数控加工工艺及夹具设计主要问题研究.pdf

模具制造 2023年第9期数控加工工艺及夹具设计主要问题研究胡双军（广西制造工程职业技术学院，广西南宁530100）【摘要】随着智能制造产业的高速发展，数控加工技术受到广泛应用，相比较传统机械加工作业方式而言不仅能够提升生产效率和效果，还能降低生产成本，促使企业效益的发展，但是由于目前数控加工工艺和夹具设计存在问题，导致数控加工技术的价值难以充分发挥，合理探索解决和应对数控加工工艺与夹具设计问题的策略势在必行。基于此，通过分析数控加工工艺和夹具设计的主要问题，提出问题的解决对策，为增强工艺和夹具设计的效果提供助力。关键词：数控加工；工艺；夹具；设计问题中图分类号：TG659文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.016Research on the Main Issues of Processand Fixture Design in CNC MachiningHu Shuangjun（Guangxi Vocational and Technical College of Manufactu Engineering，NanNing，Guangxi 530100，CHN）【Abstract】With the rapid development of the intelligent manufacturing industry,CNC machiningtechnology has been widely applied.Compared with traditional machining methods,it can not onlyimprove production efficiency and effectiveness,but also reduce production costs and promote thedevelopment of enterprise benefits.However,due to the current problems in CNC machiningtechnology and fixture design,the value of CNC machining technology is difficult to fully play,It isimperative to reasonably explore strategies to solve and respond to the problems of CNC machiningtechnology and fixture design.Based on this,by analyzing the main problems in CNC machiningprocess and fixture design,propose solutions to these problems,aiming to provide assistance forenhancingtheeffectivenessofprocessandfixturedesign.Key words：CNC machining;technology;clamp；design issues1引言数控加工工艺和夹具设计的过程中，需制定完善的工艺设计方案，健全工艺流程和工艺模式，改善夹具的结构和体系，通过对夹具的科学设计，提升夹具的刚性和稳定性，避免因夹具不合理或是不科学而出现问题，进一步提升数控加工过程中夹具的设计效果，3陈军.试析激光拼焊板在汽车制造中的应用及相关工艺J.建材与装饰，2016，（52）:1981994温跃全，胡辉，佘明丰.激光拼焊板技术研究与探讨J.模具制造，2012，（12）：4345第一作者简介：袁晓瑛，女，1990年8月生，中级工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，主要从事汽车制造冲压工艺方面的工作。（收稿日期：2023-05-06）模具制造技术53模具制造 2023年第9期达到预期的设计工作目的。2数控加工中工艺及夹具设计重要意义数控加工生产中，多数零部件或产品在加工工艺，并非全部适合在数控加工上完成，只有部分的工艺需要数控加工，此情况下，就应深入分析零部件的样图，做好分析和研究工作，选择适合进行零部件加工的数控工艺，完善和优化工艺流程。目前，在数控加工的工作中，由于缺乏对工艺流程和模式的优化设计，很难确保工艺流程能够符合数控加工的要求，不能保证整体工艺操作的准确性和可靠性，而通过对数控加工工艺的优化设计，就能完善相关的工艺流程、预防出现工艺应用的问题，提升操作的安全性。同时，科学合理进行夹具的优化设计，能改善夹具的应用性能，预防因夹具的问题而导致数控加工生产质量和水平降低，提升夹具的应用效果，为避免因夹具而产生的数控加工质量问题提供保障。由此可见，数控加工过程中，科学合理进行加工工艺的设计和夹具的设计具有重要意义，能为高质量和可靠性开展生产工作提供基础支持，因此，在数控加工领域中，应注重对加工工艺的优化设计和夹具的优化设计，促使加工生产质量和水平的提升。3数控加工中工艺及夹具设计主要问题3.1加工工艺设计问题目前，在数控加工的过程中，工艺设计存在问题，首先，没有合理设计加工工艺的应用流程，在设定给进路线的过程中，未能按照工件的特点和实际情况等明确刀具运动轨迹和切削量、具体的给进路线要求，所设计的改进路线图纸不良。加之未能科学合理进行工艺工序的划分，没有根据工件的加工特点和工艺应用要求科学划分工件内腔部分、外形部分和曲面平面加工部分的工序，导致因为加工工序划分不良，出现精加工和粗加工的工艺应用问题。同时，在工艺流程设计方面，未能科学进行工序的安排，数控和普通工艺的衔接不良，工艺流程的改进和优化不合理，不能通过设计图纸的准确研究、工件定位基准的合理选择、给进路线的科学优化、刀具和切削量的控制等，不断进行加工工艺流程和模式的优化完善，导致因为加工工艺不合理，出现加工质量问题、效率问题等。其次，数控加工工艺设计方面，没有考虑到切削的安全问题，导致在切削过程中，由于切削量过大或是机械设备运行不良，出现工件损伤和人员损伤的问题，对人员的生产安全性造成不利影响，难以确保数控加工的效果和水平，对整体加工安全性造成危害。3.2夹具设计问题夹具是数控加工期间非常重要的部分，只有保证夹具设计的科学性和合理性，才能为提升加工精确度和可靠性提供保障。但是目前在数控加工领域中，夹具的设计存在问题，一方面，夹具缺乏通用性，一旦因夹具损坏或是不符合工件的加工标准就需要进行更换，而不同类型夹具更换时间很长，会导致加工的效率受到影响；另一方面，夹具的刚性不满足标准规范要求，可能会受特殊工件的影响出现损坏问题，不仅会导致夹具受到损坏影响生产效率和秩序，还会出现严重的经济损失1。4数控加工中工艺及夹具设计对策4.1加工工艺设计4.1.1工艺流程设计数控加工工艺流程的设计，应完善数控加工进给路线、合理划分工序等，保证工艺流程的科学设计。如图1所示。图1数控加工工艺流程（1）确定数控加工的给进路线。数控加工给进路线设计方面，应按照行业统一的符号确定刀具运行轨迹，主要涉及到刀具的运动轨迹、起点和切削的位置、切削的数量、起刀点的位置和高度等等，绘制进给路线的图纸，将其作为数控编程的基础，根据进给路线图纸提前预测分析刀具的运作规律和状况，严格根据图纸开展数控编程工作，避免出现切削刀具和机械工件或是夹具的碰撞问题，预防发生数控加工损坏的现象。确定数控加工的给进路线合理划分工序合理安排工序数控和普通工艺衔接工艺流程的持续优化模具制造技术54模具制造 2023年第9期（2）合理划分工序。按照数控加工特点和情况，可将其工序分成以下几点：其一，对于内容较少的数控加工零部件，一次性安装和加工，完成加工后即可达到待检测的状态；其二，按照刀具加工的工作特点进行工序划分，考虑到虽然部分机械零件能够进行一次性安装加工，但是由于程序的时间很长，可能会受到一些因素的影响，例如：控制系统的内存容量较小、数控的持续性工作时间较短，很难一次性完成零部件的加工工作，因此，需要进行加工工序的划分，将工序分成不同部分，例如：将加工工序分成内腔加工、外形加工和曲面平面加工，完善数控加工的工艺模式；其三，根据粗加工和细加工的要求进行工艺划分，对于加工之后可能会发生变形的机械零部件，粗加工工艺的应用，很容易导致工件发生变形的现象，因此，需要进行矫正，重点将粗加工和精加工分开，设置两个不同的工序，为提高工件的生产质量和水平提供保障2。（3）合理安排工序。数控加工工艺的工序安排，应按照工件的结构特点和毛坯特点，结合定位需求、安装需求和夹紧需求，确定加工工艺的顺序。首先，前一道工序加工不能对下一道工序的定位和夹紧造成影响，中间穿插采用通用性的机械进行加工，需综合考虑工艺顺序。其次，先完成内腔部分的加工工作，后开展外形部分的加工工作。最后，同一定位工艺和夹紧工艺、相同的刀具加工工艺应处于持续性的加工状态，降低重复定位的频率，减少换刀和挪动压板的次数3。（4）数控工艺和普通工艺的良好衔接。通常情况下，数控加工工艺应用之前和之后，会穿插普通加工工艺，如若两者不能良好衔接，将会导致生产工作的效率和质量受到不利影响，因此，在合理设计数控加工工艺的基础上，还需注重数控与普通加工工艺之间的衔接，明确两种工艺应用的技术标准、加工特点和目的，确定需要预留的加工余量、定位面和孔精确度的标准、外形矫正的技术标准、毛坯热处理的状态等，满足不同工艺的加工需求，为提升数控加工质量提供保障。（5）不断优化工艺流程。数控加工工艺流程的设计，需遵循持续性优化和完善的基本要点，不断优化相关加工工艺的流程，改善加工工作的模式。其一，分析研究工件的设计图纸。采用数控加工工艺进行工件生产之前，应科学分析和研究工件的设计图纸内容，掌握工件的表面粗糙度要求、尺寸规格要求、加工工艺要求等，为各项加工工作的高质量和有效化开展提供支持；其二，合理进行定位基准的选择。由于数控加工的工件通常是大批量生产，通过普通类型和数控类型的机床共同完成加工工作，因此，需要进行工艺流程的进一步优化，由普通机床完成下料工作和粗加工工作，通过三爪卡盘的外六方和不同终端面的配合进行基准定位。由数控机床完成精加工和螺纹加工的操作，外螺纹的加工是将外六方与端面定位作为主要的工序，内螺纹加工是将夹具和外螺纹面、大端面与左端面定位作为主要工序；其三，明确进给的路线。该路线主要包括平面类型和深度类型的进给路线，平面给进是明确外凸轮廓的切线方向、内凸轮廓的切入方向，深度给进则是明确xz平面内的进刀深度和路线。其四，合理进行刀具的选择和切削量的控制。按照工件的切削加工性能和表面几何尺寸、表面积和形状等特点，选择数控切削的刀具，结合工件的材料情况和刀具性能情况、加工工艺精确性要求情况等确定切削量，一般情况下，为改善切削效率需要选择直径较大的刀具，按照刀具直径的1/2左右标准确定侧面吃刀量，根据冷硬层的厚度确定背面吃刀量，结合实验分析的结果，综合设定切削速度和给进速度，提升数控加工过程中的切削精确性4。4.1.2安全措施设计由于在数控加工中可能会因切削操作不良而导致发生安全风险，对设备和操作人员的安全造成危害，因此，在数控加工工艺设计方面，应重点以提高生产安全为目标，改善整体生产的安全水平。其一，严格进行数控切削进给数量的控制。数控加工的过程中，应根据工件的材料特点和机床特点、夹具、刀具特点等明确进给量与速度，优化加工工艺的程序，减少刀具的空走时间，改善加工精确度，增加切削量，但是需要注意，切削量增加的范围应合理，以免发生崩刀事件或是工件被击落的事件；其二，提升换刀工序的安全性。数控加工中采用的设备，应具有刀具的自主切换功能，保证科学进行换刀，提升安全性，例如：采用日内瓦刀库的过程中，由于没有自动化进行刀具更换的机械手，所以可以将其调整至与主轴距离很近的位置换刀，全面检查主轴位置的情模具制造技术55模具制造 2023年第9期况，明确是否能够同时换刀，避免出现刀具碰撞和损伤的问题5。4.2夹具设计4.2.1夹具定位设计数控加工工艺中，夹具是非常重要的部分，在数控加工程序编写期间，通常是将工件的坐标原点作为主要的参考点，通过夹具完成工件的定位处理和夹紧处理，在数控机床上安装夹具，直接影响工件加工的坐标点，如果夹具的设计存在偏差，将会导致工件的定位不合理，因此，在数控加工的夹具设计方面，首先，应设计定位块，将其和夹具共同设置在预先指定的位置。其次，完成数控机床的初始化处理后，分别将定位块的不同基准面和主轴下方位置、前方位置相互对准，进行定位块相对应位置的信息记录，在夹具拆除后重新装配，应保证定位块的位置符合标准，工件坐标系原点是在x轴和y轴方向，和数控机床坐标系原点的相对位置不会发生改变。最后，工件z轴方向的高度，是利用夹具所决定，在夹具不发生改变的情况下，工件z轴和数控机床坐标点相对位置不会出现变化，保证夹具拆卸之前和之后，工件和数控机床坐标原点的相应位置不会出现变化，提升夹具定位的精准性6。4.2.2夹具更换设计如果在数控加工期间采用一体化夹具，夹具发生局部损坏的问题，需要将其全部更换，会导致生产成本提高，一些夹具的型号与工件型号有偏差，可能会因夹具不良而导致工件生产不合理，而夹具工件更换的时间很长，会导致加工的效率受到影响，因此，需要科学合理进行夹具更换方面的设计。首先，确定夹具的通用型号，选择具备很高适配度的夹具，一旦发生问题，即可快速进行更换，确保数控加工生产的效率。其次，对夹具的适配性进行研究，调整相应的数据和参数，确保应用的效率，降低更换频率和次数，减少停工的次数，提升数控加工的水平和效益。4.2.3夹具刚性设计由于不同类型的数控加工零部件材料和刚性有所不同，为确保加工工作的有序开展，应重点提升夹具的刚性，尤其是在特殊工件加工方面，由于此类产品可能会对夹具应力集中位置造成影响，因此，需要设计刚性很强的夹具，保证工件的加工水平，降低夹具损坏问题的发生率。一方面，通过设计刚度较强的夹具，能够提升夹具的应用效果，避免出现安全问题和应用问题。另一方面，根据数控加工的工件特点，以提升生产标准化和安全性为基础，设计刚度较高的夹具，保证夹具的刚性，为生产质量和安全性的提升提供保障7。5结语数控加工工艺的设计和夹具设计具有重要意义，是提升加工质量和水平的主要措施，但是，目前相关加工工艺设计和夹具设计存在问题，不能确保生产质量和安全，因此，在数控加工的过程中，需要科学合理进行工艺和夹具的设计优化，完善工艺应用流程和工艺的安全性，提升夹具的通用性和刚性，改善数控加工的工艺模式和体系，增强夹具应用的可靠性和有效性，以此提高数控加工效率和效益，达到预期的优化设计目的。参考文献1刘家伦.数控机械加工中工艺及夹具设计主要问题研究J.科学技术创新，2020，13（18）:36372陈青林.探讨数控机械加工中的工艺及夹具设计J.商情，2021，22（30）:1601593刘霞云，杨勇，姚宇茏.轴承外圈多工序加工机器人自动上/下料系统设计及应用J.现代制造工程，2021，11（7）:1281344潘巧玉.数控机械加工工艺及夹具设计主要问题J.设备管理与维修，2021，24（14）:1101115刘锦杭.浅谈CNC滚珠丝杆轴承座加工工序J.智能建筑与工程机械，2020，2（3）：6567，706高晓芳，王斌.双面零件的数控加工工艺设计及实现J.南方农机，2022，53（19）:1381417张会杰，唐煜，赵万华.面向增压器叶轮加工工艺的柔性自动化生产线设计J.实验室科学，2020，23（2）:214218，221姓名简介：胡双军，男，1981年10月生，广西制造工程职业技术学院，机械工程师，专任教师，研究方向：机械设计与制造、数控编程与加工、液压与气压传动技术。（收稿日期：2023-05-17）模具制造技术56