數控加工的工藝路線分析

理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應能使數控機床的功能得到合理的應用和充分的發揮。數控機床是一種高效率的自動化設備，它的效率高于普通機床的2～3倍，所以，要充分發揮數控機床的這一特點，必須熟練掌握其性能、特點、使用操作方法，同時還必須在編程之前正確地確定加工方案。
　　由于生產規模的差異，對于同一零件的加工方案是有所不同的，應根據具體條件，選擇經濟、合理的工藝方案。
一、加工工序劃分
　　在數控機床上加工零件，工序可以比較集中,一次裝夾應盡可能完成全部工序。與普通機床加工相比，加工工序劃分有其自己的特點，常用的工序劃分原則有以下兩種。
1．保證精度的原則
　　數控加工要求工序盡可能集中，常常粗、精加工在一次裝夾下完成，為減少熱變形和切削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，應將粗、精加工分開進行。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來保證表面質量要求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應先加工表面而后加工孔。
2． 提高生產效率的原則
　　數控加工中，為減少換刀次數，節省換刀時間，應將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其它部位。同時應盡量減少空行程，用同一把刀加工工件的多個部位時，應以最短的路線到達各加工部位。
　　實際中，數控加工工序要根據具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。
二、加工路線的確定

在數控加工中，刀具（嚴格說是刀位點）相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工程序所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線的確定首先必須保證被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數值計算簡單，走刀路線盡量短，效率較高等。
　　下面舉例分析數控機床加工零件時常用的加工路線。
1．車圓錐的加工路線分析
　　數控車床上車外圓錐，假設圓錐大徑為D，小徑為d ，錐長為L，車圓錐的加工路線如圖2-1所示。
　　按圖2-1a的階梯切削路線，二刀粗車，最后一刀精車；二刀粗車的終刀距S要作精確的計算，可有相似三角形得：

　　此種加工路線，粗車時，刀具背吃刀量相同，但精車時，背吃刀量不同；同時刀具切削運動的路線最短。
　　按圖2-1b的相似斜線切削路線，也需計算粗車時終刀距S，同樣由相似三角形可計算得：

　　按此種加工路線，刀具切削運動的距離較短。
　　按圖2-1c的斜線加工路線，只需確定了每次背吃刀量a_p，而不需計算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運動的路線較長。
2．車圓弧的加工路線分析
　　應用G02（或G03）指令車圓弧，若用一刀就把圓弧加工出來，這樣吃刀量太大，容易打刀。所以，實際車圓弧時，需要多刀加工，先將大多余量切除，最后才車得所需圓弧。
　　下面介紹車圓弧常用加工路線。

　　圖2-2 為車圓弧的階梯切削路線。即先粗車成階梯，最后一刀精車出圓弧。此方法在確定了每刀吃刀量a_p后，須精確計算出粗車的終刀距S，即求圓弧與直線的交點。此方法刀具切削運動距離較短，但數值計算較繁。
　　圖2-3 為車圓弧的同心圓弧切削路線。即用不同的半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來。此方法在確定了每次吃刀量a_p后，對90°圓弧的起點、終點坐標較易確定，數值計算簡單，編程方便，常采用。但按圖2-3b加工時，空行程時間較長。

圖2-4 為車圓弧的車錐法切削路線。即先車一個圓錐，再車圓弧。但要注意，車錐時的起點和終點的確定，若確定不好，則可能損壞圓錐表面，也可能將余量留得過大。確定方法如圖2-4所示，連接OC交圓弧于D，過D點作圓弧的切線AB。
　　由幾何關系CD=OC-OD=-R=0.414R，此為車錐時的最大切削余量，即車錐時，加工路線不能超過AB線。由圖示關系，可得AC=BC=0.586R，這樣可確定出車錐時的起點和終點。當R不太大時，可取AC=BC=0.5R。此方法數值計算較繁，刀具切削路線短。

3．車螺紋時軸向進給距離的分析
　　車螺紋時，刀具沿螺紋方向的進給應與工件主軸旋轉保持嚴格的速比關系。考慮到刀具從停止狀態到達指定的進給速度或從指定的進給速度降至零，驅動系統必有一個過渡過程，沿軸向進給的加工路線長度，除保證加工螺紋長度外，還應增加δ₁（２～5mm)的刀具引入距離和δ₂（１～2mm)的刀具切出距離，如圖2-5所示。這樣來保證切削螺紋時，在升速完成后使刀具接觸工件，刀具離開工件后再降速。
4．輪廓銑削加工路線的分析
　　對于連續銑削輪廓，特別是加工圓弧時，要注意安排好刀具的切入、切出，要盡量避免交接處重復加工，否則會出現明顯的界限痕跡。如圖2-6所示，用圓弧插補方式銑削外整圓時，要安排刀具從切向進入圓周銑削加工，當整圓加工完畢后，不要在切點處直接退刀，而讓刀具多運動一段距離，最好沿切線方向，以免取消刀具補償時，刀具與工件表面相碰撞，造成工件報廢。銑削內圓弧時，也要遵守從切向切入的原則，安排切入、切出過渡圓弧，如圖3-7所示，若刀具從工件坐標原點出發，其加工路線為1→2→3→4→5，這樣，來提高內孔表面的加工精度和質量。

5．位置精度要求高的孔加工路線的分析
　　對于位置精度要求精度較高的孔系加工，特別要注意孔的加工順序的安排，安排不當時，就有可能將沿坐標軸的反向間隙帶入，直接影響位置精度。如圖2-8所示，圖a為零件圖，在該零件上加工的六個尺寸相同的孔，有兩種加工路線。當按b 圖所示路線加工時，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，在Y方向反向間隙會使定位誤差增加，而影響5、6孔與其它孔的位置精度。按圖c所示路線，加工完4孔后，往上移動一段距離到P點，然后再折回來加工5、6孔，這樣方向一致，可避免反向間隙的引入，提高5、6孔與其它孔的位置精度。

6．銑削曲面的加工路線的分析
　　銑削曲面時，常用球頭刀采用“行切法”進行加工。所謂行切法是指刀具與零件輪廓的切點軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定。對于邊界敞開的曲面加工，可采用兩種加工路線。如圖2-9所示，對于發動機大葉片，當采用圖2-9a的加工方案時，每次沿直線加工，刀位點計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準確保證母線的直線度。當采用圖2-9b的加工方案時，符合這類零件數據給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準確度高，但程序較多。由于曲面零件的邊界是敞開的，沒有其他表面限制，所以曲面邊界可以延伸，球頭刀應由邊界外開始加工。

    　以上通過幾例分析了數控加工中常用的加工路線，實際生產中，加工路線的確定要根據零件的具體結構特點，綜合考慮，靈活運用。而確定加工路線的總原則是：在保證零件加工精度和表面質量的條件下，盡量縮短加工路線，以提高生產率。