基于數控加工的工藝設計原則及方法研究

李文軍天津職業(yè)大學機械工程實訓中心

基于數控加工的工藝設計原則及方法研究

李文軍
天津職業(yè)大學機械工程實訓中心

本文主要以數控加工工藝的特點作為切入點，研究和分析零件加工工序的劃分方法和加工工序劃分的原則，同時簡單闡述工藝加工的注意事項。

數控機床；工藝設計；數控加工工藝；特點

引言

數控加工工藝是零件加工過程中的重要內容，是在數控編程的作用下完成的，按照一定的模型進行工藝生產，從而滿足市場需求。在數控加工加工過程中，普通加工工藝一般來說是數控加工工藝的基礎所在，是實施數控加工工藝的關鍵。在計算機編程的基礎上，數控加工工藝依據一定的模型進行產品生產的，注重生產的自動化、智能化。

1 數控加工工藝的特點

1.1 數控加工工藝的復雜特點

數控加工工藝作為工件加工的重要技術，既注重加工零件的工藝性，也要注重加工零件的實用性。要做好加工零件，就要注重零件的定位基準，選取適當的刀具，依據現代化的加工工藝技術和切削方式，有效地保證加工工件的質量和效益。與普通加工工藝相比，數控加工工藝相對比較復雜，涉及到各個方面。所以，在數控加工過程中，要保證加工工藝的質量，就應該注重數控編程的分析和研究，并加以完善和簡化。對一個相同的加工工件，往往可以運用多種數控加工方案進行生產，例如在工件加工中可以以加工部位設計相應的數控加工工藝，也可以根據加工刀具設計相應的數控加工工藝。

1.2 數控加工工藝條理性特點

數控加工作為一項復雜性的工藝，需要考慮各種因素，因其自動化的特點，數控加工的適應能力就相對比較弱，需要充分考慮各項因素和各種程序，如此才能有效地保證數控工藝設計有序的進行，保證數控加工工藝的有效進行。

1.3 數控加工工藝的繼承性特點

在數控加工產品過程中，加工產品經過調試、校驗和試切削的一系列的工藝操作后，產生的高質量產品，一般可以作為實際加工的模型。其生產的實際工藝可以作為生產模板使用，能夠很好地為后續(xù)加工相類似零件調用，采用這種生產模式可以有效地節(jié)約時間，保證生產產品的質量和效率。同時，作為模板本身在工藝生產中也在不斷地完善，從而保證模板的標準化、系統(tǒng)化，便于規(guī)模生產、標準生產。

1.4 實踐檢驗是數控生產的重要指導

數控技術作為現代化的技術，自動化的程度比較高，在產品生產過程中，數控加工工藝必須經過實際驗證才能指導生產，如此才能保證生產產品的質量和效率。在普通機械加工過程中，操作人員注重以編程作為依據，使用電腦編程指導普通機械生產，保證生產產品與產品設計的一致性。

2 零件加工工序的劃分方法

2.1 按照粗、精交工來劃分工序

以粗、精加工分序法對于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進行校形，故一般來說凡要進行粗、精加工的都要將工序分開。這種劃分的方式是充分考慮加工工件的加工精度、變形情況、加工剛度等情況，按照先進行粗加工，后進行精加工的一種加工工序。要實施粗精加工工序，就要使用到不同的機床、不同的道具，采用不同的操作手法，從而保證加工工件的加工質量。在進行這道工序進行加工的時候，應該注意在加工安裝的過程中，不應該加工完零件的某一個表面是，便對零件的其他表面進行加工，而是要先將整個零件的部分余量進行相應的切除，而后將該表面進行精加工，以便保證整個零件的協(xié)調度，即表面粗糙程度的統(tǒng)一。

2.2 刀具集中分序法

刀具作為零件工程加工的重要工具，是保證零件質量的關鍵所在。使用刀具進行工藝劃分，主要是為了減少換刀次數，減少工程實踐，避免不必要的定位誤差。刀具集中分序法主要是指利用同一把刀具對相應的零件進行全方位的加工，避免因為不同的刀具導致加工零件出現相應的問題。加工完零件上所有可以完成的部位。換一句話來說，便是利用同一把刀具代替第二把刀具、第三把刀具所要完成的其它部位。

2.3 以加工部位分序法

對于加工內容很多的零件，可按其結構特點將加工部分分成幾個部分，如內形、外形、曲面或平面等。由于每個零件結構形狀不同，各加工表面的技術要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內形定位；加工內形時又以外形定位。因而可根據定位方式的不同來劃分工序。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工簡單的幾何形狀，再加工復雜的幾何形狀；先加工精度較低的部位，再加工精度要求較高的部位。

2.4 工步的劃分

工序是產品制造過程中的基本環(huán)節(jié),也是構成生產的基本單位，即一個或一組工人，在一個工作地點對同一個或同時對幾個工件進行加工所連續(xù)完成的那部分工藝過程。工序又可分成若干工步。加工表面不變、切削刀具不變、切削用量中的進給量和切削速度基本保持不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序內容，稱為工步?？梢?，工步是零件加工過程中的重要組成部分，是保證零件加工完成的關鍵所在。工步的劃分是由工步的加工精度和效率作為切入點，要求加工的每個環(huán)節(jié)都緊密相連，避免加工程序中出現紕漏，保證加工零件的質量。加工精度是指在加工零件的過程中，要始終保證加工零件表面的實際尺寸、形狀、位置都與圖紙相吻合。加工精度主要用于生產產品程度，加工精度與加工誤差都是評價加工表面幾何參數的術語。加工精度用公差等級衡量，等級值越小，其精度越高；加工誤差用數值表示，數值越大，其誤差越大。加工精度高，就是加工誤差小，反之亦然。加工精度包含四個方面的內容，分別是尺寸精度、形狀精度、位置精度、相互關系。尺寸精度是指在加工之后所產生的加工零件的實際尺寸在設計時所規(guī)定的合理誤差范圍之內，符合實際需求。形狀精度是指加工零件的實際形狀與圖紙設計的零件形狀相符合，能夠在實踐中加以運用。位置精度是指加工零件的表面位置是與實踐所要加工的相一致，差別并不是很大。相互關系是指實際零件與設計要求的零件之間的關系，即要求實際零件的尺寸精度在設計零件的合理范圍，實際零件的形狀誤差也處于設計零件可以接受的范圍，實際零件的位置精度也處于合理范疇。同時，尺寸精度、形狀精度和位置精度之間還存在一定的聯系，具體而言，便是在規(guī)定的加工零件中，形狀的誤差控制在位置公差內，位置誤差又應小于尺寸公差。即精密零件或零件重要表面，其形狀精度要求應高于位置精度要求，位置精度要求應高于尺寸精度要求。在一個工序內往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進行加工。

3 加工工序劃分的原則

在加工工序中，要加工相應的零件，既需要加工機具，也需要遵循一定的加工原則。在零件加工的過程中，主要是要保證整個零件的表面的精度。因為零件是由多個表面組成而成的，做好各個表面的精度工作，才能以小見大，保證整個零件的精度。因而，零件每個表面都有獨立的精度要求，各表面之間也有一定的的精度要求。要保證整個零件的精度，就要保證各個表面的精度。要保證各個表面的精度，加工過程中就要遵循相應的原則。這些原則如下：

3.1 先粗后精的原則

在零件加工的過程中，為了保證零件的質量，應該充分考慮零件所存在剛度、變形、精度等因素，應該緊密遵循先粗后精的原則，對零件進行工序劃分，將工件的加工按照數控加工的順序進行，保證數控加工的質量和效率。在工件的加工過程中，主要是按由粗加工到精加工的過程中，因為先粗加工可以保證加工速度，后精技工可以保證加工精度。先粗后細是主要是根據實際情況，最先做出一個大概的形狀，這就需要粗加工，速度較快，然后精加工做好，進度較慢。同時，在進行現金后粗的加工程序中，必須要注重基準的作用和效果。因為基準是因為基準是前提，如果沒有做好基準，后面的一切都是空談。先粗后精作為一項數控技工必須要遵循的技術手段，在工件加工的過程中有著重要作用和意義。這種原則對于生產精度比較的產品具有很高的實用價值，因為這種方式可以設計出符合市場需求的工件。工件的剛度、變形及尺寸精度為工件的真實性能奠定結實的基礎。一般而言，為了保證工件的質量，在進行粗加工之后，工件一般要適當地進行擱置，減少工件的粗加工表面應力，避免工件在應力的作用下發(fā)生變形，從而保證加工的精度。

3.2 基準面先加工原則

基準面先加工原則是指先加工基準面，再加工其他表面。主要是因為基準面做為其它表面的參照面，其精度直接或間接影響其它表面的加工精度以及測量精度，先加工基準面，以基準面定位，再加工其它表面，可以保證各加工表面間的位置精度與尺寸穩(wěn)定性。工藝路線開始安排的加工面應該是選作定位基準的精基準面，然后再以精基準定位，加工其他表面。加工一開始，總是把用作精加工基準的表面加工出來，因為定位基準的表面精確，裝夾誤差就小，所以任何零件的加工過程，總是先對定位基準面進行粗加工和半精加工，必要時還要進行精加工，例如，軸類零件總是對定位基準面進行粗加工和半精加工，再進行精加工。例如軸類零件總是先加工中心孔，再以中心孔面和定位孔為精基準加工孔系和其他表面。如果精基準面不止一個，則應該按照基準轉換的順序和逐步提高加工精度的原則來安排基準面的加工。

3.3 先面后孔原則

先面后孔原則主要是針對基準的問題，對相應的工件先進行面的加工，使工件的面平整的，才好進行孔的定位來進行孔加工，保證孔的加工位置精度。否則，以一個不平整的面作為定位基準，去加工一個孔，無法保證工件的質量。這種工件加工的方式主要針對箱體、連桿等加工零件，既能保證工件加工的憑證還能保證平面和孔的位置精度，以便有效地進行孔的加工?？梢?，先面后孔的原則是以基準作為切入點，在平整的表面上實施孔的加工，從而生產出符合市場需求的工件。

3.4 先內后外原則

是指在工件加工的過程中，先對工件的內部進行相應加工，保證工件內部的完整成型，而后運用相應的數控技術，對工件的外部進行加工，便于保證加工工件內外的質量。在進行先內后外的加工過程中，應該始終注重刀具實施的順序和位置，避免因為刀具的不適當影響加工質量和加工效果。

3.5 工序集中原則

在工件加工過程中，工序集中是生產中的重要方式，主要是針對生產的批量而言的，一般生產批量較少的話，若是生產批量較多則應該使用工序分散進行，從而保證生產的質量和聲場的數量。采用工序集中的方式，能夠減少工序生產過程，提升機械設備的利用概率。同時，采用這種的方式，能夠很好地集中員工，簡化生產計劃，縮短生產工藝，減少工件裝夾次數，如此才能有效地保證工件加工的質量和效益，避免加工工件出現相應的誤差問題。在進行工件加工的過程中，要實施工序集中，既要有統(tǒng)一的機械設備，還要有規(guī)范化的生產模式，完整的生產、維修、保養(yǎng)的生產鏈，從而保證加工工件的質量和使用年限。

3.6 工序分散原則

工件的各個部件的加工安排在相應的加工程序中完成，使得每道加工工序具有一定的針對性，保證各個工序操作有效的進行，便是工序分散原則。采用這種原則的優(yōu)勢是加工設備和工藝裝備結構簡單，調整和維修方便，操作簡單，轉產容易有利于選擇合理的切削_Hj量，減少機動時間。但工藝路線較長.所需設備及工人人數多，占地面積大。

4 工藝加工的注意事項

在對加工工件進行加工時，一般先進行粗加工，而后進行精加工。粗加工主要是針對加工工件的表面的余量，對于加工精度的要求并不是很高，所以可以在功率比較大、精度比較低的機床上進行。精加工與粗加工相比，比較注重加工工件的質量，要求加工的精度，所以需要精度比較高的機床。在工件加工的過程中，工件的粗加工和精加工都是在不同的機床中進行的，這既能提升加工工件的質量，還能提升加工機床的利用率，有效地提高生產產品的質量。所以，在工件加工的過程中，應該注意加工機床的選取，以實際需求進行選取。此外，在工件加工的過程中，常常會使用熱處理工序，這項工序主要是運用退火、正火等方式提升金屬刀具的切削性能，運用回火、淬火等方式提升加工工件的機械性能。若是在熱處理的過程中，產生變形情況，還應該安排相應的工序加以糾正。

5 結語

要保證數控加工零件的質量，在加工的過程中應該始終遵循數控加工工藝中的加工原則，采取合適的方式，一步一個腳印，將加工產品高質量、高效率地生產出來，滿足市場需求。

[1]陳光明.基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J].制造業(yè)自動化,2005,09∶54-59+72.

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[3]彭曉玲,張秀娟.數控加工工藝設計的原則及方法研究[J].科技傳播,2015,21∶92-93.

[4]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,2016,12∶218-219.

[5]趙留杰,張英杰.一種基于加工特征的數控工藝設計方法[J].機械工程師,2009,06∶31-34.

李文軍（1987-），男，天津人，本科，天津職業(yè)大學機械工程實訓中心，工程師，研究方向：產學結合數控技能實訓教學。