最终的零部件成品。

4 结语

综上所述，在实际加工设计的工艺中，设计者需要根据实际情况进行编写程序的修订，然而零部件加工工艺的设计优劣取决于两个方面：一方面，CAM系统的功能性决定了较高的设计标准，以目前Master cam的功能性而言，基本满足了较多零部件的设计需求，但是在较为复杂的设计标准中，依然需要设计者进行反复验证，以保障最终的设计规格标准性。另一方面，针对CAM系统进行设计时，必须考虑相应的加工条件，包括加工顺序的优化、加工方式合理配置、进刀/退刀方式的合理性、加工顺序便捷性、以及切削深度是否符合设计标准等，因此也需要设计者根据自身的经验不断总结，结合现代化的工艺加工需求，将其设计标准与加工方案进行最优化的合理配置。

［1］唐健钧，贾晓亮，田锡天，等.面向MBD的数控加工工艺三维工序模型技术研究［J］.航空制造技术，2012，（16）：62-66.

［2］韦靖，马柯，南博儒.数控加工过程质量控制的关键环节研究［J］.现代制造工程，2014，（6）：58-63.

［3］胡权威，乔立红，樊景松，等.基于MBD的数控工艺设计及快速编程方法研究［J］.航空制造技术，2016，（3）：102-105+109.

张建新（1970-），男，江苏张家港人，大学本科，工程师，主要研究方向：机电一体化、数控加工技术，液压传动技术，机械制造技术。