CAM数控加工工艺的优化方式

1.数控加工的工艺特点

数控加工与通用机床加工相比较，其遵循的原则在许多方面基本一致。但由于数控机床本身的自动化程度较高，控制方式不同，设备费用也高，使数控加工工艺相应形成了以下几个特点：

（1）数控加工工艺远比普通机械加工工艺复杂

数控加工工艺要考虑加工零件的工艺性，加工零件的定位基准和装夹方式，也要选择刀具，制定工艺路线、切削方法及工艺参数等，而这些在常规工艺中均可以简化处理。因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。相同的数控加工任务，可以有多个数控工艺方案，既可以选择以加工部位作为主线安排工艺，也可以选择以加工刀具作为主线来安排工艺。数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色，是与传统加工工艺的显著区别。

（2）数控加工工艺设计要有严密的条理性

由于数控加工的自动化程度较高，相对而言，其自适应能力就较差。而且数控加工的影响因素较多，比较复杂，需要对数控加工的全过程深思熟虑，数控工艺设计必须具有很好的条理性，也就是说，数控加工工艺的设计过程必须周密、严谨，没有错误。

（3）数控加工工艺的继承性较好

凡经过调试、校验和试切削过程验证的，并在数控加工实践中证明是好的数控加工工艺，都可以作为模板，供后续加工相类似零件调用，这样不仅节约时间，而且可以保证质量。作为模板本身在调用中也是一个不断修改完善的过程，可以达到逐步标准化、系列化的效果。因此，数控工艺具有非常好的继承性。

（4）数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产

由于数控加工的自动化程度高，安全和质量是至关重要的。数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生产。在普通机械加工中，工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产，一般不需要上述的复杂过程。

高质量的数控加工程序，源于周密、细致的技术可行性分析、总体工艺规划和数控加工工艺设计。一般情况下，在选择和决定数控加工内容的过程中，有关工艺人员必须对零件图或零件模型进行足够具体与充分的工艺性分析。在进行数控加工的工艺性分析时，编程人员应根据所掌握的数控加工基本特点及所用数控机床的功能和实际工作经验，力求把这一前期准备工作做得更仔细、更扎实，以便为下面要进行的工作铺平道路，减少失误和返工，不留隐患。根据大量加工实例分析，数控加工中失误的主要原因多为工艺方面考虑不周和计算与编程时粗心大意。因此，在进行编程前做好工艺分析规划是十分必要的。

2.工艺分析和规划

交互式图形编程工艺分析和规划的主要内容包括加工对象及加工区域规划、加工工艺路线规划、加工工艺和加工方式规划3个方面。

（1）加工对象及加工区域规划

加工对象及加工区域规划是将加工对象分成不同的加工区域，分别采用不同的加工工艺和加工方式进行加工，目的是提高加工效率和质量。

常见的需要进行分区域加工的情况有以下几种：

1）加工表面形状差异较大，需要分区加工。例如，加工表面由水平平面和自由曲面组成。显然，对这两种类型的加工表面可采用不同的加工方式以提高加工效率和质量，即对水平平面部分采用平底铣刀加工，刀轨的行间距可超过刀具的半径，以提高加工效率；而对曲面部分则应使用球头刀加工，行间距远小于刀具半径，以保证表面粗糙度。

2）加工表面不同区域尺寸差异较大，需要分区加工。例如，对于较为宽阔的型腔可采用较大的刀具进行加工，以提高加工效率；而对于较小的型腔或转角区域使用大尺寸刀具不能进行彻底加工，应采用较小刀具以确保加工的完备性。

3）加工表面要求的精度和表面粗糙度差异较大时，需要分区加工。例如，对于同一表面的配合部位要求精度较高，需要以较小的步距进行加工；而对于其他精度和表面粗糙度要求较低的表面可以以较大的步距加工以提高效率。(www.xing528.com)

4）为有效控制加工残余高度，应针对曲面的变化采用不同的刀轨形式和行间距进行分区加工。

（2）加工工艺路线规划

加工工艺路线规划是指整个工艺过程，不能以某一工序的性质和某一表面的加工来判断。例如有些定位基准面，在半精加工阶段甚至在粗加工阶段中就需加工得很准确。有时为了避免尺寸链换算，在精加工阶段中，也可以安排某些次要表面的半精加工。

在数控工艺路线设计时，首先要考虑加工顺序的安排。加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是保证定位夹紧时工件的刚性和利于保证加工精度。加工顺序安排一般应遵循以下原则：

1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，也要综合考虑。

2）加工工序应由粗加工到精加工逐步进行，加工余量由大到小。

3）先进行内腔加工工序，后进行外形的加工工序。

4）尽可能采用相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，减少换刀次数与挪动压紧元件次数。

5）在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。

数控加工的工艺路线设计还要考虑数控加工工序与普通工序的衔接，数控加工的工艺路线设计常常仅是几道数控加工工艺过程，而不是指毛坯到成品的整个工艺过程。由于数控加工工序常常穿插于零件加工的整个工艺过程中间，因此在工艺路线设计中一定要全面，使之与全部工艺过程协调吻合。如果协调衔接得不好就容易产生矛盾，最好的办法是建立下一工序向上一工序提出工艺要求的机制，如要不要留加工余量，留多少；定位面与定位孔的精度要求及几何公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态要求等。目的是达到相互能满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。

（3）加工工艺和切削方式规划

加工工艺和切削方式规划是实施加工工艺路线的细节设计。其主要内容包括：

1）刀具选择。为不同的加工区域、加工工序选择合适的刀具，刀具的正确选择对加工质量和效率有较大的影响。

2）刀轨形式选择。针对不同的加工区域、加工类型、加工工序选择合理的刀轨形式，以确保加工的质量和效率。

3）误差控制。确定与编程有关的误差环节和误差控制参数，保证数控编程精度和实际加工精度。

4）残余高度的控制。根据刀具参数、加工表面特征确定合理的刀轨行间距，在保证加工表面质量的前提下尽可能提高加工效率。

5）切削工艺控制。切削工艺包括切削用量控制（包括切削深度、刀具进给速度、主轴旋转方向和转速控制等）、加工余量控制、进退刀控制、冷却控制等诸多内容，是影响加工精度、表面质量和加工损耗的重要因素。

6）安全控制。包括安全高度、避让区域等涉及加工安全的控制因素。工艺分析规划是数控编程中较为灵活的部分，受到机床、刀具、加工对象（如几何特征、材料等）等多种因素的影响。从某种程度上可以认为工艺分析规划基本上是加工经验的体现，因此要求编程人员在工作中不断总结和积累经验，使工艺分析和规划更符合其实际工作的需要。本书中将尽可能多地介绍一些常规的工艺规划要点。