基于数控加工的工艺设计原则及方法研究

李文军天津职业大学机械工程实训中心

基于数控加工的工艺设计原则及方法研究

李文军
天津职业大学机械工程实训中心

本文主要以数控加工工艺的特点作为切入点，研究和分析零件加工工序的划分方法和加工工序划分的原则，同时简单阐述工艺加工的注意事项。

数控机床；工艺设计；数控加工工艺；特点

引言

数控加工工艺是零件加工过程中的重要内容，是在数控编程的作用下完成的，按照一定的模型进行工艺生产，从而满足市场需求。在数控加工加工过程中，普通加工工艺一般来说是数控加工工艺的基础所在，是实施数控加工工艺的关键。在计算机编程的基础上，数控加工工艺依据一定的模型进行产品生产的，注重生产的自动化、智能化。

1 数控加工工艺的特点

1.1 数控加工工艺的复杂特点

数控加工工艺作为工件加工的重要技术，既注重加工零件的工艺性，也要注重加工零件的实用性。要做好加工零件，就要注重零件的定位基准，选取适当的刀具，依据现代化的加工工艺技术和切削方式，有效地保证加工工件的质量和效益。与普通加工工艺相比，数控加工工艺相对比较复杂，涉及到各个方面。所以，在数控加工过程中，要保证加工工艺的质量，就应该注重数控编程的分析和研究，并加以完善和简化。对一个相同的加工工件，往往可以运用多种数控加工方案进行生产，例如在工件加工中可以以加工部位设计相应的数控加工工艺，也可以根据加工刀具设计相应的数控加工工艺。

1.2 数控加工工艺条理性特点

数控加工作为一项复杂性的工艺，需要考虑各种因素，因其自动化的特点，数控加工的适应能力就相对比较弱，需要充分考虑各项因素和各种程序，如此才能有效地保证数控工艺设计有序的进行，保证数控加工工艺的有效进行。

1.3 数控加工工艺的继承性特点

在数控加工产品过程中，加工产品经过调试、校验和试切削的一系列的工艺操作后，产生的高质量产品，一般可以作为实际加工的模型。其生产的实际工艺可以作为生产模板使用，能够很好地为后续加工相类似零件调用，采用这种生产模式可以有效地节约时间，保证生产产品的质量和效率。同时，作为模板本身在工艺生产中也在不断地完善，从而保证模板的标准化、系统化，便于规模生产、标准生产。

1.4 实践检验是数控生产的重要指导

数控技术作为现代化的技术，自动化的程度比较高，在产品生产过程中，数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产，如此才能保证生产产品的质量和效率。在普通机械加工过程中，操作人员注重以编程作为依据，使用电脑编程指导普通机械生产，保证生产产品与产品设计的一致性。

2 零件加工工序的划分方法

2.1 按照粗、精交工来划分工序

以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。这种划分的方式是充分考虑加工工件的加工精度、变形情况、加工刚度等情况，按照先进行粗加工，后进行精加工的一种加工工序。要实施粗精加工工序，就要使用到不同的机床、不同的道具，采用不同的操作手法，从而保证加工工件的加工质量。在进行这道工序进行加工的时候，应该注意在加工安装的过程中，不应该加工完零件的某一个表面是，便对零件的其他表面进行加工，而是要先将整个零件的部分余量进行相应的切除，而后将该表面进行精加工，以便保证整个零件的协调度，即表面粗糙程度的统一。

2.2 刀具集中分序法

刀具作为零件工程加工的重要工具，是保证零件质量的关键所在。使用刀具进行工艺划分，主要是为了减少换刀次数，减少工程实践，避免不必要的定位误差。刀具集中分序法主要是指利用同一把刀具对相应的零件进行全方位的加工，避免因为不同的刀具导致加工零件出现相应的问题。加工完零件上所有可以完成的部位。换一句话来说，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

对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。

2.4 工步的划分

工序是产品制造过程中的基本环节,也是构成生产的基本单位，即一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件进行加工所连续完成的那部分工艺过程。工序又可分成若干工步。加工表面不变、切削刀具不变、切削用量中的进给量和切削速度基本保持不变的情况下所连续完成的那部分工序内容，称为工步。可见，工步是零件加工过程中的重要组成部分，是保证零件加工完成的关键所在。工步的划分是由工步的加工精度和效率作为切入点，要求加工的每个环节都紧密相连，避免加工程序中出现纰漏，保证加工零件的质量。加工精度是指在加工零件的过程中，要始终保证加工零件表面的实际尺寸、形状、位置都与图纸相吻合。加工精度主要用于生产产品程度，加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。加工精度包含四个方面的内容，分别是尺寸精度、形状精度、位置精度、相互关系。尺寸精度是指在加工之后所产生的加工零件的实际尺寸在设计时所规定的合理误差范围之内，符合实际需求。形状精度是指加工零件的实际形状与图纸设计的零件形状相符合，能够在实践中加以运用。位置精度是指加工零件的表面位置是与实践所要加工的相一致，差别并不是很大。相互关系是指实际零件与设计要求的零件之间的关系，即要求实际零件的尺寸精度在设计零件的合理范围，实际零件的形状误差也处于设计零件可以接受的范围，实际零件的位置精度也处于合理范畴。同时，尺寸精度、形状精度和位置精度之间还存在一定的联系，具体而言，便是在规定的加工零件中，形状的误差控制在位置公差内，位置误差又应小于尺寸公差。即精密零件或零件重要表面，其形状精度要求应高于位置精度要求，位置精度要求应高于尺寸精度要求。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。

3 加工工序划分的原则

在加工工序中，要加工相应的零件，既需要加工机具，也需要遵循一定的加工原则。在零件加工的过程中，主要是要保证整个零件的表面的精度。因为零件是由多个表面组成而成的，做好各个表面的精度工作，才能以小见大，保证整个零件的精度。因而，零件每个表面都有独立的精度要求，各表面之间也有一定的的精度要求。要保证整个零件的精度，就要保证各个表面的精度。要保证各个表面的精度，加工过程中就要遵循相应的原则。这些原则如下：

3.1 先粗后精的原则

在零件加工的过程中，为了保证零件的质量，应该充分考虑零件所存在刚度、变形、精度等因素，应该紧密遵循先粗后精的原则，对零件进行工序划分，将工件的加工按照数控加工的顺序进行，保证数控加工的质量和效率。在工件的加工过程中，主要是按由粗加工到精加工的过程中，因为先粗加工可以保证加工速度，后精技工可以保证加工精度。先粗后细是主要是根据实际情况，最先做出一个大概的形状，这就需要粗加工，速度较快，然后精加工做好，进度较慢。同时，在进行现金后粗的加工程序中，必须要注重基准的作用和效果。因为基准是因为基准是前提，如果没有做好基准，后面的一切都是空谈。先粗后精作为一项数控技工必须要遵循的技术手段，在工件加工的过程中有着重要作用和意义。这种原则对于生产精度比较的产品具有很高的实用价值，因为这种方式可以设计出符合市场需求的工件。工件的刚度、变形及尺寸精度为工件的真实性能奠定结实的基础。一般而言，为了保证工件的质量，在进行粗加工之后，工件一般要适当地进行搁置，减少工件的粗加工表面应力，避免工件在应力的作用下发生变形，从而保证加工的精度。

3.2 基准面先加工原则

基准面先加工原则是指先加工基准面，再加工其他表面。主要是因为基准面做为其它表面的参照面，其精度直接或间接影响其它表面的加工精度以及测量精度，先加工基准面，以基准面定位，再加工其它表面，可以保证各加工表面间的位置精度与尺寸稳定性。工艺路线开始安排的加工面应该是选作定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其他表面。加工一开始，总是把用作精加工基准的表面加工出来，因为定位基准的表面精确，装夹误差就小，所以任何零件的加工过程，总是先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工，例如，轴类零件总是对定位基准面进行粗加工和半精加工，再进行精加工。例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔面和定位孔为精基准加工孔系和其他表面。如果精基准面不止一个，则应该按照基准转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面的加工。

3.3 先面后孔原则

先面后孔原则主要是针对基准的问题，对相应的工件先进行面的加工，使工件的面平整的，才好进行孔的定位来进行孔加工，保证孔的加工位置精度。否则，以一个不平整的面作为定位基准，去加工一个孔，无法保证工件的质量。这种工件加工的方式主要针对箱体、连杆等加工零件，既能保证工件加工的凭证还能保证平面和孔的位置精度，以便有效地进行孔的加工。可见，先面后孔的原则是以基准作为切入点，在平整的表面上实施孔的加工，从而生产出符合市场需求的工件。

3.4 先内后外原则

是指在工件加工的过程中，先对工件的内部进行相应加工，保证工件内部的完整成型，而后运用相应的数控技术，对工件的外部进行加工，便于保证加工工件内外的质量。在进行先内后外的加工过程中，应该始终注重刀具实施的顺序和位置，避免因为刀具的不适当影响加工质量和加工效果。

3.5 工序集中原则

在工件加工过程中，工序集中是生产中的重要方式，主要是针对生产的批量而言的，一般生产批量较少的话，若是生产批量较多则应该使用工序分散进行，从而保证生产的质量和声场的数量。采用工序集中的方式，能够减少工序生产过程，提升机械设备的利用概率。同时，采用这种的方式，能够很好地集中员工，简化生产计划，缩短生产工艺，减少工件装夹次数，如此才能有效地保证工件加工的质量和效益，避免加工工件出现相应的误差问题。在进行工件加工的过程中，要实施工序集中，既要有统一的机械设备，还要有规范化的生产模式，完整的生产、维修、保养的生产链，从而保证加工工件的质量和使用年限。

3.6 工序分散原则

工件的各个部件的加工安排在相应的加工程序中完成，使得每道加工工序具有一定的针对性，保证各个工序操作有效的进行，便是工序分散原则。采用这种原则的优势是加工设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易有利于选择合理的切削_Hj量，减少机动时间。但工艺路线较长.所需设备及工人人数多，占地面积大。

4 工艺加工的注意事项

在对加工工件进行加工时，一般先进行粗加工，而后进行精加工。粗加工主要是针对加工工件的表面的余量，对于加工精度的要求并不是很高，所以可以在功率比较大、精度比较低的机床上进行。精加工与粗加工相比，比较注重加工工件的质量，要求加工的精度，所以需要精度比较高的机床。在工件加工的过程中，工件的粗加工和精加工都是在不同的机床中进行的，这既能提升加工工件的质量，还能提升加工机床的利用率，有效地提高生产产品的质量。所以，在工件加工的过程中，应该注意加工机床的选取，以实际需求进行选取。此外，在工件加工的过程中，常常会使用热处理工序，这项工序主要是运用退火、正火等方式提升金属刀具的切削性能，运用回火、淬火等方式提升加工工件的机械性能。若是在热处理的过程中，产生变形情况，还应该安排相应的工序加以纠正。

5 结语

要保证数控加工零件的质量，在加工的过程中应该始终遵循数控加工工艺中的加工原则，采取合适的方式，一步一个脚印，将加工产品高质量、高效率地生产出来，满足市场需求。

[1]陈光明.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J].制造业自动化,2005,09∶54-59+72.

[2]陈光明.数控加工中工艺路线设计原则及方法[J].组合机床与自动化加工技术,2005,11∶73-76.

[3]彭晓玲,张秀娟.数控加工工艺设计的原则及方法研究[J].科技传播,2015,21∶92-93.

[4]赵焕武,赵博锌.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J].通讯世界,2016,12∶218-219.

[5]赵留杰,张英杰.一种基于加工特征的数控工艺设计方法[J].机械工程师,2009,06∶31-34.

李文军（1987-），男，天津人，本科，天津职业大学机械工程实训中心，工程师，研究方向：产学结合数控技能实训教学。