李文軍天津職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程實(shí)訓(xùn)中心

基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則及方法研究

李文軍
天津職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程實(shí)訓(xùn)中心

本文主要以數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)作為切入點(diǎn)，研究和分析零件加工工序的劃分方法和加工工序劃分的原則，同時(shí)簡(jiǎn)單闡述工藝加工的注意事項(xiàng)。

數(shù)控機(jī)床；工藝設(shè)計(jì)；數(shù)控加工工藝；特點(diǎn)

引言

數(shù)控加工工藝是零件加工過(guò)程中的重要內(nèi)容，是在數(shù)控編程的作用下完成的，按照一定的模型進(jìn)行工藝生產(chǎn)，從而滿足市場(chǎng)需求。在數(shù)控加工加工過(guò)程中，普通加工工藝一般來(lái)說(shuō)是數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)所在，是實(shí)施數(shù)控加工工藝的關(guān)鍵。在計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ)上，數(shù)控加工工藝依據(jù)一定的模型進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)的，注重生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化。

1 數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)

1.1 數(shù)控加工工藝的復(fù)雜特點(diǎn)

數(shù)控加工工藝作為工件加工的重要技術(shù)，既注重加工零件的工藝性，也要注重加工零件的實(shí)用性。要做好加工零件，就要注重零件的定位基準(zhǔn)，選取適當(dāng)?shù)牡毒?，依?jù)現(xiàn)代化的加工工藝技術(shù)和切削方式，有效地保證加工工件的質(zhì)量和效益。與普通加工工藝相比，數(shù)控加工工藝相對(duì)比較復(fù)雜，涉及到各個(gè)方面。所以，在數(shù)控加工過(guò)程中，要保證加工工藝的質(zhì)量，就應(yīng)該注重?cái)?shù)控編程的分析和研究，并加以完善和簡(jiǎn)化。對(duì)一個(gè)相同的加工工件，往往可以運(yùn)用多種數(shù)控加工方案進(jìn)行生產(chǎn)，例如在工件加工中可以以加工部位設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)控加工工藝，也可以根據(jù)加工刀具設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)控加工工藝。

1.2 數(shù)控加工工藝條理性特點(diǎn)

數(shù)控加工作為一項(xiàng)復(fù)雜性的工藝，需要考慮各種因素，因其自動(dòng)化的特點(diǎn)，數(shù)控加工的適應(yīng)能力就相對(duì)比較弱，需要充分考慮各項(xiàng)因素和各種程序，如此才能有效地保證數(shù)控工藝設(shè)計(jì)有序的進(jìn)行，保證數(shù)控加工工藝的有效進(jìn)行。

1.3 數(shù)控加工工藝的繼承性特點(diǎn)

在數(shù)控加工產(chǎn)品過(guò)程中，加工產(chǎn)品經(jīng)過(guò)調(diào)試、校驗(yàn)和試切削的一系列的工藝操作后，產(chǎn)生的高質(zhì)量產(chǎn)品，一般可以作為實(shí)際加工的模型。其生產(chǎn)的實(shí)際工藝可以作為生產(chǎn)模板使用，能夠很好地為后續(xù)加工相類似零件調(diào)用，采用這種生產(chǎn)模式可以有效地節(jié)約時(shí)間，保證生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率。同時(shí)，作為模板本身在工藝生產(chǎn)中也在不斷地完善，從而保證模板的標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化，便于規(guī)模生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。

1.4 實(shí)踐檢驗(yàn)是數(shù)控生產(chǎn)的重要指導(dǎo)

數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代化的技術(shù)，自動(dòng)化的程度比較高，在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)控加工工藝必須經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證才能指導(dǎo)生產(chǎn)，如此才能保證生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率。在普通機(jī)械加工過(guò)程中，操作人員注重以編程作為依據(jù)，使用電腦編程指導(dǎo)普通機(jī)械生產(chǎn)，保證生產(chǎn)產(chǎn)品與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一致性。

2 零件加工工序的劃分方法

2.1 按照粗、精交工來(lái)劃分工序

以粗、精加工分序法對(duì)于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進(jìn)行校形，故一般來(lái)說(shuō)凡要進(jìn)行粗、精加工的都要將工序分開(kāi)。這種劃分的方式是充分考慮加工工件的加工精度、變形情況、加工剛度等情況，按照先進(jìn)行粗加工，后進(jìn)行精加工的一種加工工序。要實(shí)施粗精加工工序，就要使用到不同的機(jī)床、不同的道具，采用不同的操作手法，從而保證加工工件的加工質(zhì)量。在進(jìn)行這道工序進(jìn)行加工的時(shí)候，應(yīng)該注意在加工安裝的過(guò)程中，不應(yīng)該加工完零件的某一個(gè)表面是，便對(duì)零件的其他表面進(jìn)行加工，而是要先將整個(gè)零件的部分余量進(jìn)行相應(yīng)的切除，而后將該表面進(jìn)行精加工，以便保證整個(gè)零件的協(xié)調(diào)度，即表面粗糙程度的統(tǒng)一。

2.2 刀具集中分序法

刀具作為零件工程加工的重要工具，是保證零件質(zhì)量的關(guān)鍵所在。使用刀具進(jìn)行工藝劃分，主要是為了減少換刀次數(shù)，減少工程實(shí)踐，避免不必要的定位誤差。刀具集中分序法主要是指利用同一把刀具對(duì)相應(yīng)的零件進(jìn)行全方位的加工，避免因?yàn)椴煌牡毒邔?dǎo)致加工零件出現(xiàn)相應(yīng)的問(wèn)題。加工完零件上所有可以完成的部位。換一句話來(lái)說(shuō)，便是利用同一把刀具代替第二把刀具、第三把刀具所要完成的其它部位。

2.3 以加工部位分序法

對(duì)于加工內(nèi)容很多的零件，可按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部分分成幾個(gè)部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等。由于每個(gè)零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各加工表面的技術(shù)要求也有所不同，故加工時(shí)，其定位方式則各有差異。一般加工外形時(shí)，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時(shí)又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來(lái)劃分工序。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工簡(jiǎn)單的幾何形狀，再加工復(fù)雜的幾何形狀；先加工精度較低的部位，再加工精度要求較高的部位。

2.4 工步的劃分

工序是產(chǎn)品制造過(guò)程中的基本環(huán)節(jié),也是構(gòu)成生產(chǎn)的基本單位，即一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地點(diǎn)對(duì)同一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件進(jìn)行加工所連續(xù)完成的那部分工藝過(guò)程。工序又可分成若干工步。加工表面不變、切削刀具不變、切削用量中的進(jìn)給量和切削速度基本保持不變的情況下所連續(xù)完成的那部分工序內(nèi)容，稱為工步?？梢?jiàn)，工步是零件加工過(guò)程中的重要組成部分，是保證零件加工完成的關(guān)鍵所在。工步的劃分是由工步的加工精度和效率作為切入點(diǎn)，要求加工的每個(gè)環(huán)節(jié)都緊密相連，避免加工程序中出現(xiàn)紕漏，保證加工零件的質(zhì)量。加工精度是指在加工零件的過(guò)程中，要始終保證加工零件表面的實(shí)際尺寸、形狀、位置都與圖紙相吻合。加工精度主要用于生產(chǎn)產(chǎn)品程度，加工精度與加工誤差都是評(píng)價(jià)加工表面幾何參數(shù)的術(shù)語(yǔ)。加工精度用公差等級(jí)衡量，等級(jí)值越小，其精度越高；加工誤差用數(shù)值表示，數(shù)值越大，其誤差越大。加工精度高，就是加工誤差小，反之亦然。加工精度包含四個(gè)方面的內(nèi)容，分別是尺寸精度、形狀精度、位置精度、相互關(guān)系。尺寸精度是指在加工之后所產(chǎn)生的加工零件的實(shí)際尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的合理誤差范圍之內(nèi)，符合實(shí)際需求。形狀精度是指加工零件的實(shí)際形狀與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的零件形狀相符合，能夠在實(shí)踐中加以運(yùn)用。位置精度是指加工零件的表面位置是與實(shí)踐所要加工的相一致，差別并不是很大。相互關(guān)系是指實(shí)際零件與設(shè)計(jì)要求的零件之間的關(guān)系，即要求實(shí)際零件的尺寸精度在設(shè)計(jì)零件的合理范圍，實(shí)際零件的形狀誤差也處于設(shè)計(jì)零件可以接受的范圍，實(shí)際零件的位置精度也處于合理范疇。同時(shí)，尺寸精度、形狀精度和位置精度之間還存在一定的聯(lián)系，具體而言，便是在規(guī)定的加工零件中，形狀的誤差控制在位置公差內(nèi)，位置誤差又應(yīng)小于尺寸公差。即精密零件或零件重要表面，其形狀精度要求應(yīng)高于位置精度要求，位置精度要求應(yīng)高于尺寸精度要求。在一個(gè)工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對(duì)不同的表面進(jìn)行加工。

3 加工工序劃分的原則

在加工工序中，要加工相應(yīng)的零件，既需要加工機(jī)具，也需要遵循一定的加工原則。在零件加工的過(guò)程中，主要是要保證整個(gè)零件的表面的精度。因?yàn)榱慵怯啥鄠€(gè)表面組成而成的，做好各個(gè)表面的精度工作，才能以小見(jiàn)大，保證整個(gè)零件的精度。因而，零件每個(gè)表面都有獨(dú)立的精度要求，各表面之間也有一定的的精度要求。要保證整個(gè)零件的精度，就要保證各個(gè)表面的精度。要保證各個(gè)表面的精度，加工過(guò)程中就要遵循相應(yīng)的原則。這些原則如下：

3.1 先粗后精的原則

在零件加工的過(guò)程中，為了保證零件的質(zhì)量，應(yīng)該充分考慮零件所存在剛度、變形、精度等因素，應(yīng)該緊密遵循先粗后精的原則，對(duì)零件進(jìn)行工序劃分，將工件的加工按照數(shù)控加工的順序進(jìn)行，保證數(shù)控加工的質(zhì)量和效率。在工件的加工過(guò)程中，主要是按由粗加工到精加工的過(guò)程中，因?yàn)橄却旨庸た梢员ＷC加工速度，后精技工可以保證加工精度。先粗后細(xì)是主要是根據(jù)實(shí)際情況，最先做出一個(gè)大概的形狀，這就需要粗加工，速度較快，然后精加工做好，進(jìn)度較慢。同時(shí)，在進(jìn)行現(xiàn)金后粗的加工程序中，必須要注重基準(zhǔn)的作用和效果。因?yàn)榛鶞?zhǔn)是因?yàn)榛鶞?zhǔn)是前提，如果沒(méi)有做好基準(zhǔn)，后面的一切都是空談。先粗后精作為一項(xiàng)數(shù)控技工必須要遵循的技術(shù)手段，在工件加工的過(guò)程中有著重要作用和意義。這種原則對(duì)于生產(chǎn)精度比較的產(chǎn)品具有很高的實(shí)用價(jià)值，因?yàn)檫@種方式可以設(shè)計(jì)出符合市場(chǎng)需求的工件。工件的剛度、變形及尺寸精度為工件的真實(shí)性能奠定結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。一般而言，為了保證工件的質(zhì)量，在進(jìn)行粗加工之后，工件一般要適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行擱置，減少工件的粗加工表面應(yīng)力，避免工件在應(yīng)力的作用下發(fā)生變形，從而保證加工的精度。

3.2 基準(zhǔn)面先加工原則

基準(zhǔn)面先加工原則是指先加工基準(zhǔn)面，再加工其他表面。主要是因?yàn)榛鶞?zhǔn)面做為其它表面的參照面，其精度直接或間接影響其它表面的加工精度以及測(cè)量精度，先加工基準(zhǔn)面，以基準(zhǔn)面定位，再加工其它表面，可以保證各加工表面間的位置精度與尺寸穩(wěn)定性。工藝路線開(kāi)始安排的加工面應(yīng)該是選作定位基準(zhǔn)的精基準(zhǔn)面，然后再以精基準(zhǔn)定位，加工其他表面。加工一開(kāi)始，總是把用作精加工基準(zhǔn)的表面加工出來(lái)，因?yàn)槎ㄎ换鶞?zhǔn)的表面精確，裝夾誤差就小，所以任何零件的加工過(guò)程，總是先對(duì)定位基準(zhǔn)面進(jìn)行粗加工和半精加工，必要時(shí)還要進(jìn)行精加工，例如，軸類零件總是對(duì)定位基準(zhǔn)面進(jìn)行粗加工和半精加工，再進(jìn)行精加工。例如軸類零件總是先加工中心孔，再以中心孔面和定位孔為精基準(zhǔn)加工孔系和其他表面。如果精基準(zhǔn)面不止一個(gè)，則應(yīng)該按照基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的順序和逐步提高加工精度的原則來(lái)安排基準(zhǔn)面的加工。

3.3 先面后孔原則

先面后孔原則主要是針對(duì)基準(zhǔn)的問(wèn)題，對(duì)相應(yīng)的工件先進(jìn)行面的加工，使工件的面平整的，才好進(jìn)行孔的定位來(lái)進(jìn)行孔加工，保證孔的加工位置精度。否則，以一個(gè)不平整的面作為定位基準(zhǔn)，去加工一個(gè)孔，無(wú)法保證工件的質(zhì)量。這種工件加工的方式主要針對(duì)箱體、連桿等加工零件，既能保證工件加工的憑證還能保證平面和孔的位置精度，以便有效地進(jìn)行孔的加工?？梢?jiàn)，先面后孔的原則是以基準(zhǔn)作為切入點(diǎn)，在平整的表面上實(shí)施孔的加工，從而生產(chǎn)出符合市場(chǎng)需求的工件。

3.4 先內(nèi)后外原則

是指在工件加工的過(guò)程中，先對(duì)工件的內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)加工，保證工件內(nèi)部的完整成型，而后運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)，對(duì)工件的外部進(jìn)行加工，便于保證加工工件內(nèi)外的質(zhì)量。在進(jìn)行先內(nèi)后外的加工過(guò)程中，應(yīng)該始終注重刀具實(shí)施的順序和位置，避免因?yàn)榈毒叩牟贿m當(dāng)影響加工質(zhì)量和加工效果。

3.5 工序集中原則

在工件加工過(guò)程中，工序集中是生產(chǎn)中的重要方式，主要是針對(duì)生產(chǎn)的批量而言的，一般生產(chǎn)批量較少的話，若是生產(chǎn)批量較多則應(yīng)該使用工序分散進(jìn)行，從而保證生產(chǎn)的質(zhì)量和聲場(chǎng)的數(shù)量。采用工序集中的方式，能夠減少工序生產(chǎn)過(guò)程，提升機(jī)械設(shè)備的利用概率。同時(shí)，采用這種的方式，能夠很好地集中員工，簡(jiǎn)化生產(chǎn)計(jì)劃，縮短生產(chǎn)工藝，減少工件裝夾次數(shù)，如此才能有效地保證工件加工的質(zhì)量和效益，避免加工工件出現(xiàn)相應(yīng)的誤差問(wèn)題。在進(jìn)行工件加工的過(guò)程中，要實(shí)施工序集中，既要有統(tǒng)一的機(jī)械設(shè)備，還要有規(guī)范化的生產(chǎn)模式，完整的生產(chǎn)、維修、保養(yǎng)的生產(chǎn)鏈，從而保證加工工件的質(zhì)量和使用年限。

3.6 工序分散原則

工件的各個(gè)部件的加工安排在相應(yīng)的加工程序中完成，使得每道加工工序具有一定的針對(duì)性，保證各個(gè)工序操作有效的進(jìn)行，便是工序分散原則。采用這種原則的優(yōu)勢(shì)是加工設(shè)備和工藝裝備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整和維修方便，操作簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)產(chǎn)容易有利于選擇合理的切削_Hj量，減少機(jī)動(dòng)時(shí)間。但工藝路線較長(zhǎng).所需設(shè)備及工人人數(shù)多，占地面積大。

4 工藝加工的注意事項(xiàng)

在對(duì)加工工件進(jìn)行加工時(shí)，一般先進(jìn)行粗加工，而后進(jìn)行精加工。粗加工主要是針對(duì)加工工件的表面的余量，對(duì)于加工精度的要求并不是很高，所以可以在功率比較大、精度比較低的機(jī)床上進(jìn)行。精加工與粗加工相比，比較注重加工工件的質(zhì)量，要求加工的精度，所以需要精度比較高的機(jī)床。在工件加工的過(guò)程中，工件的粗加工和精加工都是在不同的機(jī)床中進(jìn)行的，這既能提升加工工件的質(zhì)量，還能提升加工機(jī)床的利用率，有效地提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，在工件加工的過(guò)程中，應(yīng)該注意加工機(jī)床的選取，以實(shí)際需求進(jìn)行選取。此外，在工件加工的過(guò)程中，常常會(huì)使用熱處理工序，這項(xiàng)工序主要是運(yùn)用退火、正火等方式提升金屬刀具的切削性能，運(yùn)用回火、淬火等方式提升加工工件的機(jī)械性能。若是在熱處理的過(guò)程中，產(chǎn)生變形情況，還應(yīng)該安排相應(yīng)的工序加以糾正。

5 結(jié)語(yǔ)

要保證數(shù)控加工零件的質(zhì)量，在加工的過(guò)程中應(yīng)該始終遵循數(shù)控加工工藝中的加工原則，采取合適的方式，一步一個(gè)腳印，將加工產(chǎn)品高質(zhì)量、高效率地生產(chǎn)出來(lái)，滿足市場(chǎng)需求。

[1]陳光明.基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則及方法研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2005,09∶54-59+72.

[2]陳光明.數(shù)控加工中工藝路線設(shè)計(jì)原則及方法[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2005,11∶73-76.

[3]彭曉玲,張秀娟.數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的原則及方法研究[J].科技傳播,2015,21∶92-93.

[4]趙煥武,趙博鋅.基于數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則及方法研究[J].通訊世界,2016,12∶218-219.

[5]趙留杰,張英杰.一種基于加工特征的數(shù)控工藝設(shè)計(jì)方法[J].機(jī)械工程師,2009,06∶31-34.

李文軍（1987-），男，天津人，本科，天津職業(yè)大學(xué)機(jī)械工程實(shí)訓(xùn)中心，工程師，研究方向：產(chǎn)學(xué)結(jié)合數(shù)控技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)。