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摘 要： 伴随着数控机床的出现，数控加工工艺不断发展并逐步完善成为一门应用技术，数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量、发挥数控机床效能的前提条件，主要探讨数控加工的工艺分析处理。
关键词： 数控加工；工艺分析；处理
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1220142－01
由于数控加工采用数字形式发布加工指令，加工过程中控制精确，加工精度高，尺寸一致性好；数控加工能有效地减少机动时间和辅助时间，生产率较高；对加工对象改型的适应性强，加工成本较低，可以加工复杂型面的工件，并能保证加工精度；可以减轻工人的劳动强度，改善劳动条件和环境[1]。因此，数控加工主要应用于加工批量小、品种多且结构比较复杂、精度要求高的零件，以及要求生产周期短的科研产品零件。
1 数控加工方法
对零件进行数控加工时，选用何种数控机床、采用何种方式进行加工，主要与被加工零件的内外轮廓形状、加工的数量、加工精度及表面粗糙度等因素有关。
1.1 平面孔系零件的加工
这类零件若孔数较多，或孔位精度要求较高，均宜选用点位直线控制的数控钻床或数控镗床进行加工。这样不仅可以减轻工人的劳动强度，提高生产率，而且还易于保证精度。加工时，孔系的定位都用快速运动、有两坐标联动功能的数控机床，可以指令两轴同时运动，对没有联动的数控机床，则只能指令两个坐标轴依次运动。此外，在编制加工程序时，应尽可能应用子程序调用的方法来减少程序段的数量，以减小加工程序的长度和提高加工的可靠性。
1.2 旋转体类零件的加工
用数控车床或数控磨床加工旋转体零件时，由于车削零件毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路往往是要考虑的主要问题。如下图1所示手柄的轮廓由三段圆弧组成，由于加工余量较大而且又不均匀，因此，比较合理的方案是先用直线、斜线程序车掉图中虚线所示的加工余量，再用圆弧程序精加工成形。
图2所示的零件表面形状复杂，毛坯为棒料，加工余量不均匀，其粗加工线路按图中1～4依次分段加工，然后再换精车刀一次成形。需要说明的是，图中的粗加工走刀次数应根据每次的切削深度决定。
1.3 平面轮廓零件的加工
这类零件的轮廓多由直线和圆弧组成，一般在两坐标联动的铣床上加工。工件轮廓由三段直线和两段圆弧组成，若选用的铣刀半径为R，则点画线为刀具中心的运动轨迹。当数控系统具有刀具半径补偿功能时，可按其零件轮廓编程。若数控系统不具备刀具半径补偿功能。则应按刀具中心轨迹编程。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段。若平面轮廓为非圆曲线，由于一般数控系统都只具有直线和圆弧插补功能，则都用圆弧和直线去逼近。
1.4 立体轮廓表面的加工
图3平面轮廓零件的铣削示意图C用数控机床加工立体曲面时，应根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，采用不同的加工方法。
1）在三坐标控制两坐标两联动的机床上用“行切法”进，以x，y，z三轴中任意两轴作插补运动，第三轴作周期性进给，刀具采用球头铣刀。将z方向分为若干段。
球头铣刀沿Oxy平面的曲线进行插补加工，当一段加工完后进给Ox，再加工另一相邻曲线。如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。其中△x根据表面粗糙度的要求及刀头的半径选取，球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以利于降低表面粗糙度、增加刀具刚度和散热性能。但在加工凹面时球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。
2）三坐标联动加工。其滚道母线SS’为一空间曲线，它可用空间直线去逼近，因此可在有空间直线插补功能的三坐标联动机床上加工。但其编程计算较复杂，加工程序可采用自动编程系统来编制。
3）四坐标联动加工。它的加工表面是直纹扭曲面，可采用圆柱铣刀周边切削方式，在四坐标机床上加工。除了三个移动坐标的联动，为保证刀具与工件型面在全长上始终贴合，刀具还应绕O1（或O2）作摆动联动，由于摆动运动导致直线移动坐标需作附加运动。
4）五坐标联动加工。船用螺旋桨是五坐标联动加工的典型零件之一，半径为Ri的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一部分，螺旋角为φi，叶片的径向叶形线的EF的倾角称为后倾角，由于叶面的曲率半径半径较大，学用端铣刀进行加工，以提高了生产率和表面质量。
此外，数控机床上工件的装夹方法与普通机床一样，要合理地选择定位基准和夹紧方案。1）尽量选用组合夹具，可调整的标准化、通用化夹具，避免采用专用夹具。2）工件的装卸要快速、方便、可靠，常采用气动、液压夹具，以减少机床的停机时间。
2 数控加工工序和工步的划分
工序设计是保证加工质量与生产效率的关键，是编写加工程序的工艺依据。数控加工的工序设计是指一个零件在一次装夹中连续自动加工直至加工结束那部分的工艺内容。包括零件的装夹方法与夹具的选用、刀具选择、工步划分及其进给路线、切削用量的选择等。根据工序确定其工步、工步顺序及每把刀具的进给路线[3]。
首先根据该工序加工表面与毛坯的形状、尺寸以及粗、精加工要求，确定哪些表面用何种刀具加工，从而确定所需的工步；再根据一般工艺原则确定工步顺序；然后确定每把刀相对于工件的运动轨迹与方向（包括大
关键词： 数控加工；工艺分析；处理
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1220142－01
由于数控加工采用数字形式发布加工指令，加工过程中控制精确，加工精度高，尺寸一致性好；数控加工能有效地减少机动时间和辅助时间，生产率较高；对加工对象改型的适应性强，加工成本较低，可以加工复杂型面的工件，并能保证加工精度；可以减轻工人的劳动强度，改善劳动条件和环境[1]。因此，数控加工主要应用于加工批量小、品种多且结构比较复杂、精度要求高的零件，以及要求生产周期短的科研产品零件。
1 数控加工方法
对零件进行数控加工时，选用何种数控机床、采用何种方式进行加工，主要与被加工零件的内外轮廓形状、加工的数量、加工精度及表面粗糙度等因素有关。
1.1 平面孔系零件的加工
这类零件若孔数较多，或孔位精度要求较高，均宜选用点位直线控制的数控钻床或数控镗床进行加工。这样不仅可以减轻工人的劳动强度，提高生产率，而且还易于保证精度。加工时，孔系的定位都用快速运动、有两坐标联动功能的数控机床，可以指令两轴同时运动，对没有联动的数控机床，则只能指令两个坐标轴依次运动。此外，在编制加工程序时，应尽可能应用子程序调用的方法来减少程序段的数量，以减小加工程序的长度和提高加工的可靠性。
1.2 旋转体类零件的加工
用数控车床或数控磨床加工旋转体零件时，由于车削零件毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路往往是要考虑的主要问题。如下图1所示手柄的轮廓由三段圆弧组成，由于加工余量较大而且又不均匀，因此，比较合理的方案是先用直线、斜线程序车掉图中虚线所示的加工余量，再用圆弧程序精加工成形。
图2所示的零件表面形状复杂，毛坯为棒料，加工余量不均匀，其粗加工线路按图中1～4依次分段加工，然后再换精车刀一次成形。需要说明的是，图中的粗加工走刀次数应根据每次的切削深度决定。
1.3 平面轮廓零件的加工
这类零件的轮廓多由直线和圆弧组成，一般在两坐标联动的铣床上加工。工件轮廓由三段直线和两段圆弧组成，若选用的铣刀半径为R，则点画线为刀具中心的运动轨迹。当数控系统具有刀具半径补偿功能时，可按其零件轮廓编程。若数控系统不具备刀具半径补偿功能。则应按刀具中心轨迹编程。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段。若平面轮廓为非圆曲线，由于一般数控系统都只具有直线和圆弧插补功能，则都用圆弧和直线去逼近。
1.4 立体轮廓表面的加工
图3平面轮廓零件的铣削示意图C用数控机床加工立体曲面时，应根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，采用不同的加工方法。
1）在三坐标控制两坐标两联动的机床上用“行切法”进，以x，y，z三轴中任意两轴作插补运动，第三轴作周期性进给，刀具采用球头铣刀。将z方向分为若干段。
球头铣刀沿Oxy平面的曲线进行插补加工，当一段加工完后进给Ox，再加工另一相邻曲线。如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。其中△x根据表面粗糙度的要求及刀头的半径选取，球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以利于降低表面粗糙度、增加刀具刚度和散热性能。但在加工凹面时球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。
2）三坐标联动加工。其滚道母线SS’为一空间曲线，它可用空间直线去逼近，因此可在有空间直线插补功能的三坐标联动机床上加工。但其编程计算较复杂，加工程序可采用自动编程系统来编制。
3）四坐标联动加工。它的加工表面是直纹扭曲面，可采用圆柱铣刀周边切削方式，在四坐标机床上加工。除了三个移动坐标的联动，为保证刀具与工件型面在全长上始终贴合，刀具还应绕O1（或O2）作摆动联动，由于摆动运动导致直线移动坐标需作附加运动。
4）五坐标联动加工。船用螺旋桨是五坐标联动加工的典型零件之一，半径为Ri的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一部分，螺旋角为φi，叶片的径向叶形线的EF的倾角称为后倾角，由于叶面的曲率半径半径较大，学用端铣刀进行加工，以提高了生产率和表面质量。
此外，数控机床上工件的装夹方法与普通机床一样，要合理地选择定位基准和夹紧方案。1）尽量选用组合夹具，可调整的标准化、通用化夹具，避免采用专用夹具。2）工件的装卸要快速、方便、可靠，常采用气动、液压夹具，以减少机床的停机时间。
2 数控加工工序和工步的划分
工序设计是保证加工质量与生产效率的关键，是编写加工程序的工艺依据。数控加工的工序设计是指一个零件在一次装夹中连续自动加工直至加工结束那部分的工艺内容。包括零件的装夹方法与夹具的选用、刀具选择、工步划分及其进给路线、切削用量的选择等。根据工序确定其工步、工步顺序及每把刀具的进给路线[3]。
首先根据该工序加工表面与毛坯的形状、尺寸以及粗、精加工要求，确定哪些表面用何种刀具加工，从而确定所需的工步；再根据一般工艺原则确定工步顺序；然后确定每把刀相对于工件的运动轨迹与方向（包括大