基于數控加工的工藝設計原則及方法探討

秦洋

摘 要：隨著我國工業發展進程不斷提速，加工工藝標準也不斷向國際化靠攏。數控機床在加工過程中不僅能可以提高工件加工精度，還可以省去繁瑣人力加工過程，減小人為引起誤差。數控機床具有較強綜合性，可以一臺機器進行多類加工，所以其加工過程需遵循三類原則，并且配合不同加工方法?；诖?，本文將探討數控機床工藝設計原則與方法。

關鍵詞：數控機床；工藝設計原則；加工方法

前言：傳統工件加工過程需要多種機床進行配合加工，不僅需要占用大部分廠房面積，還會產生大量加工廢料，這些粉塵積聚在加工廠內不便收拾。而且在加工途中需要用測量儀器進行人工測量來規范標準。但是數控機床通過電子控制加工工藝、加工參數，提升加工效率同時也提高加工精度。

一、數控加工工藝設計原則

（一）數控加工工序劃分原則

零件加工工序按照零件材料特點與工藝要求來劃分，劃分方法較多也比較靈活。如零件材料剛度較低，易變形，在加工過程中就要先進性粗加工再進行細加工；而零件安裝方式以配合為主則需要按照配合部位選定加工部位，逐步進行加工，在加工過程中還需考慮熱脹冷縮等物理性質，保證裝配后工件完整性?？傊?，零件加工工序劃分過程中充分考慮其安裝工藝需要，不可按照死標準進行加工。

（二）數控加工工藝設計原則

第一、一次加工，集中定位原則

工件是由零件配合安裝組成的，每一零件都要具有較高精度才不會影響到裝配程序，因此在加工過程中要求一次性定位，然后盡量集完成大部分加工過程，對于同軸加工要盡量避免二次加工來提高精度。在加工過程中可以利用多種加工方法，來減少同類加工次數[1]。

第二、先粗后精加工原則

在零件加工過程中，一切以加工精度為限制標準。在拿到原材料時，先進行深度切削，以減少重復切削次數，然后進行粗加工打磨零件基本輪廓外形?；据喞瓿珊?，在進行半精度加工，使工件在精加工前各余量分配均衡。精度加工時也要盡量避免重復加工影響精度，一般直接一刀持續加工達到零件外形要求。另外再加工過程中，不同加工階段應有時間間隔，保證材料恢復變形后再進行后續加工[2]。

第三、先近后遠，由內及外原則

加工過程中為保證加工精度，減少定位誤差，一般先加工距刀口較近部位在加工距離刀口較遠部位，這樣可以減少走刀時空程距離。而在銑、鏜配合加工過程中，由于銑加工對于材料整體變形程度影響較大，所以會先進行銑加工，再進行鏜孔處理，在處理間隔時段也有助于材料恢復變形，減少孔邊飛邊現象。

另外對于既有內表面又有外表面零件，應先同時進行內外表面粗加工，然后先對內表面進行半精加工，在對外表面進行同樣處理，內表面加工順序優于外表面，但不可先進行內表面完全加工再進行外加工。

第四、輔助加工工具最少使用原則

零件加工過程中，會有輔助工件幫助定位與加工如工件裝夾和一些刀具。在加工過程中應減少零件裝換次數，避免人為造成定位誤差，影響零件加工精度。如在多孔零件加工過程中，每次裝換都可能造成軸心偏移，應盡量一次加工完成[3]。

第五、走刀路線最短原則

走刀時間長，產生空程距離也會增長，定位誤差概率會增多，不利于換刀后重新起刀位置確定。在粗加工過程中此類情況較為明顯，很可能因為空程時間過長而切削位置不準，既浪費原材料又耗費多余加工時間。因此在加工過程中要盡量減少走刀時間，減少加工程序，提高加工效率與精度。

第六、數控加工與普通加工銜接原則

零件加工過程需要數控加工與普通加工相配合，一般會利用普通加工方法進行粗加工，再利用數控加工進行半精加工，一些個別零件在數控精加工后還需要普通加工進行處理。因此在加工過程中要綜合考慮，盡量依據工藝特點來選擇加工余量，處理方法來達到精度標準[4]。

第七、靈活應用原則

在實際加工中，還是要以精度作為加工標準，同時考慮加工裝配要求和材料特性，靈活調整上述原則，變換加工方案。

（三）數控加工走刀路線設計原則

數控加工過程，使用數字機床進行路線編程，設計師可先行擬定好走刀線路并繪制草圖，在路線設計時考慮以下幾點：1、通過合理計算減少工序設計，簡化編程工作量；2、在加工過程中，始終考慮精度標準，最后一次輪廓加工應該一次性完成；3、依據工件形狀、材料、余量以及配合加工機床承載力選擇重復加工次數；4、合理設計，避免刀具與工件外形相觸，留下刀痕。

二、數控加工方法介紹

依據不同工件外形、裝配要求建立不同加工模型，進行加工。接下來，將簡單介紹Siemens NX系統數控加工方法[5]?；赟iemens NX數控體統加工等高齒對數螺旋錐齒輪：

Siemens NX是一種仿真模型建立系統，使用者可以通過參照國家標準數據建立參數模型，在進行相應調整。

首先，參照《齒輪設計手冊》選取參數標準，如軸交角為90°，分度圓直徑分別為121mm和200mm，依據這些參數進行三維實體創建。主視面為基本曲線顯示平面，右視面為參照平面繪制齒輪根、面、齒寬、截錐曲線，然后創建齒輪基本圓。選取圓心與基準點，系統會自動生成基本圓，用同樣方法創建小基本圓，然后輸入齒廓漸開線方程，完成大端齒廓漸開線創立，點擊“工具欄”基準點命令，依據鏡像規律得到小端漸開線。單機“工具欄”旋轉命令，創建齒根圓實體[6]。

齒根圓二維草圖繪制好后，輸入角度值，選擇已將建立好對數螺旋線，完成齒面截線創建。

創建錐齒齒輪選取菜單欄插入命令中“掃描混合”，在其中選擇垂直于軌跡，以參數標準模型作為對照繪制大端齒廓截面，選擇去除材料命令，除去預先余量設置，以軸列陣形式排列輪齒。

建立好主從動齒輪后，依據系統模型選取對數螺旋錐齒輪，實現動態仿真模型，設定運動參數，啟動運行。

第二，在齒輪模型創建完畢后，運用數控機床加工系統，對其進行加工。為保證零件精度等級與表面粗糙度等級，在夾具選取中直接由數控機床中心DMU50進行加工，夾具為虎頭鉗，利用模型尺寸限定其自由度來調整機床夾具參數，保證定位精準。夾具選取后進行刀具設計?？梢岳梅抡婺Ｐ瓦M行不同刀具加工實驗，體統會依據零件類型尺寸推薦相應刀具。最后選定以銑刀為主，配合球頭銑刀與圓鼻刀。進行工藝路線設定除了要遵守上述加工工藝原則外，在斜錐齒輪加工過程中設定粗銑端面，粗車錐面-銑孔1-銑孔2-半精銑端面-半精車圓錐面。

路線擬定完成后采用鍛造的棒料作為毛坯，采用正貨或調質處理；對于齒面進行高頻淬火進行熱處理以減小齒輪變形。

總結：由于全球工業一體化進程要求，越來越多工廠在生產過程中將數控機床生產與普通機床生產相結合，以提高生產效率與零件精度。合理使用數控機床加工工藝原則與方法，使工件加工過程中減少定位誤差或是重復加工步驟，提高數控機床生產率。

參考文獻：

[1]彭健鈞. 基于特征的復雜工件數控加工關鍵技術研究[D].中國科學院研究生院（沈陽計算技術研究所），2012.

[2]姚建方. 基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J]. 工業設計，2015， 10：156-157.

[3]陳光明. 數控加工中工藝路線設計原則及方法[J]. 組合機床與自動化加工技術，2005，11：73-76.

[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]彭文靜. 基于數控加工的工藝設計原則及方法研究[J]. 電子制作，2014，09：253.

[6]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.