一、数控加工是什么

数控加工是指，由控制系统发出指令使刀具作符合要求的各种运动，以数字和字母形式表示工件的形状和尺寸等技术要求和加工工艺要求进行的加工。它泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。

数控机床是一种用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。

而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式（数控语言或符号）编制的。数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。

机床的受控动作大致包括机床的起动、停止；主轴的启停、旋转方向和转速的变换；进给运动的方向、速度、方式；刀具的选择、长度和半径的补偿；刀具的更换，冷却液的开启、关闭等。

二、数控加工的特点

数控机床一开始就选定具有复杂型面的飞机零件作为加工对象，解决普通的加工方法难以解决的关键。数控加工的最大特点是用穿孔带（或磁带）控制机床进行自动加工。

1.工序集中

数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。工序集中带来巨大的经济效益：

（1）减少机床占地面积，节约厂房。

（2）减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。

2.自动化

数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显。

（1）对操作工人的要求降低：

一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控工培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省。

（2）降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力。

（3）产品质量稳定：数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性。

（4）加工效率高：数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。

3.柔性化高

传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下；而传统的专机，虽然效率很高，但对零件的适应性很差，刚性大，柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞争带来的产品频繁改型。只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。

4.能力强

机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。数控机床特别适合以下场合：

（1）不许报废的零件。

（2）新产品研制。

（3）急需件的加工。

三、如何对加工工序进行划分

数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：

1.刀具集中分序法就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成的部位。在用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。

2.以加工部位分序法对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。

3.以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。

综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。

四、数控加工工艺设计原则

1.工序最大限度集中、一次定位的原则

一般在数控机床上，特别是在加工中心上加工零件，工序可以最大限度集中，即零件在一次装夹中应尽可能完成本台数控机床所能加工的大部分或全部工序。数控加工倾向于工序集中，可以减少机床数量和工件装夹次数，减少不必要的定位误差，生产率高。对于同轴度要求很高的孔系加工，应在一次安装后，通过顺序连续换刀来完成该同轴孔系的全部加工，然后再加工其它坐标位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度。

2.先粗后精的原则

在进行数控加工时，根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，应遵循粗、精加工分开原则来划分工序，即先粗加工全部完成之后再进行半精加工、精加工。对于某一加工表面，应按粗加工——半精加工——精加工顺序完成。粗加工时应当在保证加工质量、刀具耐用度和机床——夹具——刀具——工件工艺系统的刚性所允许的条件下，充分发挥机床的性能和刀具切削性能，尽量采用较大的切削深度、较少的切削次数得到精加工前的各部余量尽可能均匀的加工状况，即粗加工时可快速切除大部分加工余量、尽可能减少走刀次数，缩短粗加工时间。

精加工时主要保证零件加工的精度和表面质量，故通常精加工时零件的最终轮廓应由最后一刀连续精加工而成。为保证加工质量，一般情况下，精加工余量以留0．2～0．6mm为宜。粗、精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。

3.先近后远、先面后孔的原则

按加工部位相对于对刀点的距离大小而言，在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。对于既有铣平面又有镗孔的零件的加工中，可按先铣平面后镗孔顺序进行。因为铣平面时切削力较大，零件易发生变形，先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，待其恢复变形后再镗孔，有利于保证孔的加工精度，其次，若先镗孔后铣平面，孔口就会产生毛刺、飞边，影响孔的装配。

4.先内后外、内外交叉原则

对既有内表面(内型、内腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，通常应安排先加工内表面，后加工外表面，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。通常在一次装夹中，切不可将零件上某一部分表面(外表面或内表面)加工完毕后，再加工零件上的其它表面(内表面或外表面)。

5.刀具最少调用次数原则

在数控加工时，为了减少换刀次数，压缩空程时间，应按所用刀具来划分工序和工步。即可按刀具集中工序的方法加工零件。为了减少换刀时间，同一把刀具工序尽可能集中，尽可能用同一把刀具加工完零件表面上的相同切削部分，以避免同一把刀具的多次调用、安装。即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工完工件上所有需要用该刀具加工的各个部位后，再换第二把刀具加工其它部位。

6.附件最少调用次数原则

即在保证加工质量的前提下，一次附件调用后，每次最大限度进行加工切削，以避免同一附件的多次调用、安装。

7.走刀路线最短原则

在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省加工时间，还能减少一些不必要的刀具磨损及其它消耗。走刀路径的选择主要在于粗加工及空行程的走刀路径的确定，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿着其零件轮廓顺序进行的。一般情况下，若能合理选择起刀点、换刀点，合理安排各路径间空行程衔接，都能有效缩短空行程长度。

8.程序段最少原则

在加工程序的编制工作中，总是希望以最少的程序段数即可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少出错的几率及提高编程工作的效率，而且能减少程序段输入的时间及计算机内存容量的占有数。

9.数控加工工序和普通工序的衔接原则

数控加工工序前后一般都穿插有其它普通工序，如衔接得不好，就容易产生矛盾，最好的办法是各道工序需要相互建立状态要求，各道工序必须前后兼顾，综合考虑，如：要不要留加工余量、留多少；基准面与孔的精度要求、对毛坯的热处理状态等，目的是达到相互能满足加工要求，且质量目标及技术要求明确；各道工序交接验收有依据。

10.特殊情况特殊处理的原则

上述的原则也不是一成不变的，对于某些特殊的情况，可根据实际情况，工艺设计则需要采取灵活可变的方案。这些有赖于编程者对实际加工经验的不断积累与学习

五、数控加工加工路线

1.数控车床加工路线：

数控车床车削端面加工路线如下图所示的A-B-Op-D，其中A为换刀点，B为切入点，C--0p为刀具切削轨迹，0p为切出点，D为退刀点。

数控车床车削端面加工路线

数控车床车削外圆的加工路线如下图所示A-B-C-D-E-F，其中A为换刀点，B为切入点，C--D--E为刀具切削轨迹，E为切出点，F为退刀点。品质新空间

数控车床车削外圆加工路线

2.数控铣床加工路线：立铣刀侧刃铣削平面零件外轮廓时，应沿着外轮廓曲线的切向延长线切入或切出，避免切痕，保证零件曲面的平滑过渡。

外轮廓铣削的加工路线

当铣削封闭内轮廓表面时，刀具也要沿轮廓线的切线方向进刀与退刀，如下图所示，A-B-C为刀具切向切入轮廓轨迹路线，C-D-C为刀具切削工件封闭内轮廓轨迹，C-E-A为刀具切向切出轮廓轨迹路线。

内轮廓铣削的加工路线

3.孔加工定位路线：要注意各孔定位方向的一致性，即采用单向趋近定位方法，这样的定位方法避免了因传动系统反向间隙而产生的定位误差，提高孔的位置精度。如下图所示

孔加工定位路线

六、如何确定切削用量

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

1.确定主轴转速

主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为：n=1000 v/7 1D式中： v?切削速度，单位为m/m动，由刀具的耐用度决定； n一一主轴转速，单位为 r/min,D为工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。

2.确定进给速度

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则：当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取；在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取；当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min 范围内选取；刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

3.确定背吃刀量

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5m m，总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的“切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。

七、数控加工的注意事项

1.对于目前我国的经济数控车床一般采用的是普通三相异步电机通过变频器实现无级变速，如果没有机械减速，往往在低速时主轴输出扭距不足，如果切削负荷过大，容易闷车，不过有的机床上带有齿轮档位很好的解决了这一问题；

2.尽可能使刀具能完成一个零件或一个工作班次的加工工作，大件精加工尤其要注意中间避免中途换刀确保刀具能一次加工完成；

3.用数控车车削螺纹时因尽可能采用较高的速度，以实现优质，高效生产；

4.尽可能使用G96；

5.高速度加工的基本概念就是使进给超过热传导速度，从而将切削热随铁屑排出使切削热与工件隔离，确保工件不升温或少升温，因此，高速度加工是选取很高的切削速度与高进给相匹配同时选取较小的背吃刀量；

6.注意刀尖R的补偿。

参考资料

机械工业出版社《组合件数控加工综合实训》

上海交大出版社《数控机床加工工艺与编程基础》

陈光明.基于数控加工的工艺设计原则及方法研究[J].制造业自动化,2005,27(9):54-59 72.

“所有内容均为公开信息，仅以信息传播为目的，如涉及作品内容，版权和其他问题，请联系我们删除。”