淺談數控加工過程工藝方案的優化設置與分析

摘 要：在機械加工過程中，工藝方案作為機械加工過程的指導性技術文件來說，起著至關重要的作用。機械加工工藝方案即工藝規程，內容包括機械加工工藝路線或工藝流程、工序設計的安排及各工藝參數的設置等。工藝方案的合理化設置有利于提高加工設備的工作效率，也有利于縮短工藝路線及流程，還有利于提高工件的加工質量，尤其在數控加工工藝規程中體現的更為明顯。

關鍵詞：數控加工； 工藝方案

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2013）01-133-001

數控加工工藝規程與普通機械加工工藝規程相比，最大的區別在于細化了工藝參數及走刀路線的合理化設置。對于數控加工來說，切削參數及走刀路線是通過人為設定好以后輸入計算機控制系統，由數控系統指揮機床進行加工的，因此，數控加工過程工藝方案的優化設置直接影響工件的加工質量及生產效率。下面以三類數控加工工藝方案設置的過程加以分析說明。

一、數控車削加工工藝方案的優化設置

車削加工一般適用于軸類、盤類及套筒類零件的加工，車削工序包括車外圓和端面、鉆孔、鏜孔、車螺紋和切槽等。數控加工工藝編制的原則通常是工件一次性裝夾，多道工序同時完成，盡可能減少工件的裝夾次數。對于軸類零件的加工，首先，應根據毛坯的直徑以及零件圖樣所要求的表面粗糙度選擇適當的主軸轉速，當直徑小或零件表面粗糙度要求低時，主軸轉速應當高些，相反則低。當毛坯直徑較小而長度較長時，還需鉆中心孔，頂持工件；其次，根據刀具的強度和零件表面粗糙度要求以及毛坯材料的硬度選擇刀具和背吃刀量及切削速度，無特殊要求時，在車削過程中加切削液（M08）；再次，根據零件的尺寸精度和形位公差要求選擇合理走刀路線，一般情況下，按先粗車后精車，先端面后外圓，先外形后內形的切削順序進行，用一把刀具盡可能加工到它在該零件工藝要求所能加工的極限范圍，再換下一把刀具。另外，對于薄壁類、套筒形零件的加工，應先加工內孔后加工外形，因為若按常規先加工外形，會造成工件壁更薄，在加工內孔時會產生很大的振動波紋。

二、數控銑削加工工藝方案的優化設置

銑削加工一般適用于箱體類零件的加工，數控銑削加工一般包括型腔內、外形的加工和型腔底面或外輪廓平面孔系的加工。數控銑削和數控車削工藝編制原則基本相同。數控工藝分析主要從加工精度和效率兩方面進行，加工精度必須達到圖樣要求，同時又能充分合理地發揮機床的功能。在加工同一表面時，應劃分工序，按先粗加工，后半精加工，最后精加工的次序完成。粗加工時轉速適當降低，精加工時轉速適當提高，當設計精度和孔加工的位置精度與機床的定位精度和重復定位精度相接近時，可采用按同一尺寸基準進行集中加工的原則。對于復合加工（既有型腔加工又有孔加工）的零件，可以先銑削后鏜孔，因為銑削的切削力大，工件易變形，采用先銑后鏜的方法，可使工件有一段時間的應力釋放，減少變形對精度的影響。相反，如果先鏜后銑，會在孔口處產生毛刺、飛邊，從而影響孔的精度。在孔系零件加工時，刀具在XY平面內的運動路線主要考慮：①定位要迅速，也就是在刀具不與工件、夾具和機床碰撞的前提下空行程序的時間盡可能縮短。②定位要準確，當所加工孔系的位置精度要求較高時，尤其是機床進給系統有間隙時，要特別注意安排孔的加工順序，如安排不當，就可能帶入機械進給系統的反向間隙，直接影響位置精度。為了消除反向間隙，在孔系加工時，可安排刀具沿某一個方向移動到始點，這樣可使加工方向一致，避免反向間隙的引入。③加工中如果受重復定位誤差影響較大時，必須一次定位好，按順序連續換刀加工，完成同軸孔的加工，然后再加工其他坐標位置的孔，以提高孔系的同軸度。在加工過程中，應盡量采用相同工位集中加工的方法，盡量就近加工，以縮短刀具的移動距離，減少空運行時間，盡可能采用同一把刀具完成同一個工位的加工，在一次裝夾過程中要盡可能完成較多表面或型腔的加工。

三、加工中心的數控加工工藝方案的優化設置

1.加工零件的合理選擇

采用加工中心加工零件的目的是提高并穩定加工質量，較大幅度地提高勞動生產率，改善生產管理及工藝管理方式，最終獲得顯著的經濟效益，但不是所有的零件都適合采用加工中心完成加工。加工中心主要適宜加工結構復雜、工序長、精度要求高、工藝內容豐富、可加工性差，且采用普通機床加工時間長、工藝裝備多、工藝流程長、效率低并需多次裝夾和調整才能完成的零件。工序單一或簡單、不能充分發揮加工中心自動換刀功能的零件，以及加工時間較長、刀具用量少的零件，則不宜采用加工中心加工。

2.加工中心工藝路線的優化

加工中心加工零件的工藝路線是工藝設計的主要內容，它對加工中心的使用效率、加工精度、刀具數量和經濟性等問題有著直接的影響。在保證加工精度和最大限度地提高生產率的前提下，設計加工中心的加工工藝方案時，應盡量做到工序集中、工藝路線最短、空行程和其他輔助時間最少，具體如下：

2.1要盡可能通過完成各個可以加工的表面來對輔助的時間進行縮短，工件裝夾的次數進行縮減，主要針對一次定位裝夾中。

2.2解決好傳統加工與數控加工的合理銜接，盡量在普通機床上完成大切削量粗加工，以提高數控機床的利用率和刀具壽命。

2.3加工中心換刀時間一般較長于相對工作臺的回轉的時間，為了減少空城時間以及換刀的次數，如果對工件沒有特別的要求，通常對加工順序是按刀具來劃分的，也就是用同一把刀具加工完所有能加工的部位后，再使用下一把刀。

2.4對于位置精度要求不高的孔系加工，可按加工路線最短的原則安排孔的加工順序；但對于位置精度要求較高的孔系加工，為避免反向間隙對孔的位置精度的影響，則要慎重考慮。

四、結語

無論數控車床還是數控銑床或是加工中心，在零件的實際加工過程中，工藝方案都是通過首件試切后不斷改進和優化的，并非一次性由人為固定的。對于工藝方案的優化，就是在工藝方案執行的過程中不斷地發現不足并及時改進，將結果以數據、資料的形式進行總結，應用到后續的生產加工實際中而能大大的提高加工效率，從而達到了優化的效果。

參考文獻：

《金屬加工（冷加工）》，機械工業出版社，2010年第16期