劉家倫

（大連科技學院，遼寧 大連116052）

1 概述

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)水平的不斷提升，數(shù)控加工方式獲得了大范圍普及，逐步取代了傳統(tǒng)加工設(shè)備，成為了機械加工中不可或缺的一部分。數(shù)控加工方式與傳統(tǒng)機械加工方式具有較大的相似點，但是在加工效率、加工精度等方面要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)機械設(shè)備。

數(shù)控加工過程中，制定合理的加工工藝非常重要，不僅有利于提高數(shù)控加工的安全性，也能夠有效提高數(shù)控加工品質(zhì)與效率，要充分認識到數(shù)控加工工藝的特殊性，合理規(guī)劃數(shù)控加工工藝。此外數(shù)控夾具也是影響零部件加工精度的重要部分，設(shè)計合理的夾具是保證零部件正確加工的前提。為此，本文從數(shù)控機械加工工藝與夾具設(shè)計兩個方面進行研究，對相關(guān)問題進行探討，促使數(shù)控加工水平能夠獲得進一步發(fā)展。

2 數(shù)控加工工藝設(shè)計

數(shù)控加工中很多工藝的設(shè)定可以依照傳統(tǒng)的工藝方法進行，比如說加工流程、基準面選擇以及熱處理工序等，但是在刀具進給路線的選擇、加工安全性等方面必須要給予高度關(guān)注。

2.1 數(shù)控加工進給路線設(shè)計

數(shù)控進給路線圖表示用行業(yè)統(tǒng)一的符號準確體現(xiàn)出刀具的運動軌跡，主要包含有刀具運動軌跡、起點位置、切削位置、切削量、起刀點以及起刀高度等[1]。數(shù)控進給路線圖是開展數(shù)控編程工作的主要載體，數(shù)控加工人員也能夠依照數(shù)控進給路線圖提前預(yù)知刀具的運動情況。嚴格遵照數(shù)控進給路線圖進行編程，可以很好的預(yù)防切削刀具與工件、夾具等產(chǎn)生碰撞，引起加工設(shè)備的損壞。現(xiàn)階段不同的數(shù)控技術(shù)人員繪制的數(shù)控加工進給路線圖有一定的差異，如圖所示為某個要求加工不規(guī)則外形的數(shù)控加工進給線路圖。

不規(guī)則外形的零件數(shù)控加工進給線路圖

2.2 切削安全性問題

數(shù)控加工中，機械動作都是依照數(shù)控程序逐步進行的，現(xiàn)階段數(shù)控加工速度非?？欤ㄟ^人工干預(yù)難防范緊急情況。所以，在使用數(shù)控設(shè)備進行加工過程中，必須要格外重視設(shè)備安全與操作者安全。數(shù)控加工中任何加工速度的提升都必須建立在安全的基礎(chǔ)上，這也是數(shù)控加工安全的基本守則。數(shù)控機床運行中相關(guān)部件運行速度較快，產(chǎn)生的慣性也相應(yīng)增大，即便是運動部件微小的碰撞也會影響到機床的整體運行[2]。

首先，數(shù)控切削進給量不能太大。在傳統(tǒng)觀念中，數(shù)控設(shè)備中加工三要素的數(shù)值要比普通機床要大，這是沒有任何科學依據(jù)的。在實際加工過程中，進給量以及進給速度的選取要結(jié)合待加工零件材質(zhì)、機床、刀具以及夾具的強度等。數(shù)控加工效率的提升，一方面要優(yōu)化數(shù)控程序，盡可能的降低刀具空走時間，另一方面要保證滿足加工精度要求的前提下，盡可能的提升切削量。但是切削量的增加也要在合理的范圍內(nèi)，防止出現(xiàn)崩刀、工件被擊落等問題，避免由于設(shè)備故障耽誤更長的加工時間[3]。

其次，提高換刀環(huán)節(jié)的安全性。加工中心設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)刀具的自主切換，但是對加工中心設(shè)備故障情況進行分析和歸納可以看出，有大約一半以上的問題都集中在換刀部位，所以在進行數(shù)控加工中應(yīng)當遵從科學換刀、盡可能少換刀的原則[4]。比如說在使用日內(nèi)瓦刀庫時，因為不具備自動換刀的機械手，一般將刀庫調(diào)整到和主軸距離較近位置時進行換刀，在這個過程中要特別注意查看主軸上以及相對應(yīng)的刀位上不能同時有刀，否則會造成刀具的碰撞，損壞刀具部件。

3 數(shù)控加工夾具設(shè)計

在傳統(tǒng)機床上夾具的功能主要為夾緊、定位、導向以及對刀，在進行數(shù)控機床夾具設(shè)計時，其夾緊與定位功能和傳統(tǒng)機床夾具差別不大，然而數(shù)控加工中需要基于工件坐標系規(guī)劃工件與夾具的相對位置，這個方面和傳統(tǒng)機床夾具具有較大的區(qū)別。

3.1 夾具在機床中定位問題

數(shù)控夾具也是數(shù)控加工中不可或缺的一部分，不管是數(shù)控銑床、車床，還是加工中心，在進行數(shù)控加工中都離不開夾具的使用。在進行數(shù)控程序編寫時，通常以零部件坐標系原點為參考點，而對零部件的定位以及夾緊操作都是在夾具上完成的。當將夾具裝配到數(shù)控機床上時，就同時決定了零部件的坐標系原點。然而這個坐標系原點和機床本身的原點位置在x、y、z 軸三個方向存在一定的偏差。為了彌補這個位置偏差，可以通過G54-G59 這個數(shù)控指令來完成，即設(shè)置對刀點，在結(jié)束這部分工作后就明確了工件坐標系與機床坐標系之間的偏差，為程序正常運行奠定基礎(chǔ)[5]。然而當需要將工件夾具拆卸下來重新安裝時，就會導致零部件坐標系原點與機床原點相對位置出現(xiàn)變化，為了確保數(shù)控程序能夠熟練運行，必須要通過G54-G59 指令重新進行對刀操作，使得工作更加繁瑣，也浪費了大量的時間。

為了解決上述問題，首先，在夾具中增設(shè)一個定位塊，并將定位塊與夾具放到指定的位置；其次，機床初始化以后，將定位塊的兩個基準面分別對準主軸下方與前方，準確記錄定位塊相對位置尺寸；最后，在將數(shù)控夾具拆卸后進行再次裝配時，確保定位塊的位置不發(fā)生變化，那么零部件坐標系原點在x、y 軸方向與機床坐標系原點的相對位置就不會發(fā)生變化，另外零部件z 軸方向的高度通常由夾具高度決定的，在夾具不變的情況下z軸方向與機床坐標系原點的相對位置也不會產(chǎn)生變化，確保夾具拆卸前后零部件坐標系原點與機床坐標系原點的相對位置不會改變。

3.2 夾具設(shè)計其它問題

第一，在進行數(shù)控夾具設(shè)計時，夾具剛性要預(yù)留較大的安全系數(shù)。數(shù)控加工過程中，往往是完成一整套加工環(huán)節(jié)，這就意味著在進行粗加工與精加工時采用的夾具是一樣的，而在粗加工狀態(tài)下，刀具進給量較大，夾具承受的力也更大，所以在進行夾具設(shè)計時要充分考慮到強度因素[6]。

第二，夾具設(shè)計時盡可能實現(xiàn)多工件裝夾。當加工的零部件外形尺寸不大時，可以同時夾持多個零部件，極大的縮減了零部件換裝時間，提高加工效率；此外相同的刀具能夠同時對多個零部件進行加工，減少了不必要的換刀操作。

4 結(jié)論

數(shù)控加工在推動我國機械加工領(lǐng)域不斷發(fā)展上做出了重大貢獻，相比較于傳統(tǒng)機械加工，數(shù)控加工具有加工效率高、加工精度高等優(yōu)勢，適合大批量生產(chǎn)，在進行數(shù)控加工時，要特別注意數(shù)控加工工藝的制定以及夾具的設(shè)計，明白與傳統(tǒng)加工之間的共同點與差異點，更好發(fā)揮出數(shù)控加工的優(yōu)勢。