姚建方

摘 要：對(duì)數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)等技術(shù)問題進(jìn)行研究分析，有助于做好基礎(chǔ)技術(shù)工作，優(yōu)化數(shù)控程序設(shè)計(jì)以提高數(shù)控機(jī)床的工作效率。本文從數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)入手，對(duì)零件的數(shù)控加工工藝性、設(shè)計(jì)原則以及基于MasterCAM9.0 零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)方法實(shí)例進(jìn)行了分析介紹。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工;工藝設(shè)計(jì);自動(dòng)編程

1 數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)

數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)主要包括兩大部分，第一是工藝設(shè)計(jì)工作十分嚴(yán)密，內(nèi)容也豐富具體。與普通機(jī)床加工工藝相比，數(shù)控機(jī)床加工工藝所采用的加工工序比較少，但是數(shù)控加工的工序內(nèi)容要更為復(fù)雜，加工程序的編制也要更加繁瑣，數(shù)控機(jī)床加工憑借其所需專用工裝數(shù)量少的特點(diǎn)可以有效規(guī)避傳統(tǒng)傳動(dòng)工藝方法的弊端。第二，數(shù)控加工工藝具有復(fù)合性，能夠?qū)鹘y(tǒng)工藝中的工序集成起來，使工件在一次裝夾下就能完成攻絲、鉸、銑、鏜等多向加工，大大減少了零件加工所需的專用夾具數(shù)量和零件裝夾次數(shù)，減少了零件裝夾的周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了零件加工的生產(chǎn)效率與加工精度。

2 零件的數(shù)控加工工藝性分析

2.1 零件數(shù)控加工的合理性分析

為防止將數(shù)控機(jī)床降格為普通機(jī)床使用，在選擇數(shù)控機(jī)床的加工內(nèi)容時(shí)一定要嚴(yán)格審核零件數(shù)控加工的合理性。當(dāng)數(shù)控加工某個(gè)零件時(shí)，也只是對(duì)其一部分進(jìn)行數(shù)控加工，而不是將它所有的加工內(nèi)容都包下來，因此要選擇那些最需要，也最合適進(jìn)行數(shù)控加工的工序與內(nèi)容進(jìn)行數(shù)控加工。一般情況下，適合采用數(shù)控加工的零件應(yīng)該具有以下兩方面的特征，一是零件的精度要求高、復(fù)雜程度高，采用數(shù)控加工進(jìn)行小批量、多品種的生產(chǎn)能夠獲得更為豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。二是為了獲得更高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，要依據(jù)不同的零件要求和不同的機(jī)床性能對(duì)數(shù)控加工零件進(jìn)行分類。另外，為提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，要盡量在普通機(jī)床上完成零件的大切削量粗加工。

2.2 零件數(shù)控加工的工藝性分析要點(diǎn)

在數(shù)控加工前，要重點(diǎn)從數(shù)控加工的可能性與方便性兩個(gè)角度出發(fā)對(duì)零件圖紙進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)控加工公益性的審查和分析。在對(duì)零件數(shù)控加工的工藝性進(jìn)行分析時(shí)，要先審查零件圖紙中給出的尺寸數(shù)據(jù)是否符合編程方便的原則，看構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件是不是充分，看圖紙中尺寸的標(biāo)注方法有沒有適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)。還要對(duì)零件各個(gè)加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析，看它是不是符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。

3 零件數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)原則

3.1 零件加工工序的劃分方法

一般有三種劃分方法，一是按加工部位劃分工序，如加工內(nèi)腔時(shí)，以外形夾緊，加工外形時(shí)，以內(nèi)腔夾緊。這種方法主要適用于加工內(nèi)容不多的工件。二是按粗、精加工劃分工序。這種方法主要適用于易產(chǎn)生加工變形的零件，一般情況下是先粗后精。三是按所用刀具劃分工序，這種方法多適用于專用數(shù)控機(jī)床和加工中心，能夠有效減少換刀次數(shù)和空程時(shí)間。

3.2 零件加工的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)原則

3.2.1 工序最大限度集中、一次定位的原則

在數(shù)控機(jī)床或者加工中心上加工零件時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率、減少不必要的定位誤差，要讓零件在一次裝夾中盡可能多的完成加工工序，實(shí)現(xiàn)工序的最大限度集中。對(duì)于同軸度要求很高的孔系加工，為提高孔系的同軸度，消除重復(fù)定位誤差的影響，要在一次安裝之后，按照順序連續(xù)換刀以完成同軸孔系的全部加工。

3.2.2 先粗后精的原則

即先粗加工，在全部完成之后再進(jìn)行半精加工與精加工。在粗加工時(shí)，要盡量減少走刀次數(shù)，切除大部分加工余量，以縮短粗加工時(shí)間。粗精加工之間要隔一段時(shí)間，使粗加工后零件的變形能夠得到充分的恢復(fù)。在進(jìn)行精加工時(shí)，要留0.2～0.6mm的余量，要保證零件加工的精度與表面質(zhì)量。

3.2.3 先近后遠(yuǎn)、先面后孔的原則

為了縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行時(shí)間，需要先加工離對(duì)刀點(diǎn)近的部位，再加工遠(yuǎn)的部位。對(duì)于既有銑平面又有鏜孔的零件，為了保證孔的加工精度，可按先銑平面后鏜孔順序進(jìn)行加工。對(duì)于車削而言，這樣的加工順序能夠有效改善切削條件，保持坯件或半成品的鋼性。

3.2.4 先內(nèi)后外、內(nèi)外交叉原則

對(duì)于既需要加工外表面，又有內(nèi)表面的零件而言，在進(jìn)行加工時(shí)，一般按照先加工內(nèi)表面再加工外表面的加工順序，并要結(jié)合先粗后精的原則。在一次裝夾中，切忌加工完零件上某一部分表面之后再加工其他表面。

3.2.5刀具最少調(diào)用次數(shù)原則

即按照刀具集中工序的方法加工零件，避免同一把刀具的多次安裝、調(diào)用，盡量用同一把刀具加工完零件表面上的相同切削部分，當(dāng)完成該刀具所能加工的所有工序之后再換第二把刀具進(jìn)行其他部位的加工，這樣有效縮短空程時(shí)間，減少換刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。

3.2.6 程序段最少原則

在編制加工程序時(shí)，總是希望可以以最少的程序段數(shù)完成全部的加工工序，以減少計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量的占有數(shù)，縮短程序段輸入的時(shí)間，并減少程序出錯(cuò)的幾率，實(shí)現(xiàn)程序的簡潔以提高編程工作的效率。

4 基于Mastercam9.0典型葉片型面加工的數(shù)控編程方法

4.1 基于Mastercam9.0零件數(shù)控加工自動(dòng)編程的基本流程

Mastercam9.0進(jìn)行零件數(shù)控加工自動(dòng)編程首先需要根據(jù)零件模型，設(shè)置編程坐標(biāo)原點(diǎn)與毛坯零件的尺寸。其次要對(duì)加工參數(shù)、加工方式、刀具等進(jìn)行合理的設(shè)置。再次要對(duì)加工路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，并進(jìn)行必要的參數(shù)修訂。最后進(jìn)行后置處理，生成NC加工程序。

4.2 基于Mastercam9.0編程方法與應(yīng)用實(shí)例

4.2.1 刀具設(shè)定與管理

在Mastercam9.0可以在刀具庫中創(chuàng)建加工零件所需的刀具，并能夠修正已有的刀具。刀具的設(shè)定如圖1所示。首先選擇提供了20種刀具類型的活頁夾，從中選擇一把所需的刀具。再選擇刀具參數(shù)活頁夾，將刀具直徑、切刃長、刀刃長、刀柄直徑、夾具直徑、夾頭長等資料輸入隨后選擇加工參數(shù)活頁夾，設(shè)定刀具材料、主軸旋轉(zhuǎn)方向、進(jìn)給速率、切削進(jìn)給量等加工參數(shù)。將這三個(gè)活頁夾都設(shè)定好后，點(diǎn)擊確定鍵，就可看到一把新刀具。另外，單機(jī)右鍵出現(xiàn)如圖2的對(duì)話框，可在其中對(duì)刀具進(jìn)行修改和編輯管理。

圖1 刀具的設(shè)定1

圖2 刀具管理

4.2.2 基于Mastercam9.0 葉片型面的數(shù)控編程方案

如今，在葉片制造企業(yè)中對(duì)于汽道型面多采用數(shù)控機(jī)床來加工，因此面向葉片型面加工的數(shù)控技術(shù)的重要性也日益凸顯。對(duì)于復(fù)雜曲面的加工而言，Mastercam設(shè)計(jì)軟件可謂是提供了便捷又精確的編程工具，其編程步驟為建立曲面模型、確定加工工藝、確定刀軌的行距與步長、生成刀軌、編輯刀軌、最后組織與輸出刀軌。為了避免刀具與被加工型面間發(fā)生干涉，在三坐標(biāo)數(shù)控銑床上加工葉片汽道型面時(shí)，可選擇行切的加工工藝。采用行切法加工時(shí)，主要使用兩種加工方案，如圖3所示，一是沿著葉片截面方向加工，二是沿著葉片的輻射線方向加工，前者適合零件數(shù)據(jù)給出情況，刀軌步長小，葉型的精確度高。后者刀軌比較長，近似于沿直線加工，加工程序短，加工效率高。

圖3 行切法加工葉片的兩種方案

5結(jié)語

與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，現(xiàn)代數(shù)控加工無論是在加工設(shè)備與工裝，還是在加工的自動(dòng)控制與加工工藝等多個(gè)方面都是不同的，數(shù)控加工更加重視加工之前的工藝分析，數(shù)控加工中的工藝設(shè)計(jì)是數(shù)控編程中非常重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系著加工效益。在擬定零件數(shù)控加工工藝時(shí)，要對(duì)零件的工藝性與數(shù)控加工的合理性進(jìn)行全面的分析，要對(duì)刀具及其切削用量的選擇、零件安裝方法的確定、加工順序的合理安排、工藝路線的確定、工序的正確劃分以及對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)位置的正確選擇等等都有明確的認(rèn)識(shí)。

實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效益與經(jīng)濟(jì)效益的提高，實(shí)現(xiàn)零件加工質(zhì)量的優(yōu)化，提高數(shù)控加工程序編制質(zhì)量的提高，選擇高效合理的加工路線和工藝方法是非常關(guān)鍵的。數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)要求工藝設(shè)計(jì)人員不僅要具備豐富的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和數(shù)控工藝工裝知識(shí)，還有掌握數(shù)控加工設(shè)備和編程技術(shù)。

本文還對(duì)Mastercam9.0編程方法與應(yīng)用進(jìn)行了分析，在實(shí)際加工過程中，還要多結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)程序進(jìn)行多方面的修改與更進(jìn)，以滿足不同用戶的不同需求。

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