浅谈数控加工过程工艺方案的优化设置与分析

摘 要：在机械加工过程中，工艺方案作为机械加工过程的指导性技术文件来说，起着至关重要的作用。机械加工工艺方案即工艺规程，内容包括机械加工工艺路线或工艺流程、工序设计的安排及各工艺参数的设置等。工艺方案的合理化设置有利于提高加工设备的工作效率，也有利于缩短工艺路线及流程，还有利于提高工件的加工质量，尤其在数控加工工艺规程中体现的更为明显。

关键词：数控加工； 工艺方案

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2013）01-133-001

数控加工工艺规程与普通机械加工工艺规程相比，最大的区别在于细化了工艺参数及走刀路线的合理化设置。对于数控加工来说，切削参数及走刀路线是通过人为设定好以后输入计算机控制系统，由数控系统指挥机床进行加工的，因此，数控加工过程工艺方案的优化设置直接影响工件的加工质量及生产效率。下面以三类数控加工工艺方案设置的过程加以分析说明。

一、数控车削加工工艺方案的优化设置

车削加工一般适用于轴类、盘类及套筒类零件的加工，车削工序包括车外圆和端面、钻孔、镗孔、车螺纹和切槽等。数控加工工艺编制的原则通常是工件一次性装夹，多道工序同时完成，尽可能减少工件的装夹次数。对于轴类零件的加工，首先，应根据毛坯的直径以及零件图样所要求的表面粗糙度选择适当的主轴转速，当直径小或零件表面粗糙度要求低时，主轴转速应当高些，相反则低。当毛坯直径较小而长度较长时，还需钻中心孔，顶持工件；其次，根据刀具的强度和零件表面粗糙度要求以及毛坯材料的硬度选择刀具和背吃刀量及切削速度，无特殊要求时，在车削过程中加切削液（M08）；再次，根据零件的尺寸精度和形位公差要求选择合理走刀路线，一般情况下，按先粗车后精车，先端面后外圆，先外形后内形的切削顺序进行，用一把刀具尽可能加工到它在该零件工艺要求所能加工的极限范围，再换下一把刀具。另外，对于薄壁类、套筒形零件的加工，应先加工内孔后加工外形，因为若按常规先加工外形，会造成工件壁更薄，在加工内孔时会产生很大的振动波纹。

二、数控铣削加工工艺方案的优化设置

铣削加工一般适用于箱体类零件的加工，数控铣削加工一般包括型腔内、外形的加工和型腔底面或外轮廓平面孔系的加工。数控铣削和数控车削工艺编制原则基本相同。数控工艺分析主要从加工精度和效率两方面进行，加工精度必须达到图样要求，同时又能充分合理地发挥机床的功能。在加工同一表面时，应划分工序，按先粗加工，后半精加工，最后精加工的次序完成。粗加工时转速适当降低，精加工时转速适当提高，当设计精度和孔加工的位置精度与机床的定位精度和重复定位精度相接近时，可采用按同一尺寸基准进行集中加工的原则。对于复合加工（既有型腔加工又有孔加工）的零件，可以先铣削后镗孔，因为铣削的切削力大，工件易变形，采用先铣后镗的方法，可使工件有一段时间的应力释放，减少变形对精度的影响。相反，如果先镗后铣，会在孔口处产生毛刺、飞边，从而影响孔的精度。在孔系零件加工时，刀具在XY平面内的运动路线主要考虑：①定位要迅速，也就是在刀具不与工件、夹具和机床碰撞的前提下空行程序的时间尽可能缩短。②定位要准确，当所加工孔系的位置精度要求较高时，尤其是机床进给系统有间隙时，要特别注意安排孔的加工顺序，如安排不当，就可能带入机械进给系统的反向间隙，直接影响位置精度。为了消除反向间隙，在孔系加工时，可安排刀具沿某一个方向移动到始点，这样可使加工方向一致，避免反向间隙的引入。③加工中如果受重复定位误差影响较大时，必须一次定位好，按顺序连续换刀加工，完成同轴孔的加工，然后再加工其他坐标位置的孔，以提高孔系的同轴度。在加工过程中，应尽量采用相同工位集中加工的方法，尽量就近加工，以缩短刀具的移动距离，减少空运行时间，尽可能采用同一把刀具完成同一个工位的加工，在一次装夹过程中要尽可能完成较多表面或型腔的加工。

三、加工中心的数控加工工艺方案的优化设置

1.加工零件的合理选择

采用加工中心加工零件的目的是提高并稳定加工质量，较大幅度地提高劳动生产率，改善生产管理及工艺管理方式，最终获得显著的经济效益，但不是所有的零件都适合采用加工中心完成加工。加工中心主要适宜加工结构复杂、工序长、精度要求高、工艺内容丰富、可加工性差，且采用普通机床加工时间长、工艺装备多、工艺流程长、效率低并需多次装夹和调整才能完成的零件。工序单一或简单、不能充分发挥加工中心自动换刀功能的零件，以及加工时间较长、刀具用量少的零件，则不宜采用加工中心加工。

2.加工中心工艺路线的优化

加工中心加工零件的工艺路线是工艺设计的主要内容，它对加工中心的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题有着直接的影响。在保证加工精度和最大限度地提高生产率的前提下，设计加工中心的加工工艺方案时，应尽量做到工序集中、工艺路线最短、空行程和其他辅助时间最少，具体如下：

2.1要尽可能通过完成各个可以加工的表面来对辅助的时间进行缩短，工件装夹的次数进行缩减，主要针对一次定位装夹中。

2.2解决好传统加工与数控加工的合理衔接，尽量在普通机床上完成大切削量粗加工，以提高数控机床的利用率和刀具寿命。

2.3加工中心换刀时间一般较长于相对工作台的回转的时间，为了减少空城时间以及换刀的次数，如果对工件没有特别的要求，通常对加工顺序是按刀具来划分的，也就是用同一把刀具加工完所有能加工的部位后，再使用下一把刀。

2.4对于位置精度要求不高的孔系加工，可按加工路线最短的原则安排孔的加工顺序；但对于位置精度要求较高的孔系加工，为避免反向间隙对孔的位置精度的影响，则要慎重考虑。

四、结语

无论数控车床还是数控铣床或是加工中心，在零件的实际加工过程中，工艺方案都是通过首件试切后不断改进和优化的，并非一次性由人为固定的。对于工艺方案的优化，就是在工艺方案执行的过程中不断地发现不足并及时改进，将结果以数据、资料的形式进行总结，应用到后续的生产加工实际中而能大大的提高加工效率，从而达到了优化的效果。

参考文献：

《金属加工（冷加工）》，机械工业出版社，2010年第16期