摘要：隨著我國機械制造業(yè)不斷發(fā)展，數(shù)控技術的地位變得日益突出。在加工過程中，工藝設計的合理與否，對提高生產效率意義顯著。因此，以車間中生產的零件為研究對象，首先了解工藝設計的原則和工藝設計中需要考慮的因素，結合生產實例，采用不同工藝類比、計算機輔助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）技術優(yōu)化刀具路徑等方法，對零件進行工藝優(yōu)化，提高了生產效率，有利于節(jié)能降耗。

關鍵詞：制造業(yè)數(shù)控技術加工工藝CAM技術

ProcessDesignofCoalMineScraperHeadFrameConnectingPadBeforeNumericalControlMachining

CAOLei

PingmeiShenmaMachineryEquipmentGroupHenanHeavyMachineryCo.，Ltd.，Pingdingshan，He’nan Province，467000China

Abstract：WiththecontinuousdevelopmentofChina’smachinerymanufacturingindustry，thestatusofNumericalControltechnologyhasbecomeincreasinglyprominent.Intheprocessofprocessing，thereasonablenessofprocessdesignissignificantforimprovingproductionefficiency.Therefore，thisarticletakesthepartsproducedintheworkshopastheresearchobject，firstlyunderstandstheprinciplesofprocessdesignandthefactorsneedtobeconsideredinprocessdesign，combinedwithproductionexamples，usingdifferentprocessanalogies，ComputerAidedManufacturing（CAM）technologytooptimizethetoolpath，theprocessofpartsisoptimized，whichimprovestheproductionefficiency，isconducivetoenergysavingandconsumptionreduction.

KeyWords：Manufacturing;NumericalControltechnology;Processingtechnology;CAMtechnology

隨著我國的工業(yè)化和制造業(yè)水平的不斷提高，數(shù)控技術作為一項現(xiàn)代化的先進制造技術，在船舶、航空航天、煤礦裝備等領域的應用已經越來越廣泛。數(shù)控技術不僅能夠通過自動化控制、精確輸出，完成精密零件的加工；而且在一定程度上減少勞動力，提高加工質量、工作效率[1]。然而，數(shù)控加工工藝作為數(shù)控加工過程中的一部分，一直是生產加工中不容忽視的環(huán)節(jié)，直接影響零件的加工質量和生產進度，甚至關系到后期裝備的正常運作。因此，如何設計數(shù)控加工工藝，已成為現(xiàn)今制造業(yè)探究的焦點之一。

本文旨在研究數(shù)控加工工藝，并結合現(xiàn)有車間生產的零件，進行工藝方面的探討，希望能夠對數(shù)控機床加工工藝和仿真、試驗研究的相關領域提供一定的理論和實踐指導。

• 工藝設計遵循的原則

在數(shù)控加工前，需要技術人員進行零件的工藝設計。工藝設計的好壞將直接影響零件的加工質量和車間的生產進度。在工藝設計時，需要遵循以下幾個原則：（1）基準先行；（2）先粗后精；（3）先主后次；（4）先面后孔。另外，在劃分加工階段，需要考慮尺寸精度、加工質量和加工效率，通常情況下，整個加工過程大致可以劃分3個階段：粗加工、半精加工、精加工。粗加工主要是開粗，提高加工效率，如銑削時，會優(yōu)先考慮直徑大的面銑刀和端頭立銑刀，達到快速切削的目的。半精加工是為精加工留余量，一般為0.2～0.5mm，具體留量根據(jù)加工者經驗確定。通過精加工，完成最后的加工精度，達到所要求的表面粗糙度。

• 工藝設計中需要考慮的主要因素

2.1數(shù)控機床

數(shù)控機床分類很多，常見的有數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控雕刻機、數(shù)控銑床等。數(shù)控機床的選擇要與數(shù)控機床的功能、零件特征與尺寸、生產進度相匹配。例如：數(shù)控車床加工復雜的軸類零件、盤類等回轉體零件；數(shù)控鉆床可在縱梁、管型件、箱體類零件上進行鉆、擴、攻、鉸；數(shù)控雕刻機可用于金屬、木材、亞克力板等進行鏤空加工；數(shù)控銑床可用于復雜曲面、型腔類零件的銑削加工。

2.2刀具

刀具大致可以分為三類：（1）孔加工刀具，如中心鉆、麻花鉆、鉸刀等；（2）數(shù)控車刀，如外圓車刀、切槽刀、螺紋刀等；（3）數(shù)控銑刀，如T型銑刀、面銑刀、球頭銑刀等。合適的刀具是加工零件質量的保證，在選用刀具時，要注意以下幾點[2]：（1）數(shù)控刀具的選擇需要匹配工件材料及數(shù)控機床；（2）選擇合適的刀具結構。刀具包括整體式的和帶硬質合金刀片的，其中整體式又包括高速鋼和合金鋼；（3）根據(jù)工件加工形狀選擇合適的刀具規(guī)格。

2.3夾具類型

以板類零件的夾具為例，常用的有兩種。一是虎鉗夾緊?；Q作為一種常用的夾具，一般針對板件、異性類零件，操作方便，但是加工過程中容易出現(xiàn)一些問題：諸如加持力度過大導致工件變形、加持面積過小引起工件松動、長時間使用夾緊力下降[3]等。一般情況下，鋁件的夾持深度要保持在1.5～2mm，鋼件的夾持深度要維持在2.5～3mm[4]。二是壓板壓緊。壓板夾緊裝置成本低，結構簡單，缺點是容易出現(xiàn)壓板規(guī)格型號和螺桿長度不合適、安裝費時費力、技術要求高等問題[5-6]。傳統(tǒng)的長條形壓板需要結合螺桿螺母，導軌滑塊等完成裝夾，當夾緊力過大容易引起壓板變形等情況發(fā)生，另外壓板壓緊位置、數(shù)量等也需要結合工藝及操作者經驗進行綜合考慮。

2.4切削用量

切削用量三要素包括吃刀深度、進給速度、刀具轉速。對于數(shù)控機床而言，切削用量的三要素密切聯(lián)系，改變其中的一個參數(shù)，另外兩個均會發(fā)生相應的改變。切削用量的選擇要結合機床性能、尺寸公差、刀具、零件材質等進行綜合考慮，編程人員在長期的加工過程中，積累起來的加工經驗可以對切削參數(shù)進行快速粗略的確定，然后在試加工過程中，通過觀察切削聲音、切屑、表面粗糙度等，再進行切削參數(shù)的微調，從而達到合理的參數(shù)選擇。一般情況下，切削參數(shù)的確定遵循以下原則：在滿足零件尺寸、表面粗糙度、形位公差等的前提條件下，按照吃刀深度、進給速度、刀具轉速的順序依次調大參數(shù)，確保每個參數(shù)達到最優(yōu)[7]?，F(xiàn)如今，很多科研人員開始把注意力集中在優(yōu)化算法上，通過建立目標函數(shù)，采用遺傳算法等進行目標最優(yōu)的求解，最后應用到實際生產中，做到理論與實踐的融合。無論最終如何獲得，切削用量的選擇都應以最大限度地降低加工成本，獲取經濟效益為前提，同時使獲得較好的加工質量和生產效率為目標。

2.5合理安排加工計劃

傳統(tǒng)的機加工車間屬于離散型車間，在一定的范圍內布置不同或功能相似的機床。在加工一個零件不同特征時，可能會用到多個機床，這樣就會形成加工等待時間和零件轉運時間。一般情況下，車間的零件會存在少品種大批量、多品種小批量等多種情況，這樣就會造成加工等待時間和零件轉運時間的累積延長，造成工藝加工方案與加工計劃的分離，進而影響加工進度和生產周期。在工期緊張的情況下，針對現(xiàn)場不同的零件，利用現(xiàn)有機床，合理的安排機床加工順序和編排工藝顯得尤為重要。合理安排零件的加工計劃，兼顧加工工藝規(guī)劃，對于提高生產進度效果顯著。編排加工計劃的方法很多，諸如利用線性規(guī)劃模型求解、采用計算機語言進行編程求解等。

• 案例分析：加工大型的板式零件
  • 案例背景

此工程項目針對一批特殊形式的板式零件，用于連接機械設備中的減速機。該板式零件較以往加工的零件，特殊之處在于其較大的外形尺寸：長1700mm、寬1000mm、厚度133mm。材料為Q355，具有良好的切削性能和焊接性能?？紤]零件的尺寸特殊性，因此，選用龍門式數(shù)控銑鏜床。

• 準備工作

在開始加工前，需要針對零件進行分析，做好工藝設計。

3.2.1加工順序

在加工過程中，嚴格按照如下順序進行：下料—火焰切割（外形及兩個長槽）—銑面（厚度留量）—銑鍵槽—銑開口槽—鉆孔—攻絲—銑背面保厚度—鉗毛

3.2.2刀具選擇

在刀具選擇方面，依托于加工中經常使用的刀具。選擇的刀具有：φ160銑刀、U鉆（φ33、φ39、φ45、φ50、φ55）、φ40玉米銑刀、φ50端面立銑刀、φ20合金立銑刀、φ50合金立銑刀。

φ160銑刀對工件表面進行粗加工，采用橫向式往復運動。

待加工通孔有φ33、φ39、φ45、φ55，這樣的孔數(shù)量較多，且鉆孔深度大，起初考慮使用普通麻花鉆，通過鉆擴來完成通孔的加工，但在加工過程中，鐵屑不能隨著鉆頭帶出，導致鉆頭磨損較快，同時加工效率低下。通過改進，采用帶高壓內噴式的U鉆，能夠很好的解決這些問題。

中間的大孔，因為之前采用火焰切割之后，單邊留量5mm，如果采用普通的銑刀，加工時分層較多，并且耗時，因此改用φ40的玉米銑刀，刀片采用平行四邊形刀片，利用側刃開粗。鑒于工件材料良好的切削性能，因此，增加玉米銑刀的吃刀深度，適當放慢轉速，最后采用φ50的合金立銑刀精銑，其中，φ50的合金立銑刀為定制刀具，需在特殊條件下使用，應注意切削用量的選擇。

加工板上的鍵槽φ50x140時，選用鉆銑的方式，為提高加工效率，鉆頭改為φ50的U鉆，銑刀選用φ50的端面立銑刀，對鍵槽進行直線往復運動的粗加工，刀片選用平行四邊形頂角85°的涂層硬質合金刀片，最后采用φ20的合金立銑刀進行清根處理。

3.2.3刀具路徑

通過使用CAM來完成刀具路徑的規(guī)劃，檢查刀具是否合適、刀具和工件是否干涉、加工周期等。由于帶有點位加工編碼，所以運用CAM對工件進行數(shù)控加工時，可以考慮多個環(huán)節(jié)，如行切、平面銑削、島嶼加工、輪廓加工等。另外，還能針對刀具的路徑進行各種優(yōu)化，諸如，陡斜面、參數(shù)線加工、高等分層等。所以，運用CAM對于刀具路徑的優(yōu)化具有很強的優(yōu)勢。

3.2.4切削參數(shù)

切削參數(shù)的設置對于加工效率、加工準確度的影響最大。使用CAM對切削參數(shù)進行設置時，多種參數(shù)都要考慮在內，如走刀模式、切削區(qū)域、切削寬度、進給速度、旋轉速度、驅動模式等。

• 數(shù)控編程

通過CAM技術將加工區(qū)域生成路徑，并對路徑進行優(yōu)化，最后將規(guī)劃好的路徑生成代碼。

• 機床設置

機床設置包括將生成的程序導入機床、工件定位、刀具裝夾、工件坐標系設置等。

• 首件試加工

按照生成的程序，進行慢速，單段運行，觀察首件加工情況，包括刀具是否合適，切削用量是否合適等。調整部分刀具切削用量，如φ160銑刀，速度280mm/min，轉速470r/min，吃刀深度2mm；U鉆：φ55，轉速450r/min，速度40mm/min等。

• 質量檢測

將加工完成的工件放在質檢臺，對工件表面的平行度、垂直度、表面粗糙度、尺寸公差等進行測量和檢查，確保加工件的指標是否符合要求，同時對加工件進行清理與包裝。

• 結語

數(shù)控技術中，采用CAM技術對數(shù)控加工工藝進行優(yōu)化，可以極大地提高加工效率，避免工件與刀具發(fā)生干涉，同時為數(shù)控技術的高速發(fā)展提供支撐，進一步推動制造業(yè)的迭代和創(chuàng)新。

參考文獻

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[4]周少良.試分析數(shù)控銑加工工藝參數(shù)的合理選擇[J].現(xiàn)代工業(yè)經濟和信息化，2020，10（10）：91-92，132.

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[7]汪朝陽.淺析數(shù)控銑加工中的刀具及切削用量的選擇[J].科技風，2022（19）：73-75.