复杂特征零件数控加工技术研究

杨丽琴

（江苏省泰兴中等专业学校，江苏 泰州 225400）

复杂特征零件数控加工技术研究

杨丽琴

（江苏省泰兴中等专业学校，江苏 泰州 225400）

数控技术的长足进步推动了复杂工件品种的增加，使工件结构日渐趋向复杂化与整体化，加工工艺难度提高，从而对数控加工复杂工件技术提出了更高地要求。文章在分析复杂工件加工技术特点的基础上详细探讨了基于复杂工件特征的数控加工技术，包括复杂工件的工艺规划、加工工序毛坯模型制定与特征简化、数控编程等，期望能为相关同行提供可行性参考资料。

数控技术；复杂工件；自动工艺规划；毛坯模型；数控编程

数控技术的长足进步使加工工件逐渐趋向复杂化，而市场竞争的日益加剧，又对复杂工件质量、精度提出了更高地要求。基于此，善于处理复杂工件精密问题的数控加工技术脱颖而出，成为人们关注的焦点。数控加工技术具有自动化、集成化、柔性化和网络化特性，有利于自动识别出复杂工件模型的典型特征，从而使工件加工人员能够进一步明确数控加工的工艺规划、刀具的选择、数控代码的生成，进而保障生产所得复杂工件能充分满足数控产品生产需要。

1 复杂工件的数控加工特点

随着复杂工件形状日渐增多，复杂工件的特征也愈加复杂，这对数控加工工艺、编程都提出了较高的要求。文章通过收集与整理相关研究文献，总结出了复杂工件的数控加工特点：①品种繁多。不同领域复杂工件的几何体结构存在较大差异，且其设计与制造具有明显的小批量加工特征。②整体化与复杂化特征明显，加工难度相对较大，故而复杂工件设计者、编程员、加工执行者必须具备较高的专业素质，以便高效落实数控加工工作。③材料去除量大。不管是飞机航空工件，还是汽车外壳工件，其都需去除大量的材料，占比约达90%。除此之外，复杂加工件因为特征较为复杂，所以毛坯件价格相对较高。这也使复杂工件的加工成本成为较难处理的问题。④加工质量要求高。虽然企业并不将复杂加工件的质量视作是经营目标，但其是产品销售的先决条件。特别是一些安全性能要求较高的复杂工件，其质量更需受到重视。⑤毛坯材料种类多。材料技术与冶金技术的蓬勃进步，对复杂工件的精度提出了更高地要求，加之可选择的加工工艺不断创新，毛坯材料的种类也不断增多，如在金属毛坯的基础上又进一步延伸出了更丰富的非金属毛坯，大大提高了数控加工技术的适配率。

2 基于复杂工件特征的数控加工技术

复杂工件结构越来越复杂，加工精度要求不断提高，数控加工技术进一步发展，实现了复杂工件的高速度、高精度加工。而市场竞争的不断加剧，对缩短产品的设计周期、生产周期提出了更严格的要求，从而促使数控加工向复合化和网络化方向发展。纵观基于特征的复杂工件数控加工系统整体框架，可知复杂工件的工艺规划、加工工序毛坯模型制定与特征简化、数控编程等是其非常关键的组成部分。

2.1 复杂工件的工艺规划

用数控加工技术加工复杂工件，离不开工艺规划的支持。优质的工艺规划有利于提高工件加工质量，提升加工效率，增加产品的经济效益。相反，若工艺规划不到位，加工过程出现遗漏，形成的数控代码便会出现不准确问题，甚至造成损失，以至于加工方不得不重新设计工艺规划，工作量迅速激增。因此，有必要对数控机床、刀具等各类加工设施进行合理分配与规划，进而优化数控加工程序，提高复杂工件的加工效率。对此，必须做好以下几项操作：

（1）将多种加工工序集聚起来。发挥数控机床技术对复杂工件进行加工时，应尽量保持加工工序集中，以便工件在一次装夹后能够完成大部分抑或是全部机床加工部分，并减少机床应用量和工件装夹时间量，避免机床之间出现较大的定位误差，进而提升生产效率。用数控技术加工复杂工具时，还要注重同轴孔系加工，以便于刀具能够在一次定位后事项全部孔隙处于同一轴上，从而规避多次定位引发误差，有力地提升加工精度。用数控技术加工复杂工件时，还要明确刀具的应用工具与加工步骤，降低换刀频率，减少空行程时间。总体而言，应将加工工序集聚起来，尽量同一把刀进行加工。

（2）粗加工后再进行精细加工，近处加工后再做远处加工。飞机等复杂工件具有较高的加工精度要求，故而设定其加工工艺时，要充分把握工件材料刚度，深度剖析高温状态下工件表面是否会发生变形，严格遵照先粗略加工后精细化加工的基本原则。所谓近处加工后再做远处加工，主要是指分析加工点与刀具的位置，先行加工靠近刀具的地方，然后再加工距离刀具较远的地方，以便缩短刀具移动距离，全面提升复杂工件的加工效率。

（3）平面加工完成后再对孔进行加工。若复杂工件都同时拥有平面和孔的话，应先运用铣刀对复杂工件表面进行加工，然后按照孔之直径选用钻头抑或是铣刀对孔进行加工。铣刀加工工件表面时，应注意把握其切削力。若切削力过大，工件材料便会出现变形问题。所以要对工件进行加工，待其恢复形状后再对其孔进行加工，确保孔的精度满足既定要求。若是对孔先处理，再做平面加工，那么孔口就可能会出现飞边等不良问题。一些工件，如型腔等有内外两个表面的，则应先对其内表面进行粗略加工，然后再对其外表面进行精细加工。

（4）刀具轨迹路径不可太长，且应尽量减少程序段。用数控技术加工复杂工件时，为达成质量与精度要求，要尽可能缩短刀具轨迹路径，防止刀具经常磨损并被大量消耗，且还可节约加工时长。尤其是加工、进刀、换刀、退刀等轨迹路径，必须要尽可能缩短，才能减少空行程时间，提高加工水平。利用数控代码对复杂工件进行加工或编制时，还要尽量优化与简化程序，降低程序段数过多引发复杂工件加工问题，规避错误，提高数控编程的效率，同时简洁的数控代码还可以减少数控系统的资源占用，节省程序段的收入时间。

2.2 制定加工工序毛坯模型并简化其特征

建立毛坯模型的过程其实是对复杂工件进行建模的具体过程。可利用CAD设计对复杂工件的毛坯模型进行设计，以便及时识别复杂工件的加工特征。应充分发挥特征简化技术的作用，立足工件设计模型进行设计，简化工件的加工特征以便明确其毛坯模型，由此可充分完善不同工序模型。一般而言，可应用以特征列表和高亮度图形两种不同的方式对工件特征进行识别，选择可以被简化的特征，自动生成加工工序的模型，进而形成毛坯模型。一般情况下，毛坯、工序模型的自动有助于辅助工件加工工艺的规划，有力地生成刀具轨迹，规避反复劳动，进而提升设计水平，减少设计成本。

在建立复杂加工工件的毛坯模型时，应先明确待切削的加工特征，并对此工序加工的特征进行简化，进而生成工序模型。而后在此工序模型基础上优化改进下一道工序，直到所有加工工序都完成。对此，可进一步分解工艺规划，对独立的复杂工件工序进行独立设计，降低工艺规划复杂水平。通常情况下，工件设计模型到工序模型、毛坯模型逆向生成复杂工件加工工序的过程，就是对工件设计模型和工序模型不断进行特征简化的过程。

值得一提的是，在制定复杂工件的毛坯模型时，要注重其数控代码生成难度与工艺规划难度，这主要由毛坯形状与其具体的生成方式紧密相关。若单纯地按照工件设计模型的最小外包围的长方体或最大轮廓草图的拉伸体来制定毛坯模型，会形成较长的刀具加工轨迹，致使工件加工时长不断延伸。如果是用数控加工仿真系统进行加工，那么其毛坯模型量会大量增加，降低计算速度，导致仿真效果不理想。在识别复杂工件基础上建立毛坯模型，可使之形状、尺寸等和设计模型更加靠近，从而降低去除量，提高毛坯材料的利用率，使数控加工技术所得复杂工件的加工效益不断提升。

2.3 数控编程技术

不论是航空航天领域，还是汽车领域，对数控加工技术都提出了较高的要求，特别是其核心——数控编码，要求尤其严格。因为该核心与复杂工件的加工效率、加工精度紧密相连。传统的数控程序更注重观察刀具运动轨迹，并力求在明确机器状态的基础上应用简单代码来对加工任务进行细致地描述，然而今日，其已无法满足现代数字制造技术的发展需要。现阶段，国内数控编程更倾向于应用CAM软件来深入开展人机交互工作，进而从工件的设计模型中提取数控加工工艺规划和数控编程需要的信息。一般而言，在复杂工件的数控加工技术中，工件特征是否和数控编码相互融合直接影响了复杂工件的制作质量。而数控加工程序的运作主要如下：①利用自动化数控技术对复杂工件的加工特征进行自动提取，一一罗列加工特征并形成具体表格。按照加工特征类型，整合其集合信息，选定加工过程中需用到的机床、刀具乃至夹具等多种加工设备，不断完善与优化加工工序，形成稳定可靠的加工工艺规划方案。②利用较完善的特征简化技术，对亟需加工的特征进行简化，再由此构建工序模型。③结合特征列表，明确加工工艺及其对应的相关参数，对刀具路径进行设计，完善其切削参数。在选择加工方式时，应注重联合加工特征，以防止刀具运动轨迹出现偏差。④根据机床使用类型，明确数控加工系统程序，形成简化且具有较强规范性的数控程序代码。⑤充分发挥数控加工及其仿真验证系统的作用，虚拟加工复杂工件，检验其新生成的数控程序代码是否正确。同时，检验刀具轨迹是否平滑，是否会出现碰撞问题。若存在失误，应注重调整与优化已生成的代码，直至加工要求得到满足。唯有刀具轨迹通用性、稳定性好，才能在特征识别、简化技术和加工工艺规划的基础上形成优质的数控程序代码。

3 结语

数控技术的长足进步，特别是数控加工设备精细度的提升，以及柔性的进一步强化，有力消除了复杂工件加工难题，大大提高了数控技术产品的质量。但直至今日，加工复杂工件的数控技术仍未得到完善，实际生成的复杂加工件并不能达成精度与细度要求。加之加工工序繁琐、刀具运动轨迹限制条件多，数控编程人员工作量大、重复劳动多，复杂工件加工经常会出现错误，违背工件特征的实际需求。故此，有必要在明确复杂工件加工技术特点的基础上深度剖析或解读其数控加工技术，掌握其具体操作和注意事项，以便最大限度达成复杂工件的数控加工要求。

［1］钱宝升.探究基于特征的复杂工件数控加工关键技术［J］.军民两用技术与产品，2016，（18）.

［2］庞一帆.基于特征的复杂工件数控加工简化技术研究［J］.军民两用技术与产品，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

杨丽琴，女，大学本科，讲师，主要研究方向；机械教学，学生管理。