基于數控加工的工藝設計原則和方法分析

張敬++張杰

摘 要：近年來，數控加工技術有了很大地提升，對機械制造業發展起到了極大地促進作用。數控加工技術的基礎是工藝設計，要想提升數控機床的加工效率，保障其加工質量，必須要在工藝設計原則和方法上下工夫，提升工藝設計原則和方法的科學性、合理性。本文中，筆者首先闡述了數控加工工藝的特點，然后分析了數控加工工藝的設計原則，最后又分析了數控加工工藝的設計方法，希望為今后相關內容的研究提供一定的參考。

關鍵詞：數控加工 工藝設計 原則和方法 探析

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（b）-0081-02

何為數控加工？數控加工的對象是數控機床及其零件，是一種建立在計算機技術基礎上的加工數控機床的高科技工藝。隨著社會經濟的快速發展，科學技術水平的不斷提高，數控加工水平也獲得了顯著的提高。但是，在實際的數控機床加工過程中，仍舊存在一定不合理因素，如工序不集中、走刀不合理、切削用量不科學等，導致數控加工的效率和質量受到很大程度的影響。為了保證數控加工的效率和質量，必須堅持一定的工藝設計原則和方法，改善以往數控加工中存在的問題。

1 數控加工工藝的特點分析

大量數控加工實踐表明，數控加工中容易出現失誤，其主要原因有兩個方面，一是工藝方面考慮不周全，二是計算與編程時不仔細[1]。數控加工中，其工藝設計非常關鍵，對于數控加工有著直接的影響，所以必須要對數控加工工藝的特點有所掌握，這樣能夠減少數控加工實踐中發生失誤的概率。縱觀當前數控加工工藝的發展情況，其特點包括以下幾點。

1.1 內容具體，設計嚴密

數控加工工藝的內容十分詳細，設計工作也非常嚴密，這是數控加工工藝的第一大特點。相比于普通機床加工工藝，數控加工工藝加工工序較少，使用到的工裝數量也較少，但是在加工的工序以及設計工作方面，數控加工工藝的內容更加復雜，操作的難度更大[2]。

1.2 數控加工的“復合性”

關于數控加工“復合性”的特點，主要是因為采用數控加工之后，工件可以在一次裝夾下完成多種加工，如鏜加工、銑加工、鉸加工等。從另一個角度而言，數控加工“復合性”的特點又可以理解為將傳統工藝的工序集中起來，從而使得零件加工精度大大提升[3]。

1.3 數控加工的“程序性”

數控加工過程中，程序性指的是每一環節都需要根據一定的程序進行，遵循一定的原則，不能夠隨意進行更改。數控加工程序性的特點其實也是數控加工具體、設計嚴密的反映。

2 數控加工工藝的設計原則

數控加工工藝的設計原則很多，如工序集中、一次成型的原則；先粗后精的原則；先近后遠的原則，等等。采用數控加工時，堅持下述工藝設計原則，對于數控加工的進度和質量而言，是一個極大的保證。

2.1 一次成型的原則

必須承認的是，對于一些零件內的加工，允許存在合理誤差。同樣的，采用數控加工的時候，在零件加工的過程中，也會存在誤差。通常情況下，裝夾的次數越多，誤差的概率就越高。需要注意的是，零件加工的誤差如果超出了規定范圍，將會成為質量不合格的零件，也就是所謂的“無用零件”。為了減少零件加工的誤差，應當盡可能地將工序集中，減少裝夾的次數。所以，在數控加工時必須要堅持工序集中、一次成型的原則，這樣既可以實現減少裝夾次數的目的，又可以達到減少后期精加工成本的目標[4]。

2.2 先粗后精的原則

先粗后精原則是數控加工工藝設計原則的重要構成之一，指的是在加工零件的時候，先進行粗略的加工，將零件的大致輪廓和規模確定下來，然后再進行精細加工，對粗加工進一步完善[5]。在粗加工階段，要減少切削的次數，盡快將零件的輪廓確定下來，這樣能夠為精加工保留優勢成本。堅持先粗后精的原則，其主要的作用在于，可以保證零件（產品）的尺寸，減少尺寸上的不合格，同時還能夠降低操作時發生誤差的概率，最大限度地保證零件加工的合格率，從而提升數控加工的質量。

2.3 先近后遠的原則

在實際生活中，先近后遠的原則隨處可見，采用數控加工時同樣需要堅持先近后遠的原則。先近后遠的原則已經在數控加工領域達成共識，在數控加工過程中幾乎無一例外都貫徹落實先近后遠的原則。先近后遠的原則要求數控加工過程中，先加工刀具周圍，之后再加工離刀具較遠的部位[6]。堅持先近后遠的原則，可以減少刀具的移動距離，使得走刀路線為最短的路線，這就使得數控加工的精度得到大幅度提升，對于數控機床的加工效率和加工質量也有著非常大的保障。

2.4 最少調試刀具的原則

事半功倍指的是做最少的事情實現最好的效果，最少調試刀具的原則就是事半功倍最好的體現。采用數控加工的時候，工作人員應當盡可能減少刀具的使用次數。通常情況下，數控加工期間，工作人員進行刀具操作的時候，不可避免地會出現刀具磨損的情況，如果頻繁地調試刀具不僅增加了刀具本身受損的可能性，減少了刀具的使用壽命，還增加了刀具的置換資金，增加了零件劃傷的概率。因此，工作人員在數控加工的過程中，一定要堅持最少調試刀具的原則，保證零件加工的有效進行。

2.5 程序段最少原則

在對加工程序進行編制的時候，對于任何程序員而言，都希望能夠利用最少的程序段完成全部的加工程序，雖然實施起來難度很大，但是必須要盡力去嘗試。如果能夠將程序段最少的原則貫徹下去，那么將會極大地減少計算機內存容量的占有數，使得程序段輸入的時間極大縮短，這樣便能夠降低程序的出錯概率，實現程序的簡潔以及提高編程工作的效率。

3 數控加工工藝的設計方法

采用數控加工的時候，對于工藝的設計還應當采取正確的方法。從當前數控加工的實際情況來看，數控加工工藝的設計方法有：確定走刀路線、完善工序安排、合理選擇刀具、確定好夾具、確定對刀點與換刀點、確定切削用量。endprint

3.1 確定走刀路線

數控加工時，刀具的使用非常重要，刀具使用恰到好處，數控加工的質量也將得到保證。在進行數控加工工藝設計時，要堅持最短走刀路線的原則，要求在選擇走刀路線的時候，選擇最短的路線。與此同時，上文筆者提及到，要堅持最少調試刀具的原則，要求工作人員操作時，盡可能少地更換刀具。另外，在選擇刀具的時候，應當考慮到可能帶來的對零件的磨損，還有就是下刀的位置和切入的方向，減少不必要的下刀，確保下刀的切入方向一致[7]。

3.2 完善工序安排

完善工序安排，其實要求的是貫徹落實工序集中、一次性成型的原則。在具體的操作過程中，工作人員應當從工序最為集中的部位入手，保證零件成型的成功率，盡最大努力做到一次性成型，防止裝夾次數太多引發的零件磨損問題。要想做好工序安排的完善，一定要有相應的管理制度作為保證，缺乏管理制度的保證，完善工序安排真正落實到具體操作中是非常困難的。此外，一切準備就緒之后，設計人員及程序員不可缺少，對于操作人員的要求是專業扎實、技巧嫻熟、經驗豐富。

3.3 合理選擇刀具

有關刀具的選擇，涉及刀具的使用以及最少調試刀具的原則。在進行數控加工的過程中，在選擇刀具上一定要認真對待，具體需要注意以下幾個方面：首先，刀具的類型。刀具的類型需要與加工的表面相適應，并且數控機床、刀具以及刀柄、刀套等輔具要相配套。其次，刀具的幾何參數要求要合理。刀具的耐用度在較高的基礎上，盡量在一致性上加以保證，剛性度也要保持一定的水平。最后，記錄下刀具詳細信息。詳細信息包括刀具的規格、專用刀具的代號、該刀具所要加工的內容等，便于后續編程的使用。

3.4 合理選擇夾具

夾具的選擇要求做到以下幾點：第一，夾具設計、工藝以及編程計算的基準統一，以此提升工藝方案的執行效率。第二，夾具選擇考慮后續裝夾的次數，尋求最短的裝夾次數。第三，夾具的坐標方向和機床坐標方向相對固定，防止因坐標方向的移動引發不必要的誤差[8]。第四，夾具必須開敞，不與刀具的運動軌跡相互影響。第五，對于批量小的零件加工，選擇組合夾具，減少專用夾具的使用；反之，采用專用夾具。

3.5 確定對刀點和換刀點

對刀點，指的是刀具相對工件運動的起點。通常情況下，業內將對刀點稱為程序原點。在選擇對刀點的時候，必須要謹慎選擇，選好對刀點對后續刀具的使用影響很大。在選擇對刀點的時候，對刀點必須找正容易，編程起來方便，對刀誤差較小，另外加工時檢查起來還要方便、可靠。需要注意的是，換刀時可能會碰上零件或者夾具，因此可以考慮將換刀點設置在被加工零件的外面，并且有一定的安全量。

3.6 確定切削用量

關于切削用量的確定，對于數控加工的進行會產生重要的影響。數控加工的工藝設計是進行數控加工的前期準備工作，在確定切削用量的時候，必須要嚴格按照工藝設計的要求進行。所以，這就要求必須要建立起一套明確的切削方案，切削方案中應當將下刀的位置、切入的方向、切削量以及最短走刀路線等明確下來。對于粗加工及細加工而言，都必須要以切削方案為標準，下刀位置、切入方向必須要保持一致，落實最短行刀路線的原則，減少對零件造成的不必要損害，以此提高數控加工的質量。

4 結語

總而言之，數控加工是現代科學技術發展的產物，與傳統加工技術相比有著無與倫比的優勢。在社會經濟快速發展，產業結構不斷優化的大背景下，數控加工的應用是一種必然。在采用數控加工的時候，應當堅持適當的原則，以此保證機床零件加工的質量，降低不合理操作帶來的誤差。另外，還要做好數控加工工藝的設計工作，合理選擇走刀路線，完善工序安排，確定切削用量，正確選擇對刀點與換刀點的位置，實現零件加工的質量優化，提高數控加工程序編制質量的提高。

參考文獻

[1] 彭文靜.基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J].電子制作，2014，27（9）：253.

[2] 鄭紅.試論數控機床對機械加工工藝規程的影響[J].科技展望，2016，26（32）：145-146.

[3] 鄒偉全.基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J].中國科技縱橫，2015，24（19）：57.

[4] 孫永革.影響數控機床加工精度因素分析[J].工業設計，2012，36（A02）：174.

[5] 秦偉，劉宇.零件數控加工的工藝設計[J].中國機械，2015，36（9）：21-22.

[6] 梁法綱.基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J].工程技術：引文版，2016，12（5）：281.

[7] 牛巧芬.影響數控機床機械加工效率的因素及方法分析[J].科技創新與應用，2012，24（15）：84.

[8] 趙煥武，趙博鋅.基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J].通訊世界，2016，75（12）：218-219.endprint