数控加工下的工艺设计原则及方法范文

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摘要：本文精简地介绍了数控加工工艺设计的特点，详细总结数控加工的工艺设计原则和方法，并以基于Mastcrcammn9.0的编程方法为案例进行研究分析。

关键词：数控加工；工艺设计；机械制造业

引言

数控加工是指依托互联网技术，通过计算机施加操作来加工数控机床零件的高科技工艺。数控加工的工艺设计是零件加工的重要准备工作。不同的工艺设计方案会产生相应不同的计算机编程，而计算机编程则决定着零件加工的诸多参数，对加工零件产品的质量有着至关重要的影响。所以，对数控加工工艺设计的原则和方法进行基础研究，具有一定的必要性和重要性。

1数控加工工艺设计的原则

1.1工序集中、一次成型原则

零件加工过程中，不可避免地存在一定误差。装夹次数越多，误差几率越大。因此，在数控机床进行零件加工的过程中，遵循工序集中、尽可能一次成型的设计原则。先加工零件工序集中的地方，再以最少的装夹次数，尽量完成其余的加工工序。在加工误差率较大的同轴孔系零件时，尤其要遵循这一原则。避免多次装夹，可有效提高加工效率和产品达标率。在加工一些形状规则、弧线较少的零件时，遵循这一原则，几乎可以一次定型，减少后期精加工的成本。

1.2先粗后精的基本原则

先粗后精是进行零件加工的又一基本原则，即先通过粗加工确定零件的大体轮廓和规模，然后再进行精加工以完善零件的细节部位。这一方式不仅容易保证零件成品的尺寸规格，还能有效减少操作过程的误差。粗加工阶段，首先以最少的切削次数确定零件大致轮廓，从而为精加工保留优势成本。精加工的目标是完成零件最终形状，要对零件表面进行细致的打磨。为将零件成品的误差率保证在允许范围内，要注意适时更换刀具，调整走刀路线。在切削弧形零件时，在零件圆弧和直线的交汇处容易发生“欠切”现象，有时也会出现“过切”现象。加工时遵循先粗后精的原则，可以有效降低“欠切”或“过切”的概率，减少零件损伤。

1.3先近后远的基本原则

先近后远原则是指先加工刀具周围，次加工较远位置。这样可以减少刀具移动的距离，使走刀路线最短，有利于保障加工的精确度。这一原则可以有效提高数控机床的加工效率和成品质量。例如，在切削封闭型零件的内轮廓表面时，尤其需要注意走刀的切入点和切出点的最佳选择是内轮廓曲线的交点处，并注意刀具的切入方向和切出方向，从而保证刀具的运动轨迹遵从由近及远的原则。

1.4最短走刀路线原则

走刀路线指的是从起刀点至零件最终完成所经过的路线。走刀路线数量的多少，对数控机床的加工效率有着直接影响。虽然所加工零件不同，对应的走刀路线也会不同，但通常都会选择最短的走刀路线。因为最短路线不仅有利于提高工作人员的操作效率，也有利于减少走刀时导致的误差。在加工刚性较小的零件时，还要注意选择使工件加工变形程度小的走刀路线，以保证在工件不变形的情况下尽量选择最短走刀路线。

1.5最少刀具调试原则

使用刀具的次数多少，除了关系数控机床的加工效率，还关系加工成品的质量。工作人员每次更换刀具都需要花费额外的安装和调试时间，且随着刀具使用次数的增多，不仅刀具本身的损伤程度增加，减少刀具使用寿命，增加刀具置换资金，也增加了划伤零件的概率，有损于产品质量。轴类零件的表面多由圆柱、圆弧、槽等组成，对表面弧度的要求很高。所以，加工时应尽量减少刀具的更换与调试。

2数控加工工艺设计的方法

2.1选择合理的走刀路线

刀具使用是数控加工工艺设计进行实施的重要方面。首先，遵循最短走刀路线原则，要在可能的操作方案中选择走刀路线最短的路线。其次，根据最少刀具调试原则，尽可能减少刀具的更换。同样重要的是，注意选取表面平滑的刀具，以减轻对零件的磨损。最后，要注意下刀的位置和切入方向，尽量减少下刀的次数，并保持切入方向一致。

2.2完善加工工序的安排

对于加工工序的安排，应该贯彻工序集中、一次成型原则。进行加工时，应从工序最为集中的部位着手，尽可能使零件一次成型，减少装夹次数。需要说明的是，为确保这一原则的有效实施，不仅需要一套详尽完善的管理制度，还需要一批专业扎实、技巧娴熟的工艺设计人员及程序员。

2.3明确加工方法，确定切削用量

数控加工的工艺设计是进行加工的准备工作，数控机床将严格按照工艺设计及对应的程序切削零件。因此，设计数控加工工艺时，必须制定一套明确的切削方案，且切削方案应该明确数控加工的下刀位置、切入方向、切削量以及最短走刀路线等。无论是粗加工还是精加工过程，都要严格遵循确定好的切削方案，注意保持下刀位置和切入方向的一致，采选最短行刀路线，从而最大程度地减少零件磨损。

3基于Mastercam9.0数控加工实例的分析

3.1基于Mastercam9.0数控加工自动编程的流程概述

基于Mastercam9.0进行的数控机床加工零件的自动编程依靠电子计算机进行操作。首先，要依照零件的模型，设置编程的坐标原点和毛坯零件的准确规格。其次，根据加工要求，完善加工参数、加工方式、刀具类型及走刀路线等精确设置。再次，还可以根据设计好的加工路线进行动态模拟演示，并根据演示效果调整相关参数。最后，进行一些后置处理，便可产生NC加工程序。

3.2基于Mastercam9.0数控加工的刀具设定与管理

在Mastercam9.0的刀具库中提供了20种道具类型，可以便捷地进行刀具的设定与管理。利用Mastercam9.0创建零件数控加工所需要的刀具，首先选择囊括了各种道具类型的活页夹，选择一种加工方案要求的刀具。其次，选择刀具参数活页夹，输入切刃长、刀柄直径、刀具直径、刀刃长、夹头长、夹具直径等刀具参数。再次，选择加工参数活页夹，对刀具材料、进给速率、主轴旋转方向、切削进给量等参数进行设定。最后，在设定完三个基本的活页夹后，只需点击确定键，便可以看见一把新刀具。于是，在稍后出现的对话框中，就可以进行刀具的修改完善和编辑管理了。

3.3基于Mastercam9.0叶片型面的编程方案

近年来，越来越多的叶片制造企业利用数控机床加工汽道型面。便捷、实用又精确的Mastercam9.0设计软件，十分适合于加工复杂的曲面。因而，有必要以此为例介绍叶片面型的编程方案。用Mastercam9.0进行编程的步骤可大致概括为：选择曲面模型和加工工艺，确定刀轨的行距与步长，生成、编辑、组织及输出刀轨。进行行切法加工时，主要有两种加工方案可供选择。第一种方案是顺着叶片的截面方向进行加工，比较适合于根据零件数据进行加工，特点是刀轨步长较小，叶型精确度较高。第二种方案是顺着叶片辐射线的方向进行加工，加工方向近乎直线，特点是刀轨步长较大，加工程序较短，加工效率较高。

4结语

我国是加工制造业大国。近年来，随着人口红利的消退，劳动密集型加工制造业逐渐转向技术密集型加工制造业。所以，我国政府应该抓住机遇，促进产业转型和优化升级。数控加工技术的完善与发展对加工制造业的进步具有重大影响。本文结合案例对数控加工工艺设计的原则和方法进行了详细探讨，希望能够为数控加工技术的发展尽绵薄之力。

参考文献

[1]杨扬.基于改进GEP的数控铣削过程物理建模及工艺参数优化方法研究[D].武汉：华中科技大学，2013.

[2]胡权威，乔立红，樊景松，等.基于MBD的数控工艺设计及快速编程方法研究[J].航空制造技术，2016.

作者：刘暑平 单位：广东省工商高级技工学校