数控机床加工工艺设计优化

数控加工通过软件(零件加工程序)控制机床进行加工，其柔性好、自动化程度高。在编制数控加工工艺时，既要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，又要结合数控加工本身的特点和零件编程的要求。

3.3.4.1　数控机床加工零件的合理选择

为了发挥数控机床最大的经济效益，选择用数控机床加工的零件时可考虑以下因素:

(1)重复性投产的零件。使用数控机床的工序准备工时占有较高的比例。例如，工艺分析准备、编制程序、零件首件调整试切等，这些综合工时的总和往往比零件单件加工工时多得多，但这些工作内容(如专用工夹具、工艺文件、程序等)都可以保存起来反复使用，所以一种零件在数控机床上试制成功再重复投产时，生产周期大大减少，能取得更好的经济效益。

(2)要求重点保证加工质量又能高效生产的中小批量关键零件。数控机床能在计算机控制下实现高精度、高质量、高效率的机械加工。它比专用机床加工能节省许多专用工艺装备，企业的新产品在试制周期中，普通机床因缺少专用工艺装备而无法加工或精度不易保证的零件特别适宜在数控机床上加工。

(3)加工的零件应符合能充分发挥数控机床多工序集中加工的工艺特点。数控机床加工零件时刀具切削情况与对应的普通机床是一样的，但它可进行一些有加工精度要求的铣、镗、钻、铰和攻螺纹等复合加工，应用工序集中的特点及采用刀具的自动交换来获取高的生产率。那些工序多而分散，工件周转次数多而加工周期又长的零件，如孔、槽等加工部位多的复杂箱体、机体零件，零件上不同加工面之间有较高位置精度要求，更换机床加工很难保证加各工面之间位置精度要求的零件，适宜在加工中心上加工。

(4)零件加工内容限制。零件形状、外形尺寸大小应与机床工作台和行程大小相适应，所用刀具尺寸一般不要大于自动刀具交换装置(ATC)允许的最大尺寸，否则就要插入手工换刀或采用代用工艺方法。

(5)零件综合加工能力的平衡。作为单台数控机床它很难完成一个零件的全部加工内容，需要和其他设备的加工工序转接配合，因而有生产节拍和车间生产能力平衡的要求。所以要考虑充分发挥数控机床加工特点，又要合理地在别的加工设备上安排配套平衡工序。

(6)一些特殊零件加工的考虑。有一些零件虽然加工批量很小，甚至是单件的，但形状复杂、质量高，要求互换性好，这在非数控机床上无法达到上述要求，只能安排到数控机床上加工，如凸轮、链轮，模具及特殊型面的反射镜镜面，特别是具有按数学规律定义的复杂轮廓型面的工件。在普通机床上加工效率低，成本高，甚至无法加工的零件，适宜在数控机床上加工。

3.3.4.2　数控机床加工工艺设计

在数控机床上加工零件时，保证加工质量的关键是进行合理的工艺设计和解决好零件的加工程序编制。数控机床加工工艺设计的内容一般包括:根据零件图纸技术要求进行综合工艺分析，明确加工要求，确定加工方案，选择合适的数控机床，提出夹具设计任务书，选择刀具，确定合理的对刀点、刀具路径及切削用量等。数控机床加工工艺方案的确定应考虑下述问题:

1.毛坯精化和材质均匀性要求

由于数控机床的工时费远远高于非数控机床，因此在毛坯上只能留下必要的最少余量，一些余量不均匀的铸锻件必要时应考虑在粗加工机床上预先粗加工。铸锻件一般要经过人工时效处理，消除工件内应力，以减少在多工序集中加工后的零件变形。

2.加工方法的选择

对于孔、圆柱面、平面等表面，其加工方法的选择与采用普通机床加工时的选择原则基本一样。此外，加工中心的加工方法还有其自身特点。

(1)由于数控机床本身精度高、刚性好、又有闭环、半闭环控制系统和误差补偿系统，提高了定位精度，因此采用同样的加工方法，用加工中心可获得较普通机床更高的精度。

(2)由于加工中心有直线插补、圆弧插补和刀具偏置等功能，可利用立铣刀的侧刃进行平面和曲面加工，一些原来镗削加工的情况，如环槽、大直径孔等，也可采用铣削方法完成。

(3)加工中心加工孔时，所用夹具一般均无导向装置，刀具悬臂加工。为保证加工孔的位置精度，应选择刚性好的刀具和辅具。钻孔前常常先用扁钻或中心钻钻一个锥坑或钻一中心孔，作为钻头切入时的定位面，然后再用钻头钻孔。镗孔时，应采用对称的两刃、多刃的镗刀头浮动镗刀，以平衡径向力，减轻镗削振动。精镗宜采用微调镗刀。

(4)数控加工时，应选用切削性能好、精度高的刀具。刀具寿命至少应大于加工完一个零件或最少不低于半个班。

(5)数控加工的切削用量选择原则与普通加工相同，但轮廓加工中，应考虑由于惯性或伺服系统的随动误差而造成轮廓拐角处的“超程”或“欠程”。为此，要选择变化的进给量，即在接近拐角处应适当降低进给量，过拐角后再逐渐升高，以保证加工精度。(www.xing528.com)

(6)充分发挥数控机床强力高速的潜能，应尽可能使用较大的切削用量。在满足加工精度的前提下，粗加工提高单位时间材料切除量，精加工提高切削速度。若采用的机床是单轴加工但主轴电机功率和机床刚度又有很大潜力，零件投产批量较大，可以采用多刀多刃的复合加工刀具，或采用小型多轴箱复合加工工艺方案，以进一步提高整机加工效率。

3.3.4.3　合理安排工序顺序

在多工序集中加工的方案中，对各工序内容和顺序应有合理的安排。考虑原则如下:

(1)决定零件在数控机床上加工的内容应与它的前后工序相联系，即确定采用的零件毛坯在进入本机床前加工的基面、基准孔，要留的加工余量以及以后的工序内容等。

(2)凡是用普通机床加工比数控机床更合适、更经济的工序，就应安排在普通机床上加工。

(3)在机床上一次装夹零件完成多少工序内容应慎重考虑，需要与零件最终加工精度要求、热处理要求、刀具、夹具等因素作综合平衡。实际一些复杂零件由于加工中产生热变形、内应力、零件夹紧变形、加工精度等工艺因素及程编操作因素，加工很难一次全面完成，可以考虑分为两次或多次进行。

(4)每一个加工程序中工序间的工艺安排应采取先粗后精的原则。先进行粗加工以去除毛坯上大部分加工余量，然后安排一些发热量小、加工要求不高的工艺内容(如钻小孔、攻紧固螺纹等)，使工件在精加工前有较充分的冷却和时效，最后再安排精加工。

(5)加工顺序的安排除了应按照先面后孔、由粗渐精等基本工艺原则安排加工顺序外，还要按照以下原则应考虑每个工序中走刀路径的合理性。

①对于在加工中心上换刀时间远短于工作台转位时间时，应采用相同工位集中加工的原则，即尽可能在不转动工作台的情况下加工完毕所有可以加工的待加工表面，然后再转动工作台去加工其他表面;对于换刀时间较工作台转位时间长时，在不影响精度前提下，为了减少换刀次数和时间，可以按刀具集中工序，即用同一把刀具加工完工件上所有需用该刀具加工的各个部位后，再换下一把刀具进行加工。

②对于同轴度要求很高的孔系，应该在同一工位下，通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该孔系的全部孔后，再加工其他坐标位置的孔，以提高孔系的同轴度。若因孔距太长而无法同时加工时，则应在一个工位加工完一孔后，立即转动工作台位置去加工有同轴度要求的另一孔，利用加工中心的转位精度来保证同轴度要求。

3.3.4.4　工件装夹

工件定位基准的选择及工件在工作台上位置的确定除与普通机床加工一样，遵循“基准统一”和“基准重合”等原则外，还应考虑以下几点:

(1)柔性自动化加工中工件装夹次数应尽量少。因此，要求在一次装夹中尽可能多地完成各个工序工步。为此，要考虑便于各个表面加工的定位方式。如对于箱体类零件，最好采用一面两销的定位方式，也可采用某侧面为导向基准，待工件夹紧后将导向定位元件拆去的方式，以满足箱体前后左右各个面的加工需要。因工件一次装夹可完成各个表面的加工，避免了多次装夹带来的重复定位误差，也可直接选用毛坯面做定位基准，只是这时毛坯制造精度要求较高。

(2)必须协调工件、夹具和机床坐标系之间的尺寸关系。

工件在工作台上的位置确定要考虑到各个工位的加工，要考虑刀具长度及刚度对加工质量的影响。例如，进行四工位加工，应将工件放置在工作台中央;单工位加工则将工件靠工作台一侧放置;相邻两工位的加工，则将工件靠工作台一角安置，减少刀具长度以提高刚度。

(3)为了简化定位安装、编程和对刀，必须协调工件、夹具、托板和机床坐标系之间的尺寸关系。

3.3.4.5　大流量切削液冷却工件方式

为避免多工序集中加工使工件发热变形影响加工精度，提高刀具寿命及加工表面质量，在新一代数控机床上都采取了大流量切削液冲刷工件和冷却刀具的工艺措施，部分深孔加工还可使用内冷却方式，这样使被加工零件浸泡在接近室温的冷却液中，切削中产生的大量热量被冷却液带走。

此外，编制数控加工工艺时，还要考虑合理地确定刀具路线、对刀点及换刀点等问题。