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摘 要：机械制造加工行业在新的零部件开发环节，从样件到量产阶段，除了刀具、夹具、量具需要持续的改进以外，数控加工程序同样需要持续的优化以提高加工效率，降低加工成本，本文简要的介绍了一般零部件从样件到量产阶段数控加工程序在哪些方面存在优化的空间，提出一些通用的优化策略，为后续的量产阶段的高效率低成本的加工提供保障。
关键词：数控程序 路径优化 持续改进 切削参数 降本增效
1 引言
机械制造加工行业加工效率一直是第一优先考虑选项，因为基于财务模型，机床折旧、人力成本、动力消耗等成本占比大的方面均与加工节拍相关，因此提高加工效率是降本的最重要的方向，而数控加工程序的优化则为加工效率的提升提供了最直接的突破口。我们都知道，新产品开发一般要经历样件加工、试生产、批量生产三个阶段，一般在样件加工阶段，为了缩短交样时间，充分利用现有资源，夹具一般选用组合夹具，刀具选择上一般会考虑现有的标准刀具，这样就容易造成在样件阶段的数控加工程序因为组合夹具的刚性问题而采取小切深慢进给，因为标准刀具不易一次成型而采取多次进刀，还有因为毛坯未定型余量不均匀等多种因素导致每把刀具的安全距离加大，以上种种原因导致样件阶段数控加工程序加工时间长，而通过试生产、量产等阶段的刀具、夹具等持续改进，数控加工程序的优化空间也被渐渐打开，以下将简要介绍从样件到量产阶段的数控加工程序优化的策略。
2 数控加工程序优化策略
2.1毛坯余量方面：样件阶段的毛坯普遍存在尺寸精度差，余量波动大，部分位置还有额外的冒口飞边等，所以在样件阶段的数控加工程序在编制时粗车或粗铣端面可能需要走刀两次至四次，而随着量产阶段产品定型，模具经过更新改进，毛坯质量及尺寸精度等得到大幅提高，余量控制在一次粗加工去量即可的状态，这样数控加工程序可以在样件的基础上可以取消一至三次粗加工进刀，在粗加工工步部分可以提高效率100%～300%。与此同时，因为每件零件的粗加工刀片的切削时间大幅缩短，刀片每刃加工的零件数量得到大幅提升，预计单件粗加工刀片消耗降本率在50%～80%。因此，加工余量的减少对加工的效率提升是最直接的，也是最容易实现的一种方式。
2.2 安全距离方面：样件阶段的数控加工程序在考虑毛坯、夹具、刀具等多方面因素不稳定的情况下，一般预设置的安全距离比较大，在10～15mm左右，这样导致的空切时间比较多，存在浪费。随着量产后产品定型，毛坯、刀具、夹具、量具等的固化，数控加工程序中的安全距离可以大幅下调，普通加工中心刀具的安全距离可以调整为3mm左右，另外对于部分台阶孔，一般是先加工大孔后加工小孔，对于后加工小孔的刀具安全距离端面可以设置为负值，只需要在大孔深度往上设置3mm即可。以上安全距离降幅预计70%左右，即空切时间可以降低70%，大幅降低工序的加工节拍，提高加工效率。
2.3 切削参数方面：切削参数的选择必须综合考虑机床性能、刀具性能、夹具刚性等多方面因素，其中机床方面切削参数的选择必须在机床主传动功率、进给传动功率、主轴转速范围之内。机床刀具夹具等工艺系统的刚性是限制切削参数的重要因素。切削参数的选择使机床—刀具—工件系统不发生较大的颤动。对于热稳定性好、热变形小、刚性好的数控机床，可以适当加大切削参数。样件阶段的夹具可能是临时的组合夹具，或者初次设计的夹具存在考虑不周到，存在装夹定位刚性差的问题，这样导致切削参数比较保守，且基于安全考虑，样件阶段的加工程序普遍采用小切深小进给，而随之夹具的不断改进，至量产阶段定型后，原加工程序的参数就普遍显得过于保守，此时可以对部分参数进行调整，主要是加大切深、加大进给、提高线速度等，实践经验表明，此阶段的参数提升可以将加工效率提升30%以上。
2.4 走刀路线方面：走刀路线是指数控机床加工过程中刀具的运动轨迹和方向。以最短的走刀路线编制数控加工程序是零件数控加工中必须重点考虑的问题之一。而样件阶段的走刀路线受多方面因素影响难以做到最短最优，每一道工序的加工路线的确定都是非常重要的，因为它影响着零件的加工精度及表面粗糙度。其加工路線的总体划分原则为：保证加工精度及粗糙度、使得空行程最少及加工路线最短、计算也要方便。但是在加工路线的确定中还需考虑以下几点：
（1）应尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间。？ ？？？
（2）选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿，且进、退刀的位置应选在不重要的位置上。？ ？？？
（3）加工路线一般是先加工外轮廓，然后再加工内轮廓。
2.5 刀具优化方面：刀具材料是影响切削用量的有一重要因素。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷和 金刚石。金刚石刀片性能最好，允许很高的切削速度，耐磨性好，硬度高，硬度随温度变化小。数控机床所采用的刀具多是部刃磨可换刀片（机夹刀片）机夹刀片的材料、形状和尺寸，必须与程序中切削速度和进给量相适应并存入刀具参数里面。样件阶段大量用到标准刀具，部分加工尺寸需要多次进刀才能完成加工，但是到了量产阶段，部分加工特征可以改成非标定制成型刀，一次进刀加工成型，可以大幅降低切削时间。同时，选用适用高速切削、大切深的刀具也可极大的提升加工效率。
3 数控加工程序优化的软件仿真辅助
随着计算机技术及CAD/CAM技术的发展，基于加工过程仿真的数控程序验证和优化方法得到了关注和应用。比如二维仿真软件CIMCO对数控车床程序的仿真非常简洁易用，其对切削参数及切削路线的优化提供了很好的离线辅助分析及验证。三维仿真VERICUT软件是美国CGTECH公司开发的数控加工仿真软件，由数控程序验证模块、机床运动仿真模块、程序优化模块、自动比较模块和CAD＼CAM接口等模块组成，可模拟数控铣床、车床、多通道复合加工中心等设备的加工过程，也能进行数控程序优化，提高加工效率，检查过切、欠切，机床碰撞及刀具/夹具干涉等；具有真实的三维实体显示效果，还可以对切削后的模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工。通过vericut完成数控程序的优化，不仅仅是提高加工效率，缩短单件的加工时间。还可以延长刀具的寿命、改善零件的表面质量、以及获得更稳定的加工工况。同时在优化过程中形成的优化数据，以库的形式保存在刀具中，使得加工优化经验得到继承，并在不断的使用中持续的获得改善。
4 结语
数控机床的加工效率直接影响到企业的效益水平，企业新产品的开发从最初的样件到最终的量产是一个持续改进的过程，其中数控程序的优化是其中很重要的一环，作为技术人员需要在全过程中实时的对数控加工程序进行优化，提高生产效率，降低加工成本以为企业获得最大化的收益。
参考文献：
[1]李建广，赵航，姚英学，刘长清.基于虚拟加工的数控程序优化方法 哈尔滨工业大学学报，2007（01）
[2]徐凯.数控加工切削参数优化研究[J]. 黑龙江科技信息 2015（32）
[3]于九清.数控车床/加工中心编程方法、技巧与实例. 机械工业出版社第2版
关键词：数控程序 路径优化 持续改进 切削参数 降本增效
1 引言
机械制造加工行业加工效率一直是第一优先考虑选项，因为基于财务模型，机床折旧、人力成本、动力消耗等成本占比大的方面均与加工节拍相关，因此提高加工效率是降本的最重要的方向，而数控加工程序的优化则为加工效率的提升提供了最直接的突破口。我们都知道，新产品开发一般要经历样件加工、试生产、批量生产三个阶段，一般在样件加工阶段，为了缩短交样时间，充分利用现有资源，夹具一般选用组合夹具，刀具选择上一般会考虑现有的标准刀具，这样就容易造成在样件阶段的数控加工程序因为组合夹具的刚性问题而采取小切深慢进给，因为标准刀具不易一次成型而采取多次进刀，还有因为毛坯未定型余量不均匀等多种因素导致每把刀具的安全距离加大，以上种种原因导致样件阶段数控加工程序加工时间长，而通过试生产、量产等阶段的刀具、夹具等持续改进，数控加工程序的优化空间也被渐渐打开，以下将简要介绍从样件到量产阶段的数控加工程序优化的策略。
2 数控加工程序优化策略
2.1毛坯余量方面：样件阶段的毛坯普遍存在尺寸精度差，余量波动大，部分位置还有额外的冒口飞边等，所以在样件阶段的数控加工程序在编制时粗车或粗铣端面可能需要走刀两次至四次，而随着量产阶段产品定型，模具经过更新改进，毛坯质量及尺寸精度等得到大幅提高，余量控制在一次粗加工去量即可的状态，这样数控加工程序可以在样件的基础上可以取消一至三次粗加工进刀，在粗加工工步部分可以提高效率100%～300%。与此同时，因为每件零件的粗加工刀片的切削时间大幅缩短，刀片每刃加工的零件数量得到大幅提升，预计单件粗加工刀片消耗降本率在50%～80%。因此，加工余量的减少对加工的效率提升是最直接的，也是最容易实现的一种方式。
2.2 安全距离方面：样件阶段的数控加工程序在考虑毛坯、夹具、刀具等多方面因素不稳定的情况下，一般预设置的安全距离比较大，在10～15mm左右，这样导致的空切时间比较多，存在浪费。随着量产后产品定型，毛坯、刀具、夹具、量具等的固化，数控加工程序中的安全距离可以大幅下调，普通加工中心刀具的安全距离可以调整为3mm左右，另外对于部分台阶孔，一般是先加工大孔后加工小孔，对于后加工小孔的刀具安全距离端面可以设置为负值，只需要在大孔深度往上设置3mm即可。以上安全距离降幅预计70%左右，即空切时间可以降低70%，大幅降低工序的加工节拍，提高加工效率。
2.3 切削参数方面：切削参数的选择必须综合考虑机床性能、刀具性能、夹具刚性等多方面因素，其中机床方面切削参数的选择必须在机床主传动功率、进给传动功率、主轴转速范围之内。机床刀具夹具等工艺系统的刚性是限制切削参数的重要因素。切削参数的选择使机床—刀具—工件系统不发生较大的颤动。对于热稳定性好、热变形小、刚性好的数控机床，可以适当加大切削参数。样件阶段的夹具可能是临时的组合夹具，或者初次设计的夹具存在考虑不周到，存在装夹定位刚性差的问题，这样导致切削参数比较保守，且基于安全考虑，样件阶段的加工程序普遍采用小切深小进给，而随之夹具的不断改进，至量产阶段定型后，原加工程序的参数就普遍显得过于保守，此时可以对部分参数进行调整，主要是加大切深、加大进给、提高线速度等，实践经验表明，此阶段的参数提升可以将加工效率提升30%以上。
2.4 走刀路线方面：走刀路线是指数控机床加工过程中刀具的运动轨迹和方向。以最短的走刀路线编制数控加工程序是零件数控加工中必须重点考虑的问题之一。而样件阶段的走刀路线受多方面因素影响难以做到最短最优，每一道工序的加工路线的确定都是非常重要的，因为它影响着零件的加工精度及表面粗糙度。其加工路線的总体划分原则为：保证加工精度及粗糙度、使得空行程最少及加工路线最短、计算也要方便。但是在加工路线的确定中还需考虑以下几点：
（1）应尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间。？ ？？？
（2）选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿，且进、退刀的位置应选在不重要的位置上。？ ？？？
（3）加工路线一般是先加工外轮廓，然后再加工内轮廓。
2.5 刀具优化方面：刀具材料是影响切削用量的有一重要因素。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷和 金刚石。金刚石刀片性能最好，允许很高的切削速度，耐磨性好，硬度高，硬度随温度变化小。数控机床所采用的刀具多是部刃磨可换刀片（机夹刀片）机夹刀片的材料、形状和尺寸，必须与程序中切削速度和进给量相适应并存入刀具参数里面。样件阶段大量用到标准刀具，部分加工尺寸需要多次进刀才能完成加工，但是到了量产阶段，部分加工特征可以改成非标定制成型刀，一次进刀加工成型，可以大幅降低切削时间。同时，选用适用高速切削、大切深的刀具也可极大的提升加工效率。
3 数控加工程序优化的软件仿真辅助
随着计算机技术及CAD/CAM技术的发展，基于加工过程仿真的数控程序验证和优化方法得到了关注和应用。比如二维仿真软件CIMCO对数控车床程序的仿真非常简洁易用，其对切削参数及切削路线的优化提供了很好的离线辅助分析及验证。三维仿真VERICUT软件是美国CGTECH公司开发的数控加工仿真软件，由数控程序验证模块、机床运动仿真模块、程序优化模块、自动比较模块和CAD＼CAM接口等模块组成，可模拟数控铣床、车床、多通道复合加工中心等设备的加工过程，也能进行数控程序优化，提高加工效率，检查过切、欠切，机床碰撞及刀具/夹具干涉等；具有真实的三维实体显示效果，还可以对切削后的模型进行尺寸测量，并能保存切削模型供检验、后续工序切削加工。通过vericut完成数控程序的优化，不仅仅是提高加工效率，缩短单件的加工时间。还可以延长刀具的寿命、改善零件的表面质量、以及获得更稳定的加工工况。同时在优化过程中形成的优化数据，以库的形式保存在刀具中，使得加工优化经验得到继承，并在不断的使用中持续的获得改善。
4 结语
数控机床的加工效率直接影响到企业的效益水平，企业新产品的开发从最初的样件到最终的量产是一个持续改进的过程，其中数控程序的优化是其中很重要的一环，作为技术人员需要在全过程中实时的对数控加工程序进行优化，提高生产效率，降低加工成本以为企业获得最大化的收益。
参考文献：
[1]李建广，赵航，姚英学，刘长清.基于虚拟加工的数控程序优化方法 哈尔滨工业大学学报，2007（01）
[2]徐凯.数控加工切削参数优化研究[J]. 黑龙江科技信息 2015（32）
[3]于九清.数控车床/加工中心编程方法、技巧与实例. 机械工业出版社第2版