以手柄加工为例探讨数控加工工艺重要性

魏小兵

(江苏省常州技师学院，江苏 常州 213000)

0 引言

我国工业技术的发展得力于加工制造能力的提高，机械部件都由各种各样不同的零部件组成，而制造这些不同的零部件离不开优秀的技术工人和先进的制造装备。纵观我国这些年制造业的发展，不难看出，我国的制造业在突飞猛进的同时还存在较大的发展空间，很多产品的质量还需要较大地提升。但决定零件制造质量的因素很多，而其中零件数控加工工艺制定的优劣是重要因素之一。本文就以手柄的数控加工为例，对数控加工中工艺分析的重要性进行论述，提出了改进加工工艺的一些措施，供广大同行参考。

1 零件数控加工工艺探析

以如图1所示的手柄零件加工为例，材料：硬铝；毛坯：Φ30×80mm，批量加工1000件，7d内交货。

图1 手柄零件图

1.1 零件材料分析的重要性

保证材料的质量是加工该零件的重要基础，因此，采购在购买材料时要不折不扣地购买图纸要求的零件材料，材料进库前要经过检测，保证材料的一致性。零件在数控加工过程中，可能需要经历多个工序的加工，材料在不同的加工环境下，可能会出现不同的加工性能，因此，在加工前，要对材料在不同加工环境下所要使用的加工参数和加工条件进行确定。比如零件在有冷却液和无冷却液的机床下加工，材料所展现的切削性能有较大差距。有些零部件采用的是锻造、型材毛坯，有些直接采用块状或圆形材料。不同形状的材料所展现出的加工工艺也是不同的。此外，零件的用途对零件材质有不同的要求，比如，如图1所示的手柄零件，该零件主要承受旋转轮的旋转受力，因此要求手柄具有较高的强度，但考虑到经济性和实用性，选择硬铝材料作为该零件的毛坯材料。鉴于以上原则，在加工复杂零件时应采用铸造型材毛坯较好，加工简单零件时选择锻造毛坯较好。最后，在选择毛坯时要结合实际情况，能满足机床装配和零件运行的要求。简言之，做好零部件材料的选择，能避免零件在加工过程中出现各种问题，提高生产效率还减小损失和浪费。

1.2 确定加工工艺路线的重要性

工艺路线的制定直接关系到零件加工效率和加工质量。零件用于部件的组装，在不同的场合承受不同的作用，加工方法和工艺都需要仔细研究。工艺路线决定了零件各个加工要素的加工顺序。因此，数控加工过程中，工艺员拿到图纸后，要对图纸进行全面地分析，对每个尺寸精度采用什么样的工艺路线去保证，表面质量采用什么加工方式才能得到，形位公差需要通过什么样的装夹才能保证等等。在综合考虑后，还要对零件的形状和轮廓进行规划，制定合理的粗加工、精加工、表面处理或热处理方案。此外如果零件中有特殊形状，如螺纹、圆弧、细孔等要在加工中采用什么工艺路线等。图1所示的手柄，可以看出图形中包含了螺纹、圆弧、槽等要素，要加工这个零件，在综合考虑零件加工精度的前提下，先加工左端的螺纹及螺纹退刀槽，再加工右端的圆弧手柄及外圆部分，结合零件的加工数量，可选择专用夹具进行装夹加工，可大幅提高加工效率。

1.3 刀具选择及装夹方式的重要性

数控加工中刀具的选择至关重要，工艺员要根据零件的材料选用合理的加工刀具，数控刀具的发展和机床的发展是相互促进的。刀具材料决定了生产效率，刀具寿命、加工精度和表面质量。现阶段刀具的材料有高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、涂层刀具等，这些刀具材料的硬度、耐磨性、韧性、耐热性和工艺性都各有不同。一般而言、立方氮化硼、陶瓷刀具、硬质合金刀具适合加工各种钢材料，PCD刀具更加适合铝、镁合金的加工。根据以上分析，该手柄零件材料是硬铝，可以选择PCD刀具进行加工，能发挥刀具的最大加工效率，利于保证零件精度和表面质量。数控机床的零件加工具有较好的优越性，打破了普通机床加工的不足，但为了保证加工的精度和便捷性，需要采用不同的装夹方式，现阶段，夹具分为专用夹具、通用夹具及组合夹具。每个夹具都具有自身的特色，专用夹具适合大批量的专业零件的加工，比如很多厂家专门为某一产品做配套，那么零件加工就可以采用专用夹具进行加工。通用夹具适合小批量、单一零件的加工，比如三爪卡盘和四爪卡盘等。组合夹具适用于小批量、单一复杂零件的装夹，需要通过不同的装夹方式才能完成零件的加工。根据本图零件加工的要求及图形的特点，该零件应采用专用夹具进行加工，根据前面分析的工艺路线可知，该零件可事前做好一个螺纹套，用于装夹手柄零件的左端外螺纹，可有效保证加工效率和产品质量。

1.4 制定合理的切削三要素的重要性

切削三要素指的是切削过程中的切削速度、进给速度、背吃刀量。切削三要素的选择对加工效率、零件加工质量及表面粗糙度都有重要的影响，但还应综合考虑机床、刀具、材料、工艺路线的因素，切削三要素的选择原则是：粗加工尽量采用大切削量，大进给，低切削速度，以快速达到切除多余余量的目的。精加工以小进给、小切削量、高转速来达到获得较好的表面质量和加工精度的要求。第一，背吃刀量的选择。背吃刀量需要根据加工量、机床、刀具的刚性、材料来决定。比如该手柄零件材料是硬铝，毛坯大小是Φ30×80mm，根据这个材料分析，该零件的粗加工背吃刀量可以选择最大，粗加工一次全部切除多余余量，留有0.8mm左右的精加工余量保证精度和表面质量。如果遇到加工余量不均匀时，粗加工应该分多次切削，在刀具寿命允许范围内快速去除多余余量。第二，切削速度的选择。切削速度一般根据主轴转速和毛坯直径来确定，一般根据公式n=1000Vc/πD来进行计算，在加工前先对机床的最高转速进行了解，掌握机床在什么转速范围中易产生振动，并对刀具的材料背吃刀量进行了解，尽量避免在连续切削过程中，刀具产生较大冲击力和热量，形成积削瘤。一般情况下粗加工时选择低转速，精加工选择高转速。根据分析，该手柄零件在粗加工选择n=800r/min，精加工选择n=1200r/min较为合适，满足工艺刚性、零件粗糙度和表面质量的要求。第三，进给速度的选择。进给速度的选择也应根据材料、刀具、机床来决定，在机床刚性允许的范围中，粗加工肯定是选用大进给以达到快速去除毛坯的目的，精加工为保证表面质量需要较小的进给速度。根据图1所示的零件，结合零件材料及刀具、机床特性，该手柄零件在粗加工时进给速度f为1.2mm/r，精加工时f为0.8mm/r较为合适。

2 提高零件加工工艺水平的措施

2.1 掌握前沿数控技术

零件数控加工的影响因素很多，数控技术及机床也在不断地发生变化，工艺制定者要不断学习新的数控技术，掌握前沿数控技术，提升自己的工艺水平，将信息化技术融入到数控加工领域，比如复杂零件可采用云处理、前沿软件等建立直观的模型，观察零件是否符合机床的加工特点，判断是否有更好的加工方法等，不断拓展自己的知识面和视野，提高自己的能力。

2.2 提高自身工艺水平

机械加工有一句俗语，一百个工艺员可能会有五十个不同的工艺，但最好的工艺就是那么几种。工艺员也要不断地学习，解放思想，积极学习国内外先进的优秀经验，跟同行业的优秀工艺员相互交流、学习，结合自己的实际情况，取长补短，弥补自身不足，提升生产人员的水平，加大培训力度，鼓励企业员工进行技术创新，提高零部件加工水平。

3 结语

工艺在数控加工中的重要性不言而喻，也是企业参与市场竞争的重要核心技术之一。零件制造水平的提高需要制定出合理的加工工艺，选择最佳的加工参数，发挥机床和刀具的最优切削性能。我们在认识到工艺重要性的同时也要不断提高自己的专业素养，不断发掘工艺制定和加工中存在的不足和缺点，及时改进，学习先进的工艺技术和制造方法应用到零件加工中，提高产品加工质量。