数控加工工艺路线的规划

制定工艺过程时，首先要制定工艺路线，然后详细进行工序设计，这两个过程是相互联系的，需进行反复和综合的分析。与通用机床加工工艺路线设计相比，数控加工工艺路线设计仅是对几道数控加工工序工艺过程的概括，而不是指从毛坯到成品的整个工艺过程。

制定工艺路线是制定工艺过程的总体布局，其任务是确定工序的数量、内容和顺序。

1．工序集中与分散

工序集中与分散是拟定工艺路线时确定工序数目的两个不同的原则。

1）工序集中

工序集中是将零件的加工集中在少数工序内完成，而每一工序的加工内容却比较多。它有以下特点：工序数目少、工序内容复杂，因而缩短了工艺路线，简化了生产组织工作；减少了设备数目，从而减少了操作工人和生产面积；减少了工件安装次数，缩短了辅助时间，因而易于保证同时加工表面的相对位置精度，有利于提高生产率和缩短生产周期；有利于采用高生产率的专用设备和工艺装备，但相应的生产准备工作和投资都比较大，这些专用设备和工艺装备的操作、调整、维修费时费事，转换新产品比较困难。

2）工序分散

与工序集中相反，工序分散是将零件的加工集中在尽可能多的工序内完成，而每一工序的加工内容却比较少。它有以下特点：工序数目多，因而设备数量多，生产组织工作复杂，生产面积大；工序内容简单，因而生产准备工作量小，设备和工艺装备简单，操作、调整、维修简单，产品变换容易；可以采用最合理的切削用量，以减少机动时间。

3）选择依据

以上两种原则各有特点，因此在加工过程中均有采用。工序集中与分散程度的确定，一般需要考虑下述因素：

（1）生产量的大小。在产量较小时，为简化计划、调度等工作，选择工序集中原则较便于组织生产。当产量很大时，可按分散原则以利于组织流水生产。

（2）工件的尺寸和质量。对尺寸和质量大的工件，由于安装和运输困难，一般宜采用集中原则组织生产。

（3）工艺设备的条件。由于工序集中的优点较多，现代自动化生产的发展多倾向工序集中（如数控机床，以及其他专用、特种设备等高生产率的设备），是机械加工的发展方向之一。

2．工序的划分

1）工序划分的原则

零件是由多个表面构成的，各个表面有自己的精度要求，各表面之间也有相应的配合精度要求，为了达到零件的设计要求，加工工序的安排应遵循一定的原则。

（1）先粗后精的原则。各表面的加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。

（2）基准面先加工原则。任何零件的加工过程，总是先对定位基准面进行粗加工和半精加工，必要时还要进行精加工，因为只有定位基准的表面精确，装夹误差才会小，加工精度才能保证。如果精基准面不止一个，则应该按照基准转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面的加工。

（3）先内后外原则。对于精密套筒等外圆与孔的同轴度要求较高的零件，一般采用先孔后外圆的原则，即先以外圆作为定位基准加工孔，再以精度较高的孔作为定位基准加工外圆，这样可以保证外圆和孔之间具有较高的同轴度要求，而且使用的夹具结构也很简单。

（4）先面后孔原则。通常，可按零件的加工部位划分工序，一般先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，后加工精度较高的部位；先加工平面，后加工孔。对于箱体类、支架类、机体类等零件，平面轮廓尺寸较大，用平面定位比较稳定可靠，故应先加工平面，后加工孔。这样，不仅使后续的加工有一个稳定可靠的平面作为定位基准面，而且在平整的表面上加工孔，加工变得容易一些，也有利于提高孔的加工精度。

（5）减少换刀次数的原则。在数控加工中，零件装夹后，尽可能使用同一把刀具完成较多的加工表面。当一把刀具完成可能加工的所有部位后，尽量为下道工序做些预加工，然后再换刀完成精加工或加工其他部位。对于一些不重要的部位，尽可能使用同一把刀具完成同一个工位的多道工序的加工。

（6）连续加工的原则。由于零件、刀具、机床这一工艺系统在加工过程中暂时处于动态的平衡状态下，若设备由于数控程序安排出现突然进给停顿的现象，由于切削力会明显减少，就会失去原工艺系统的稳定状态，使刀具在停顿处留下划痕或凹痕。因此，在加工半封闭或封闭的内外轮廓时，应尽量避免数控加工中的停顿现象，以保证零件的加工质量。

2）工序划分的方法

在划分工序时，要根据数控加工的特点，以及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等综合考虑。根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行。

（1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。

（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统内存容量限制，机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。

（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。

（4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。

3．工序顺序的安排

加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位与夹紧的需要来考虑，重点是保证工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按以下原则进行。

（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑。

（2）先进行内腔加工，后进行外形加工，保证工件的刚性不被破坏。

（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。

4．数控加工工艺与普通工序的衔接

数控加工工序前后一般都穿插有其他普通工序，如衔接得不好，就容易产生矛盾。解决的最好办法是相互建立状态要求，例如，要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理要求等。这样做的目的是相互能满足要求，且质量目标及技术要求明确，交验验收时有依据。

5．数控加工方法的选择

1）平面孔系零件的加工

这类零件的孔数较多，孔位精度要求较高，宜用点位直线控制的数控钻与镗床加工。在加工时，孔系的定位都用快速运动。在编制加工程序时，应尽可能应用子程序调用的方法来减少程序段的数量，以减小加工程序的长度和提高加工的可靠性。

2）旋转体类零件的加工

该类零件用数控车床或磨床来加工。由于车削零件毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，故编程中，粗车的加工线路往往是要考虑的主要问题。

3）平面轮廓零件的加工

这类零件的轮廓多由直线和圆弧组成，一般在两坐标联动的铣床上加工即可。

4）立体轮廓表面的加工

立体轮廓表面根据曲面形状、机床功能、刀具形状及零件的精度要求有不同数控加工方法，根据零件加工表面的复杂程度和加工精度要求，可分别选择2．5轴、3轴、4轴和5轴加工。