数控加工与常规加工之优劣比较

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数控加工与常规加工之优劣比较

摘要：数控加工工艺源于常规加工工艺，是常规加工工艺、计算机数控技术、计算机辅助设计和辅助制造技术的有机结合。是随着科学技术的迅猛发展，数控机床已成为企业大量配置的先进装备，但是实际机械加工中数控加工并不是万能的。本文从夹具、刀具选择，切削用量，加工方式等方面对数控加工工艺与常规的加工进行了详细的比较，分析各自的特点，论述了在工件的生产和加工过程中，只有把数控加工工艺和常规加工工艺有机的结合起来，才能充分发挥数控机床的优越性。

关键词：数控加工；常规加工；夹具；刀具；优劣；结合

引言：随着科学技术的迅猛发展，现代制造业中需要精密加工的零件越来越多，加工精度和对工件表面复杂程度要求也越来越高。而数控机床最适宜加工这类形状复杂精度要求高的零件。因此数控机床已成为企业大量配置的先进装备，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。数控技术有非常多的优点，对于提高制造业的现代化水平起着不可估量的作用，数控技术的迅速发展成为一种时代发展的必然趋势。但是在实际机械加工中数控加工并不是万能的，把数控加工工艺和常规加工工艺有机的结合起来，才能充分发挥数控机床的优越性。

1、数控加工工艺与常规加工的比较

无论是数控加工工艺还是传统加工工艺都是指导操作人工将零件毛坯逐步生产成为合格零件的指导性文件。加工工艺编制质量的好坏直接影响到产品的生产成本和生产效率，故而其在生产中的作用是非常重要且不可或缺的。只有选择了正确而合理的加工工艺，才能制造出高精度产品，降低生产成本，提高生产效率，为企业创造良好的效益。数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。数控加工是用数字信息控制零件盒刀具位移的机械加工方法。

1.1数控加工的优点：

1.1.1 数控加工工艺远比普通机床加工工艺复杂

数控加工工艺要考虑加工零件的公益性、加工零件的定位基准和装夹方式、刀具选择、工艺路线制定、切削方法及工艺参数等，而这些在普通机械加工工艺中均可以简化处理。因此，数控加工工艺比普通加工工艺要复杂得多，影响因素也多，因而有必要对数控编程的全过程进行综合分析、合理安排，然后整体完善。相同的数控加工任务，可以有多个数控工艺方案，既可以选择以加工部位作为主线安排工艺，又可以选择一加工刀具作为主线来安排工艺。数控加工工艺的多样化是数控加工工艺的一个特色，是与传统加工工艺的显著区别。

1.1.2 装夹及夹具的选择

数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：

（1）要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；

（2）要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。比如数控加工中心夹具本身要以工作台上的基准槽或基准孔来定位并安装到机床上，这可确保零件的工件坐标系与机床坐标系固定的尺寸关系，这是和普通机床加工的一个重要区别。当然装夹包含了定位和夹紧两个重要步骤，传统加工方式下，因受机床加工能力的限制，一般需要多次装夹才能完成加工。数控机床可以在一次装夹状态下加工多个面，大大降低频繁装夹带来的误差。设计和使用专用夹具是为

使定位和夹紧方便而迅速，但夹具设计制造的费用较高，如加工工件批量不大，则分摊在产品的夹具费用不容忽视，所以工艺上选择设计专用夹具应慎重。数控加工可利用仪表调试的方法定位，用最普通的夹紧元件夹紧，很多时候可省去设计专用夹具，从而降低一部分成本。

1.1.3刀具选择

因加工工艺和加工方法的不同，所使用的刀具也不同，特别是数控加工中的高速切削以其不同于传统速度切削的独特机理在提高加工效率、提高加工质量、减少切削变形、缩短加工周期方面的显著效果，在制造业中必将进一步增多，相应的高速切削刀具需求也将进一步增多，还有目前讲的干切削是一种不加切削液或只加微量切削液的加工技术，它要求刀具具有更高的耐热性。与普通机床加工相比，对刀具的性能要求也越来越高。同时刀具制造商的角色发生转变，也使刀具行业的地位、作用发生了重大变化：从单纯的刀具生产、供应，扩大至新切削工艺的开发及相应的配套技术和产品的开发；从单纯刀具供应商的地位上升为企业提高生产效率和产品质量、降低制造成本的重要伙伴。此外为用户提供全面的技术支持与服务更显得更加迫切和重要。

1.1.4刀具路径

普通机床加工中的刀具路径主要靠工人师傅自己把握，而在数控机床的加工中，刀具路径已经在程序编制中就确定了。如设置进退刀是采用斜坡和螺旋方式，切线方向切入切出；大量采用分层加工；金属切除率Q尽量保持恒定；避免急剧变化的刀具运动，刀具在拐角和行间往复运动是避免方向急剧变化和全刀宽切削，可以用“高尔夫球杆”抬刀式过度、线性加圆弧延伸过度等多种过渡方式；满足等量切削和等载荷切削条件等。这些都是普通机床无可比拟的。

1.1.5加工方式

数控机床的特点使一些传统加工方法中应慎用的加工方式变得可行，传递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。传统的空位加工中的充填法、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式独树一帜，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。干切削作为一种绿色制造工艺与湿式切削相比有许多的优点，但也存在切削力增大、切削变形加剧、刀具耐用度降低、工件加工质量不易保证等缺点，但是通过分析干切削的各种特点边界不易保证等缺点，但是通过分析干切削的各种特定边界条件和影响干切削的各种因素，寻求相应的技术解决方案及措施来弥补干式切削的缺陷，干切削的优势还是十分明显的，干切削必将成为发展趋势之一。在数控加工，高速加工之所以令人注目，是因为其具有如下的优越性：以模具加工为例，传统工艺通常分为粗加工、半精加工、精加工、电火花加工、磨削加工等多个工序，而采用高速加工后，可以将这些加工集中为1——2个工序，而且由于加工精度的提高，可以省去电加工和磨削加工工序。高速加工具有比普通加工大5——10倍的切削速度，其优点是能减少加工时间，有利于使用直径较小的刀具；可部分代替某些工艺；经济效益显著提高，达到普通加工需要几道工序才能达到的加工精度和表面质量，提高生产率。

1.1.6基准选择和定位误差的问题

只要加工零件，就少不了讲基准，而对设计、检测、加工这三个基准的理解和定义都比较清楚。要把三个基准很好地、很合理地应用到加工中去就不那么容易了。设计基准与定位基准不重合，会带来定位误差；测量基准和工序基准与设计基准不重合，需要解算尺寸链，而且可能导致“假废品”现象。这些在传统工艺中有时会因工件形态的特点、测量方法，或者因不能兼顾而被迫发生。在数控加工中，定位基准与设计基准不重合的的可能性与传统加工方法相同，但测量基准和工序基准（常规工艺中常取为与测量基准相同）却常可以做到与设计基准一致，从而避免尺寸链解算及其带来的误差。数控加工程序编制时采用可控制精度的

坐标法确定各段的形状和尺寸，同时伺服系统的定位精度也相当高（0.001mm以上），可很容易地保证产品的尺寸公差和形位公差，因此加工某面采用何处为基准的问题已经脆弱化，即便发生基准不重合或基准不统一的现象，对工件精度的影响也可控制得很小。定位误差由基准不重合误差和基准误差（定位副制造不准确误差）两部分组成，基准不重合误差前已述及。定位副制造不准确误差在传统加工中批量生产使用夹具时，一般都要经过对刀和调整，而且常是针对工件的实际表面直接对刀，加工过程中一般也是很少重新装夹或换位，所以夹具的影响已大大降低，因而数控加工中定位误差的影响已成为非主要因素。

1.1.7切削用量

传统加工中因主要有工人凭自己的技术经验操纵机床，从人的控制能力和安全角度等方面考虑，一般是比较保守的，特别对复杂得曲线和曲面，工人操作易出现差错，为减少废品率，切削用量的选择总是慎之又慎。数控机床是采用控制系统机床动作，不论什么形面都可用程序方便地控制加工过程，刀具在工件上的运动轨迹是全自动的和灵活、不间断的，在程序中可对加工过程设置最为合理的切削用量，从而最大限度地提高加工效率，这是普通机床加工不可比拟的。现在常采用的高速加工的粗加工所应采取的工艺方案：高切削速度、高进给率和工艺系统刚度、耐用度，还是物有所值的。还有就是最新出现的高速加工中自动进行速度优化处理，也就是在切削量小的地方加快切削速度，而在加工余量大的地方增加切削速度，从而缩短加工时间，提高工作效率，减少刀具的损害，延长刀具的寿命，保证了机床和刀具需要的切削载荷的更小的变化，提高精加工的表面质量。优化F值后，切削速度根据余量的变化而变化，在普通机床加工中根本无法实现。

1.1.8热变形

切削过程中的热变形不可避免，精加工阶段的热变形直接影响到最终工件的加工精度。传统加工方法因较易分出加工阶段，各工序之间的缓冲时间较长，可在前面加工产生的温升完全恢复正常后，再进行最终的精加工，如精加工分为多个工步，还可通过控制工步间的间隔时间等进一步减少热变形的影响。数控加工因其可以连续高效地进行多个面的加工，因为连续，切削是产生的热量来不及充分转移，如果工步之间考虑热变形因素而给出停留时间，则影响加工效率，所以，数控加工中热变形的影响成为了一个突出的问题。

减少热变形，在普通机床加工中，大家总是习惯上加切削液，冷却工件和刀具的温度。但是在一般的外冷却应用中，冷却液只是喷到铁屑或者工件上，很难真正喷到铁屑与刀片前刀面之间的热影响区，这样的冷却效果大打折扣。并且在一些黏性材料加工中，切削长度不好控制，尤其是精加工中，切削过长，这也经常损害已加工表面，堵塞机床的排屑，造成机床故障。在数控机床中采用高压断削技术使切削液可以从刀片上表面和切削下表面打进去，从而进入到最需要冷却的地方，达到降温、断屑的作用。利用高压断屑，在难加工材料加工中可以提高20% ～ 50% 的生产效率，并且加工过程中可以实现无故障生产，尤其是在生产线中需要自动换工件或换刀的加工中优势明显。

1.1.9 量具量仪的选用

传统的孔系检测中穿棒模套，已被利用回转中心功能配合接触式和非接触式检测手段代替。高精度尺寸、空间位置尺寸、复制轮廓和曲目的检测则只有采用三坐标测量机才能完成。随着机床数控技术的日趋成熟，触发式测量技术开始被机床用户广泛采用。在传统加工方式下，加工过程中需频繁地测量，因为人工操作机床，加工尺寸随机误差大，尺寸分散程度高，稍不注意，就可能超差，使工件报废。数控加工的控制精度高，机床的定位精度、重复定位精度目前可达较高水平，其值一般可比工件要求的尺寸精度高1 ～ 2 个数量级以上，只要安装调整工件操作正常，机床工作情况正常，加工一批工件的尺寸一般是比较稳定的( 即尺寸分散程度很小) ，因此试切成功后，只需要定时抽检尺寸，即可以有效控制精度。

1.1.10 柔性化程度不同

传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下; 而传统的专用机床，虽然效率很高，但对零件的适应性很差，刚性大，柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞争带来的产品频繁改型。只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。

1.1.11 素质要求不同

由于数控加工的自动化程度高，安全和质量至关重要。数控加工工艺必须经过验证后才能用于指导生产。在普通机械加工中，工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指导生产，一般不需要上述的复杂过程。CAD/CAM 技术的应用是数控加工工艺的重要组成部分，也代表了数控技术的方向。或许对原来的机加工工艺人员没有很多软件应用的要求，但作为一个数控工艺员则必须具备CAM 方面的知识。

1.2数控加工的局限性

数控加工虽然优点很多,但并不是所有零件都适合在数控机床上加工。例如:生产批量大的零件;装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件;加工余量不太充分或不太稳定的加工部位;必须按专用工装协调的加工内容(如标准样件、模胎等)。如果采用数控机床加工这类零件,并不能明显提高生产率和经济的合理性,也就体现不出数控加工的优越性,不能充分发挥数控机床的作用。

2、数控加工工艺与传统工艺在加工中的有机结合

数控加工的工艺路线设计与传统机床加工的工艺路线拟定的区别主要在于数控加工可能只是几道工序,而不是从毛坯到成品的整个工艺过程。一般来讲,一个零件的制造过程一般都是由数控加工和传统机械加工组合而成的。由于数控加工工艺一般都与传统加工工序穿插在一起。因此在工艺路线设计中一定要兼顾数控加工和传统加工工序,将两者进行合理的安排,使之与整个工艺过程协调吻合。例如在车削阶梯轴零件时,一般是将阶梯轴的每个外圆表面依次从大到小粗车完后,再逐个表面进行精加工,但在数控加工中由于有复合循环指令的应用,可将整个外轮廓一次进行循环粗车,然后再精车。因此实际上还是将部分传统加工工艺穿插在了数控加工工艺路线之中。由此可看出数控加工工艺是不能与传统加工截然分开的。传统的机床加工工艺是由操作者操作机床一步一步实现的,数控机床加工工艺是预先在所编制的程序中体现的,由机床自动实现的。因此就要求数控工艺员具备较深而全面的工艺知识。还需要注意的是不论是传统加工工艺还是数控加工工艺,它都是有一定工艺范围的。例如在传统机械加工和生产中,专用机床和专门化机床虽然自动化程度较高．适用于大批量生产,但工艺范围较窄。通用机床仅适用于小批单件生产,产品多变,工艺范围较宽。而数控机床能够在一次装夹中完成大量工序,重新调整十分方便,故适用于小批生产自动化。这就要求我们在整个生产和加工中根据加工的实际需要,把数控加工工艺和传统加工工艺合理安排好,使整个工艺过程有机结合起来。发挥各种机床的优势,进行认真细致的工艺分析,提高被加工零件的精度,提高工作效率,从而提高企业的经济效益。

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