楊麗琴

（江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泰州 225400）

復(fù)雜特征零件數(shù)控加工技術(shù)研究

楊麗琴

（江蘇省泰興中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 泰州 225400）

數(shù)控技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步推動(dòng)了復(fù)雜工件品種的增加，使工件結(jié)構(gòu)日漸趨向復(fù)雜化與整體化，加工工藝難度提高，從而對(duì)數(shù)控加工復(fù)雜工件技術(shù)提出了更高地要求。文章在分析復(fù)雜工件加工技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上詳細(xì)探討了基于復(fù)雜工件特征的數(shù)控加工技術(shù)，包括復(fù)雜工件的工藝規(guī)劃、加工工序毛坯模型制定與特征簡(jiǎn)化、數(shù)控編程等，期望能為相關(guān)同行提供可行性參考資料。

數(shù)控技術(shù)；復(fù)雜工件；自動(dòng)工藝規(guī)劃；毛坯模型；數(shù)控編程

數(shù)控技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步使加工工件逐漸趨向復(fù)雜化，而市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，又對(duì)復(fù)雜工件質(zhì)量、精度提出了更高地要求?；诖?，善于處理復(fù)雜工件精密問題的數(shù)控加工技術(shù)脫穎而出，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。數(shù)控加工技術(shù)具有自動(dòng)化、集成化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化特性，有利于自動(dòng)識(shí)別出復(fù)雜工件模型的典型特征，從而使工件加工人員能夠進(jìn)一步明確數(shù)控加工的工藝規(guī)劃、刀具的選擇、數(shù)控代碼的生成，進(jìn)而保障生產(chǎn)所得復(fù)雜工件能充分滿足數(shù)控產(chǎn)品生產(chǎn)需要。

1 復(fù)雜工件的數(shù)控加工特點(diǎn)

隨著復(fù)雜工件形狀日漸增多，復(fù)雜工件的特征也愈加復(fù)雜，這對(duì)數(shù)控加工工藝、編程都提出了較高的要求。文章通過收集與整理相關(guān)研究文獻(xiàn)，總結(jié)出了復(fù)雜工件的數(shù)控加工特點(diǎn)：①品種繁多。不同領(lǐng)域復(fù)雜工件的幾何體結(jié)構(gòu)存在較大差異，且其設(shè)計(jì)與制造具有明顯的小批量加工特征。②整體化與復(fù)雜化特征明顯，加工難度相對(duì)較大，故而復(fù)雜工件設(shè)計(jì)者、編程員、加工執(zhí)行者必須具備較高的專業(yè)素質(zhì)，以便高效落實(shí)數(shù)控加工工作。③材料去除量大。不管是飛機(jī)航空工件，還是汽車外殼工件，其都需去除大量的材料，占比約達(dá)90%。除此之外，復(fù)雜加工件因?yàn)樘卣鬏^為復(fù)雜，所以毛坯件價(jià)格相對(duì)較高。這也使復(fù)雜工件的加工成本成為較難處理的問題。④加工質(zhì)量要求高。雖然企業(yè)并不將復(fù)雜加工件的質(zhì)量視作是經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，但其是產(chǎn)品銷售的先決條件。特別是一些安全性能要求較高的復(fù)雜工件，其質(zhì)量更需受到重視。⑤毛坯材料種類多。材料技術(shù)與冶金技術(shù)的蓬勃進(jìn)步，對(duì)復(fù)雜工件的精度提出了更高地要求，加之可選擇的加工工藝不斷創(chuàng)新，毛坯材料的種類也不斷增多，如在金屬毛坯的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步延伸出了更豐富的非金屬毛坯，大大提高了數(shù)控加工技術(shù)的適配率。

2 基于復(fù)雜工件特征的數(shù)控加工技術(shù)

復(fù)雜工件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，加工精度要求不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜工件的高速度、高精度加工。而市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，對(duì)縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期、生產(chǎn)周期提出了更嚴(yán)格的要求，從而促使數(shù)控加工向復(fù)合化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展?？v觀基于特征的復(fù)雜工件數(shù)控加工系統(tǒng)整體框架，可知復(fù)雜工件的工藝規(guī)劃、加工工序毛坯模型制定與特征簡(jiǎn)化、數(shù)控編程等是其非常關(guān)鍵的組成部分。

2.1 復(fù)雜工件的工藝規(guī)劃

用數(shù)控加工技術(shù)加工復(fù)雜工件，離不開工藝規(guī)劃的支持。優(yōu)質(zhì)的工藝規(guī)劃有利于提高工件加工質(zhì)量，提升加工效率，增加產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。相反，若工藝規(guī)劃不到位，加工過程出現(xiàn)遺漏，形成的數(shù)控代碼便會(huì)出現(xiàn)不準(zhǔn)確問題，甚至造成損失，以至于加工方不得不重新設(shè)計(jì)工藝規(guī)劃，工作量迅速激增。因此，有必要對(duì)數(shù)控機(jī)床、刀具等各類加工設(shè)施進(jìn)行合理分配與規(guī)劃，進(jìn)而優(yōu)化數(shù)控加工程序，提高復(fù)雜工件的加工效率。對(duì)此，必須做好以下幾項(xiàng)操作：

（1）將多種加工工序集聚起來。發(fā)揮數(shù)控機(jī)床技術(shù)對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工時(shí)，應(yīng)盡量保持加工工序集中，以便工件在一次裝夾后能夠完成大部分抑或是全部機(jī)床加工部分，并減少機(jī)床應(yīng)用量和工件裝夾時(shí)間量，避免機(jī)床之間出現(xiàn)較大的定位誤差，進(jìn)而提升生產(chǎn)效率。用數(shù)控技術(shù)加工復(fù)雜工具時(shí)，還要注重同軸孔系加工，以便于刀具能夠在一次定位后事項(xiàng)全部孔隙處于同一軸上，從而規(guī)避多次定位引發(fā)誤差，有力地提升加工精度。用數(shù)控技術(shù)加工復(fù)雜工件時(shí)，還要明確刀具的應(yīng)用工具與加工步驟，降低換刀頻率，減少空行程時(shí)間。總體而言，應(yīng)將加工工序集聚起來，盡量同一把刀進(jìn)行加工。

（2）粗加工后再進(jìn)行精細(xì)加工，近處加工后再做遠(yuǎn)處加工。飛機(jī)等復(fù)雜工件具有較高的加工精度要求，故而設(shè)定其加工工藝時(shí)，要充分把握工件材料剛度，深度剖析高溫狀態(tài)下工件表面是否會(huì)發(fā)生變形，嚴(yán)格遵照先粗略加工后精細(xì)化加工的基本原則。所謂近處加工后再做遠(yuǎn)處加工，主要是指分析加工點(diǎn)與刀具的位置，先行加工靠近刀具的地方，然后再加工距離刀具較遠(yuǎn)的地方，以便縮短刀具移動(dòng)距離，全面提升復(fù)雜工件的加工效率。

（3）平面加工完成后再對(duì)孔進(jìn)行加工。若復(fù)雜工件都同時(shí)擁有平面和孔的話，應(yīng)先運(yùn)用銑刀對(duì)復(fù)雜工件表面進(jìn)行加工，然后按照孔之直徑選用鉆頭抑或是銑刀對(duì)孔進(jìn)行加工。銑刀加工工件表面時(shí)，應(yīng)注意把握其切削力。若切削力過大，工件材料便會(huì)出現(xiàn)變形問題。所以要對(duì)工件進(jìn)行加工，待其恢復(fù)形狀后再對(duì)其孔進(jìn)行加工，確?？椎木葷M足既定要求。若是對(duì)孔先處理，再做平面加工，那么孔口就可能會(huì)出現(xiàn)飛邊等不良問題。一些工件，如型腔等有內(nèi)外兩個(gè)表面的，則應(yīng)先對(duì)其內(nèi)表面進(jìn)行粗略加工，然后再對(duì)其外表面進(jìn)行精細(xì)加工。

（4）刀具軌跡路徑不可太長(zhǎng)，且應(yīng)盡量減少程序段。用數(shù)控技術(shù)加工復(fù)雜工件時(shí)，為達(dá)成質(zhì)量與精度要求，要盡可能縮短刀具軌跡路徑，防止刀具經(jīng)常磨損并被大量消耗，且還可節(jié)約加工時(shí)長(zhǎng)。尤其是加工、進(jìn)刀、換刀、退刀等軌跡路徑，必須要盡可能縮短，才能減少空行程時(shí)間，提高加工水平。利用數(shù)控代碼對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工或編制時(shí)，還要盡量?jī)?yōu)化與簡(jiǎn)化程序，降低程序段數(shù)過多引發(fā)復(fù)雜工件加工問題，規(guī)避錯(cuò)誤，提高數(shù)控編程的效率，同時(shí)簡(jiǎn)潔的數(shù)控代碼還可以減少數(shù)控系統(tǒng)的資源占用，節(jié)省程序段的收入時(shí)間。

2.2 制定加工工序毛坯模型并簡(jiǎn)化其特征

建立毛坯模型的過程其實(shí)是對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行建模的具體過程?？衫肅AD設(shè)計(jì)對(duì)復(fù)雜工件的毛坯模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便及時(shí)識(shí)別復(fù)雜工件的加工特征。應(yīng)充分發(fā)揮特征簡(jiǎn)化技術(shù)的作用，立足工件設(shè)計(jì)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化工件的加工特征以便明確其毛坯模型，由此可充分完善不同工序模型。一般而言，可應(yīng)用以特征列表和高亮度圖形兩種不同的方式對(duì)工件特征進(jìn)行識(shí)別，選擇可以被簡(jiǎn)化的特征，自動(dòng)生成加工工序的模型，進(jìn)而形成毛坯模型。一般情況下，毛坯、工序模型的自動(dòng)有助于輔助工件加工工藝的規(guī)劃，有力地生成刀具軌跡，規(guī)避反復(fù)勞動(dòng)，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)水平，減少設(shè)計(jì)成本。

在建立復(fù)雜加工工件的毛坯模型時(shí)，應(yīng)先明確待切削的加工特征，并對(duì)此工序加工的特征進(jìn)行簡(jiǎn)化，進(jìn)而生成工序模型。而后在此工序模型基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)下一道工序，直到所有加工工序都完成。對(duì)此，可進(jìn)一步分解工藝規(guī)劃，對(duì)獨(dú)立的復(fù)雜工件工序進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，降低工藝規(guī)劃復(fù)雜水平。通常情況下，工件設(shè)計(jì)模型到工序模型、毛坯模型逆向生成復(fù)雜工件加工工序的過程，就是對(duì)工件設(shè)計(jì)模型和工序模型不斷進(jìn)行特征簡(jiǎn)化的過程。

值得一提的是，在制定復(fù)雜工件的毛坯模型時(shí)，要注重其數(shù)控代碼生成難度與工藝規(guī)劃難度，這主要由毛坯形狀與其具體的生成方式緊密相關(guān)。若單純地按照工件設(shè)計(jì)模型的最小外包圍的長(zhǎng)方體或最大輪廓草圖的拉伸體來制定毛坯模型，會(huì)形成較長(zhǎng)的刀具加工軌跡，致使工件加工時(shí)長(zhǎng)不斷延伸。如果是用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)進(jìn)行加工，那么其毛坯模型量會(huì)大量增加，降低計(jì)算速度，導(dǎo)致仿真效果不理想。在識(shí)別復(fù)雜工件基礎(chǔ)上建立毛坯模型，可使之形狀、尺寸等和設(shè)計(jì)模型更加靠近，從而降低去除量，提高毛坯材料的利用率，使數(shù)控加工技術(shù)所得復(fù)雜工件的加工效益不斷提升。

2.3 數(shù)控編程技術(shù)

不論是航空航天領(lǐng)域，還是汽車領(lǐng)域，對(duì)數(shù)控加工技術(shù)都提出了較高的要求，特別是其核心——數(shù)控編碼，要求尤其嚴(yán)格。因?yàn)樵摵诵呐c復(fù)雜工件的加工效率、加工精度緊密相連。傳統(tǒng)的數(shù)控程序更注重觀察刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，并力求在明確機(jī)器狀態(tài)的基礎(chǔ)上應(yīng)用簡(jiǎn)單代碼來對(duì)加工任務(wù)進(jìn)行細(xì)致地描述，然而今日，其已無法滿足現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)的發(fā)展需要。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)數(shù)控編程更傾向于應(yīng)用CAM軟件來深入開展人機(jī)交互工作，進(jìn)而從工件的設(shè)計(jì)模型中提取數(shù)控加工工藝規(guī)劃和數(shù)控編程需要的信息。一般而言，在復(fù)雜工件的數(shù)控加工技術(shù)中，工件特征是否和數(shù)控編碼相互融合直接影響了復(fù)雜工件的制作質(zhì)量。而數(shù)控加工程序的運(yùn)作主要如下：①利用自動(dòng)化數(shù)控技術(shù)對(duì)復(fù)雜工件的加工特征進(jìn)行自動(dòng)提取，一一羅列加工特征并形成具體表格。按照加工特征類型，整合其集合信息，選定加工過程中需用到的機(jī)床、刀具乃至夾具等多種加工設(shè)備，不斷完善與優(yōu)化加工工序，形成穩(wěn)定可靠的加工工藝規(guī)劃方案。②利用較完善的特征簡(jiǎn)化技術(shù)，對(duì)亟需加工的特征進(jìn)行簡(jiǎn)化，再由此構(gòu)建工序模型。③結(jié)合特征列表，明確加工工藝及其對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)，對(duì)刀具路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，完善其切削參數(shù)。在選擇加工方式時(shí)，應(yīng)注重聯(lián)合加工特征，以防止刀具運(yùn)動(dòng)軌跡出現(xiàn)偏差。④根據(jù)機(jī)床使用類型，明確數(shù)控加工系統(tǒng)程序，形成簡(jiǎn)化且具有較強(qiáng)規(guī)范性的數(shù)控程序代碼。⑤充分發(fā)揮數(shù)控加工及其仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的作用，虛擬加工復(fù)雜工件，檢驗(yàn)其新生成的數(shù)控程序代碼是否正確。同時(shí)，檢驗(yàn)刀具軌跡是否平滑，是否會(huì)出現(xiàn)碰撞問題。若存在失誤，應(yīng)注重調(diào)整與優(yōu)化已生成的代碼，直至加工要求得到滿足。唯有刀具軌跡通用性、穩(wěn)定性好，才能在特征識(shí)別、簡(jiǎn)化技術(shù)和加工工藝規(guī)劃的基礎(chǔ)上形成優(yōu)質(zhì)的數(shù)控程序代碼。

3 結(jié)語

數(shù)控技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，特別是數(shù)控加工設(shè)備精細(xì)度的提升，以及柔性的進(jìn)一步強(qiáng)化，有力消除了復(fù)雜工件加工難題，大大提高了數(shù)控技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量。但直至今日，加工復(fù)雜工件的數(shù)控技術(shù)仍未得到完善，實(shí)際生成的復(fù)雜加工件并不能達(dá)成精度與細(xì)度要求。加之加工工序繁瑣、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡限制條件多，數(shù)控編程人員工作量大、重復(fù)勞動(dòng)多，復(fù)雜工件加工經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，違背工件特征的實(shí)際需求。故此，有必要在明確復(fù)雜工件加工技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上深度剖析或解讀其數(shù)控加工技術(shù)，掌握其具體操作和注意事項(xiàng)，以便最大限度達(dá)成復(fù)雜工件的數(shù)控加工要求。

［1］錢寶升.探究基于特征的復(fù)雜工件數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)［J］.軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2016，（18）.

［2］龐一帆.基于特征的復(fù)雜工件數(shù)控加工簡(jiǎn)化技術(shù)研究［J］.軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2015，（18）.

Research on NC M achining Technology of Com p lex Characteristic Parts

YANG Li-qin
（Taixing Secondary Professional School，Jiangsu Province，Taizhou，Jiangsu 225400，China）

The rapid progress of numerical control technology has promoted the increase of complex workpiece varieties，so that the workpiece structure is becoming more and more complicated and integrated，and the difficulty of processing technology is increased，which puts forward higher requirements for NC machining complex workpiece technology.Based on the analysis of the characteristics of complex workpiece processing technology，this paper discusses the NC machining technology based on the characteristics of complex workpiece，including the process planning of complex workpiece,the development of roughing process and the simplification of the process，the programming of the NC，and so on.It is expected to provide feasible reference.

numerical control technology；complex workpiece；automatic process planning；rough model；numerical control programming

TG659

A

2095-980X（2017）06-0029-02

2016-05-23

楊麗琴，女，大學(xué)本科，講師，主要研究方向；機(jī)械教學(xué)，學(xué)生管理。