《数控加工工艺》课程设计的难点剖析

数控加工是采用数控机床加工零件的方法。数控机床虽然自动化程度较高，但适应性差，不能像通用机床在加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整，所以在进行数控加工之前必须进行工件的数控加工工艺设计。其设计的好坏，直接影响数控加工的质量、效益以及程序编制的效率，它是数控加工中的重要环节。《数控加工工艺》是数控技术应用专业学生的一门主要专业课程，其实践性和综合性都很强。笔者从多年的教学中发现，由于时间仓促和学生的实践经验不足等多方面的原因，学生对零件的数控加工工艺整个过程理解不够完整，完成的课程设计达不到预期的目的，影响了教学效果。若对该设计的难点进行剖析，即可取得很好的教学效果。

一、数控加工工艺分析

当选择并决定对某个零件进行数控加工后，并非其全部内容都适合在数控机床上完成，往往只能是其中一部分工艺内容适合数控加工。因此必须对零件图纸进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序，将其全部工艺过程、工艺参数等编成程序。因此工艺分析是程序编制前的一项重要工作。

1.数控加工内容的选择。在考虑选择内容提要时，应结合本企业的实际，立足于解决难题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。在选择时考虑的因素有：通用机床无法加工的内容作为优先选择；通用机床难加工、质量也难以保证的内容作为加工重点；通用机床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富余能力的基础上进行选择。

2.零件的工艺分析。零件工艺分析的内容主要根据数控编程的加工特点关注以下几点：一是图样尺寸的标注与轮廓参数的确定。二是零件的结构工艺分析，应避免造成欠切或过切现象；内槽侧壁之间转角处圆弧半径不宜过小，槽底与侧壁的圆角半径不宜过大；零件的内、外形应尽量采用同类的几何型体与统一的尺寸。三是毛坯的确定。

二、数控加工的工艺路线设计

工艺路线的合理与否将直接影响整个零件的机械加工质量、生产效率和经经济性。数控加工工序一般均穿插于零件加工的整个工艺过程中间，因此在工艺路线设计中一定要全面考虑，瞻前顾后，使之与整个工艺过程协调。数控工艺路线设计中的主要步骤和内容如下：

1.确定数控加工各表面的加工方法。

2.划分数控加工工序。在数控机床上加工零件，一般按工序集中的原则划分工序，方法如下：按所用刀具划分；按安装次数划分；按粗、精加工划分；按加工部位划分。

3.安排工序的先后顺序。数控加工工序先后顺序的安排除了遵循通用机床加工顺序的原则外，主要注意以下几点：先安排对工件刚性破坏较小的工件；上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑；先进行内型内腔加工，后进行外形加工；以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；注意数控加工工序与普通加工工序、热处理工序和辅助工序的衔接，避免矛盾。

三、数控加工的工序设计

数控加工的工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容或刀具运动轨迹、工艺装备及切削用量等都具体确定下来，为编制加工程序作好充分准备。

1.确定走刀路线和安排工步顺序。走刀路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一，因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去（包括进、退刀路线），这样可为编程带来方便工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行。在确定走刀路线时，主要考虑以下几点：选择工件加工变形小的路线；寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率；不要在工件轮廓面上停刀或垂直上下刀，以免划伤工件或损坏刀具与机床；最终轮廓应安装最后一次走刀连续加工出来，以满足工件轮廓表面加工后的粗糙度要求。

2.机床的选择。当零件表面的加工方法确定后，机床的种类就基本确定，在选用时机床的类型与工序的划分相适应；机床的规格与零件的外形尺寸相适应；机床的精度与工序要求的加工精度相适应。

3.夹具的确定。力求设计、工艺与编程计算的基准统一；尽量减少装夹次数，尽可能一次装夹加工出全部待加工表面；保证夹具的坐标方向与机床坐标方向相对固定，能协调零件与机床坐标系的尺寸；夹具要开敞，不影响走刀；当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具；当小批或中批生产需要时，才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单；当批量较大，有条件时，应采用气动、液压夹具及多工位等高效夹具。

4.刀具的选择。刀具的类型应与加工的表面相适应，数控机床、刀具、辅具（刀柄、刀套、夹头）要配套；刀具的几何参数应力求合理，要有较高而且较为一致的刀具耐用度，以及足够的刚性。刀具规格、专用刀具代号和该刀具所要加工的内容应列表记录下来，供编程时使用。

5.确定对刀点与换刀点。对刀点就是刀具相对工件运动的起点，常常把对刀点称为程序原点，其选择原则如下：找正容易；编程方便；对刀误差小；加工时检查方便、可靠。换刀点是为加工中心、数控车床等多刀加工的机床编程而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。为防止换刀时碰伤零件或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的外面，并要有一定的安全量。

6.确定切削用量。切削用量的合理选择对提高生产效率和加工质量有直接影响，应根据数控机床使用说明书和切削用量选择原则，结合实际加工经验来确定。最好能作出切削用量表，以方便编程。

四、数控加工专用技术文件的编写

1.数控加工工艺过程卡。数控加工工艺过程卡与普通加工工艺过程卡大体一致，但数控加工工艺过程卡对工艺内容规定得更加详细，并且要对加工准备、加工内容、调整要求、加工方式、加工基准、对刀方式、加工程序等作必要的说明。

2.数控加工工序卡。数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：草图中应注明编程原点与对刀点，要进行编程简要说明（如：所用控制机型号、程序编号、镜像加工对称方式、刀具半径补偿界限等）及切削参数的选定。

3.数控加工刀具卡。刀具卡片是组装刀具和调整刀具的主要依据。主要包括刀具号、刀具名称、刀柄型号、刀具直径和长度。

4.数控加工走刀路线图。规定了编程中的刀具运动路线，如：从哪里下刀，在哪里抬刀，哪里是斜下刀等，以防止刀具在运动中与夹具、工件等发生碰撞。此外，对有些被加工零件，由于工艺性问题，在加工过程中必须挪动夹紧位时，需要事先告诉操作者在哪个程序段前挪动，夹紧点在零件的什么地点，然后更换到什么地位，需要在什么地方中先备好夹紧元件等。以防出现安全问题。

5.数控加工程序说明卡。为了便于操作者了解程序内容，有必要对加工程序进行详细说明，这一点对那些需要长时间保存和使用的程序尤其重要。例如：整个程序加工内容的安排顺序、子程序的说明、夹紧点的更换及中间测量用的计划停车程序段号等。

数控加工工艺设计对设计人员的要求很高，不仅需要懂得数控加工设备和编程技术，而且还必须具有丰富的数控工艺工装知识和实践经验。学生在设计的过程中只有将本专业其他相关知识融会贯通，结合加工实训所掌握的实践知识进行不断地完善；运用正确的设计方法，并通过认真细致的工作，才能完成高质量的数控加工工艺设计。

（作者单位：湖南铁道职业技术学院）