數控機械的加工工藝分析

趙成喜

（大連海洋大學職業技術學院，遼寧 瓦房店 116300）

1 數控機械的加工原則說明

（1）零件圖樣尺寸的正確標注。由于加工程序是以準確的坐標點來編制的，因此，各圖形幾何要素間的相互關系（如相切、相交、垂直和平行等）應明確；各種幾何要素的條件要充分，應無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。

（2）盡量統一零件輪廓內圓弧的有關尺寸。輪廓內圓弧半徑R常常限制刀具的直徑。如果工件的被加工輪廓高度低，轉接圓弧半徑也大，可以采用較大直徑的銑刀來加工，且加工其底板面時，進給次數也相應減少，表面加工質量也會好一些，因此工藝性較好。反之，數控銑削工藝性較差。一般來說，當R<0.2 H(H為被加工輪廓面的最大高度)時,可以判定零件上該部位的工藝性不好。

（3）保證基準統一原則。有些零件需要在銑完一面后再重新安裝銑削另一面。這時，最好采用統一基準定位，因此零件上應有合適的孔作為定位基準孔。如果零件上沒有基準孔，也可以專門設置工藝孔作為定位基準，如可在毛坯上增加工藝凸臺或在后繼工序要銑去的余量上設基準孔。

（4）分析零件的變形情況。零件在加工時的變形，不僅影響加工質量，而且當變形較大時，將使加工不能繼續進行下去。這時就應當考慮采取一些必要的工藝措施進行預防，如對鋼件進行調質處理，對鑄鋁件進行退火處理，對不能用熱處理方法解決的，也可考慮粗、精加工及對稱去除余量等常規方法。

（5）要考慮到毛坯的結構工藝性。因為在數控機床上加工零件時，加工過程是自動的，毛坯加工余量的大小、如何裝夾等問題在選擇毛坯時就要仔細考慮好，否則，一旦毛坯不適合數控加工，加工將很難進行下去。 這里需要指出毛坯的結構工藝要滿足毛坯加工余量應充足和盡量均勻以及保證毛坯的裝夾適應性兩個重要原則。

2 數控機械加工工藝的影響因素分析

（1）表面質量對數控機械加工工藝的影響：①對零件耐磨性的影響。當兩個零件相互接觸時，實質上只是兩個零件接觸表面上的一些凸峰相互接觸，因此實際接觸面積比理論接觸面積要小得多，從而使單位面積上的壓力很大。②對零件疲勞強度的影響。零件表面層的殘余應力對疲勞強度的影響很大。當殘余應力為拉應力時，在拉應力作用下，會使表面的裂紋擴大，而降低零件的疲勞強度，減少了產品的使用壽命。③對零件配合性質的影響。在間隙配合中，粗糙表面磨損后，會使間隙增大，改變原配合性質。在過盈配合中，粗糙表面的凸峰被擠掉，過盈量減小，降低配合的可靠性。

（2）影響數控機械加工工藝精度的因素及提高加工精度的措施：①工藝系統受力變形引起的誤差及改善措施。工藝系統在切削力、傳動力、慣性力、夾緊力以及重力等的作用下，會產生相應的變形，從而破壞已調好的刀具與工件之間的正確位置，使工件產生幾何形狀誤差和尺寸誤差。②工藝系統熱變形引起的誤差及改善措施。一是機床的熱變形，對機床的熱變形構成影響的因素主要有電動機、電器和機械動力源的能量損耗轉化發出的熱。這些熱都將或多或少的使機床機身、工作臺和主軸等部位發生變形；二是工件的熱變形，由于切削熱的作用，工件在加工過程中產生熱變形，因其熱膨脹影響了尺寸精度和形狀精度。

（3）影響數控機械加工工藝中表面粗糙度的因素及改善措施：①工件材料。一般韌性較大的塑性材料，加工后表面粗糙度較大，而韌性較小的塑性材料加工后易得到較小的表面粗糙度。②切削用量。進給量越大，殘留面積高度越高，零件表面越粗糙。因此，減小進給量可有效地減小表面粗糙度。③刀具幾何參數。主偏角、副偏角及刀尖圓弧半徑對零件表面粗糙度有直接影響。④切削液。切削夜的冷卻和潤滑作用能減小切削過程中的界面摩擦，降低切削區溫度，抑制積屑瘤的產生，因此可大大減小表面粗糙度。

3 典型零件的數控機械加工工藝分析

（1）零件圖紙工藝分析。在立式加工中心上加工如下圖所示蓋板零件，零件材料為HT 200，鑄件毛坯尺寸(長×寬×高)為170 mm×170 mm×23 mm。該零件毛坯為鑄件，外輪廓(4個側面)為不加工面，主要加工A、B面及孔系，包括4個M16螺紋孔、4個階梯孔及1個φ6OH7。尺寸精度要求一般，最高為IT7級。4-φ12H8、φ60H7孔的表面粗糙度要求較高，達到只a0.8，其余加工表面粗糙度要求一般。根據上述分析，A、B面加工可采用粗銑-精銑方案；φ6OH7孔為已鑄出毛坯孔，因而選擇粗鏜-半精鏜-精鏜方案；4-φ12H8宜采用鉆孔-鉸孔方案，以滿足表面粗糙度要求。

圖1 蓋板零件樣圖

（2）定位基準的選擇。因該零件為大批量，采用普通機床和數控機床共同加工完成。按工序分散原則、先粗后精原則劃分工序，其整個工藝流程分兩大部分：一部分是下料和粗加工部分，在普通機床上完成，粗加工的定位基準是用三爪卡盤以外六方、各端面配合定位；另一部分是精加工和螺紋加工部分，在數控車床上完成，按裝夾方式劃分為兩個工序，外螺紋加工等以外六方和大端面定位是一個工序，內螺紋加工等使用專用夾具以外螺紋面、大端左端面定位是另一個工序。

（3）確定進給路線。進給路線包括平面內進給和深度進給兩部分路線。對平面內進給，對外凸輪廓從切線方向切入，對內凹輪廓從過渡圓弧切入。在兩軸聯動的數控銑床上，對銑削平面槽形凸輪，深度進給有兩種方法：一種方法是在xz（或yz）平面內來回銑削逐漸進刀到即定深度；另一種方法是先打一個工藝孔，然后從工藝孔進刀到即定深度。

（4）選擇刀具及切削用量。銑刀材料和幾何參數主要根據零件材料切削加工性、工件表面幾何形狀和尺寸大小選擇；切削用量是依據零件材料特點、刀具性能及加工精度要求確定。通常為提高切削效率要盡量選用大直徑的銑刀；側吃刀量取刀具直徑三分之一到二分之一，背吃刀量應大于冷硬層厚度；切削速度和進給速度應通過實驗選取效率和刀具壽命的綜合最佳值。精銑時切削速度應高一些。

4 結語

數控技術是機械加工自動化的基礎，是數控機床的核心技術，其水平高低關系到國家戰略地位和體現國家綜合實力的水平，它隨著信息技術、微電子技術、自動化技術和檢測技術的發展而發展。而數控機械加工工藝能自動地完成多種工序，避免了人為的操作誤差、減少了工件裝夾、測量和機床的調整時間及工件周轉、搬運和存放時間，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的經濟效益。