典型四星件的数控加工工艺及加工程序
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【摘 要】文章通过对工件图形结构分析、精度分析、毛坯余量分析、结构工艺性分析，说明典型四星件的数控加工工艺及加工程序。
【关键词】典型四星件；数控加工；工艺；程序
1．引 言
数控是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。对于现代制造业，数控机床非常适合那些形状复杂、精密和批量小的零件。而一般的普通机床根本无法满足这个要求。就连仿形机床和组合机床也解决不了高精度与小批量这个矛盾。因此数控加工非常适合航空、航天、电力、交通和电子等制造业的零件加工技术。零件加工面临的一个主要问题是产品的高精度、多样性和批量小的矛盾。这就要求从机床到数控都需要柔性，CNC数控系统由于采用软件控制，具有了很大的柔性。
在加工过程中考虑到工件的精度和表面粗造度，分粗加工和精加工。粗加工时刀具的半径补偿值设定为8.7mm，粗加工结束后测量一次工件的尺寸，然后修改刀具的半径补偿值主轴的转速和进给速度对工件进行精加工。操作过程中，夹具选用平口钳，工件底面放垫块，保证底面与工作台平行，约束三个自由度，后侧面紧贴平口钳，约束两个自由度。考虑到机械加工的经济性，选择用普通铣床加工基准面A，然后以基准面A和侧面进行定位加工上表面。由于工件外轮廓全是由曲线组成，不便于夹装和定位，我选择先加工孔和形腔。根据先面后孔、先主后次的原则，又由于是用平底铣刀进行铣削加工无法下刀太深，所以我选择先加工孔再加工形腔。工件外轮廓全是由曲线组成，不便于夹装和定位，所以必须和配合件配合加工，配合时以上表面和中心为定位基准进行加工。
2． 数控加工工艺和工序分析
2.1加工工序及工艺过程分析
经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。[1]伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生，但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。[2]
2.2 合理选择刀具及夹具
1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。4) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；5) 零件定位基准重合，以减少定位误差。
2. 3 走刀路线的确定
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。
1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。
目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的。液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。[3]
2. 4确定工序尺寸
数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。[4]
很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。比如说，某图除尺寸13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中，φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。
3．典型四星件数控加工程序
在数控加工中，刀具相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。
3．1典型四星件的选择
典型四星件加工余量和工艺系统的刚度确定。具体选择如下：
粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后，尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的ap应尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻件。
精加工时，ap应根据粗加工留下的余量确定，采用逐渐降低ap的方法，逐步提高加工精度和表面质量。一般精加工时，取ap=0.05～0.8mm；半精加工时，取ap=1.0～3.0mm。
3．2 切削宽度L（mm）
一般L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。在数控加工中，一般L的取值范围为： L=(0.6～0.9)d。
3．3 进给量(进给速度)f(mm/min或mm/r)的选择
进给量是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取。对于多齿刀具， 其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数Z 及每齿进给量fz的关系为：Vf=fn=fzzn。
粗加工时，由于对工件表面质量没有太高的要求，f主要受刀杆、刀片、机床、工件等的强度和刚度所承受的切削力限制，一般根据刚度来选择。工艺系统刚度好时，可用大些的f；反之，适当降低f。[5]
精加工、半精加工时，f应根据工件的表面粗糙度Ra要求选择。Ra要求小的，取较小的f，但又不能过小，因为f过小，切削厚度hD过薄，Ra反而增大，且刀具磨损加剧。刀具的副偏角愈大，刀尖圆弧半径愈大，则f可选较大值。一般，精铣时可取20～25mm/min， 精车时可取0.10～0.20mm/r。还应注意零件加工中的某些特殊因素。
3．4切削速度Vc（m/min）的选择
在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁工件时， 应选用较低的切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小切削速度。
3．5主轴转速n(r/min)
主轴转速一般根据切削速度VC来选定。
计算公式为：n=1000VC/πD
式中，D为工件或刀具直径（mm）。
数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。
4．结 论
编程人员必须熟悉数控加工中切削用量的确定原则，结合现场的生产状况，选择出合理的切削用量，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
参 考 文 献
[1]赵长旭.数控加工工艺[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2006，(1)：96
[2]刘万菊.数控加工工艺及编程[M]．北京：机械工业出版社，2006，(10)：179
[3]高勇等. UG NX 中文版数控加工基础教程[M]．北京：人民邮电出版社，2006，(4)：429
[4]郑焕文.机械制造工艺学[M]．北京：高等教育出版社，2004，(4)：89
[5]王新民．典型四星件的数控加工工艺[J]．数控加工，2007(6)：79
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