數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)是對(duì)工件進(jìn)行數(shù)控加工的前期工藝準(zhǔn)備工作，它必須在程序編制工作開始以前完成。
1.對(duì)零件進(jìn)行工藝分析
數(shù)控加工工藝性涉及面廣，這里僅從數(shù)控加工的可能性與方便性兩方面加以分析。
（1）零件圖尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點(diǎn)
零件圖上的尺寸從同一基準(zhǔn)引注或直接給出坐標(biāo)尺寸，以方便編程。由于數(shù)控加工精度及重復(fù)定位精度很高，統(tǒng)一基準(zhǔn)標(biāo)注不會(huì)產(chǎn)生較大累積誤差。
圖1 分散基準(zhǔn)標(biāo)注方法
圖2 統(tǒng)一基準(zhǔn)標(biāo)注方法
（2）構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分
幾何元素的給定條件少或多，都會(huì)使編程中的某些數(shù)值無法計(jì)算，如相切變成了相交或相離，則無法編程。
（3）定位基準(zhǔn)要可靠
數(shù)控機(jī)床高生產(chǎn)率的特點(diǎn)要求可靠的定位，否則可設(shè)輔助基準(zhǔn)。
（4）選擇數(shù)控加工內(nèi)容時(shí)，可按下列順序考慮：
1）普通機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)優(yōu)先選擇;
2）普通機(jī)床難加工，質(zhì)量難保證的內(nèi)容應(yīng)重點(diǎn)選擇;
3）普通機(jī)床加工效率低，手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容。
（5）下列一些加工內(nèi)容不宜采用數(shù)控加工：
1）需要較長(zhǎng)時(shí)間占機(jī)調(diào)整的加工內(nèi)容，如以粗基準(zhǔn)定位加工*精基準(zhǔn)的工序。
2）必須用工裝調(diào)整的孔及其它加工內(nèi)容，如按樣板、模胎加工的型面輪廓。
3）不能再一次裝夾中完成的其他零星部件。
此外還應(yīng)該考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、各工序的平衡等因素，務(wù)必使機(jī)床得到充分合理的利用。
2.數(shù)控加工的工藝過程設(shè)計(jì)
數(shù)控加工工藝過程是數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，故應(yīng)力求zui合理的工藝過程。為此，在數(shù)控加工工藝過程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意工序劃分和加工順序的安排。
（1）工序劃分：數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工相比較，加工工序更加集中
1）以一次安裝加工作為一道工序：適應(yīng)加工內(nèi)容不多的工件。
2）以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序：適合一次裝夾的加工內(nèi)容很多，程序很長(zhǎng)的工作，減少換刀次數(shù)和空程時(shí)間。
3）以加工部位劃分工序：適應(yīng)加工內(nèi)容很多的工件。按零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將加工部位分成幾部分，如內(nèi)形、外形、曲面或平面等，每一部分的加工都作為一個(gè)工序。
4）以粗、精加工劃分工序：對(duì)易產(chǎn)生加工變形的工件，應(yīng)將粗、精加工分在不同的工序進(jìn)行。
劃分工序要視零件的結(jié)構(gòu)與工藝性，機(jī)床功能，零件數(shù)控加工內(nèi)容的多少，安裝次數(shù)及本單位生產(chǎn)組織狀況，靈活掌握，力求合理。
（2）加工順序的安排
加工順序的安排應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，選擇工件定位和安裝方式，重點(diǎn)保證工件的剛度不被破壞，盡量減少變形，因此加工順序的安排應(yīng)遵循以下原則：
1）上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊；
2）先加工工件的內(nèi)腔后加工工件的外輪廓；
3）盡量減少重復(fù)定位與換刀次數(shù)；
4）在一次安裝加工多道工序中，先安排對(duì)工件剛性破壞較小的工序。
3.數(shù)控機(jī)床加工工序和加工路線的設(shè)計(jì)
（1）工序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：確定工序的具體加工內(nèi)容、切削用量、工藝裝備、定位安裝方式及刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，為編制程序作好準(zhǔn)備。
（2） 確定加工路線的原則：
加工路線的設(shè)定是很重要的環(huán)節(jié)，加工路線是刀具在切削加工過程中刀位點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，它不僅包括加工工序的內(nèi)容，也反映加工順序的安排，因而加工路線是編寫加工程序的重要依據(jù)。
1）加工路線應(yīng)保證被加工工件的精度和表面粗糙度。
2）設(shè)計(jì)加工路線要減少空行程時(shí)間，提高加工效率。
3）簡(jiǎn)化數(shù)值計(jì)算和減少程序段，減少編程工作量。
4）根據(jù)工件的形狀、剛度、加工余量、機(jī)床系統(tǒng)的剛度等情況，確定循環(huán)加工次數(shù)。
5）合理設(shè)計(jì)刀具的切入與切出的方向。采用單向趨近定位方法，避免傳動(dòng)系統(tǒng)反向間隙而產(chǎn)生的定位誤差。
6）合理選用銑削加工中的順銑或逆銑方式。一般來說，數(shù)控機(jī)床采用滾珠絲杠，運(yùn)動(dòng)間隙很小，因此順銑優(yōu)點(diǎn)多于逆銑。
（3）數(shù)控機(jī)床加工路線：
1）數(shù)控車床加工路線： 數(shù)控車床車削端面加工路線如圖3所示的a-b-0p-d，其中a為換刀點(diǎn)，b為切入點(diǎn)，c--0p為刀具切削軌跡，0p為切出點(diǎn)，d為退刀點(diǎn)。
圖3 數(shù)控車床車削端面加工路線
圖4 數(shù)控車床車削外圓加工路線
數(shù)控車床車削外圓的加工路線如圖4所示a-b-c-d-e-f，其中a為換刀點(diǎn)，b為切入點(diǎn)，c--d--e為刀
具切削軌跡，e為切出點(diǎn)，f為退刀點(diǎn)。
2）數(shù)控銑床加工路線：立銑刀側(cè)刃銑削平面零件外輪廓時(shí)，應(yīng)沿著外輪廓曲線的切向延長(zhǎng)線切入或切出，避免切痕，保證零件曲面的平滑過渡。
圖5 外輪廓銑削的加工路線
圖6 內(nèi)輪廓銑削的加工路線
當(dāng)銑削封閉內(nèi)輪廓表面時(shí)，刀具也要沿輪廓線的切線方向進(jìn)刀與退刀，如圖6所示，a-b-c為刀具切向切入輪廓軌跡路線，c-d-c為刀具切削工件封閉內(nèi)輪廓軌跡，c-e-a為刀具切向切出輪廓軌跡路線。
3）孔加工定位路線：要注意各孔定位方向的一致性，即采用單向趨近定位方法，這樣的定位方法避免了因傳動(dòng)系統(tǒng)反向間隙而產(chǎn)生的定位誤差，提高孔的位置精度。如圖7所示
圖7 孔加工定位路線
（4）工件的安裝與夾具的選擇
1）工件的安裝
①力求符合設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、安裝基準(zhǔn)和工件坐標(biāo)系的基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
②減少裝夾次數(shù)，盡可能做到在一次裝夾后能加工全部待加工表面。
③盡可能采用夾具，減少占機(jī)裝夾與調(diào)整的時(shí)間。
2） 夾具的選擇
①小批量加工零件，盡量采用組合夾具，可調(diào)式夾具以及其它通用夾具。
②成批生產(chǎn)考慮采用夾具，力求裝卸方便。
③夾具的定位及夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響刀具的走刀運(yùn)動(dòng)。
④裝卸零件要方便可靠，成批生產(chǎn)可采用氣動(dòng)夾具、液壓夾具和多工位夾具。
（5）切削用量的選擇
切削用量包括切削速度vc （或主軸轉(zhuǎn)速n）、切削深度ap和進(jìn)給量f，選用原則與普通機(jī)床相似：粗加工時(shí)，以提高生產(chǎn)率為主，可選用較大的切削量；半精加工和精加工時(shí)，選用較小的切削量，以保證工件的加工質(zhì)量。
1）數(shù)控車床切削用量
①切削深度ap：在工藝系統(tǒng)剛性和機(jī)床功率允許的條件下，可選取較大的切削深度，以減少進(jìn)給次數(shù)。當(dāng)工件的精度要求較高時(shí)，則應(yīng)考慮留有精加工余量，一般為0.1～0.5mm。
切削深度ap計(jì)算公式：ap=（ dw- dm）/2
式中 ：dw—待加工表面外圓直徑，單位: mm
dm—已完成加工后的表面外圓直徑，單位: mm
② 切削速度vc：切削速度由工件材料、刀具材料及加工性質(zhì)等因素所確定，可查表。
切削速度vc計(jì)算公式： vc=πdn/1000 （m/min）
式中： d—工件或刀尖的回轉(zhuǎn)直徑，單位: mm
n—工件或刀具的轉(zhuǎn)速，單位: r/min
③ 進(jìn)給速度：進(jìn)給速度是指單位時(shí)間內(nèi)，刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離，單位為mm/min，也可表示為主軸旋轉(zhuǎn)一周刀具的進(jìn)給量，單位為mm/r。
進(jìn)給速度vf的計(jì)算: vf = n f
式中： n—車床主軸的轉(zhuǎn)速，單位: r/min 。
f—刀具的進(jìn)給量，單位: mm/r
2） 數(shù)控銑床切削用量選擇
數(shù)控銑床的切削用量包括切削速度vc 、進(jìn)給速度vf 、背吃刀量ap和側(cè)吃刀量ac。切削用量的選擇方法是考慮刀具的耐用度，先選取背吃刀量或側(cè)吃刀量，其次確定進(jìn)給速度，zui后確定切削速度。
①背吃刀量ap（端銑）或側(cè)吃刀量ac（圓周銑）
如圖8所示，背吃刀量ap為平行于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸，單位為mm;
側(cè)吃刀量ac 為垂直于銑刀軸線測(cè)量的切削層尺寸，單位為mm，
端銑背吃刀量和圓周銑側(cè)吃刀量的選取主要由加工余量和對(duì)表面質(zhì)量要求決定。
圖8 銑刀銑削用量
②進(jìn)給速度vf
進(jìn)給速度指單位時(shí)間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移，單位為mm/min。它與銑刀轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)z及每齒進(jìn)給量fz（單位為mm/z）有關(guān)。
進(jìn)給速度的計(jì)算公式： vf = fz z n
式中: 每齒進(jìn)給量fz的選用主要取決于工件材料和刀具材料的機(jī)械性能、工件表面粗糙度等因素。當(dāng)工件材料的強(qiáng)度和硬度高，工件表面粗糙度的要求高，工件剛性差或刀具強(qiáng)度低，fz值取小值。硬質(zhì)合金銑刀的每齒進(jìn)給量高于同類高速鋼銑刀的選用值，可查表選用。
③切削速度
銑削的切削速度與刀具耐用度t、每齒進(jìn)給量fz 、背吃刀量ap 、側(cè)吃刀量ac 以及銑刀齒數(shù)z成反比，與銑刀直徑d成正比。其原因是fz 、 ap 、 ac 、z增大時(shí)，使同時(shí)工作齒數(shù)增多，刀刃負(fù)荷和切削熱增加，加快刀具磨損，因此,刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大銑刀直徑,則可以改善散熱條件，相應(yīng)提高切削速度。
（6）對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的選擇
1）對(duì)刀點(diǎn)是刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，程序就是從這一點(diǎn)開始的，故又叫程序原點(diǎn)或程序起點(diǎn)（起刀點(diǎn)）。
其選擇原則是：
①應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，如以孔定位的零件，應(yīng)以孔中心作為對(duì)刀點(diǎn)。
②對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)選在對(duì)刀方便的位置，便于觀察和檢測(cè)。
③應(yīng)便于坐標(biāo)值的計(jì)算。如坐標(biāo)系的原點(diǎn)或已知坐標(biāo)值的點(diǎn)上。
④使加工程序中刀具引入（或返回）路線短并便于換刀。
2）對(duì)刀點(diǎn)可選在零件上，也可選在夾具或機(jī)床上，若選在夾具或機(jī)床上，則必須與工件的定位基準(zhǔn)有一定的尺寸。如圖9所示。
圖9 對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)的確定
3）對(duì)刀時(shí)，應(yīng)使“刀位點(diǎn)”與“對(duì)刀點(diǎn)”重合，對(duì)刀的準(zhǔn)確程度直接影響加工精度，不同刀具的刀位點(diǎn)是不同的。如圖10所示。
圖10 不同刀具的刀位點(diǎn)
4）對(duì)數(shù)控車床、鏜銑床、加工中心等多刀加工數(shù)控機(jī)床，因加工過程中要進(jìn)行換刀，故編程時(shí)應(yīng)考慮不同工序間的換刀位置，設(shè)置換刀點(diǎn)。為避免換刀時(shí)刀具與工件及夾具發(fā)生干涉，換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件外合適的位置。如圖9所示。
4. 數(shù)控加工技術(shù)文件的編寫
（1）主要作用：
1）指導(dǎo)工人進(jìn)行正確的操作；
2）作為程序編制的重要依據(jù)；
3）作為生產(chǎn)組織、計(jì)劃調(diào)度的依據(jù)。
（2）主要技術(shù)文件有：數(shù)控加工工序卡；數(shù)控加工程序說明卡；數(shù)控加工走刀路線圖等。