现代数控加工技术与传统加工技术相比，无论在工艺设计、自动控制、设备与工装等诸多方面均有所不同。因此，正确进行数控加工中的工艺处理，选择合理、高效的加工方法和加工路线，对编制高质量的数控加工程序，提高零件的加工质量和数控机床的生产效率，都有重要意义。
数控加工中的工艺处理涉及的问题很多，主要内容包括：制定加工方案、装夹方法和夹具的选择、对刀点的确定、工序的划分和走刀路线的确定、切削用量的选择、制定补偿方案等。
1 加工方案的确定
一个零件往往可能有多种加工方案，为了充分发挥数控机床的功能，在确定具体加工方案时，应充分考虑数控机床使用的合理性及经济性。二维轮廓，其侧面是高度不太大的斜面，如果单纯从技术上考虑，可以采用三坐标联动数控铣床经过循环走刀铣出该轮廓，但是，这种方式耗时太长，且表面质量不高。因此，应考虑其它可能的加工方案，如可用锥形刀或在磨刀仪上磨出所需的锥形角，经过粗、精加工，即可铣出所需的斜面，这样，即保证了较高的表面质量，又缩短了加工时间。
加工方案的制定，一般应遵循以下原则：
(1)先粗后精。
(2)先近后远。在数控加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工，离刀具起点远的部位后加工，这样，不仅可缩短
刀具移动距离、减少空走刀次数、提高效率，还有利于保证工件的刚性，改善切削条件。
(3)先内后外。在加工既有内表面(内孔)，又有外表面的零件时，通常应先安排加工内表面后再加工外表面。这是由于加工内表面时，工件的刚性较差，刀具刚性不足，如先加工外表面，再加工内表面，会使加工振动增大，不易控制内表面的尺寸和形状精度。
(4)程序段最少。在保证加工效率的前提下，以最少的程序段数实现零件的加工，以减少编程工作量、降低编程出错率，便于程序的检查和修改。
(5)走刀线路最短。在保证加工质量的前提下，充分利用数控系统所提供的功能，以及各类刀具的特点(如断屑性能等)来合理地安排走刀路线，使走刀路线最短。这样，既节省了加工时间，又减少了机床的磨损。
(6)加工方案确定的特殊处理—先远后近。特殊情况下，工件加工顺序可能不按先近后远先粗后精的原则考虑。若按一般情况安排加工孔的走刀路线为80mm60mm52mm。这时，加工基准将由所车第个台阶孔(80mm)来体现，对刀时也以其为参考。由于该零件上的巾52mm孔要求与滚动轴承形成过渡配合，其尺寸公差较严(0.03mm)，而该孔的位置较深。车床纵向长丝杠在该加工区域容易产生误差，加上车刀刀尖在切削过程中的磨损等因素，使其尺寸精度难以保证。对此，在安排工艺路线时，宜将52mm孔作为加工(兼对刀)基准，并按52mm80mm60mm的顺序车削各孔，就能较好地保证其尺寸公差要求。
在数控加工过程中，特殊情况较多，具体处理时，可根据实际情况，在进给方向的安排上、切削路线的选择上、断屑处理、刀具运用等方面灵活处理，并在实际加工中注意分析、研究、总结、不断积累经验，提高制定加工方案的水平。
2 夹具的选择
为适应数控加工高精度和高效率的特点和要求，工艺处理时，应选用具有精密化、高效化、柔性化、标准化要求的夹具。数控加工中使用的夹具主要有：通用夹具、通用可调夹具、组合夹具、模块化夹具、成组夹具以及专用夹具等。夹具选择时，可遵循以下原则：
(1)能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。
(2)能装夹一组具有相似性特征的工件，如成组夹具、通用可调夹具等。
(3)适用于现代制造技术精密加工的高精度机床夹具。
(4)采用以液压泵站等为动力源的高效夹紧装置，提高劳动生产率。
(5)采用标准化程度较高的机床夹具，增加夹具的通用范围，缩短生产准备周期。
(6)容易在机床上安装的夹具，以便于协调零件和机床坐标系的尺寸关系。
(7)夹具的夹紧应牢固可靠，夹紧元件的位置应固定不变。防止在自动加工过程中，夹具元件与刀具的碰撞。
(8)夹具应有利于实现加工工序的集中，使工件在一次装夹后能进行多个表面的加工，减少工件的装夹次数。
3 确定对刀点
对刀点的正确选取直接影响到所加工零件的精度和坐标节点计算的难易，应遵循下列原则：
(1)使编程简单方便。
(2)尽量选择零件的设计基准或工序基准为对刀点。如孔定位的零件，应选择孔的中心作对刀点；对称的零件，应选择零件的上表面中心或底面中心作对刀点；不规则形状的零件，宜选择设计基准为对刀点；加工路线形成封闭时，则应以加工精度较高的表面为对刀点。
(3)确定对刀点时，还要考虑到换刀后仍容易对刀。例如在立式加工中心上，对x、y坐标，换刀后不需要重新找正，但由于新刀的长度等尺寸与原刀一般不完全相同，所以需要重新校准z轴，此时若原对刀面已被切削掉，则会出现麻烦。在此情况下，安全的办法是以机床的工作台面为Z轴对刀点，对刀后抬高一定的距离作为z轴原点。
4 工序的划分和走刀路线的确定
工序的划分和走刀路线的确定，直接关系到数控机床的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题，应尽量做到工
序集中，工艺路线最短，机床辅助时间最少。安排工艺路线时，除考虑通常的工艺要求外，还应考虑下列因素：
(1)尽量在普通机床上完成零件的大切削量粗加工，以提高数控机床加工效率。
(2)工步安排应遵循先粗后精的原则。
(3)在一次装夹中尽量完成所有可能进行的加工部位，减少换刀次数。
(4)走刀路线的选择，既要考虑生产效率，又要考虑加工质量。凹槽加工的三种走刀路线中：加工路线最短，但表面粗糙度差；加工路线最长，表面粗糙度最好；加工路线介于前两者之间，且表面粗糙度较好。因此，对于b、c两种走刀路线，通常选择c，而a由于加工路线最短，适用于对粗糙度要求不太高的粗加工或半精加工。
5 刀具的选择
应根据数控机床的要求、工件材料性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具。刀具选择总的原则是：安装和调整方便，刚性好，耐用度和精度高，在保证安全和满足加工要求的前提下。刀具长度尽可能短，以提高刀具的刚性。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀，一般采用二次走刀，第一次走刀最好采用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀，当加工余最大而不均匀时，应选择较小的铣刀直径和相应的走刀宽度，使接痕不影响精铣精度。精加工时，铣刀直径要选大些，最好能够包容加工面的整个宽度。在实际加工中，平面的半精加工和精加工，一般采用可转位密齿面铣刀，可以达到理想的表面加工质量，甚至可以实现以铣代磨。密布的刀齿使进给速度大大提高，从而提高切削效率。
可转位螺旋立铣刀适用于高效率粗铣大型工件的台阶面、立面及大型槽的加工，通过更换不同牌号的刀片，可加工钢、铸铁、铸钢、耐热钢等多种材料。硬质合金螺旋齿立铣刀适用于加工铸铁、钢件、有色金属等材料。
镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后再利用刀具半径补偿功能对槽的两边进行加工。
铣削盘类零件的周边轮廓一般采用立铣刀。所用立铣刀的刀具半径要小于零件内轮廓的最小曲率半径，一般取最小曲率半径的0.8～0.9倍。零件的加工高度(z方向的吃刀深度)一般不要超过刀具的半径。若是铣毛坯面，则最好选用硬质合金波纹立铣刀。可以在机床、刀具、工件系统允许的情况下，进行强力切削。
6 确定切削用量
加工程序的编制过程中，通过合理的选择，使主轴转速、进给速度和背吃刀量三者之间能互相适应，形成最佳切削参数，是工艺处理的重要内容之一。
合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产效率为主；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率和生产成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
7 制定补偿方案
在编制加工程序时，还要考虑到数控机床滚珠丝杆等部件的机械间隙及刀具偏差、刀尖圆弧等因素对加工质量的影响。因此，制定合理的补偿方案，也是工艺处理中的一个重要环节。
7.1 机械间隙补偿
机械间隙主要指数控机床的滚珠丝杠在传动过程中改变进给方向的时候，存在—个稳定的机械滞后量，使机床实际进给距离比程序指定的进给距离少了一个和机械间隙值相同的位移。该间隙值一般可通过表测法和试切法测定后得到。在掌握了数控机床的机械间隙值后，即可根据不同零件的形状、尺寸精度等要求，有针对性地制定补偿方案。具体补偿方法有自动补偿法和编程补偿法等。
(1)自动补偿法
数控机床一般都有对机械间隙进行自动补偿的功能，可方便地实现对稳定机械间隙的补偿。
采用自动补偿法时，在加工前应在数控系统内进行相应机械问隙的设置，设置完成后，在加工过程中，在机床任一坐标轴改变原进给方向的瞬间，数控系统先补偿其机械间隙，然后再执行换向后的运动。
自动补偿法在使用过程中需注意的是：机床在使用了一段时间后，应重新测定其机械间隙，以防止其发生变化丽影响加工质量。
(2)编程实加法
这种方法的原理比较简单，就是将机械间隙值的大小，直接加入到程序段内相应的数值中，使机床实际上多运动一个机械间隙量的距离，从而达到消除机械间隙的目的。
零件，其两端轴颈处尺寸精度要求较高(300~0.033)mm，而R47mm圆弧面处的尺寸、形状精度要求一般，但粗糙度要求较高，如采用自动补偿法，其两端轴颈处尺寸精度虽可保证，但刀具从b_却的过程中，在b点处有一个换向的动作，此时机床先运行其预先设定的机械问隙量(向x处运动;个间隙量的距离)，然后再执行换向后的运动，这时在圆弧面的最高点处(换向处)，会因此而形成一个明显刀痕，影响圆弧面的粗糙度。而此时如采用编程实加法进行编程，即在编程时，将其机械间隙值加入到坐标终点的尺寸上，不仅可以保证轴颈两端30mm处的尺寸公差要求，还可保证圆弧面的粗糙度要求。但需注意的是，机床的机械间隙量太大时也不适用。
(3)单向走刀法
在编制加工程序时，．通过合理安排，使其走刀路线从某一个方向切入或切出，来避免因换向而出现的间隙误差，此时系统不执行任何间隙补偿。这种方法不需测得准确的机械间隙量，即可方便地实现对加工尺寸的控制。
零件，其精车走刀路线安排如图中箭头所示，其机械间隙量在空走刀时(A’→A)已消除，在之后的加工中，程序控制的走刀线路都向一个方向运动，没有换向，所以也不必考虑机械间隙量的误差对零件加工精度的影响了。
7.2 刀位偏差补偿
在对刀过程中或对刀后。通过光学测定法或试切测定法均可测出刀位偏差，一般采用自动补偿法补偿刀位偏差，使加工由中各号刀的刀位点都能重合于对刀基准点上。通常，计算机将刀具的补偿值与其进给位移量合并执行。
除了加工中刀具种类不多，工件轮廓类型也相应简单的情况外。对刀位偏差一般不宜采用编程补偿法。例如，当需要用多把不同类别刀具加工同一工件时，如果采用编程补偿法，不仅编程过程繁琐，数据换算麻烦，校验加工程序也不方便，极易出错。
8 小结
工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，必须在数控编程工作之前进行，因为只有工艺方案确定以后，编程才有依据。根据大量加工实例分析，工艺方面考虑不周是造成数控加工差错的主要原因之一，工艺设计搞不好，往往要成倍增加工作量，有时甚至要推倒重来。因此，对数控加工中的工艺设计问题进行研究。具有重大实用意义。
(审核编辑: 智汇张瑜)
