数控加工工艺分析与研究
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[摘要] 数控加工可有效解决复杂、精密、小批量多变零件的加工问题, 充分适应现代化生产的需要,而数控加工工艺又是数控加工技术的核心。同时必须符合一定的工艺规划。
[关键词] 数控加工; 结构工艺性分析工艺规则
数控加工技术是20 世纪40 年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化技术。数控加工是一种具有高效率、高精度与高柔性特点的自动化加工方法, 可有效解决复杂、精密、小批量多变零件的加工问题, 从而顺应柔性制造技术( FMS) 的发展要求, 充分适应现代化生产的需要, 因此数控加工是现代机械类高职学生必须掌握的技能之一, 而数控加工工艺又是数控加工技术的核心。
在数控机床上加工零件时, 一般有两种情况。第一种情况: 有零件图样和毛坯, 要选择适合加工该零件的数控机床。第二种情况: 已经有了数控机床, 要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况, 数控加工工艺考虑的因素主要有, 毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点: ①要保证加工零件的技术要求, 加工出合格的产品; ②有利于提高生产率; ③尽可能降低生产成本。
一、数控加工工艺具有以下特点:
1. 数控机床加工精度高。一般只需一次加工即能达到加工部位的精度,而不需分粗加工、精加工。
2. 在数控机床上工件一次装夹,可以进行多个部位的加工,有时甚至可完成工件的全部加工内容。
3. 由于刀具库或刀架上装有几把甚至更多的备用刀具,因此,在数控机床上加工工件时刀具的配置、安装与使用不需要中断加工过程,使加工过程连续。
4. 根据数控机床加工时工件装夹特点与刀具配置、使用的特点区别于普通机床加工时的情况,工件的各部位的数控加工顺序可能与普通机床上加工工件的顺序也有很大的区别。数控加工工艺中工序相对集中,因此数控工艺规程中的工序内容要求特别详细。如加工部位、加工顺序、刀具配置与使用顺序,刀具加工时的刀具轨迹、刀位路径、切削参数等,要比普通机床加工工艺中的工序内容详细。
二、数控加工工艺规则
数控工艺规则不同于普通机床的工艺规则,数控加工工艺规则归纳如下。
1. 数控机床能一次完成工件上有精度要求的加工面的加工,因此,建立有关工件特征型面加工方法链和普通加工的特征型面加工方法链是有区别的。如某特征,其型面加工方法链在普通工艺时可能为粗车→半精车→精车;而在数控加工工艺时,可能只为数控车削,只不过是在数控车削过程中分几次走刀或换用不同的车刀和切削用量。
2. 数控机床有时有两个动力头,数控加工一次装夹可完成普通加工几次装夹所能完成的加工任务。因此,在数控工艺时,可根据其一次装夹所能完成的加工任务,确定其一道工序的内容。
3. 由于数控加工时刀具的配置、安装与使用区别于普通机床,因此,在工艺中工步归并所遵循的规则不同于普通加工工步的归并规则,应遵循数控加工时刀具的配置及使用顺序与换刀情况。在普通机床上不能归并为同一工步的内容在数控机床上可能归并为同一个工步。
对数控加工的工艺性分析, 主要包括产品的零件图样尺寸数据的给出应便于编程和结构工艺性分析两部分。
三、零件图样尺寸数据的给出应便于编程
( 1) 零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点, 在数控加工零件图上, 应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程, 也便于尺寸之间的相互协调,在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面, 而不得不采用局部分散的标注方法, 这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高, 不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性, 因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。
( 2) 分析被加工零件的设计图纸, 根据标注的尺寸公差和形位公差等相关信息, 将加工表面区分为重要表面和次要表面, 并找出其设计基准, 进而遵循基准选择的原则, 确定加工零件的定位基准, 分析零件的毛坯是否便于定位和装夹, 夹紧方式和夹紧点的选取是否会有碍刀具的运动, 夹紧变形是否对加工质量有影响, 等等。从而为工件定位、安装和夹具设计提供依据。
( 3) 构成零件轮廓的几何元素( 点、线、面) 的条件( 如相切、相交、垂直和平行等) 是数控编程的重要依据。手工编程时, 要依据这些条件计算每一个节点的坐标; 自动编程时, 则要根据这些条件对构成零件的所有几何元素进行定义, 其中任何一个条件不明确, 都会导致编程无法进行。因此, 在分析零件图样时, 务必分析几何元素的给定条件是否充分, 以便及时发现问题, 及时与设计人员协商解决。
(4) 认真分析零件的技术要求，零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等。这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。
四、零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。
( 1) 零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸, 这样可以减少刀具规格和换刀次数, 方便编程, 提高生产效益。
( 2) 零件铣槽底平面时, 槽底圆角半径不要过大。
( 3) 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小, 所以内槽圆角半径不应太小。结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径的大小等因素有关。转角圆弧半径, 可以采用直径较大的立铣刀来加工; 加工平面时, 进刀次数要减少一些, 表面加工质量才会好一些, 因而工艺性也就较好。
( 4) 应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工,为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式; 若需要二次装夹, 应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准, 会因工件重新安装产生定位误差, 从而使加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调, 因此, 为保证二次装夹加工后其相对位置的准确性, 应采用统一的定位基准。零件上最好有合适的孔作为定位基准孔, 若没有, 要设置工艺孔作为定位基准孔(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔)。若无法制出工艺孔时, 最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准, 以减少两次装夹产生的误差。
概括来讲，数控加工工艺分析的主要内容和步骤主要包括以下几方面:
①选择适合在数控机床上加工的零件, 确定工序内容。
②分析被加工零件图样, 明确加工内容及技术要求, 在此基础上确定零件的加工方案, 制定数控加工工艺路线, 如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。
③设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。
④调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确定, 刀具的补偿。
⑤分配数控加工中的容差。
⑥处理数控机床上部分工艺指令。
最后要补充的是, 程序编制人员在进行工艺分析时, 要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具和夹具手册等资料, 根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床, 制定加工方案, 确定零件的加工顺序, 各工序所用刀具、夹具和切削用量等。此外, 编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验, 编写出高质量的数控加工程序。
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