數(shù)控加工作為一種先進(jìn)的加工方法，被廣泛地用于航空工業(yè)、艦船工業(yè)、電子工業(yè)等高精度，復(fù)雜零件的加工生產(chǎn)。在數(shù)控加工中，從零件圖紙到加工出合格的零件，是一環(huán)套一環(huán)既復(fù)雜而又嚴(yán)密的過(guò)程。每個(gè)階段的某個(gè)環(huán)節(jié)出問(wèn)題，都會(huì)使加工過(guò)程中斷。下面結(jié)合具體加工實(shí)例分3個(gè)階段，對(duì)數(shù)控加工過(guò)程中一些關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，以使我們能對(duì)數(shù)控 加工加深了解，對(duì)加工生產(chǎn)有所幫助。
1 工藝處理階段
一般所用的數(shù)控機(jī)床，大多都不具備工藝處理能力。數(shù)控加工工藝處理的目的和普通機(jī)床類似。但由于數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程的每一細(xì)節(jié)都必須預(yù)先確定，加工自動(dòng)完成。因此，與普通機(jī)床的工藝準(zhǔn)備相比，有著其自身的特點(diǎn)。
1.1 對(duì)刀和換刀
普通機(jī)床加工零件時(shí)，刀具與工件的位置關(guān)系是通過(guò)量具與手輪相互配合加以確立的，如果刀具位置不正確，可由操作者隨時(shí)加以調(diào)整。而數(shù)控加工，一次裝夾，有多把刀具參與加工，為確立各個(gè)刀型等參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)通過(guò)坐標(biāo)變換，使每把刀具與工件建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于普通加工，對(duì) 刀問(wèn)題不作為重要因素考慮。對(duì)于數(shù)控加工，只要使 用程序加工，就必須對(duì)刀，否則就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重后果。普通加工換刀往往是通過(guò)操作感覺(jué)來(lái)控制，而數(shù)控加工必須認(rèn)真考慮換刀位置，以防發(fā)生碰撞。
1.2 裝夾方式的選擇
考慮到數(shù)控加工每次裝夾都必須重新對(duì)刀，這樣會(huì)大大增加輔助加工時(shí)間，影響加工效率，同時(shí)也是對(duì)數(shù)控機(jī)床功能的“浪費(fèi)”。所以，在數(shù)控加工中，盡可能做到一次裝夾后，能加工出全部的待加工表面，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功效。現(xiàn)以某零件部分加工過(guò)程予以說(shuō)明。
設(shè)備：紹布林?jǐn)?shù)控加工中心。
刀具：①粗車外因刀、②精車外因刀、②粗扎糟刀、④精扎槽刀、②中心鉆、⑧鉆頭、⑦鏜刀、⑧切斷刀。
夾具：氣動(dòng)三爪卡盤(pán)。
零件加工表面如圖1所示，用粗實(shí)線表示。加工路線：毛坯(棒料)①粗車端面、外因⑤中心孔⑧鉆孔②粗扎槽④精扎槽⑦鏗孔②精車外圓、端面⑧切斷。
采用數(shù)控機(jī)床完成上述加工只需一次裝夾，而用普通機(jī)床加工，通常需4次裝夾。
1.3 刀具設(shè)計(jì)
與普通加工刀具相比，數(shù)控加工的刀具有以下的特點(diǎn)。
(1)數(shù)控加工簡(jiǎn)化了刀具設(shè)計(jì)
以加工實(shí)例分析，加工表面如圖2所示，用粗實(shí)線表示。
為了保證位置、尺寸精度，普通加工只能采用雙刃成型刀，利用車刀本身的精度，來(lái)保證零件的加工精度。而采用數(shù)控加工，由于機(jī)床能夠準(zhǔn)確地控制刀具位置，所以可以采用單刃刀代替雙刃成型刀。為此而設(shè)計(jì)的單刃扎槽刀，很好地完成了零件的加工。
(2)特殊刀具的設(shè)計(jì)
上面分析了數(shù)控機(jī)床的使用簡(jiǎn)化了刀具設(shè)計(jì)，然而并不是說(shuō)數(shù)控加工的刀具簡(jiǎn)單。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床承擔(dān)的是那些普通機(jī)床加工困難，甚至無(wú)法加工的各種特殊的零件。
加工實(shí)例如圖3，用粗實(shí)線表示。
曲面進(jìn)行連續(xù)加工，沒(méi)有現(xiàn)成的刀具可供選擇，需要專門(mén)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮曲面的組成，走刀路線、最小圓弧、凹凸變化、是否會(huì)發(fā)生干涉等因素。考慮到曲面加工是未來(lái)數(shù)控加工的方向，針對(duì)此曲面加工，設(shè)計(jì)了3種刀具，其刀具結(jié)構(gòu)如圖4、圖5、圖6所示。
其中圖4、圖5已加工出實(shí)物。并用圖4所示的刀具對(duì)零件 試切，達(dá)到了連續(xù)加工的目的。
2 數(shù)學(xué)處理階段
2.1 計(jì)算工作
通常情況下，零件圖的坐標(biāo)選取與加工程序中的坐標(biāo)選取不一致，這時(shí)就需要對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行換算，同時(shí)零件圖所給出的尺寸并不一定是程序所需要的這時(shí)要根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)，計(jì)算出程序所需的坐標(biāo)。對(duì)于那些比較復(fù)雜的由直線、圓弧所組成的曲面要計(jì)算出直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)、圓弧起點(diǎn)和終點(diǎn)、圓心坐標(biāo)。
2.2 刀具刃心的運(yùn)動(dòng)軌跡分析
現(xiàn)在大多數(shù)數(shù)控機(jī)床 的數(shù)控系統(tǒng)具有補(bǔ)償功能，可以按照零件圖的輪廓直 接編程。但是，加工中常常會(huì)出現(xiàn)特殊情況，特別是加工連續(xù)曲面時(shí)，刀具與工件容易發(fā)生干涉(發(fā)生碰撞)，有時(shí)刀具補(bǔ)償功能無(wú)法使用，這時(shí)就必須對(duì)刀具刃心 的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析。
仍以圖3零件為例進(jìn)行分析：
使用設(shè)備：紹布林加工中心。
(1)半圓弧刀加工的刃心運(yùn)動(dòng)軌跡根據(jù)刀具的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和加工路線的分析，我們找到了刀具刃心運(yùn)動(dòng)軌跡與零件輪廓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，是一組與零件輪廓對(duì)應(yīng)的平行線段、同心圓、偏心圓所組成的連續(xù)曲線，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖7所示。
(2)雙圓弧刀加工的刃心軌跡 刀具結(jié)構(gòu)如圖8。
分析結(jié)論與半圓弧刀相同。刀具圓心的軌跡點(diǎn)：
3 程序階段
程序是數(shù)控機(jī)床唯一能夠識(shí)別的語(yǔ)言，它向機(jī)床 發(fā)出一條一條加工指令，控制著機(jī)床的每一步驟，程 度的好壞直接影響到加工的質(zhì)量和效率。這就需要在 全面了解機(jī)床性能，加工的每一環(huán)節(jié)以及必要的相關(guān) 知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)不斷的實(shí)踐，提高編程技能。
3.1 合理使用數(shù)控機(jī)床的固有程序
數(shù)控機(jī)床性能的不斷提高，不僅僅體現(xiàn)在機(jī)械 性能方面，而且更重要的是體現(xiàn)在軟件的服務(wù)功能 上。對(duì)于一般的加工內(nèi)容，系統(tǒng)中都備有成熟的加工 程序。合理選用系統(tǒng)的固有程序?yàn)榧庸し⻊?wù)，是編程 工作中一項(xiàng)很重要的工作。
3.2 程序管理
按照刀具軌跡或數(shù)據(jù)處理得到的數(shù)據(jù)及有關(guān)文 件，根據(jù)數(shù)控機(jī)床特定的指令代碼，編寫(xiě)零件的加工 程序，它記錄著各種信息，不僅包含著加工方法，加 工決竅，而且還反映出一個(gè)單位的加工能力和加工 水平。應(yīng)該使其作為一個(gè)特殊的技術(shù)文件妥善保管 并存檔。對(duì)于編程人員，可調(diào)用此技術(shù)文件減小工作 量；對(duì)于生產(chǎn)管理者，可有效控制生產(chǎn)過(guò)程。通常情況 下，是把常用的程序輸?shù)接?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。對(duì)常用零 件的加工程序，記錄下各個(gè)程序的零件名稱。對(duì)于不 常用的程序，要用書(shū)面的形式記錄下來(lái)。對(duì)程序中容 易出現(xiàn)問(wèn)題的地方加上必要的說(shuō)明，以備將來(lái)使用。
3.3 巧用參數(shù)編程解決實(shí)際加工問(wèn)題
零件的加工內(nèi)容：內(nèi)孔及圓弧底面。 所用設(shè)備：上海數(shù)控儀表車床。
在加工一般圓弧時(shí)，通常采用調(diào)用G66方式循環(huán)程序，其刀具運(yùn)動(dòng)軌跡如圖9，實(shí)際加工中發(fā)現(xiàn)，由于刀具刀尖強(qiáng)度比較弱，刀具運(yùn)動(dòng)到尖角處，刀具雙向受力，刀具耐用度很差。工藝分析結(jié)果，最好采用如圖10的加工路線。這時(shí)如果采用直接編程，每次進(jìn)刀都要計(jì)算出刀具軌跡。由于刀具剛性很差，需要多次分刀加工。如果想改變吃刀量，還要重新計(jì)算。為此，我們利用參數(shù)編程，很好地解決了零件內(nèi)孔及圓弧面的加工。