机床加工工艺过程的分析

机床加工工艺过程的分析

孙高锋1沈春江2

1浙江凯达机床股份有限公司，浙江诸暨，311800 2浙江凯达机床股份有限公司，浙江诸暨，311800

摘要：数控车床加工工艺和早期的车床加工工艺有着本质的区别，其是现代化数控编程的重要依据，数控车床加工设计质量、设计合理直接关系着数控车床整体结构质量，为了更好的提高数控加工过程中零部件的质量合格、工艺合格。本文重点探讨数控机床加工工艺的设计，重点从数控机床加工工艺的概述、优势角度出发，探讨具体设计流程，旨在提升数控机床加工精度和质量水平，最终提高数控机床加工工艺的实际应用价值。

关键词：数控机床；加工工艺；设计

引言

科学技术和信息技术的发展，为机械制造业带来了技术和条件优势，机械产品更新换代逐渐成为机械制造业转型升级的助推力，也推动了机电一体化技术的发展。对于机械行业数控加工而言，机床加工是其中工艺技术要求高、操作程序复杂的工艺环节，对此在机床加工中需要在工艺合理分析的基础上，做好系统误差调整、设计方案优化工作，以此保证数控机床加工质量达标。

1.数控机床加工工艺的概述

数控加工工艺涉及范围广、要素多，为了确保数控机床加工工艺的简便性和可靠性，本文重点从机床零部件加工工艺探讨数控机床加工工艺。可靠性主要表现在零部件加工上，一般而言，机床零部件结构工艺和数控加工整体结构工艺具有一致性，因此在条件充足的前提下，各零部件尺寸需要相同、几何类型相同，以此控制刀工次数，降低道具使用频率，促使数控编程更加的简便。另外，数控机床加工也需要做好基准定位，控制工件按照定位次数，以此控制系统误差。简便性主要表现在数控编程上，数控编程简便性具体来说需要在数控机床零部件加工图纸中标注相关数据和尺寸、规格、型号等，便于操作编程，图纸中的尺寸、规格基准要相同，一般通过几何坐标显示出来。手工编程，需要人为计算出每一个节点处的坐标数据，自动化编程需要根据零部件基本概念自动勾勒元素结构图。

2.数控机床加工工艺的优势

数控机床加工工艺优势主要针对于车床加工部工艺而言的，其优势主要表现在定位误差和定位基准上，前者包括基准误差和基准不符合误差，数控机床加工时不使用大量的夹具来进行批量生产，避免对零部件产生影响。其在加工开始前，根据工价外在轮廓特点进行对刀，在加工过程中不频繁换位和装夹，可以确保零部件质量合格。后者和早期车床加工工艺的定位基准一致，无法实现设计基准的吻合，但是其零部件具有零位补偿，因此可以将测量基准和工序基准与设计基准吻合，促使编程流程变为更为简单，也避免了重复计算带来的误差。总之，数控机床加工编程是一种数字编程，其内部设置有高定位、高精准的伺服系统，可以大大提升加工精度。另外，数控机床加工还具有以下优点：第一，柔性高，数控机床可以应用在零件更变频繁的生产线中，比如单件、小批量生产、新机械产品的研发等，通过数控编程缩减准备时间，以此节省成本。第二，精度高，数控机床加工定位精度高。第三，质量稳定，对于同一批、同一尺寸的零件，在相同机床、加工条件下，使用道具次数和加工程序相同，因此加工质量稳定，对零件的影响较小。第四，加工效率高，在数控机床下，可以减少零件加工时间，减少加工产品的周边时间，以此提高加工效率。

3.数控机床加工工艺的设计

3.1 审查零件加工图纸，划分工序

在数控机床加工工艺设计前，首先审查零件加工图纸，对图纸中的设计结构、尺寸矛盾性和模糊性以及封闭性问题进行查看，并对加工工件的尺寸公差、材料进行检查，以此确定道具和机床类型相符，并确定需要设计的切削用量。此外，还需要对数控机床的外形公差和定位公差进行分析，确保数控机床运动精度符合设计要求，为制定装夹方案、确定加工基准提供依据。对零件加工图纸完成审核后，需要划分工序，划分工序时需要遵循以下要求：第一，工序分散要求，工序分散对人员和设备没有具体要求，一般可以使用通用设备；第二，工序集中要求，其需要采用一次性装夹对同一表面进行加工，确保机车的同一位置精度统一，当装夹使用次数减少时，则工作效率就会提升。在以上要求下划分工序需要重考虑加工效率和精度。第三，机床工艺装备要求，根据数控机床加工对象，选择回转体装备，通常使用三抓卡盘夹具。第四，数控机床大局选刀要求，根据零部件外形、机床运行影响因素、刀杆形状和刀片夹紧程度选择刀具，或者根据工件外形、工件材料代码来确定刀片的断屑形状代码。第五，数控机床编程要求，一方面需要确定加工坐标系，机床坐标系是机床调整的标准和依据，也是工件坐标设置的依据，因此加工坐标系需要和机床坐标系保持一致，另一方面需要选择直径编程方法和进刀和退刀方法。

3.2确定加工顺序和刀具进给路线

在确定加工顺序时，需要从效率、精度、成本三方面进行，因此可以从以下三方面进行：第一，粗、静加工同步进行，先使用粗加工，及时、有效去除零部件的外形杂物，确保精细加工余量均匀，在精加工过程中需要控制走道，保持动作的连续性；第二，由远到近，先需要加工刀点周围的零部件，后延伸到较远的范围，节省加工时间的同时，也可以保持加工精度，保护零部件的刚度；第三，由内向外，先需要加工零部件内部，后加工零部件外部，确保加工简单；第四，在保证编程简化的基础上确定加工顺序，以此保证加工质量和效率，并提升加工精度，便于后期进行零部件检修工作。第四，刀具对刀点。刀具进给路线，是指刀具从刀点运动开始、返回原点过程中的路径，选择刀具进给路线时，需要在质量保障的基础上，选择最短进给路线，以此缩短加工时间，降低刀具使用过程中的消耗量，避免对机场产生磨损。一般，最短进给线既可以通过实践进行，也可以采用公式计算确定。

3.3 制定装夹方案、确定切削用量

制定装夹方案时，需要从从工件材料、类型、生产批量、硬度等方面进行，在确保定位精度的基础上，科学选择液压气动夹具，切削用量也需要根据加工刚度情况进行确定，一般刚度和切削深度保持同步，以此降低走刀次数，保证加工效率，最终提升生产效率。但是，在切削的过程中需要提前预留加工余量，以此保证加工速度和切削速率的一致性，最终符合主轴转速设计要求。对于加工速度可以根据实际情况进行调整，如果出现排屑问题时，需要及时控制加工速度，以此降低切削用量，在解决问题后进行编程操作。

3.4 编制工艺文件

完成数控机床加工工艺设计程序后需要将相关内容填写在表格上，以此作为加工工艺文件，一般数控机床加工工艺文件主要分为以下几种形式：第一，加工工艺过程表格。其主要以工序为单位，对零部件的加工工艺过程进行简单陈述，比如工序号、工序内容、加工车间、机床、工序定额等，对于单间小批量产品，可以直接根据表格进行生产。第二，加工工序表格。其主要对整个工序内容进行编制，以此指导员工进行加工，其将加工内容、零件尺寸和公差、定位基准、装夹方法、道具位置、切削用量、工步和工时等以工序简图的方法进行说明，每一道工序都有专门的表格。第三，加工工艺表格，其主要对零部件加工过程进行充分说明，比如每一道工序的工位和工步内容，复杂工序简图、工序尺寸和公差等，其作为一种技术性文件，可以帮助技术人员进行批量生产。

4.机床加工工艺过程的分析

在制定数控机床加工工艺路线时，因生产规模上存在差异，不同零件的加工，或同一零件在不同工厂的加工，有所不同，制造企业需要根据实际情况，选取合理、经济的工艺过程。

4.1划分工序

数控机床加工中，首先需要划分工序，划分方式较多，主要有以下几种：

（1）根据刀具划分

以同一把刀具可以完成的全部工艺工程，划分为一道工序。这一划分方法，适合零件待加工表面多、加工程序编制复杂、检查难度大、机床需要长时间连续工作的情况，一般而言，专用数控机床、加工中心，多数是借助这一方法来划分工序。

（2）按粗精加工划分

在划分工序时，还可考虑零件加工对于精度的要求、变形、刚度等性能，可根据粗、精加工，对工序划分。粗加工完成的加工工作，划分为同一个工序，完成这一道工序后，再开展精加工所完成的操作，也即另一个工序。一次安装过程中，不可先将一个零件的某一面粗细加工，之后再对其他表面进行加工。

4.2确定加工工艺路线

数控机床的加工生产中，刀具（特指刀具的刀位点）相对工件的移动方向、运动轨迹，即我们所说的加工路线。换言之，也就是从刀具的运动起点，到完成加工的整个过程中，刀具经过的路径。加工中有很多因素可对走刀路线造成影响，如加工精度要求、表面粗糙度、工件材料状态、工艺方法、加工全量、工件刚度、机床性能、刀具刚度等。在确定加工工艺路线时，首要条件，是确保被加工工件表面质量、尺寸精度达到要求，其次，需确保数值计算过程简单，走刀的路线应尽可能短，制造效率更高。下文以三种典型的零件，分析加工工艺路线。

（1）轮廓铣削加工路线

轮廓连续铣削的加工，尤其是圆弧加工，需要对刀具切入及切出的点合理安排，避免交接部位出现重复加工现象，以免造成明显界限痕迹。在对外圆弧加工中，以插补方式实施铣削整圆过程中，刀具应切向进至圆周，整圆完成加工之后，不可在切点部位直接退刀，刀具应该再运动适当距离，如可顺切线方向运动，以免在刀具补偿取消期间，刀具碰撞到工件的表面，导致工件报废。对内圆弧铣削时，也应自切向切入，以切入、切出，实现圆弧过渡，从而促使内孔表面加工质量、精度达到要求。

（2）车螺纹加工分析

车螺纹加工中，刀具顺螺纹方向进入时，应和工件主轴的旋转保持严格速比关系。刀具脱离静止状态，进入到指定的进给速度，或从指定进给速度，恢复为静止状态，均需驱动系统提供过渡过程，这就需要顺轴向进给设定加工路线长度，除需满足加工螺纹的长度之外，还需增加刀具引入距离、刀具切出距离，这样，在对螺纹切削时，升速完成之后，刀具再和工件接触；在脱离后，刀具先脱离工件，之后再降速。

（3）车圆弧加工路线

数控车床加工车外圆弧时，如果只用一刀就完成加工，则吃刀量过大，易出现打刀问题。故而需多刀加工，先切除大多数余量，之后再制作所需的圆弧。在切削中，不同切削路线特点不同，其中同心圆的形式，走刀的路线最短；等径圆形式，程序段数最少，计算、编程过程最简单；梯形形式的金属切除率最高，切削力的分布最为合理。在制作中，应根据数控车床、刀具、工件等情况，合理选定加工工艺路线。

结语

想要确保数控编程工作顺利完成，就需要保证数控机床加工工艺设计质量，以此控制工艺设计方案对数控机床工作效率和加工零部件的质量影响，在工艺设计的过程中，需要重点分析数控机床零部件特点和设计图纸，以此制定科学的加工方案，最终保证加工质量和效率。

参考文献

[1]吴福昌.数控车床加工工艺流程的优化改进[J].机电工程技术,2019,48(6):34-35.

[2]王亮,孙建华,孟兆生.基于数控车床的\"四层方套方\"结构及加工工艺设计[J].机电技术,2019(3):32.

[3]杨彦明.关于不规则零件的数控机床加工工艺分析[J].中小企业管理与科技,2019(29):144-145.

[4]穆明波.探析数控车床加工精度的工艺处理及优化[J].华东科技(综合),2019(1):278.

[5] 宗鉷 . 不规则零件的数控机床加工工艺研究 [J]. 内燃机与配件 ,2020,320(20):97-98.

[6] 叶 继 军 . 数 控 加 工 技 术 的 工 艺 设 计 探 讨 [J]. 科 技 资讯 ,2019,17(30):58,60.

[7] 陈瑞华 . 浅谈数控车床技术加工精度工艺优化 [J]. 科技资讯 ,2020,18(31):92-94.

[8] 陶霖 . 数控机床对机械加工工艺规程的影响分析 [J]. 南方农机 ,2020,51(2):167.