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摘要：文章重点介绍了数控加工中工艺设计的特点零件，书空加工工艺性分析要点，阐述了书空加工工艺过程和走刀路线设计原则与方法实例，为编制优化的数控化的数控程序打下了基础，
关键词：数控加工。数控编程，工艺设计。走刀路线。
在数控机床上加工零件时，是通过事先编好的程序来控制机床各种、动作的，零件的加工内容和步骤等用指令代码表示，并通过键盘输入到数控系统中。数控系统对输入的信号进行处理后转换成各种信号，控制机床实现相应的动作，自动完成对零件的加工。不难看出，实现数控加工的重要工作在于编程，但仅有编程还不行，数控加工还包括，编程前必须要做的一系列工艺准备工作及编程后处理工作，即拟订数控加工工艺。
一、数控加工工艺的特点
数控加工工艺的内容十分具体，工艺设计相当严密：在普通机床加工时，许多具体的工艺问题如：工艺中各工步的划分与安排，刀具的几何形状，走刀路线，切削用量选择等，在很大程度上都是由工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。而在数控加工时，上述这些具体工艺问题，不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且还必须作出正确的选择并编入加工程序中。也就是说，本来由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为编程人员必须事先设计和安排的内容。
二、零件数控加工的工艺分析要点
数控加工前，必须首先对图纸进行仔细的数控加工工艺性分析，应重点从数控加工的方便性与可能性两个角度进行审查和分析。例如：
（一）首先分析零件图纸中的尺寸数据的给出是否符合编程方便的原则
1、零件图纸中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点；
2、够成零件轮廊的几何元素的条件是否充分。因为在手工编程时，要计算够成零件轮廊的所有集合元素进行定义，如果某一条件不充分，则无法计算零件轮廊的基点坐标，无法表达零件轮廊的几何元素，导致无法进行编程，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定田间是否充分。
（二）其次分析零件个加工部位的结构工艺性是否符合数控加工的特点。
1、零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，因为这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便。
2、分析零件定位基准上午可靠性。数控加工应尽量用统一的基准定位，否则会因工件的安装定位误差而导致工件加工的位置误差和形状误差。
3、应分析零件所要求的加工精度等是否可以得到保证。总之，在数控机床加工零件时，应先根据零件图样对零件进行全面分析，弄清零件的结构形状，尺寸和技术要求，由此确定零件加工的工艺过程和工艺路线。
三、数控加工工艺设计原则
（一）工序最大限度集中、一次定位的原则
一般在数控机床上，特别是在加工中心上加工零件、工序可以最大限度集中，即零件在一次装夹中应尽可能完成本台数控机床所能加工的大部分或全部工序、数控加工倾向于工序集中，可以减少机床数量和工件装夹次数，减少不必要的定位误差、生产率高。对于同轴度要求很高的孔系加工，应在一次安装后，通过顺序连续换刀来完成该同轴孔系的全部加工，然后再加工其他位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度
（二）先粗后精的原则
在进行数控加工时，根据零件的加工精度、刚度和变行等原素来划分工序时，应遵循粗、精加工分开原则来划分工序，即先粗加工全部完成之后再进行半精加工、精加工。对于某一加工表面，应按粗加工——半精加工——精加工顺序完成。粗加工时应当在保证加工质量、刀具耐用度和机床——夹具——刀具——工件工艺系统的刚性所允许的条件下，充分发挥机床的性能和刀具切削性能，尽量采用较大的切削次数得到精加工前的各部余量尽可能均匀的加工状况。精加工时主要保证零件加工的精度和表面质量，故通常精加工时零件的最终轮廓应由最后一刀连续精加工而成。为保证加工质量，一般情况下，精加工余量以留0.2—0.6mm为宜，粗、精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。
（三）先近后遠、先面后孔的原则
按加工部位相对于对刀点的距离大小而言，在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持胚件或半成品的刚性，改善其切削条件。对于既有铣平面又有镗孔的零件的加工中，可按先铣平面后镗孔顺序进行。因为铣平面时切削力较大，零件易发生变形，先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，待其恢复变形后再镗孔，有利于保证孔的加工精度，其次，若先镗孔后铣平面，孔口就会产生毛刺、飞边，影响孔的装配。
四、加工路线设计原则
加工路线是编制程序的依据之一，在确定加工路线时最好画一张工序简图，将已拟订的加工路线画上去，包括刀具进退路线，这样可为编程带来不少方便。在确定加工路线时应遵循以下原则：
加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。为保证工件轮廓表面加工的表面粗糙度要求，最终轮廓表面应安排最后一次走刀连续加工出来；应尽量使加工路线最短，减少空行程时间，以提高加工效率；合理选用铣削加工中的顺铣或逆铣方式，一般来说，数控机床采用滚珠丝杠，运动间隙很小，因此，顺铣优点多于逆铣；选择工件加工变形小的加工路线。在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序；使数值计算最简单和减少程序段以减少编程工作量。
五、加工路线设计方法实
最短的切削进给路线。如图所示为粗车某轴类零件的几种不同切削进给路线的安排示意图。其中图1a表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着零件轮廓进给的路线；图1b为利用其程序循环功能安排的“三角形”进给路线；图1c为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”进给路线。对这三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环进给路线的进给长度总和最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间最短，刀具的损耗最少。
在数控车床上加工螺纹时，沿螺距方向的Z向进给和工件转动必须保持严格的相对运动关系。但考虑到沿Z向进给从停止状态达到指令的进给量，机床的进给系统总有一个过渡过程，因此安排Z向进给路径时，应使车刀的起点离待加工螺纹有一定的引入距离L1，如图所示。以保证刀具起动后进给量达到稳定时才开始切削螺纹。通常取L1为2—5mm，螺距大与精度要求高时L1值取大些。
六、结论
拟订工艺路线是制定工艺规程的关键一步，它不仅影响零件的加工质量和效率，而且影响设备投资，生产成本，甚至工人的劳动强度，因此，选择合理、高效的工艺方法和加工路线，对编制高质量的数控加工程序，提高零件的加工质量、数控机床的生产效率和经济效益都有重要意义。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词：数控加工。数控编程，工艺设计。走刀路线。
在数控机床上加工零件时，是通过事先编好的程序来控制机床各种、动作的，零件的加工内容和步骤等用指令代码表示，并通过键盘输入到数控系统中。数控系统对输入的信号进行处理后转换成各种信号，控制机床实现相应的动作，自动完成对零件的加工。不难看出，实现数控加工的重要工作在于编程，但仅有编程还不行，数控加工还包括，编程前必须要做的一系列工艺准备工作及编程后处理工作，即拟订数控加工工艺。
一、数控加工工艺的特点
数控加工工艺的内容十分具体，工艺设计相当严密：在普通机床加工时，许多具体的工艺问题如：工艺中各工步的划分与安排，刀具的几何形状，走刀路线，切削用量选择等，在很大程度上都是由工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的，一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。而在数控加工时，上述这些具体工艺问题，不仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且还必须作出正确的选择并编入加工程序中。也就是说，本来由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变为编程人员必须事先设计和安排的内容。
二、零件数控加工的工艺分析要点
数控加工前，必须首先对图纸进行仔细的数控加工工艺性分析，应重点从数控加工的方便性与可能性两个角度进行审查和分析。例如：
（一）首先分析零件图纸中的尺寸数据的给出是否符合编程方便的原则
1、零件图纸中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点；
2、够成零件轮廊的几何元素的条件是否充分。因为在手工编程时，要计算够成零件轮廊的所有集合元素进行定义，如果某一条件不充分，则无法计算零件轮廊的基点坐标，无法表达零件轮廊的几何元素，导致无法进行编程，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定田间是否充分。
（二）其次分析零件个加工部位的结构工艺性是否符合数控加工的特点。
1、零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，因为这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便。
2、分析零件定位基准上午可靠性。数控加工应尽量用统一的基准定位，否则会因工件的安装定位误差而导致工件加工的位置误差和形状误差。
3、应分析零件所要求的加工精度等是否可以得到保证。总之，在数控机床加工零件时，应先根据零件图样对零件进行全面分析，弄清零件的结构形状，尺寸和技术要求，由此确定零件加工的工艺过程和工艺路线。
三、数控加工工艺设计原则
（一）工序最大限度集中、一次定位的原则
一般在数控机床上，特别是在加工中心上加工零件、工序可以最大限度集中，即零件在一次装夹中应尽可能完成本台数控机床所能加工的大部分或全部工序、数控加工倾向于工序集中，可以减少机床数量和工件装夹次数，减少不必要的定位误差、生产率高。对于同轴度要求很高的孔系加工，应在一次安装后，通过顺序连续换刀来完成该同轴孔系的全部加工，然后再加工其他位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度
（二）先粗后精的原则
在进行数控加工时，根据零件的加工精度、刚度和变行等原素来划分工序时，应遵循粗、精加工分开原则来划分工序，即先粗加工全部完成之后再进行半精加工、精加工。对于某一加工表面，应按粗加工——半精加工——精加工顺序完成。粗加工时应当在保证加工质量、刀具耐用度和机床——夹具——刀具——工件工艺系统的刚性所允许的条件下，充分发挥机床的性能和刀具切削性能，尽量采用较大的切削次数得到精加工前的各部余量尽可能均匀的加工状况。精加工时主要保证零件加工的精度和表面质量，故通常精加工时零件的最终轮廓应由最后一刀连续精加工而成。为保证加工质量，一般情况下，精加工余量以留0.2—0.6mm为宜，粗、精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。
（三）先近后遠、先面后孔的原则
按加工部位相对于对刀点的距离大小而言，在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持胚件或半成品的刚性，改善其切削条件。对于既有铣平面又有镗孔的零件的加工中，可按先铣平面后镗孔顺序进行。因为铣平面时切削力较大，零件易发生变形，先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，待其恢复变形后再镗孔，有利于保证孔的加工精度，其次，若先镗孔后铣平面，孔口就会产生毛刺、飞边，影响孔的装配。
四、加工路线设计原则
加工路线是编制程序的依据之一，在确定加工路线时最好画一张工序简图，将已拟订的加工路线画上去，包括刀具进退路线，这样可为编程带来不少方便。在确定加工路线时应遵循以下原则：
加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。为保证工件轮廓表面加工的表面粗糙度要求，最终轮廓表面应安排最后一次走刀连续加工出来；应尽量使加工路线最短，减少空行程时间，以提高加工效率；合理选用铣削加工中的顺铣或逆铣方式，一般来说，数控机床采用滚珠丝杠，运动间隙很小，因此，顺铣优点多于逆铣；选择工件加工变形小的加工路线。在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序；使数值计算最简单和减少程序段以减少编程工作量。
五、加工路线设计方法实
最短的切削进给路线。如图所示为粗车某轴类零件的几种不同切削进给路线的安排示意图。其中图1a表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着零件轮廓进给的路线；图1b为利用其程序循环功能安排的“三角形”进给路线；图1c为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”进给路线。对这三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环进给路线的进给长度总和最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间最短，刀具的损耗最少。
在数控车床上加工螺纹时，沿螺距方向的Z向进给和工件转动必须保持严格的相对运动关系。但考虑到沿Z向进给从停止状态达到指令的进给量，机床的进给系统总有一个过渡过程，因此安排Z向进给路径时，应使车刀的起点离待加工螺纹有一定的引入距离L1，如图所示。以保证刀具起动后进给量达到稳定时才开始切削螺纹。通常取L1为2—5mm，螺距大与精度要求高时L1值取大些。
六、结论
拟订工艺路线是制定工艺规程的关键一步，它不仅影响零件的加工质量和效率，而且影响设备投资，生产成本，甚至工人的劳动强度，因此，选择合理、高效的工艺方法和加工路线，对编制高质量的数控加工程序，提高零件的加工质量、数控机床的生产效率和经济效益都有重要意义。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看