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摘要： 本文对机械零件数控加工工艺展开分析，主要阐述包括工装设计、参数设置和数控仿真的机械零件数控加工件质量控制技术与包括数控编程、数控工艺规划原则的工艺技术方案以及刀具注意事项。通过分析可知，必要采用仿真软件来校验设计成果的有效性。
关键词： 数控加工工艺;数控仿真
在机械零件制造中，用普通机床加工零件效率低、精度不高而且劳动强度大，有的复杂零件甚至无法加工。数控加工就是应用数字化控制系统在加工机床上完成零件的加工，尤其是曲面零件的加工，而且加工的精度和效率可以得到很好的保证。数控加工技术是实现自动加工的基础，也是一个国家制造业发展的标志。数控加工工艺是影响机械零件加工精度的主要因素，为了保证零件加工质量，应该合理选择数控加工工艺，并严格控制加工过程。
機械零件数控加工工艺通常由加工件质量控制技术、工艺技术方案组成，两者将直接决定加工件质量。
数控加工件质量控制技术
加工件质量控制技术主要用于加工准备阶段，主要可以分为三个部分，分别为工装设计、参数设置、数控仿真。本节将对各部分技术类型、应用方法等内容进行分析。
工装设计
工装设计与加工件的加工精度有直接关系，由于精度是数控加工中的核心质量指标，在数控零件加工中应当高度重视工装设计。工装设计的关键技术要点在于工装本身的加工精度设置、加工位置确认。
加工精度设置：加工精度设置是指加工前通过参数设置控制加工刀具的加工角度、加工路径，在参数准确的条件下可以生成良好的加工规划方案，确保加工件与设计要求吻合;
加工位置确认：加工位置确认主要以加工区域与加工件为目标，通过设计设定一个精度范围，在这一范围内加工刀具就可以重复锁定加工位置，即使加工件或刀具本身更变也不会出现太大误差。
良好的工装设计可以有效避免加工件出现质量问题，同时缩短加工时间，具有突出的经济性表现[1]。
参数设置
参数设置是加工件质量控制技术中必须重视的步骤，加工精度设置就是参数设置的内容之一，此外，在整个加工过程当中还有很多其他的参数设置需求，例如刀具参数、机床参数等。同时，由于刀具、机床等型号的差异，其参数设置需求也会发生变化，例如在球头刀、立铣刀上，其刀位轨迹、刀轴方式的参数设置都存在差别，因此参数设置必须根据实际情况来进行设置，较为复杂。
数控仿真
数控仿真是在上述两个部分基础上利用仿真软件对技术方案进行模拟运作，即刀具加工轨迹仿真、刀具加工过程仿真和刀具加工过程中的干涉碰撞检查，以此校验方案指导下的加工成果是否符合设计要求、具体加工效率等，因此也是加工件质量的保证因素之一。目前常用的数控仿真软件一般包括线框仿真、实体模拟仿真、机床模拟仿真三个层次。
线框仿真
通过工件的二维线框模型在计算机上进行刀路模拟和加工时间模拟，即模拟刀具沿着刀具路径在工件上的加工过程，模拟仿真的结果是呈现出加工后工件的形状和加工时间。数控车削和三轴铣削加工常用线框仿真。
实体模拟仿真
在实体三维造型的基础上施行零件加工过程动态仿真，除了刀路模拟和加工时间模拟以外，还能模拟刀具和工件的干涉碰撞检查。可以通过修改参数设置和对加工方案进行多种实验，确认方案是否可行。三轴铣削、加工中心四轴、五轴铣削常用。
机床模拟仿真
在实体模拟仿真基础上，添加机床、夹具实体模型，可以模拟零件加工过程干涉碰撞检查，即刀具与机床、刀具与夹具的干涉碰撞检查，分析加工路径安全性。特别是加工中心四轴、五轴铣削复杂零件时由于零件复杂、编程程序复杂，刀具路径极其复杂，加工时容易发生过切、欠切现象，容易发生刀具与工件、刀具与机床、刀具与工装夹具的干涉碰撞，机床模拟仿真十分必要，保证了加工质量，避免不必要的试加工弯路和撞机断刀事故。
数控加工工艺技术方案
工艺技术方案也是数控加工工件质量的影响因素，制定合理的工艺技术方案是保证机械数控零件加工件质量的重要环节。数控工艺技术方案在数控加工编程程序中体现。
数控加工编程
把根据零件图进行三维实体建模的数字化模型文件导入CAM加工软件中，确定模型收缩率就可以进行编程。通常使用的CAM软件有：NX、CAXA、POWERMILL、MASTERCAM等等。
以CAXA软件数控铣削为例阐述数控加工编程的过程。首先在三维实体模型上创建毛坯，创建刀具库，选择软件中的“加工方式”并设置加工参数构成加工策略然后生成相应的加工程序。加工策略包括：主轴转速、进给量、进退刀点位及方式、降刀抬刀位置、下刀方式、铣削步距、主轴转动角度，必要时设置干涉面及安全平面。仿真加工后对刀具轨迹进行相应的编辑修改确定加工策略，然后进行后处理，生成数控加工代码并DNC传输到机床以备数控加工。
数控加工工艺规划
编程时要进行加工工艺分析。就是了解加工要求，安排加工顺序。其具体安排应该根据零件的结构特点和材料特性，夹紧定位要求，机床功能，刀具数量以及装夹次数等进行灵活划分。一般可根据刀具集中分序原则、加工部位分序原则、粗精加工分序原则以及保证精度的原则进行划分。
刀具集中分序原则
以应用的刀具进行划分，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，再用第二把或第三把刀具完成它们各自可以完成的其他部位。这样可减少换刀次数，减少走空程序的时间，避免不必要的定位误差。
加工部位分序原则
在数控机床上加工零件，工序可以集中。对于加工部位很多的零件可一次装夹并尽可能完成全部工序，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内轮廓、外轮廓、孔、曲面或平面等。但一般应遵循下列原则： 一般先加工平面、定位面，后加工孔。
先加工形状简单的特征，再加工形状复杂的特征。
先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
以粗、精加工分序原则
对于薄壁等易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生变形，一般要分粗、精加工工序，粗加工时需要留足余量再精加工。
保证精度的原则
数控加工要求工序集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和铣削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，以保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。
在划分工序时，一般综合以上几点原则，结合实际零件结构合理确定。
数控加工刀具应用
刀具在加工过程中的表现将直接影响到加工件的质量。在刀具应用中需要重視刀具选择、刀具工艺编制两个方面。
刀具选择
刀具选择有三个方面，即刀具材质选择、刀具类型选择、刀具规格选择。
刀具材质选择
刀具材质关系到刀具切削时的刚度与耐磨性，当刀具性能表现不佳，则很容易在加工过程中出现“事故”。比如硬质合金刀具耐磨性是高速钢刀具的10倍，前者切削速度是后者的3倍，目前国内外数控加工刀具主要是硬质合金刀具。
刀具类型选择
在零件加工中，不同零件、不同部位的形状存在差异，因此加工人员应根据形状要求来选择刀具，例如常见的刀具有立铣刀、球头刀等，其中立铣刀一般用于加工平面、台阶、沟槽等加工中，具有良好的通用性，而球头刀一般用于曲面、圆弧沟槽，适用面相对较窄。另外，在一般情况下，建议优先选择立铣刀来进行加工，特别是精加工阶段，因立铣刀在去除余量中有出色表现。
刀具规格选择
刀具大小选择与工件形状、加工效率有关。以立铣刀为例，为了加工效率以及加工时刀具刚度，尽量选择大的刀径，但是要充分考虑零件形状以免刀具直径过大造成过切。
刀具工艺编制
在刀具应用当中，刀具工艺编制是数控零件加工中起主要控制作用的组成部分，因此要给予重视。以数控铣为例，刀具工艺编程要点有六：①当根据加工件情况来安排刀具序号，确保走刀顺序符合设计要求;②针对不同工序，需要及时切换刀具序号;③孔加工先钻后铣扩;④刀具粗精加工分刀，先粗后精。
使用加工中心机床刀具库时，一旦加工开始，人工尽可能不参与加工环节，以免造成刀具错误。
结语
综上，在数控加工工艺下要保障机械零件的质量，必须对数控系统进行编程，过程中需要先搜集加工件等加工条件信息，随后进行工装设计、参数设置、数控加工技术方案规划等工作，且有必要采用仿真软件来校验设计成果的有效性。同时，由于刀具对加工质量存在较大影响，因此加工中需要结合实际条件来选择刀具以及编制刀具工艺。
参考文献
曹伟，朱晓东.关于典型数控铣削零件加工工艺探析[J].时代农机，2016（10）：55.
刘海东.复杂零件加工工艺设计及数控编制[J].中国机械，2014（10）：269–270.
关键词： 数控加工工艺;数控仿真
在机械零件制造中，用普通机床加工零件效率低、精度不高而且劳动强度大，有的复杂零件甚至无法加工。数控加工就是应用数字化控制系统在加工机床上完成零件的加工，尤其是曲面零件的加工，而且加工的精度和效率可以得到很好的保证。数控加工技术是实现自动加工的基础，也是一个国家制造业发展的标志。数控加工工艺是影响机械零件加工精度的主要因素，为了保证零件加工质量，应该合理选择数控加工工艺，并严格控制加工过程。
機械零件数控加工工艺通常由加工件质量控制技术、工艺技术方案组成，两者将直接决定加工件质量。
数控加工件质量控制技术
加工件质量控制技术主要用于加工准备阶段，主要可以分为三个部分，分别为工装设计、参数设置、数控仿真。本节将对各部分技术类型、应用方法等内容进行分析。
工装设计
工装设计与加工件的加工精度有直接关系，由于精度是数控加工中的核心质量指标，在数控零件加工中应当高度重视工装设计。工装设计的关键技术要点在于工装本身的加工精度设置、加工位置确认。
加工精度设置：加工精度设置是指加工前通过参数设置控制加工刀具的加工角度、加工路径，在参数准确的条件下可以生成良好的加工规划方案，确保加工件与设计要求吻合;
加工位置确认：加工位置确认主要以加工区域与加工件为目标，通过设计设定一个精度范围，在这一范围内加工刀具就可以重复锁定加工位置，即使加工件或刀具本身更变也不会出现太大误差。
良好的工装设计可以有效避免加工件出现质量问题，同时缩短加工时间，具有突出的经济性表现[1]。
参数设置
参数设置是加工件质量控制技术中必须重视的步骤，加工精度设置就是参数设置的内容之一，此外，在整个加工过程当中还有很多其他的参数设置需求，例如刀具参数、机床参数等。同时，由于刀具、机床等型号的差异，其参数设置需求也会发生变化，例如在球头刀、立铣刀上，其刀位轨迹、刀轴方式的参数设置都存在差别，因此参数设置必须根据实际情况来进行设置，较为复杂。
数控仿真
数控仿真是在上述两个部分基础上利用仿真软件对技术方案进行模拟运作，即刀具加工轨迹仿真、刀具加工过程仿真和刀具加工过程中的干涉碰撞检查，以此校验方案指导下的加工成果是否符合设计要求、具体加工效率等，因此也是加工件质量的保证因素之一。目前常用的数控仿真软件一般包括线框仿真、实体模拟仿真、机床模拟仿真三个层次。
线框仿真
通过工件的二维线框模型在计算机上进行刀路模拟和加工时间模拟，即模拟刀具沿着刀具路径在工件上的加工过程，模拟仿真的结果是呈现出加工后工件的形状和加工时间。数控车削和三轴铣削加工常用线框仿真。
实体模拟仿真
在实体三维造型的基础上施行零件加工过程动态仿真，除了刀路模拟和加工时间模拟以外，还能模拟刀具和工件的干涉碰撞检查。可以通过修改参数设置和对加工方案进行多种实验，确认方案是否可行。三轴铣削、加工中心四轴、五轴铣削常用。
机床模拟仿真
在实体模拟仿真基础上，添加机床、夹具实体模型，可以模拟零件加工过程干涉碰撞检查，即刀具与机床、刀具与夹具的干涉碰撞检查，分析加工路径安全性。特别是加工中心四轴、五轴铣削复杂零件时由于零件复杂、编程程序复杂，刀具路径极其复杂，加工时容易发生过切、欠切现象，容易发生刀具与工件、刀具与机床、刀具与工装夹具的干涉碰撞，机床模拟仿真十分必要，保证了加工质量，避免不必要的试加工弯路和撞机断刀事故。
数控加工工艺技术方案
工艺技术方案也是数控加工工件质量的影响因素，制定合理的工艺技术方案是保证机械数控零件加工件质量的重要环节。数控工艺技术方案在数控加工编程程序中体现。
数控加工编程
把根据零件图进行三维实体建模的数字化模型文件导入CAM加工软件中，确定模型收缩率就可以进行编程。通常使用的CAM软件有：NX、CAXA、POWERMILL、MASTERCAM等等。
以CAXA软件数控铣削为例阐述数控加工编程的过程。首先在三维实体模型上创建毛坯，创建刀具库，选择软件中的“加工方式”并设置加工参数构成加工策略然后生成相应的加工程序。加工策略包括：主轴转速、进给量、进退刀点位及方式、降刀抬刀位置、下刀方式、铣削步距、主轴转动角度，必要时设置干涉面及安全平面。仿真加工后对刀具轨迹进行相应的编辑修改确定加工策略，然后进行后处理，生成数控加工代码并DNC传输到机床以备数控加工。
数控加工工艺规划
编程时要进行加工工艺分析。就是了解加工要求，安排加工顺序。其具体安排应该根据零件的结构特点和材料特性，夹紧定位要求，机床功能，刀具数量以及装夹次数等进行灵活划分。一般可根据刀具集中分序原则、加工部位分序原则、粗精加工分序原则以及保证精度的原则进行划分。
刀具集中分序原则
以应用的刀具进行划分，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，再用第二把或第三把刀具完成它们各自可以完成的其他部位。这样可减少换刀次数，减少走空程序的时间，避免不必要的定位误差。
加工部位分序原则
在数控机床上加工零件，工序可以集中。对于加工部位很多的零件可一次装夹并尽可能完成全部工序，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内轮廓、外轮廓、孔、曲面或平面等。但一般应遵循下列原则： 一般先加工平面、定位面，后加工孔。
先加工形状简单的特征，再加工形状复杂的特征。
先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。
以粗、精加工分序原则
对于薄壁等易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生变形，一般要分粗、精加工工序，粗加工时需要留足余量再精加工。
保证精度的原则
数控加工要求工序集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和铣削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，以保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。
在划分工序时，一般综合以上几点原则，结合实际零件结构合理确定。
数控加工刀具应用
刀具在加工过程中的表现将直接影响到加工件的质量。在刀具应用中需要重視刀具选择、刀具工艺编制两个方面。
刀具选择
刀具选择有三个方面，即刀具材质选择、刀具类型选择、刀具规格选择。
刀具材质选择
刀具材质关系到刀具切削时的刚度与耐磨性，当刀具性能表现不佳，则很容易在加工过程中出现“事故”。比如硬质合金刀具耐磨性是高速钢刀具的10倍，前者切削速度是后者的3倍，目前国内外数控加工刀具主要是硬质合金刀具。
刀具类型选择
在零件加工中，不同零件、不同部位的形状存在差异，因此加工人员应根据形状要求来选择刀具，例如常见的刀具有立铣刀、球头刀等，其中立铣刀一般用于加工平面、台阶、沟槽等加工中，具有良好的通用性，而球头刀一般用于曲面、圆弧沟槽，适用面相对较窄。另外，在一般情况下，建议优先选择立铣刀来进行加工，特别是精加工阶段，因立铣刀在去除余量中有出色表现。
刀具规格选择
刀具大小选择与工件形状、加工效率有关。以立铣刀为例，为了加工效率以及加工时刀具刚度，尽量选择大的刀径，但是要充分考虑零件形状以免刀具直径过大造成过切。
刀具工艺编制
在刀具应用当中，刀具工艺编制是数控零件加工中起主要控制作用的组成部分，因此要给予重视。以数控铣为例，刀具工艺编程要点有六：①当根据加工件情况来安排刀具序号，确保走刀顺序符合设计要求;②针对不同工序，需要及时切换刀具序号;③孔加工先钻后铣扩;④刀具粗精加工分刀，先粗后精。
使用加工中心机床刀具库时，一旦加工开始，人工尽可能不参与加工环节，以免造成刀具错误。
结语
综上，在数控加工工艺下要保障机械零件的质量，必须对数控系统进行编程，过程中需要先搜集加工件等加工条件信息，随后进行工装设计、参数设置、数控加工技术方案规划等工作，且有必要采用仿真软件来校验设计成果的有效性。同时，由于刀具对加工质量存在较大影响，因此加工中需要结合实际条件来选择刀具以及编制刀具工艺。
参考文献
曹伟，朱晓东.关于典型数控铣削零件加工工艺探析[J].时代农机，2016（10）：55.
刘海东.复杂零件加工工艺设计及数控编制[J].中国机械，2014（10）：269–270.