数控加工中的工艺与夹具设计中应注意的若干问题

田 涛

（南京林业大学，南京 210037）

数控加工中的工艺与夹具设计中应注意的若干问题

田 涛

（南京林业大学，南京 210037）

本文对数控加工中的工艺与夹具设计中要注意的问题进行分析探讨，希望能为数控机床的加工应用提供参考。

数控加工 工艺 夹具

1 数控加工中工艺设计需要注意的问题

数控加工中，工艺设计包括加工阶段划分、顺序安排、工序基准选择、内容设计等诸多内容。在进行设计过程中，必须考虑实际加工需要，凸显其独特性。

1.1 给进路线图设计

数控机床加工中，给进路线图的编制是数控编程依据，是自动化操作加工的关键。必须严格按照规定符号对刀具运动路线进行控制，如刀具下刀点、下刀位置、抬刀点及位置等，来确保刀具始终按照规定运动路线行进，顺利完成零件加工，强化对刀具运动的预判，减少加工中可能出现的偏转、碰撞等问题。

1.2 加工方案设计

数控机床加工中，加工方案的设计直接关系工件的生产精度、质量与效益等。对工件进行加工时，必须结合实际情况、加工条件及机床功能，选择最优方案，保证工件加工的经济性、合理性与可靠性等，以易操作、经济简便、科学合理等为目标进行设计。

工件加工要遵循诸多原则，如内孔的工件要先内后外，规避刀具刚性不足或者工件刚性不足等可能带来的问题，以先内后外加工手法保证加工精度、减少机械振动带来的负面影响。数控机床加工工件时要由近及远，先加工距离刀具起点近的位置，缩减刀具移动幅度、降低空走刀频率，提升加工效率与精度，保证工件刚性与质量。加工方案的设计要以工序最少、走刀路线最短为指导原则，以减少机床磨损率与编程出错率，从而在保证加工质量与精度的前提下提升加工效率。结合刀具特点、数控系统功能，选择最少程序，构建最短走到路线，从而提升加工效率与效益。除去上述原则外，数控机床加工中加工方案的设计还要适当考虑灵活性，结合工件加工要求、工艺要求等做灵活选择与处理。必要情况下，可选择打破以上原则，以确保工件加工质量为最终目标。

1.3 对刀点的选择

数控机床加工中，对刀点的选择至关重要，直接关系工件加工的程序与精度。对刀点位置灵活，既可分布在工件上，也可分布在工件外。刀点位置的确定要结合机床坐标、零件坐标定位等进行，以确保对刀点准确性，减少坐标点计算误差，保证机床找正，便于开展加工检验。比如，多孔工件对刀点的选择要结合加工工艺、工件设计基准进行确定。大批量工件加工中，还可选择多个对刀点以简化程序，减少互相之间加工干扰及工件碰撞等。

1.4 走刀路线的选择

走刀路线的选择直接关系数控加工质量与效率。要坚持工序集中、走刀路线最短这一原则，保证加工的经济性与效率。必要时，要综合考虑多方因素，选择最佳走刀方案，以实现工件的精加工。走刀路线的选择要坚持先粗后精，质量精度优先效率效益其次，装夹时提升数量减少换刀频率。必要时，还可先普通机床粗加工，后数控机床精加工，以提升效率。走刀路线方案的设计要注意规避过切削或者欠切削现象，以满足对工件表面粗糙度、精度加工要求，保证质量基础上不断优化走刀路线，以提升效率与效益。刀具切削用量的确定要结合加工程度、给进速度、转轴速度、背吃刀量间等构建最佳切削参数，通过合理选择切削用量兼顾加工质量、效率与成本。实际上，具体切削用量的确定要结合数控机床情况、工件要求、加工经验等情况进行选择。

2 数控加工中夹具设计需要注意的问题

夹具在数控机床加工中的应用，有助于提高生产效率与加工精度、降低废品率，扩大机床加工工艺范围，改善实际加工操作劳动条件，对工件制造至关重要。数控机床加工中夹具的设计要考虑定位、夹紧、刚性、更换等诸多问题，要在满足数控加工需求的基础上，结合工件情况确定最佳设计方案。

2.1 夹具的确定

数控机床中夹具的选择必须考虑工作效率这一指标，以减少辅助操作时间为目标，选择合适夹具，确保加工过程中的夹紧和准确定位，刚性满足加工要求，同工件及机床坐标系尺寸相匹配。夹具夹紧装置要做到不影响定位、力量适当、操作方便、结构简单。结合切削力大小确定夹紧力，夹紧力方向同工件刚性较好的方向与部位保持一致。作力点准确落在支承范围内，靠近加工表面。不少数控机床加工中，偏好选择拼装组合夹具，如孔系组合夹具、槽系组合夹具等，以发挥其反复使用这一优势，减少准备时间，保证加工效率，提升积极效益。

2.2 夹具的定位

数控机床加工中，夹具定位的准确度至关重要。数控编程这一阶段要以工件坐标系为原点，将工件定位、夹紧在夹具上进行准确安装。结合该位置坐标系及机床坐标系，确定对刀点，确保加工程序的顺利运转。在定位夹具上，可采用六点定位原则，通过用空间合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度，准确定位工件位置，方便实际生产中提升效率与精度。另外，还要考虑加工效率要求，设计夹具时对装夹工件数量进行确定，尽可能提升装夹数量，以降低停机频率，减少换刀时间与次数，提高加工效率与效益。

2.3 夹具的刚性

夹具设计中，要结合加工方案对刚性提出明确要求，以保证刚性满足加工需求。若精加工与粗加工需要使用同一套夹具，则必须保证高刚性；若工序过于集中，则要以最高刚性要求为基准设计夹具，以减少夹具刚性引发的各类问题，满足数控加工需要。

2.4 夹具的更换

数控机床加工中夹具需要进行更换，在进行同系列或同尺寸、加工结构相似的工件时，可从通用性角度出发设计夹具，以减少更换频率与次数，提高夹具利用效率与效益，降低生产成本。在更换夹具时，为保证定位精度，要注意夹具同定位件外圆之间不能有间隙，且过盈量不能过大，避免造成夹具更换困难。

3 结束语

综上所述，数控机床加工中，工艺与夹具设计需要注意的问题很多，要结合数控机床情况合理设计给进路线图、加工方案、对刀点与走刀路线，做好夹具的选择、定位与使用，从而构建最优加工方案，保证工件加工的质量、精度与效率，提升数控加工效益。

[1]张国政，周元枝.轮辋数控加工工艺分析及其加工中心夹具设计[J].机床与液压，2014，（14）：30-32.

[2]翟佳彬.数控车床加工中空叉架轴工艺及工装夹具设计[J].中国新技术新产品，2015，（24）：52-53.

Some Problems to be Noticed in the Process and Fixture Design of NC Machining

TIAN Tao
(Nanjing Forestry University, Nanjing 210037)

In this paper, CNC machining process and fixture design to pay attention to the problem of analysis and discussion, hoping to provide reference for the processing of CNC machine tools.

NC machining, process, fixture