【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规程最重要的机床设备因素进行了分析研究。
【关键词】数控机床；工艺规程；影响改变
数控机床是按照预先编好的程序进行加工的，在加工过程中不需要人工干预，数控机床的结构要求精密、完善且能长时间稳定可靠地工作，以满足重复加工的需要。随着数控技术的发展，对数控机床的生产率、加工精度和寿命提出了更高的要求，因此传统机床结构上的缺点暴露无疑，有些结构甚至限制了数控高技术高性能的发挥，因此现代数控机床在机械结构与普通机床存在着显著差异。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，传动精度上升了一个量纲的级别。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。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。
1数控车床对工艺规程的改变
数控车床的主传动系统一般采用交流主轴电动机，通过同步带传动或主轴箱内2～4级齿轮换档传动主轴，主轴电动机在额定转速时可输出全部功率和最大转矩，随着转速的变化，功率和转矩将发生变化;也有的主轴由交流调速电动机通过两级塔轮直驱，并由电气系统无级调速，由于主传动链没有齿轮，噪声很小。数控车床主传动由电气系统按程序指令自动控制变速及换向，变速及换向无需停车，为工序集成提供了基础保证。比如粗精加工可集中工序，传统机床加工因为粗精加工转速不同，需要停车变速导致工序划断;再如内外轮廓加工与切槽、车螺纹可集中工序，传统机床加工因为各工艺转速不同，且要换刀，必须停车调整导致工序划断。数控车床没有传统的进给箱和交换齿轮架，它是直接采用伺服电动机经滚珠丝杠，传到滑板和刀架，实现Z向(纵向)和X向(横向)进给运动，数控车床所用的伺服电动机除有较宽的调速范围并能无级调速外，还能实现准确定位;普通卧式车床是把主轴的运动经过挂轮架、进给箱、溜板箱传到刀架实现纵向和横向进给运动的。数控车床主轴与纵向丝杠虽然没有机械传动联结，但同样具有加工各种螺纹的功能，主轴由伺服电动机驱动旋转，但在主轴箱内安装有脉冲编码器，主轴的运动通过齿轮或同步齿形带1:1地传到脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持同步关系，即实现加工螺纹时主轴转一圈，刀架Z向移动工件一个导程的运动关系，主轴脉冲编码器代替了传统机床螺纹加工冗长的进给传动链，传动链大大缩短，机床加工精度提高，由于数控车床采用了脉宽调速伺服电动机及伺服系统，因此进给和车螺纹范围很大。数控车床进给传动系统也是由电气系统按程序指令自动控制进给速度，进给方向由数字坐标信息控制，背吃刀量由程序指令信息控制，切削用量的变化均无需停车调整，为工序集成提供了技术保证。比如车螺纹，普通车床要调整切换成丝杆模式，造成工序划断，但数控机床是应用主轴脉冲编码器代替螺纹加工进给传动链，不需要停车调整机床，只需要程序指令控制，这样工序就可以打包集成，不需要把车螺纹工序单独分出，只需划成工步。再比如车锥度，普通车床要转动小滑板，造成工序划断，但对数控机床而言，数控加工直线、圆弧、异型曲线难度是一样的，而且不需要靠模等任何工艺辅助措施，不需要停车调整机床，只需按照程序指令的数字坐标走刀，这样工序也可以打包集成，不需要把车锥度工序单独分出，只需划成工步。再比如车曲面、车圆球，只要刀具的副偏角选择合适，不需要停车更换成形车刀，按照程序指令的数字坐标走刀，用车外圆的刀具就可以加工出曲面、圆球，工序同样可以打包集成，不需要把车曲面、圆球工序单独分出，只需划成工步。下面以锥套球体零件为例说明传统机床加工工艺与数控机床加工工艺的区别，图1为锥套球体零件图。锥套球体零件两种工艺方案区别主要体现在车锥孔及车球体:(1)传统机床工艺工序2是专门为工序5车球体作准备，工序5通过双手控制法(相当于机床调整)手动粗精车球体，精度较难保证;而数控机床工艺工序2已经通过程序指令及数字坐标把球体粗车出来，工序4是精车球体，精度容易保证，更无需停车调整机床。(2)传统机床工艺工序3是车锥孔，但要事先车出20．8的底孔，再转动小滑板(停车调整机床)车锥孔，并以铰锥孔保证尺寸精度;而数控机床工艺工序3通过程序指令及数字坐标直接车出锥体，机床无需停车调整。
2加工中心对工艺规程的改变
加工中心是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床，它在机械结构上优于普通铣床，主要体现在以下几点:(1)加工中心是在数控镗床、数控銑床或数控车床的基础上增加自动換刀装置，使工件在机床工作台上装夹后，可以连续完成对工件表面自动进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、銑削等多工步的加工，在一台机床上完成由多台机床才能完成的工作，工序高度集中。(2)加工中心一般带有回转工作台或主轴箱可旋转一定角度，从而使工件一次装夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多工序加工。(3)加工中心能自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能。(4)加工中心如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台进行加工的同时，另外的工件在装卸位置的工作台上进行装卸，不影响正常的加工工件，工作效率高。由于加工中心具有上述机能，因而可以大大减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件的周转、搬运和存放时间，使机床的切削时间利用率高于普通机床3～4倍，具有较高的加工精度、较高的生产效率。例如型腔盖板类零件，加工部位主要集中在上下两个表面，四个侧面没有高的加工要求，可用立式加工中心，首先加工底面基准，再翻面加工上表面、型腔及孔系，由于机床的数字化功能，孔系加工均无需钻模钻套、镗模镗套，导向功能普遍采用中心钻、定心钻点窝保证;型腔的铣削也无需对刀块、对刀塞尺，完全由机床的数字化坐标保证。如果是箱体类零件，常常是六个面都要加工，而且前后、左右有轴承孔等，这类零件的底面、上表面加工仍可选用立式加工中心，但前后左右四个面要使用卧式加工中心，通过镗削保证轴承孔的加工精度，并应用回转工作台调头镗削有同轴度要求的孔系。这类大件，因为装夹较为困难，一般常按部位加工。正是因为数控机床机械结构的技术进步，数控机床用软件或信息补偿机械硬件结构，切削用量的改变全自动柔性调整，机器传动链缩短简化，机床精度提高了一个量纲，导致数控加工工序、工步的划分与传统机加工标准不同，现将两者比较归为表2。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。数控加工技术是基于数字信息控制零件刀具的动作、位移、速度的机械加工方法，数控机床的机械结构相对简单，但电气控制技术却相当专业复杂，以专业的数控系统为核心，通过数控程序控制刀具完成复杂的轨迹运动，并可在加工过程中运用数控系统改变参数。数控机床加工改变了传统机床加工以人工操作机床为主的模式，改变了在传统机床加工过程中停车调整机床的模式，比如车锥孔要转动小滑板，车螺纹要切换成丝杆传动，钻孔要安装钻模钻套，变速要搭挂轮，铣槽要安装对刀块对刀塞尺等，数控机床在机械电气信息结构上的技术进步，最终会映射到机械加工工艺规程上，引领数控加工工艺朝着高精度高质量、高效率低成本方向前进。
参考文献:
［1］郑红．基于企业产品的数控加工工艺课程设计教改实践［J］．才智，2015(12)．
［2］吴长德．数控加工对传统加工工艺产生的变革［J］．现代制造工程，2006(8):136～138．
［3］郑红．ＲV减速器摆线轮零件加工工艺设计探讨［J］．价值工程，2015(08):18．
作者：郑红 单位：温州职业技术学院
