摘要：数控技术给传统的机械加工带来了革命性的变化，引领机械加工向着高质量、高效率方向前进，产生了与传统零件加工工艺方法明显不同的数控加工新工艺，本文对影响机械加工工艺最重要的三个因素进行了分析对比
引言
数控加工所用的数控机床及其以整体硬质合金、可转位刀具为代表的技术一起构成了金属切削发展史上的一次重要变革，数控技术给传统的机械加工带来了革命性的变化，引领机械加工向着高质量、高效率方向前进，产生了与传统零件加工工艺方法明显不同的数控加工新工艺。数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置等功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法人为干预补偿。数控技术的种种特点都一一映射在数控加工工艺中，数控技术对机械加工工艺改变最大的三个因素分别是数控机床、数控刀具、气液电柔性控制夹具。
1数控机床对加工工艺的改变
数控机床的主轴驱动系统和进给驱动系统，分别采用交流、直流主轴电动机和伺服电动机直接驱动，这两类电动机调速范围大，并可无级变速，因此使主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化，传动链大大缩短，齿轮、轴承、轴的结构数量大为减少，甚至不用齿轮，由电机直接驱动主轴或进给滚珠丝杆。数控机床常有配有自动换刀装置、回转工作台（实现分度转位、圆周进给）、工件交换系统、对刀装置、排屑装置等，柔性制造系统还配有自动上下料系统等。
1.1数控机床的结构及性能对工艺的改变
数控机床的结构及性能特点使一些传统加工方法中应慎用的加工方式变得可行，传统的悬臂镗和利用尾座导向支撑镗，已被现代数控机床中调头镗和各种固定循环方式所取代；传统的孔位加工中的充填法、空刀法、修整法已被多种形式的圆弧插补、背镗法和数控修整法所代替；最新出现的硬切削是一种新的加工工艺，在提高加工效率、降低加工成本、减少设备资金投入方面独树一帜，对传统的磨削工艺提出挑战，“以切代磨”将成为发展趋势之一。普通铣削一般采用逆铣，因普通铣床的丝杠传动之间的间隙较大而且不方便调整，导致加工时窜动，这种结构逆铣加工质量好；而数控机床采用高精度的滚珠丝杠，配置有调整间隙的装置，这种结构顺铣加工质量好。
1.2程序指令对工艺的改变
数控加工是在数控系统中预先输入的程序指令来控制加工的，编程指令就能对机械加工工艺产生改变，数控加工中特有的循环加工指令，就直接改变了机械加工工艺。例如数控车削中的外圆粗加工固定循环G71、端面粗加工固定循环G72、复合固定循环G73，这三种粗加工循环直接把粗加工、半精加工合并；粗加工后跟上外圆精加工固定循环G70，把粗加工、精加工连贯；基于数控机床的自动换刀，搭配径向切槽固定循环G75、螺纹切削复合循环G76，把轴类零件、盘套类零件的半精加工、切槽、车螺纹、精加工、倒角、倒圆角合为一道工序，循环程序指令直接把工序集中。一次装夹连续完成车端面、车内外圆柱（锥、弧）面、切槽、车螺纹或者铣面、铣外形、铣槽、钻孔、镗孔等结构要素加工，这种在数控机床上连续完成的多种加工，符合工序的定义，就定义为一道工序，这就是典型的工序集中，但如果是在传统机械加工中，多种工艺方法是需要多道工序完成的。传统工艺中所说的“工序”，在数控加工中，应按照“工步”来理解，数控加工零件，工序虽只有一道，但加工过程仍是一步一步进行，按相关定义，这一步一步的加工称为“工步”。传统加工中，工序较分散，每道工序中的工步内容少，而数控加工中一道工序中的工步内容很多，传统加工工艺编制时将“工序”的编制作为重点，而数控加工中，着眼点就必然在“工步”上。
2数控刀具对加工工艺的改变
数控刀具也叫现代高效刀具，典型代表就是作为主流产品的机夹可转位硬质合金刀具和正在发展中的超硬刀具（金刚石、立方氮化硼刀具），数控刀具实际上是标准化的产物，要满足数控机床自动换刀的要求，数控刀具一般不刃磨，即使要进行刀具修磨涂层也是采用外包方式。现代高效刀具就是要实现高效率、高精度、高可靠性、专用性，刀具厂商从单纯的“卖刀”，转变为能够根据加工特点及工件提供整套的高效加工解决方案，这是刀具业的一次重大战略转变，也就是刀具行业的供给侧改革。客户不但能从刀具样本中选到合适的刀具，还能从刀具厂商中得到切削加工整体解决方案，刀具厂商对它提供了每一种刀片的都做过金属切削实验，对客户提供切削用量参考数值，一本刀具样本，还能当成切削手册使用。
2.1刀具卡、刀具库管理
传统工艺规程重工艺流程、工序过程，刀具仅仅是写出来就行，比如“75。外圆车刀”，但数控刀具是标准化的产物，到刀具厂商或市场上购买的，必须选用适合机床刀具系统规格的相应标准刀柄，且刀片与刀杆要相配或刀具与刀柄要相配，所有刀具全都预先装在刀库里，通过数控程序的选刀和换刀指令进行相应的换刀动作，自动换刀装置能够迅速、准确地把刀具安装到机床主轴上或返回刀库。所以数控工艺规程除了工艺流程、工序过程，还必须配有刀具卡，提供刀号、刀补、刀片刀杆、刀具刀柄的型号规格等信息，说明刀具加工的部位，最好能附上刀具图，就更直观，这就引入一个新的工艺任务———选刀，从刀具厂商样本中选择符合工艺要求的刀具，做刀具卡、刀具库管理。
2.2新刀具产生新工艺
数控刀具技术的发展，新型高效刀具不断涌现，使得金属切削工艺规程发生了很多改变，比如现代企业为了提高生产效率，减少或合并加工工序的趋势也很明显，例如取消半精加工，粗加工后直接进行精加工，粗镗后直接精镗，钻孔后精铰一次到位，面粗铣后一次精铣达到要求，在粗加工中尽可能多地切除加工余量，随后的一次精加工直接保证加工尺寸和形状、位置精度以及表面加工质量，这就对机床和刀具都提出了很高的要求，实际上就是工艺的改变，机床、刀具改变了工艺规程。再比如现代企业还在推广使用新刀具，比如玉米铣刀（粗加工，比立铣刀耐用）、螺纹铣刀（在加工中心上铣螺纹，高效高精度）、螺纹旋风铣（用车床来加工螺纹）、球刀（铣曲面）、枪钻（钻深孔）、刮齿刀（加工内齿轮），新刀具直接产生新工艺。
3气液电自动控制夹具
传统机械加工工艺方法是在普通机床上依靠夹具，采用“一人、一机、一刀、一道工序”的方法对零件进行加工，对于结构复杂的零件一般需要多套工装夹具、经过几十道工序、多次定位装夹才能完成加工，导致加工零件的一致性差、加工效率低、工装数量多、生产准备工作量大、生产周期长等诸多弊端。数控机床通常采用高速切削或强力切削，加工过程自动化，对数控夹具提出了新的功能要求，首先是夹紧力要大，保证夹紧可靠，其次是柔性要好，适应自动控制。所以数控夹具通常采用气液电自动控制夹具，气液电自动控制夹具最重要的是保证定位精确、夹紧可靠，夹具的导向由数控机床及数控装置保证，夹具的对刀通过预对刀操作或用机外对刀仪检测并输入数控系统，夹具的分度转位由回转工作台自动控制。比如数控车床采用液压、气动卡盘、液压心轴或夹套，保证夹紧可靠。数控铣床、加工中心夹具不设置对刀装置，由工件坐标系原点与机床坐标系原点建立联系，通过预对刀操作或用机外对刀仪来保证工件与刀具的正确位置，位置精度由机床运动精度保证，所以数控铣床、加工中心通常采用通用夹具，例如机床用平口虎钳、回转工作台等，但采用液压或气动作为夹紧动力源。数控钻床夹具不用钻模钻套，利用数控机床坐标系统精确控制孔的位置和加工精度，可先用中心钻点窝定孔中心，起到加工导向作用，然后用钻削刀具加工孔深，如果是细长孔，可利用程序控制采用往复排屑钻削方式加工。所以数控机床加工具有加工工序少，专用工装数量少的特点，表1为原采用传统加工工艺方法和现采用数控加工工艺方法的工艺生产情况对比，加工对象是一精度要求高、结构复杂的壳体零件。综上，基于数控机床、数控刀具、气液电自动控制夹具技术的进步，数控加工工艺的总趋势是工序集中，自动控制，是对传统机械加工工艺的优化排序。传统机械加工过程中，机床、刀具、工装夹具、检测、工件调头等因素，只要变化了其中一项，都会导致加工中断而分出多道工序。数控加工工艺中，真正导致加工不连续只有更换机床，当然工件调头二次装夹也会导致加工中断，但随着数控技术的发展，双主轴数控机床的普及，未来可以保证即使是工件调头二次装夹，加工同样连续，至于刀具、工装夹具、检测等都可以采用柔性自动控制技术保证加工连续。由于数控加工的切削用量朝着高切削速度、高进给率和小背吃刀量的方向发展，所以在编写具体工艺规程时，一般规定以一次定位装夹为一道工序，每用一把刀具定为一个工步，并要求把每个工步的加工内容、切削用量详细标出，工艺文件直接用于指导数控程序的编制。
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作者：郑红 单位：温州职业技术学院
