加工中心的工艺优化设计

工艺设计是一切机械加工的基础，包括机械产品从零件的加工到产品的装配和生产规划的全过程。但是对于具体零件而言，工艺设计则包含了从零件的毛坯选择到加工设备、刀具、辅具、工夹具及检具的选择，以及安排整个零件加工工艺路线的全过程。

零件的工艺规程是编制其加工程序的依据和基础，因此加工中心加工零件的工艺设计就不同于常规的零件工艺设计，它要求：

①工艺详细，具体到每一工步；

②工艺准确，计算每一个坐标尺寸；

③工艺完整，选择每一种刀具、辅具，安排其前后次序，设计每一把刀具的切削用量。

在审查零件的设计图样并进行零件的工艺性分析后，就可以开始进行零件的工艺设计。

1.设计工艺路线

制定出零件加工工艺方案之后，同常规工艺方法编制零件的机械加工工艺路线一样，加工中心加工零件的工艺路线设计也包括选定各加工部位的加工方法、加工顺序、定位基准、装夹方法、确定工序集中与分散的程度、合理选用机床、刀具，以及确定所用夹具的大致结构等内容。不同的是，设计加工中心的工艺路线时，还要根据企业现有的加工中心机床和数控机床的构成情况，本着经济合理的原则，安排加工中心加工顺序的效益。具体设计工艺路线时，应从以下几方面考虑：

①多部位加工方法的选择；

②加工中心加工工序的安排；

③加工中心加工工序前的预加工工序安排；

④加工中心加工工序后的终加工工序安排。

2.安排加工顺序的原则

以期最大限度地发挥加工中心的作用，安排加工顺序时要根据工件的毛坯种类，以及现有加工中心机床的种类、构成和应用习惯，确定零件是否要进行加工中心加工工序前的预加工。一般情况下，这取决于零件毛坯的精度。一般非铸造毛坯，精度较高，毛坯面定位也较可靠，可直接在加工中心上进行粗加工；铸件毛坯经划线检查后，各加工表面余量充分均匀，同样也可以考虑安排在加工中心上进行粗加工。定位基准的选择是决定加工顺序的重要因素。半精加工和精加工的基准表面应提前加工好。因而任何一个高精度表面加工前，作为其定位基准的表面应在前面工序中加工完毕。而这些作为精基准的表面加工又有其加工所需的定位基准，这些定位基准又要在更前面的工序中加以安排。故各工序的基准选择问题解决后，就可以从最终精加工工序向前倒推出整个工序顺序的大致轮廓。

在加工中心加工工序前安排有预加工工序的零件，加工中心工序的定位基准面，即预加工工序要完成的表面，可由普通机床完成。不安排预加工工序的，可采用毛坯面作为加工中心工序的定位基准，这时，要根据毛坯基准的精度考虑加工中心工序的划分，即是否仅一道加工中心工序就能完成全部加工内容。必要时，要把加工中心的加工内容分几道或多道工序完成。

不论在加工中心加工工序之前有无预加工，零件毛坯加工余量一定要充分而且均匀，因为在加工中心的加工过程中不能采用串位或借料等常规方法，一旦确定了零件的定位基准，加工中心加工时对余量不足问题很难照顾到，因而在加工基准面或选择基准对毛坯进行预加工时，要照顾各个方向的尺寸，留给加工中心的余量要充分均匀。通常孔直径小于φ30 mm的孔，其粗、精加工均可在加工中心上完成；直径大于φ30 mm 的孔的粗加工可在普通机床上完成，留给加工中心的加工余量一般为直径方向4～6 mm。(www.xing528.com)

在加工中心上加工零件时，最难保证的尺寸是：

①加工面与非加工面之间的尺寸；

②加工中心工序加工的面与预加工中普通机床（或加工中心）加工的面之间的尺寸。

第①种情况，即使是图样上未注明的非加工面，也须在毛坯设计或型材选用时在其确定的非加工面上增加适当的余量，以便在加工中心上按图样尺寸进行加工时保证非加工面与加工面之间的尺寸符合要求。

第②种情况，安排加工顺序时要统筹考虑，最好在加工中心上一次定位装夹中完成包括预加工面在内的所有内容；如果要分两台机床完成，则最好留一定的精加工余量，或者使此预加工面与加工中心工序的定位基准有一定的尺寸精度要求。由于这是间接保证，故该尺寸的精度要求比加工中心加工面与预加工面之间的尺寸精度要求严格。

3.划分加工阶段

加工质量要求较高的零件时，应尽量将粗、精加工分开进行。

有了加工基准后，应根据生产批量、毛坯铸造质量、加工中心加工条件等情况考虑是否将粗加工和精加工在普通机床与加工中心机床上分别进行。一般情况下，对在加工中心上完成的精加工零件大都在普通机床（或加工中心）上先安排粗加工，主要是由于以下几点。

①零件在粗加工后会产生变形。变形原因较多，如粗加工时夹紧力较大，引起工件的弹性变形；粗加工时切削温度高，引起工艺系统的热变形；毛坯有内应力存在，粗加工时切去其外层金属，引起内应力重新分布而发生变形等。如果同时或连续进行粗、精加工，就无法避免上述原因造成的加工误差。

②粗加工后可及时发现零件主要表面上的毛坯缺陷。如裂纹、气孔、砂眼、杂质或加工余量不够等，可及时采取措施，避免浪费更多的工时和费用。

③粗、精加工分开，使零件有一段自然时效过程，以消除残余内应力，使零件的弹性变形和热变形完全或大部分恢复，必要时可以安排二次时效，以便在加工中心工序中加以修正，有利于保证加工质量。

④粗、精加工分开进行，可以合理使用设备。加工中心机床和其他精密机床（如坐标镗床等）价格昂贵，维修费用高。粗、精加工分开有利于长期保持机床精度，况且粗加工机床只用作粗加工，其效率也可以充分发挥。

⑤在某些情况下，如零件加工精度要求不高，或单件小批新产品试制时，也可把粗、精加工合并进行；或者加工较大零件时，工件运输、装夹很费工时，经综合比较，在一台机床上完成某些表面的粗、精加工并不会明显发生前述各种变形时，粗、精加工也可在同一台机床上完成，但粗、精加工应划成两道工序分别完成。

在具有良好冷却系统的加工中心上，对于毛坯质量高、加工余量较小、加工精度要求不高或生产批量很小的零件，可在加工中心上一次或两次装夹完成全部粗、精加工工序，对刚性较差的零件可采取相应的工艺措施，如粗加工后，在加工过程中安排暂停指令，让操作者将压板稍稍松开，使零件弹性变形恢复，然后用较小的夹紧力夹紧零件，再进行精加工。