数控加工技术及设备研究

王跃华

摘 要：数控技术源于航空工业，于20世纪40年代美国一家航空公司提出，经过这么多年的发展，数控机床已经逐步应用于各个工业部门，从而提升了加工产业的自动化进程。文章首先对数控加工操作过程进行了分析，再分析了数控加工技术的主要特点、加工工艺原则、数控加工刀具选择方案、操作安全方案，通过对数控加工技术及设备使用注意事项的研究，达到更好的应用数控机床提升工业自动化的效果。

关键词：数控加工；加工工艺；刀具选择；操作安全

数控加工方法，是指在数控机床上进行零件加工的一种方法。数控机床是对传统机床的总结和改进，数控机床加工相对于传统机床加工方面，克服了传统机床加工的缺点，极大的提升了加工工艺的自动化水平和生产效率，节省了人工，降低了操作工艺时长。数控加工，是在数控机床上，运用编程的方法，并结合复杂的模型计算，采取数字信息来控制零件和刀具位移，从而达到加工零件的目的的一种工艺过程。数控加工对于精度要求高、形状复杂、品种多样、批量小等性质的零件有很适合的加工效果。

1 数控加工操作过程分析

数控加工，是指应用数控机床对零件进行加工的一系列过程。数控加工的机器称为数控机床，数控机床受控于数控系统（专用或者是通用计算机），数控机床的运动由数控系统的指令来引导。数控指令是程序员根据所需要加工材料的要求、材质、机床的特性等，结合具体的指令规范和格式来进行编写的。数控机床的受控大致分为机器的启动、运作、停止；刀具的选择、更换；主轴的旋转、变速；进给的速度、方向、方式等等。

2 数控加工技术主要特点

数控机床的加工技术具有以下一些特点：第一、工序集中。数控机床自动化水平比较高，一般带有自动可以切换的刀库和刀架，程序自动控制换刀过程，所以，工序比较集中，能够为企业节省人力和物力。表现在一是减少了机床占地面积，二是减少了中间操作环节（比如物品暂存等）。第二、自动化水平高。数控加工技术在工作过程中，控制刀具过程不需要人工控制，自动化程度比较高。表现在四个方面，一是对操作工人的技术水平要求低。数控加工工人的培养时间比较短，短期就能上手实践，并且加工出来的工件精度高、时间少。减少了工人的劳动强度，从而节省了劳动时间。二是产品质量稳定。加工自动化水平提升，促使加工过程避免了由于人的误差而导致的产品质量缺陷。三是产出效率高，数控机床自动控制刀具的切换，使得加工效率较高。第三、柔性好。数控机床克服了传统机床和传统专机的缺点，可以通过改变程序来加工不同的零件，并且能够实现自动化操作，从而显示出柔性好、效率高的特点，更能适应社会的竞争。第四、适应能力强。数控机床特别适合加工质量要求高、急需器件、新产品等等，能够对各种轮廓进行精确加工。

3 数控加工工艺原则分析

数控机床在加工原则方面表现在下面四点：下道工序不能被上道工序的加工影响；先进行内孔加工，再进行外形加工；相同加工工艺的工序，应该连续进行，从而减少换刀过程；安装过程应该从刚性影响较小的工序开始。下面分析加工路线和优缺点。

3.1 加工路线分析

加工路线包括从对刀点（或者说是机床固定原点）开始算起，直到返回该点，这整个程序过程中所经过的路径。包括切入、切出以及空行程三个方面的路径。精加工的加工路线应该将粗加工及空行程的进给路线的选择为重点。并且在加工过程中应该确保工件表面的粗糙度和工件精度、促使路线最短、简化加工程序、应用子程序简化程序编写。

3.2 加工优缺点分析

数控加工具有以下优点：工装数量能够大量减少；加工工件质量稳定以及精度高；对于小批量和多品种等工件的生产效率高；可以加工复杂型面。数控加工的缺点是维修费用高，并且对维修人员的技术水平提出了很高的要求。

4 数控加工刀具选择探讨

4.1 选择刀具原则

4.1.1 选择数控刀具的原则

刀具寿命与切削用量的关系密切。在进行切削用量的制定时，应该合理选择刀具寿命。而刀具寿命的选择应该根据所要达到的目标确定，受到其他很多因素的影响。一般情况下，最高生产率刀具寿命由目标为单件工时最少确定，最低成本刀具寿命由工序成本最低来决定。

4.1.2 选择数控车削用刀具原则

数控车削用刀一般有成型、尖形、圆弧形车刀这三类。一般在数控加工过程中，不鼓励采用成型车刀。而尖形车刀的选择在几何参数方面与普通扯削时大致相同，结合数控加工的路线、干涉等进行综合分析，也应该将刀尖考虑在内。圆弧形车刀比较适用于加工工件的表面，其刀位点在圆弧的圆心上。选择圆弧形车刀时，应该考虑车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径。

4.1.3 选择数控铣削刀具原则

在数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平面常用平底立铣刀，相关参数设置比较复杂，需要结合零件的内轮廓、加工高度等进行分析。

4.2 刀点分析

刀点是刀具相对于工件运动的起点，在程序开始执行时，应该确定刀具相对于工件坐标系下的运动位置。而程序编写过程中，应该首先正确的确定对刀点的位置。选择对刀点应该以便于编写程序和处理数值为原则。在实际操作过程中，可以手动对刀，选择刀位点，工厂一般采用光学的对刀仪、对刀镜等等。

4.3 切削用量分析

在进行数控编程时，应该对每道工序的切削用量进行确定，并通过指令的形式表现在程序中。切削用量包括主轴转速、进给速度、背吃刀量这三个方面的确定等等。确定原则为：根据刀具需要，发挥刀具的使用性能，确保刀具的使用寿命，提升机床的性能，保证加工零件的精度，提高生产效率。

5 数控加工操作安全分析

为了确保数控机床高效加工的实现，应该保障操作的安全性，包含两个方面：第一、达到文明生产要求。文明生产对操作人员的素质提出了很高的要求，包括用好、管好、维护好数控机床，并且能够掌握数控机床的性能，操作熟练。第二、符合操作流程要求。减少操作故障，正确使用数控机床，对数控机床进行合理操作。

6 结束语

根据本文对数控机床使用和数据加工技术相关问题的分析，可以知道，数控加工是实现工业自动化的有效手段。未来发展过程中的3D数控加工机床可以使得操作更加的精确，有效避免仪器的损坏，能够有效保证加工工艺的准确性以及加工过程的高效性。3D数控加工通过结合算法的使用，能够计算出模型的工艺轨迹，从而可以实现金属加工和切割的模拟操作。不管是何种性质的数控机床，在进行实际生产过程中，都需要根据实际需要进行规划和管理，促进加工效率的不断提升。

参考文献

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