數控車床加工工藝流程優化策略

李光華

（金肯職業技術學院，南京 211156）

數控機床誕生于20世紀50年代，最初的為三坐標立式銑床，可以加工連續空間曲面。近幾年，計算機、傳感等技術不斷完善和發展，并在工業生產中廣泛應用，數控加工技術也隨之逐漸優化和改進。數控加工包含很多內容，如CAD、CAPP、CAM等，該技術不僅可以提升生產效率，還能滿足更多復雜零件的加工需求，融合CAD、CAM等技術，增強機械加工的自動化、柔性化水平。總體來看，我國數控車床技術發展較快，但仍舊與先進國家有一定的差距，主要體現在加工經驗、技術規范、工藝水平等方面。為了促進數控車床加工水平的提升，首先要對工藝流程進行優化。

1 數控車床加工工藝的應用優勢

數控車床是一種安裝了控制程序的自動化機床，可以自動生產和加工，利用程序控制系統處理具有控制編碼或符號指令規定的程序，通過譯碼的方式來加工零件，其具有以下特點。第一，加工精度很高，加工質量比較穩定，不會出現過大的浮動；第二，可以多極坐標聯動，能夠進行復雜零件的加工；第三，如果加工零件改變，只需更改數控程序即可，不需要變動其他環節，節省了較多的生產準備時間，有助于效率的提升；第四，機床本身就有很高的精度和剛性，可以選擇加工量，與普通車床相比，數控車床的生產效率高出3～5倍；第五，數控車床具有較高的自動化水平，可以減少勞動力的投入，進而控制生產成本；第六，數控車床需要操作人員具有較高的素質能力，尤其對維修人員要求更高，不僅要掌握先進的維修技術，還要具有責任心和良好的職業素養。從數控車床的特點可以看出，與傳統的加工工藝相比，數控車床加工工藝的應用優勢十分明顯。二者最明顯的不同在于基準和誤差，只有掌控這些不同之處，才能保障加工質量。在數控加工的過程中，雖然定位基準和設計基準無法完全重合，但通過零位補償，可以保障測量和工序基準與設計基準的一致性，從而簡化編程，降低計算誤差。不僅如此，數控車床采用數字編程的方式，伺服系統具有較高的精度定位，產品加工有很高的精度，可以確保形狀位置公差符合要求[1]。所以，基準不重合、不統一的問題并不會對零件精度造成過大的影響。

定位誤差可以分為兩個部分，分別為基準不重合誤差和定位誤差。在傳統加工工藝中，基準定位誤差主要受到夾具的影響，在批量生產的過程中難免會產生誤差。而在數控加工的過程中，夾具基本上不會反復使用，在加工之前要對零件對刀，且加工途中無需反復裝夾，進而降低了基準定位誤差的情況。可見，采用數控加工工藝可以降低定位誤差，也能減少基準不重合誤差的情況，從而提升生產加工的精度和效率。

2 數控車床的選用原則

2.1 前期準備

在應用數控車床進行生產加工之前，要先明確零件的工藝要求和生產批量，擬定相應的功能，做好前期準備工作。在數控車床選擇的過程中，要以滿足典型零件工藝要求為基本標準。典型零件工藝要求包括結構尺寸、加工范圍、精度要求3個方面[2]。精度要求是指要根據工件的尺寸、定位精度、零件的粗糙度選擇車床的控制精度。在實際生產的過程中，可靠性可以確保產品的質量和生產效率，所以選擇車床時還要對可靠性進行分析。可靠性是指在規定條件下，數控車床執行功能時可以保持長時間的正常運行，不會出現故障問題，也就是具有較長的平均無故障時間，即使出現故障，經過短時間的調整也可以重新使用。總的來說，在數控車床前期準備的過程中，要從結構、制造等角度進行分析，選擇符合生產要求的數控車床，確保車床的可靠性。

2.2 機床附件及刀具

數控車床如圖1所示，要確保數控車床的生產效率和質量，就要保障附件和刀具的質量。在實際選用的過程中，要詳細檢查機床的附件、備件、供應能力、刀具等，這些構件對于已經用于生產的車床有很大的影響，一定要確認刀具和附件是否配套，否則會直接影響生產質量和效率。

圖1 數控車床

2.3 控制系統

生產廠家通常會在相同的廠商中選擇產品，至少控制系統要在同一個廠商中進行選擇，避免維修時出現不必要的麻煩。對于生產單位來說，要從性價比、機床防護兩個方面著手分析。一方面，要確保車床具有良好的功能性和精度，避免車床出現閑置、浪費的情況，要根據需求進行選擇，不能選擇與生產需求無關的車床[3]。另一方面，在必要的情況下，應為機床配備全封閉或半封閉的防護裝置、自動排屑裝置。在數控車床和車削中心選擇時，要全面考慮各項因素，確保選擇的合理性。

3 數控車床加工工藝流程優化方式

3.1 確認工件加工部位和內容

在實際生產的過程中，要明確加工工件的生產工序，確保數控車床上的工序和其他加工工序的有效銜接。大部分工程圖紙只會明確工件完成后的形狀、大小，對毛坯材料并沒有具體明確的要求。在編程的過程中，要深入了解材料的規格，包括材料大小、材料形狀、熱處理情況等。對于工件來說，不論是工程圖紙中的內容，還是材料的數據信息，都屬于原始信息，只有把控這些數據內容，才能做好規劃設計，從而確保加工的合理有效。此外，工件原始信息還包括一些圖紙以外的要求，如在工件加工前的形狀、尺寸、鍛件等信息。在上一道工序完成之后，加工部位形狀、尺寸等會受到上一道工序中基準面、基準孔等方面的影響，只有掌握這些信息內容，才能確保流程規劃的合理有效，為后續工藝展開奠定良好的基礎。

3.2 確認車床類型和控制系統

數控車床并不適用于所用工件的加工和生產，對于不適合的生產類型，即使進行全面的前期準備，也沒有任何意義。在生產規劃的過程中，工作人員要時刻關注加工系統，確保工件安裝在夾具中。首先，要確定車床的類型和規格。在工藝規劃的過程中，要明確車床的使用空間和具體的生產區域，需要確認的特征包括額定功率、進給率范圍、換刀系統和各種附件等[4]。通常，會采用主軸速度較高、額定功率較低的數控車床。大車床則正好相反，額定功率較高，但主軸速度并不高。其次，要合理選擇控制系統。對于數控車床來說，控制系統是最核心的組成內容，要確保控制器的功能性。選擇科學有效的編程方式，包括子程序、加工循環等功能。

3.3 確認工件的安裝方式

在工件安裝方式確認之前，要先根據具體的加工部位、定位基準、夾緊要求等條件選擇夾具和輔助工裝。夾具設計的合理性會直接影響加工效率，也會影響工件加工的質量。在批量生產的過程中，夾具起到了十分關鍵的作用，可以確保加工的質量和一致性。數控車床普遍采用三爪自定心卡盤夾持工件，采用尾座頂尖支持的軸類工件。數控車床主軸的轉速較高，可以滿足工件夾緊的要求，所以普遍采用液壓高速動力卡盤。該卡盤在生產的過程中即已進行了有效的平衡，轉速可以達到4000～6000r/min，夾緊力也比較高，可以達到2000～8000N。此外，還具備高精度、便于調爪、使用壽命長等優點。軟爪夾持工件也比較常用，操作者可以隨機配置軟爪弧面，進而調控夾持精度，通過對油缸壓力的調整，可以使卡盤夾緊力發生改變，從而滿足不同的生產要求。為了避免細長軸在加工的過程中出現變形的情況，同時保障加工的精度，在帶孔軸類工件加工的過程中，可以選用液壓自動定心中心架，定心精度較高，達到0.03mm。

3.4 確認工件加工的工藝方案

在做好各項準備之后，要明確具體的技工工藝方案。在實際加工的過程中，工藝方案要堅持以下原則。

第一，先粗后精。為了提升生產效率，同時保障工件加工質量，在切削加工的過程中，要對粗加工工序進行合理安排，去掉精加工前的加工余量，保障余量均勻性符合精加工的要求。在明確的粗加工的工序之后，要先安排換刀，然后進行半精加工和精加工。半精加工主要用于調整余量均勻性，屬于過渡性工序，可以為后續環節奠定基礎。在精加工工序安排的過程中，零件的最終輪廓要由最后一道連續加工而成。此時，要慎重考慮加工刀具的進退刀位置，避免連續輪廓中出現切入、切出、換刀等情況，保障工件表面光滑連續，避免出現滯留刀痕等瑕疵問題。

第二，先近后遠。根據加工部位與對刀點距離確認遠近，通常要先加工與對刀點距離較近的部位，然后加工距離較遠的部位，便于縮短刀具移動距離，從而使空行程時間減少。針對車削加工，應先加工距離較遠的部分，確保毛坯件的剛性，從而為切削提供更好的條件。

第三，先內后外。針對要內表面和外表面都要加工的零件，在方案制定的過程中，要先從內型和內腔設計入手，然后對外表面進行加工，這樣可以確保尺寸和形狀得到有效的控制，降低清除切屑的難度。

第四，確保走刀路線最短。在生產加工的過程中，控制走到路線是一項十分重要的任務，精加工切削過程的走刀路線以零件輪廓為主，所以主要對粗加工和空行程的走刀路線進行確認。也就是對刀具從對刀點出發到返回的過程中經過的路徑進行確認，包括加工路徑、刀具引入、刀具切出等路徑。在確保加工質量的同時，要控制走道路線的長短，盡可能縮短路線，從而降低生產時間，減少不必要的消耗和磨損，以此提升生產效率和質量，進而達到工藝優化的目的。

第五，在數控車床在沒有普及使用的情況下，會將毛坯件上的余量安排在普通車床中進行加工，如果必須即采用數控車床進行加工，則要合理安排加工程序，確保加工的效率和質量。在實際加工的過程中，這些原則標準并不是一成不變的，應根據具體的工件加工要求進行靈活的調整和改動，以提升質量、保障精度、降低成本等為基本原則，全面進行工藝流程的改進和優化，使數控車床可以充分發揮作用，從而提升生產的整體效益。

4 結語

在使用數控車床進行生產加工的過程中，要明確數控車床的使用優勢，然后采取有效的優化措施來發揮數控車床的優勢。與傳統的生產車床相比，數控車床的精度更高、效率更高、自動化水平也比較高，為了發揮數控機床的這些優勢，要堅持相應的工藝原則，根據實際生產情況和工件要求進行工藝環節的優化改進，保障生產質量，促進行業進步。