数控加工工艺方案设计
张敬++张杰
摘 要：近年来，数控加工技术有了很大地提升，对机械制造业发展起到了极大地促进作用。数控加工技术的基础是工艺设计，要想提升数控机床的加工效率，保障其加工质量，必须要在工艺设计原则和方法上下工夫，提升工艺设计原则和方法的科学性、合理性。本文中，笔者首先阐述了数控加工工艺的特点，然后分析了数控加工工艺的设计原则，最后又分析了数控加工工艺的设计方法，希望为今后相关内容的研究提供一定的参考。
关键词：数控加工 工艺设计 原则和方法 探析
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（b）-0081-02
何为数控加工？数控加工的对象是数控机床及其零件，是一种建立在计算机技术基础上的加工数控机床的高科技工艺。随着社会经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，数控加工水平也获得了显著的提高。但是，在实际的数控机床加工过程中，仍旧存在一定不合理因素，如工序不集中、走刀不合理、切削用量不科学等，导致数控加工的效率和质量受到很大程度的影响。为了保证数控加工的效率和质量，必须坚持一定的工艺设计原则和方法，改善以往数控加工中存在的问题。
1 数控加工工艺的特点分析
大量数控加工实践表明，数控加工中容易出现失误，其主要原因有两个方面，一是工艺方面考虑不周全，二是计算与编程时不仔细[1]。数控加工中，其工艺设计非常关键，对于数控加工有着直接的影响，所以必须要对数控加工工艺的特点有所掌握，这样能够减少数控加工实践中发生失误的概率。纵观当前数控加工工艺的发展情况，其特点包括以下几点。
1.1 内容具体，设计严密
数控加工工艺的内容十分详细，设计工作也非常严密，这是数控加工工艺的第一大特点。相比于普通机床加工工艺，数控加工工艺加工工序较少，使用到的工装数量也较少，但是在加工的工序以及设计工作方面，数控加工工艺的内容更加复杂，操作的难度更大[2]。
1.2 数控加工的“复合性”
关于数控加工“复合性”的特点，主要是因为采用数控加工之后，工件可以在一次装夹下完成多种加工，如镗加工、铣加工、铰加工等。从另一个角度而言，数控加工“复合性”的特点又可以理解为将传统工艺的工序集中起来，从而使得零件加工精度大大提升[3]。
1.3 数控加工的“程序性”
数控加工过程中，程序性指的是每一环节都需要根据一定的程序进行，遵循一定的原则，不能够随意进行更改。数控加工程序性的特点其实也是数控加工具体、设计严密的反映。
2 数控加工工艺的设计原则
数控加工工艺的设计原则很多，如工序集中、一次成型的原则；先粗后精的原则；先近后远的原则，等等。采用数控加工时，坚持下述工艺设计原则，对于数控加工的进度和质量而言，是一个极大的保证。
2.1 一次成型的原则
必须承认的是，对于一些零件内的加工，允许存在合理误差。同样的，采用数控加工的时候，在零件加工的过程中，也会存在误差。通常情况下，装夹的次数越多，误差的概率就越高。需要注意的是，零件加工的误差如果超出了规定范围，将会成为质量不合格的零件，也就是所谓的“无用零件”。为了减少零件加工的误差，应当尽可能地将工序集中，减少装夹的次数。所以，在数控加工时必须要坚持工序集中、一次成型的原则，这样既可以实现减少装夹次数的目的，又可以达到减少后期精加工成本的目标[4]。
2.2 先粗后精的原则
先粗后精原则是数控加工工艺设计原则的重要构成之一，指的是在加工零件的时候，先进行粗略的加工，将零件的大致轮廓和规模确定下来，然后再进行精细加工，对粗加工进一步完善[5]。在粗加工阶段，要减少切削的次数，尽快将零件的轮廓确定下来，这样能够为精加工保留优势成本。坚持先粗后精的原则，其主要的作用在于，可以保证零件（产品）的尺寸，减少尺寸上的不合格，同时还能够降低操作时发生误差的概率，最大限度地保证零件加工的合格率，从而提升数控加工的质量。
2.3 先近后远的原则
在实际生活中，先近后远的原则随处可见，采用数控加工时同样需要坚持先近后远的原则。先近后远的原则已经在数控加工领域达成共识，在数控加工过程中几乎无一例外都贯彻落实先近后远的原则。先近后远的原则要求数控加工过程中，先加工刀具周围，之后再加工离刀具较远的部位[6]。坚持先近后远的原则，可以减少刀具的移动距离，使得走刀路线为最短的路线，这就使得数控加工的精度得到大幅度提升，对于数控机床的加工效率和加工质量也有着非常大的保障。
2.4 最少调试刀具的原则
事半功倍指的是做最少的事情实现最好的效果，最少调试刀具的原则就是事半功倍最好的体现。采用数控加工的时候，工作人员应当尽可能减少刀具的使用次数。通常情况下，数控加工期间，工作人员进行刀具操作的时候，不可避免地会出现刀具磨损的情况，如果频繁地调试刀具不仅增加了刀具本身受损的可能性，减少了刀具的使用寿命，还增加了刀具的置换资金，增加了零件划伤的概率。因此，工作人员在数控加工的过程中，一定要坚持最少调试刀具的原则，保证零件加工的有效进行。
2.5 程序段最少原则
在对加工程序进行编制的时候，对于任何程序员而言，都希望能够利用最少的程序段完成全部的加工程序，虽然实施起来难度很大，但是必须要尽力去尝试。如果能够将程序段最少的原则贯彻下去，那么将会极大地减少计算机内存容量的占有数，使得程序段输入的时间极大缩短，这样便能够降低程序的出错概率，实现程序的简洁以及提高编程工作的效率。
3 数控加工工艺的设计方法
采用数控加工的时候，对于工艺的设计还应当采取正确的方法。从当前数控加工的实际情况来看，数控加工工藝的设计方法有：确定走刀路线、完善工序安排、合理选择刀具、确定好夹具、确定对刀点与换刀点、确定切削用量。endprint
3.1 确定走刀路线
数控加工时，刀具的使用非常重要，刀具使用恰到好处，数控加工的质量也将得到保证。在进行数控加工工艺设计时，要坚持最短走刀路线的原则，要求在选择走刀路线的时候，选择最短的路线。与此同时，上文笔者提及到，要坚持最少调试刀具的原则，要求工作人员操作时，尽可能少地更换刀具。另外，在选择刀具的时候，应当考虑到可能带来的对零件的磨损，还有就是下刀的位置和切入的方向，减少不必要的下刀，确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，其实要求的是贯彻落实工序集中、一次性成型的原则。在具体的操作过程中，工作人员应当从工序最为集中的部位入手，保证零件成型的成功率，尽最大努力做到一次性成型，防止装夹次数太多引发的零件磨损问题。要想做好工序安排的完善，一定要有相应的管理制度作为保证，缺乏管理制度的保证，完善工序安排真正落实到具体操作中是非常困难的。此外，一切准备就绪之后，设计人员及程序员不可缺少，对于操作人员的要求是专业扎实、技巧娴熟、经验丰富。
3.3 合理选择刀具
有关刀具的选择，涉及刀具的使用以及最少调试刀具的原则。在进行数控加工的过程中，在选择刀具上一定要认真对待，具体需要注意以下几个方面：首先，刀具的类型。刀具的类型需要与加工的表面相适应，并且数控机床、刀具以及刀柄、刀套等辅具要相配套。其次，刀具的几何参数要求要合理。刀具的耐用度在较高的基础上，尽量在一致性上加以保证，刚性度也要保持一定的水平。最后，记录下刀具详细信息。详细信息包括刀具的规格、专用刀具的代号、该刀具所要加工的内容等，便于后续编程的使用。
3.4 合理选择夹具
夹具的选择要求做到以下几点：第一，夹具设计、工艺以及编程计算的基准统一，以此提升工艺方案的执行效率。第二，夹具选择考虑后续装夹的次数，寻求最短的装夹次数。第三，夹具的坐标方向和机床坐标方向相对固定，防止因坐标方向的移动引发不必要的误差[8]。第四，夹具必须开敞，不与刀具的运动轨迹相互影响。第五，对于批量小的零件加工，选择组合夹具，减少专用夹具的使用；反之，采用专用夹具。
3.5 确定对刀点和换刀点
对刀点，指的是刀具相对工件运动的起点。通常情况下，业内将对刀点称为程序原点。在选择对刀点的时候，必须要谨慎选择，选好对刀点对后续刀具的使用影响很大。在选择对刀点的时候，对刀点必须找正容易，编程起来方便，对刀误差较小，另外加工时检查起来还要方便、可靠。需要注意的是，换刀时可能会碰上零件或者夹具，因此可以考虑将换刀点设置在被加工零件的外面，并且有一定的安全量。
3.6 确定切削用量
关于切削用量的确定，对于数控加工的进行会产生重要的影响。数控加工的工艺设计是进行数控加工的前期准备工作，在确定切削用量的时候，必须要严格按照工艺设计的要求进行。所以，这就要求必须要建立起一套明确的切削方案，切削方案中应当将下刀的位置、切入的方向、切削量以及最短走刀路线等明确下来。对于粗加工及细加工而言，都必须要以切削方案为标准，下刀位置、切入方向必须要保持一致，落实最短行刀路线的原则，减少对零件造成的不必要损害，以此提高数控加工的质量。
4 结语
总而言之，数控加工是现代科学技术发展的产物，与传统加工技术相比有着无与伦比的优势。在社会经济快速发展，产业结构不断优化的大背景下，数控加工的应用是一种必然。在采用数控加工的时候，应当坚持适当的原则，以此保证机床零件加工的质量，降低不合理操作带来的误差。另外，还要做好数控加工工艺的设计工作，合理选择走刀路线，完善工序安排，确定切削用量，正确选择对刀点与换刀点的位置，实现零件加工的质量优化，提高数控加工程序编制质量的提高。
参考文献
[1] 彭文静.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J].电子制作，2014，27（9）：253.
[2] 郑红.试论数控机床对机械加工工艺规程的影响[J].科技展望，2016，26（32）：145-146.
[3] 邹伟全.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J].中国科技纵横，2015，24（19）：57.
[4] 孙永革.影响数控机床加工精度因素分析[J].工业设计，2012，36（A02）：174.
[5] 秦伟，刘宇.零件数控加工的工艺设计[J].中国机械，2015，36（9）：21-22.
[6] 梁法纲.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J].工程技术：引文版，2016，12（5）：281.
[7] 牛巧芬.影响数控机床机械加工效率的因素及方法分析[J].科技创新与应用，2012，24（15）：84.
[8] 赵焕武，赵博锌.基于数控加工的工藝设计原则及方法研究[J].通讯世界，2016，75（12）：218-219.endprint
