中国科技信息2022年18期

数控加工工艺的可靠性优化设计

贾中华

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摘 要:通过对数控加工的特点以及数控加工工艺的决策规则,并对加工工艺创成模型进行了分析,介绍了数控加工工艺创成过程,又分析了基于加工中心的数控加工工艺。最后指出机床加工过程中的误差因素很多,提高机床加工精度有很强的实践性,它和实际生产条件及生产工艺有很大关系。要想生产出精度很高的产品比较困难,需要工艺人员不断尝试,通过积累每次工艺数据,来验证自己的设计数据,并在以后的设计中予以更正。

关键词:数控 加工 工艺

根据可靠性的定义,数控机床加工工序的可靠度是指该机床在工序规定的条件和时间内加工零件合格的可靠程度,在实际生产中,要提高加工零件的合格率,就要提高上艺规划方案的可靠性,即在工艺规划设计中,选用加工工序可靠度高的数控机床。　

工艺方案的可靠度主要取决于两个因素,一是工艺方案中选定数控机床本身的可靠度,二是工艺方案中各广义加工工序组合的合理性。操作者的失误率可以通过对员工的培训和加强管理来加以控制。

1.数控加工工艺的特点

数控加工工艺具有以下特点:

1)由于在数控机床加工工件时对加工工艺用的是广义的工序,所以与一般的机床工件加工情况是有区别的,主要在工件的道具使用以及加工录像和配备都有区别。

2)由于每次加工所需刀具均预调装于刀库上,因此,在数控机床上加工工件时刀具配置、安装和使用均不需中断加工过程,使加工过程连续。

3)较高的加工精度。通常在数控机床上一般一次加工就可达到所要求的精度,不需要分精与粗的加工。

之所以要求对加工工艺创成规程的工序内容进行详细制定的要求,并且不能对其随便改动,是因为数控加工工艺的工序一般相对集中。

　  2.数控加工工艺的决策规则

数控工艺的创成为CNC加工程序的生成准备了必要的工艺信息,而数控工艺决策规则是数控工艺创成的原理与机制,是表征数控加工工艺CAPP系统的基础。由于上述数控加工工艺的特点,决定了在创成式CAPP系统中,数控工艺决策不同于普通机床的加工工艺决策,创成式CAPP系统中数控加工工艺决策规则可归纳为下:

1)数控机床能一次完成工件上有精度要求的加工型面、位的加工,因此,建立有关工件型面、位的加工方法链与普通机床不同。以铣削为例,如某特征,其型面、位加工方法链在普通工艺决策时要分为去余量→半精铣→精铣,而在数控加工工艺决策中,广义地标定为数控铣,只是在设计CNC程序中分几次走刀或更换不同的刀具和切削同量。

2)在数控机床有四个以上的坐标轴以及多个动力头的情况下,可以通过工件的一次装夹来实现普通机床需要进行多次装夹才能完成的任务的加工。故可以依据一次装夹所能完成的加工的任务,在数控工艺决策时,对工序的内容确定为一道。

3)由于与一般的机床加工相比数控加工时刀具的安装于配置以及使用时有区别的,故在工艺决策中工步归并需遵循刀具的使用顺序与配置和换刀的情况,把普通机床上所不能归并的在数控机床上可以归并成同一工步。

　3.加工工艺创成模型

数控加工工艺创成模型的建立包含:

1)要让系统得知零件产品的目标情况需要创建一个任务接受器,能完整的对所处理的对象特征进行描述。

  　2)对零件知识库的设计主要为了了解与区别于所要处理的各种零件的知识库。

  　3)对工艺知识库的创建主要是关于进行零件加工工艺时所需达到的约束条件。

4)设计一个能不断获取和更新零件知识库和工艺知识库中内容的接收编辑器。

4.数控加工工艺创成过程

数控工艺创成过程分为“正向离散”和“反向集中”、“工艺路线生成”三个阶段。

1)正向离散过程就是将零件分解成各特征要素的阶段,通过扫描零件特征信息库,判断特征类型,读取特征参数,并与数控工艺规则中各特征的数控加工方法进行匹配并优化,确定各特征的数控加工方法即(CNC-ME)。

2)反向集中是各数控加工基元CNC-ME根据数据加工的特点归并而形成的工步、工序直到生成数控加工工艺过程的阶段。在各特征数控加工方法确定后,根据数控机床的加工精度、装夹方法、加工顺序、刀具配置与换刀顺序等情况以及工艺决策上的普通规则(如先主后次,先面后孔等)进行数控加工工序、工步的归并与排序,得到粗略的数控加工工艺过程;根据特征的数控加工方法,利用CNC-ME与数控制造资源的关系模型通过扫描数控机床的能力库,并根据数控车间、数控机床技术参数和零件的总体信息,合理选取数控机床;根据各特征参数,再次对设计的工艺流程进行归并排序,选取加工所需的工装夹具、刀具、量具等工艺装备,创成数控加工工艺流程。最后选取各种刀具的切削参数、工艺参数和走刀路线,形成CNC加工程序。

　  3)工艺路线生成与工序的优先级和使用的刀具类型有关。首先根据加工工序顺序的特征信息,在知识库中选取与之相匹配的刀具和相应的切削参数、编号。确定每道工序或工步的优先级,利用搜索、排序等方法拟定工艺路线。

5.基于加工中心的数控加工工艺

    5.1加工零件合理选择

采用加工中心加工零件的目的是提高并稳定加工质量,较大幅度地提高劳动生产率,改善生产管理及工艺管理方式,最终获得显著的经济效益,但不是所有的零件都适合采用加工中心完成加工。加工中心主要适宜加工结构复杂、工序长、精度要求高、工艺内容丰富、可加工性差,且采用普通机床加工时间长、工艺装备多、工艺流程长、效率低并需多次装夹和调整才能完成的零件。工序单一或简单、不能充分发挥加工中心自动换刀功能的零件,以及加工时间较长、刀具用量少的零件则不宜采用加工中心加工。

5.2加工工艺路线的优化

加工中心加工零件的工艺路线是工艺设计的主要内容,它对加工中心的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题有着直接的影响。在保证加工精度和最大限度地提高生产率的前提下,设计加工中心的加工工艺方案时,应尽量做到工序集中、工艺路线最短、空行程和其他辅助时间最少,具体如下:

(1)要尽可能通过完成各个可以加工的表面来对辅助的时间进行缩短,工件装夹的次数进行缩减,主要针对一次定位装夹中。

(2)解决好传统加工与数控加工的合理衔接,尽量在普通机床上完成大切削量粗加工,以提高数控机床的利用率和刀具寿命。

(3)加工中心换刀时间一般较长相对工作台的回转的时间,为了减少空城时间以及换刀的次数,如果对工件没有特别的要求,通常对加工顺序是按刀具来划分的,也就是用同一把刀具加工完所有能加工的部位后,再使用下一把刀。

(4)对于位置精度要求不高的孔系加工,可按加工路线最短的原则安排孔的加工顺序;但对于位置精度要求较高的孔系加工,为避免反向间隙对孔的位置精度的影响,则要慎重考虑。

　6.结语

机床加工过程中的误差因素很多,提高机床加工精度有很强的实践性,它和实际生产条件及生产工艺有很大关系。要想生产出精度很高的产品比较困难,这需要工艺人员不断尝试,通过积累每次工艺数据,来验证自己的设计数据,并在以后的设计中予以更正。

　　参数文献:

[1] 李冶均等.计算机辅助工艺设计—CAPP.成都:成都科技大学出版社,2008.

[2] 机床数控技术翻译组译.机床数控技术.北京:机械工业出版社,2007.

[3] 胡 伟等.CAPP系统的设计和执行方案研究.机械工艺师,2008

[4] 数控加工工艺指南.怀化国营四五○七厂设计所.2008.

[5] 单新朝. 鞋楦仿形数控编程技术的研究及系统开发[D]浙江大学, 2008.