数控加工中影响工艺参数的因素有哪些？

Question

如题所述

Answer 1

数控加工中影响工艺参数确定的因素有：机床本身的主轴精度跳动，系统的重复定位，然后就是夹具，工艺设计，刀具的选择，刀具的转速进给吃刀量。

数控加工（numerical control machining），是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。

用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。

Answer 2

影响数控的因素有:影响机械加工精度的因素及提高加工精度的措施
工艺系统中的各组成部分，包括机床、刀具、夹具的制造误差、安装误差、使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。也就是说，在加工过程中工艺系统会产生各种误差，从而改变刀具和工件在切削运动过程中的相互位置关系而影响零件的加工精度。这些误差与工艺系统本身的结构状态和切削过程有关，产生加工误差的主要因素有：

（1）系统的几何误差

①加工原理误差

加工原理误差是由于采用了近似的加工运动方式或者近似的刀具轮廓而产生的误差，因在加工原理上存在误差，故称加工原理误差。只要原理误差在允许范围内，这种加工方式仍是可行的。

②机床的几何误差

机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损，都直接影响工件的加工精度。其中主要是机床主轴回转运动、机床导轨直线运动和机床传动链的误差。

③刀具的制造误差及磨损

刀具的制造误差、安装误差以及使用中的磨损，都影响工件的加工精度。刀具在切削过程中，切削刃、刀面与工件、切屑产生强烈摩擦，使刀具磨损。当刀具磨损达到一定值时，工件的表面粗糙度值增大，切屑颜色和形状发生变化，并伴有振动。刀具磨损将直接影响切削生产率、加工质量和成本。

④夹具误差

夹具误差包括定位误差、夹紧误差、夹具安装误差及对刀误差等。这些误差主要与夹具的制造和装配精度有关。下面将对夹具的定位误差进行详细的分析。

工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件相接触（配合）来确定的。然而，由于定位基面、定位元件工作表面的制造误差，会使各工件在夹具中的实际位置不相一致。加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成误差。这种由于工件在夹具上定位不准而造成的加工误差称为定位误差，用△D表示。它包括基准位移误差和基准不重合误差。在采用调整法加工一批工件时，定位误差的实质是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。采用试切法加工，不存在定位误差。

定位误差产生的原因是工件的制造误差和定位元件的制造误差，两者的配合间隙及工序基准与定位基准不重合等。

●基准不重合误差

当定位基准与工序基准不重合时而造成的加工误差，称为基准不重合误差，其大小等于定位基准与工序基准之间尺寸的公差，用△B表示。

●基准位移误差 工件在夹具中定位时，由于工件定位基面与夹具上定位元件限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响，导致定位基准与限位基准不能重合，从而使各个工件的位置不一致，给加工尺寸造成误差，这个误差称为基准位移误差，用△Y表示。图1-12a是圆套铣键槽的工序简图，工序尺寸为A和B。图1-12b是加工示意图，工件以内孔D在圆柱心轴上定位，O是心轴轴心，C是对刀尺寸。尺寸A的工序基准是内孔轴线，定位基准也是内孔轴线，两者重合，△B＝0。但是，由于工件内孔面与心轴圆柱面有制造公差和最小配合间隙，使得定位基准（工件内孔轴线）与限位基准（心轴轴线）不能重合，定位基准相对于限位基准下移了一段距离，由于刀具调整好位置后在加工一批工件过程中位置不再变动（与限位基准的位置不变）。所以，定位基准的位置变动影响到尺寸A的大小，给尺寸A造成了误差，这个误差就是基准位移误差。

数控编程一般可分为 4 个阶段：准备工作阶段、技术方案阶段、数控编程阶段和程序定型阶段。

1 ．准备工作阶段：根据生产任务书，按要求接收技术数据，检查数据的准确性、时效性。明确生产计划，能否按时完成。

2 ．技术方案阶段：数控编程前的首要工作是制定技术方案。公司把数控工艺和刀路程序设计合并由程序设计员一人负责。技术方案阶段主要任务是根据车间的制造资源，编制数控加工的工艺方案。为了做好技术方案，必须了解加工环境和制造资源，包括：机床、刀具、夹具、软件、工艺资源、毛坯（如毛料、锻件、铸件、热处理、切削性能、预加工）等，还要对零件的技术要求弄清楚，如公差要求、光洁度、薄壁件的允许变形、装配关系等。

数控工艺方案的设计是有难度的，因为要处理的信息量大，各种信息之间的关系又极为错综复杂，这主要靠程序设计员的工作经验来进行。因此，工艺方案的设计质量完全取决于技术人员的水平和经验。

在高速铣技术广泛应用的今天，数控工艺方案的设计重要性被提到了更高的地位。高速铣要求对加工的全过程进行控制，任何疏忽都会引起严重的后果，因此，高速铣的工艺方案的编制好坏，将会对高速铣成败起到决定性的作用。

3 ．数控编程阶段：在编程准备期间，主要的依据是三维数据和工艺文件。程序设计员要分析零件的几何特征，构思加工过程，结合机床具体情况，考虑工件的定位，选用夹具。数控编程的第一步要正确定义加工坐标系，选择好对刀点。选择的编程原点应方便编程、便于测量检查、便于操作，同时考虑引起的加工误差较小。第二步是按照数控工艺方案一步一步地在计算机上编制刀具轨迹。第三步是验证程序的正确性，可行性。可以通过计算机仿真模拟或试切削样件。第四步是优化程序。

4 ．程序定型阶段：由主管领导审核数控编程刀路，合格后填写数控加工程序单，绘制加工简图。到现场了解程序执行情况，总结程序编制经验。

数控工艺的特点和数控加工工艺规划的编制：

（ 1 ）数控工艺要考虑加工零件的工艺性，确定加工零件的装夹与定位，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可以简化。

（ 2 ）数控工艺设计主要用于指导数控编程，我公司把数控工艺员和编程员的职责和二为一，由程序设计员负责整套模具的数控加工过程，提高了工作效率。

（ 3 ）数控加工的自动化程度高，影响因素多，在数控加工中，质量和安全是自关重要的，必须得到保证。

（ 4 ）数控工艺的编制要有严密的条理性。数控工艺复杂，影响因素多，需要对数控加工的全过程深思熟虑，要有很好的条理性，才能编好数控工艺。加上数控加工的自动化程度高，它的自适应能力就低，一旦出现问题，工人很难现场纠正，轻者造成加工缺陷，重者引起安全事故，因此要预先有条理的做好数控工艺的设计。

（ 5 ）数控工艺的继承性好。凡是在生产中证明是好的数控工艺，可以做成模板，作为档案保存起来，在以后加工同类零件时调用，可以节约时间，保证质量。

数控加工工艺规划可以认为是由零件初始状态（毛坯）到最终状态（零件）间的一系列工艺过程的状态空间。数控工序的排序应满足如下的一般规则：

1. 先主后次。 2. 先面后孔，先铣后钻。 3. 先粗后精。 4. 先做内腔加工后做外形加工。 5. 按工序的顺序，刀具直径由大到小。 6. 上道工序的加工不能影响下道工序的装夹与定位。 7. 用相同的工装和夹具应安排在一起做完，减少重复装夹与 定位。 8. 数控工序要集中。 9. 不要把削弱零件刚性的工序排在前面。

一个好的数控加工工艺规划还要考虑以下几个方面：

是否能满足零件的技术要求，是否能提高数控加工的效率，低的加工成本，好的质量控制。

因此，通常一份完整的数控加工工艺规划，大概包括如下内容：

?? 数控机床选择。
?? 加工方法选择。
?? 确定零件的装夹方式并选择夹具。
?? 定位方法。
?? 检验要求及检验方法。
?? 选择刀具。
?? 加工中的误差控制和公差控制。
?? 定义数控工序。
?? 数控工序排序。
?? 切削参数选择。
?? 编制数控工艺程序单。

模塑公司通过在模具行业中的比较，购买了国际一流的数控加工软件： UG NX4.0 和 POWERMILL6.0 ，通过多年的使用表明是非常适合模具加工行业的，尤其是两种软件丰富实用的加工策略各不相同，互相补充使数控加工的质量和效率得到了很大的提高。 POWERMILL 在偏置区域清除粗加工时可以加入螺旋功能，进行实际切削时更加平稳，消除了相邻刀路之间连接的进刀方向突变，减少切削进给的加速和减速，保持更稳定的切削负荷，延长了刀具寿命，对机床也起到了保护作用。

交叉等高精加工使用户可定义一个分界角，浅滩区域内将使用等高策略，其它部分使用三维偏置策略，并且可以在陡峭和平坦区域之间加入重叠距离，两者相辅相成。

参数偏置精加工既可以保证曲面上刀路间的行距不超过设定的数值，又可以显著减少三维偏置策略中在刀具路径中可能出现的尖角，可以有效改善三维偏置加参考线的方法在工件表面的相交刀路产生的切削纹理，工件的外观质量更好。

切削参数的选择对加工质量、加工效率以及刀具耐用度有着直接的影响。在 CAM 软件中与切削相关的参数主要有主轴转速 (Spindlespeed) 、进给速率 (Cut feed) 、刀具切入时的进给速率 (Lead in feed rate) 、步距宽度（ Step-over ）和切削深度（ Step depth ）等。

主轴转速一般根据切削速度来计算，其计算公式为： n = 1000 V c / π d ，式中 d 为刀具直径（ mm ）， Vc 为切削速度 (m/min) 。切削速度的选择与刀具的耐用度密切相关，过低或过高的切削速度都会使刀具耐用度急剧下降。模具精加工时，应尽量避免中途换刀，以得到较高的加工质量，因此应结合刀具耐用度认真选择切削速度。

进给速度的选择直接影响着模具零件的加工精度和表面粗糙度，其计算公式为 F=nzf ，式中 n 为主轴转速（ r/min ）， z 为铣刀齿数， f 为每齿进给量 (mm/ 齿 ) 。每齿进给量的选取取决于工件材料的力学性能、刀具材料和铣刀结构。工件的硬度和强度越高，每齿进给量越小；当加工精度和表面粗糙度要求较高时，应选择较低的进给量；刀具切入进给速度应小于切削进给速度。

吃刀量的大小主要受机床、工件和刀具刚度的限制，其选择原则是在满足工艺要求和工艺系统刚度许可的条件下，选用尽可能大的吃刀量，以提高加工效率。为保证加工精度和表面粗糙度，应留 0.1~0.3mm 的精加工余量。

在精加工时，吃刀量的选择与表面粗糙度有关， CAM 软件中通常提供有两种参数控制表面粗糙度：步距宽度（ Stepover ）和残留高度 (Scallop) 。采用步距宽度控制表面粗糙度时，步距宽度越小，表面粗糙度越小；采用残留高度控制表面粗糙度时，步距宽度会依据工件形状自动调整。

好的软件确实可以提高模具的加工质量和效率，但它也只是一个工具，我们需要的是有丰富的现场机械加工经验和理论知识，同时熟练掌握软件功能的数控程序设计者，因为人才是模具数控加工中的决定因素，对数控加工的质量和效率起到关键作用。为此， 模塑公司建立了完善的 程序设计员培养体系。所有的设计员都要先在数控操作的岗位上实习一段时间，经过严格操作考核合格后方能进行数控程序的设计培训。程序设计员必须会用公 司所购买的所有正版 数控加工软件，并且熟练掌握至少一种后才能编制程序。为了保证模具的数控加工质量，就必须有好的数控程序，为了便于管理和控制加工质量，我们根据多年的经验总结编写了多种的程序编制规范，为公司的模具质量的稳定和不断提高打下了坚实的基础。

机床操作者是数控加工的执行人，他们对数控加工质量的控制也是很明显的。他们在执行加工任务的过程中对机床、刀柄、刀具、加工工艺、软件和切削参数的实时状态最了解，他们的各项操作对数控加工影响最直接，所以机床操作者的技能和责任心也是提高数控加工质量关键因素！

经过多年的模具加工分析，虽然机床等硬件设备是很关键的，但人才是影响数控加工质量的决定性因素，因为程序设计员和机床操作者的职业道德、技能水平、岗位责任心确定了各种先进设备能够发挥出多大的效能！所以我们一定要重视人才的培养和引进，为模具质量的持续提高打下坚实的基础！