數控加工技術及設備研究

王躍華

摘 要：數控技術源于航空工業，于20世紀40年代美國一家航空公司提出，經過這么多年的發展，數控機床已經逐步應用于各個工業部門，從而提升了加工產業的自動化進程。文章首先對數控加工操作過程進行了分析，再分析了數控加工技術的主要特點、加工工藝原則、數控加工刀具選擇方案、操作安全方案，通過對數控加工技術及設備使用注意事項的研究，達到更好的應用數控機床提升工業自動化的效果。

關鍵詞：數控加工；加工工藝；刀具選擇；操作安全

數控加工方法，是指在數控機床上進行零件加工的一種方法。數控機床是對傳統機床的總結和改進，數控機床加工相對于傳統機床加工方面，克服了傳統機床加工的缺點，極大的提升了加工工藝的自動化水平和生產效率，節省了人工，降低了操作工藝時長。數控加工，是在數控機床上，運用編程的方法，并結合復雜的模型計算，采取數字信息來控制零件和刀具位移，從而達到加工零件的目的的一種工藝過程。數控加工對于精度要求高、形狀復雜、品種多樣、批量小等性質的零件有很適合的加工效果。

1 數控加工操作過程分析

數控加工，是指應用數控機床對零件進行加工的一系列過程。數控加工的機器稱為數控機床，數控機床受控于數控系統（專用或者是通用計算機），數控機床的運動由數控系統的指令來引導。數控指令是程序員根據所需要加工材料的要求、材質、機床的特性等，結合具體的指令規范和格式來進行編寫的。數控機床的受控大致分為機器的啟動、運作、停止；刀具的選擇、更換；主軸的旋轉、變速；進給的速度、方向、方式等等。

2 數控加工技術主要特點

數控機床的加工技術具有以下一些特點：第一、工序集中。數控機床自動化水平比較高，一般帶有自動可以切換的刀庫和刀架，程序自動控制換刀過程，所以，工序比較集中，能夠為企業節省人力和物力。表現在一是減少了機床占地面積，二是減少了中間操作環節（比如物品暫存等）。第二、自動化水平高。數控加工技術在工作過程中，控制刀具過程不需要人工控制，自動化程度比較高。表現在四個方面，一是對操作工人的技術水平要求低。數控加工工人的培養時間比較短，短期就能上手實踐，并且加工出來的工件精度高、時間少。減少了工人的勞動強度，從而節省了勞動時間。二是產品質量穩定。加工自動化水平提升，促使加工過程避免了由于人的誤差而導致的產品質量缺陷。三是產出效率高，數控機床自動控制刀具的切換，使得加工效率較高。第三、柔性好。數控機床克服了傳統機床和傳統專機的缺點，可以通過改變程序來加工不同的零件，并且能夠實現自動化操作，從而顯示出柔性好、效率高的特點，更能適應社會的競爭。第四、適應能力強。數控機床特別適合加工質量要求高、急需器件、新產品等等，能夠對各種輪廓進行精確加工。

3 數控加工工藝原則分析

數控機床在加工原則方面表現在下面四點：下道工序不能被上道工序的加工影響；先進行內孔加工，再進行外形加工；相同加工工藝的工序，應該連續進行，從而減少換刀過程；安裝過程應該從剛性影響較小的工序開始。下面分析加工路線和優缺點。

3.1 加工路線分析

加工路線包括從對刀點（或者說是機床固定原點）開始算起，直到返回該點，這整個程序過程中所經過的路徑。包括切入、切出以及空行程三個方面的路徑。精加工的加工路線應該將粗加工及空行程的進給路線的選擇為重點。并且在加工過程中應該確保工件表面的粗糙度和工件精度、促使路線最短、簡化加工程序、應用子程序簡化程序編寫。

3.2 加工優缺點分析

數控加工具有以下優點：工裝數量能夠大量減少；加工工件質量穩定以及精度高；對于小批量和多品種等工件的生產效率高；可以加工復雜型面。數控加工的缺點是維修費用高，并且對維修人員的技術水平提出了很高的要求。

4 數控加工刀具選擇探討

4.1 選擇刀具原則

4.1.1 選擇數控刀具的原則

刀具壽命與切削用量的關系密切。在進行切削用量的制定時，應該合理選擇刀具壽命。而刀具壽命的選擇應該根據所要達到的目標確定，受到其他很多因素的影響。一般情況下，最高生產率刀具壽命由目標為單件工時最少確定，最低成本刀具壽命由工序成本最低來決定。

4.1.2 選擇數控車削用刀具原則

數控車削用刀一般有成型、尖形、圓弧形車刀這三類。一般在數控加工過程中，不鼓勵采用成型車刀。而尖形車刀的選擇在幾何參數方面與普通扯削時大致相同，結合數控加工的路線、干涉等進行綜合分析，也應該將刀尖考慮在內。圓弧形車刀比較適用于加工工件的表面，其刀位點在圓弧的圓心上。選擇圓弧形車刀時，應該考慮車刀切削刃的圓弧半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑。

4.1.3 選擇數控銑削刀具原則

在數控加工中，銑削平面零件內外輪廓及銑削平面常用平底立銑刀，相關參數設置比較復雜，需要結合零件的內輪廓、加工高度等進行分析。

4.2 刀點分析

刀點是刀具相對于工件運動的起點，在程序開始執行時，應該確定刀具相對于工件坐標系下的運動位置。而程序編寫過程中，應該首先正確的確定對刀點的位置。選擇對刀點應該以便于編寫程序和處理數值為原則。在實際操作過程中，可以手動對刀，選擇刀位點，工廠一般采用光學的對刀儀、對刀鏡等等。

4.3 切削用量分析

在進行數控編程時，應該對每道工序的切削用量進行確定，并通過指令的形式表現在程序中。切削用量包括主軸轉速、進給速度、背吃刀量這三個方面的確定等等。確定原則為：根據刀具需要，發揮刀具的使用性能，確保刀具的使用壽命，提升機床的性能，保證加工零件的精度，提高生產效率。

5 數控加工操作安全分析

為了確保數控機床高效加工的實現，應該保障操作的安全性，包含兩個方面：第一、達到文明生產要求。文明生產對操作人員的素質提出了很高的要求，包括用好、管好、維護好數控機床，并且能夠掌握數控機床的性能，操作熟練。第二、符合操作流程要求。減少操作故障，正確使用數控機床，對數控機床進行合理操作。

6 結束語

根據本文對數控機床使用和數據加工技術相關問題的分析，可以知道，數控加工是實現工業自動化的有效手段。未來發展過程中的3D數控加工機床可以使得操作更加的精確，有效避免儀器的損壞，能夠有效保證加工工藝的準確性以及加工過程的高效性。3D數控加工通過結合算法的使用，能夠計算出模型的工藝軌跡，從而可以實現金屬加工和切割的模擬操作。不管是何種性質的數控機床，在進行實際生產過程中，都需要根據實際需要進行規劃和管理，促進加工效率的不斷提升。

參考文獻

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