機械加工制造中數(shù)控技術(shù)靈活運用與研究

翟善明

摘要：近些年，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展及與機械行業(yè)的結(jié)合運用，機械加工制造技術(shù)發(fā)生根本性改變，產(chǎn)品質(zhì)量、工人勞動強度等得到較大改善。市場上企業(yè)面臨的競爭越來越激烈，加工制造企業(yè)要想實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，增強企業(yè)的競爭實力，就必須靈活的運用數(shù)控技術(shù)。筆者針對機械加工中運用數(shù)控技術(shù)加工與普通加工之間的差異進行了探析，并提出了一些數(shù)控技術(shù)靈活運用在機械加工制造中的策略，希望能有助于提高機械加工制造的質(zhì)量與效率。

Abstract： In recent years， with the rapid development of information technology and its combined application with the machinery industry， the machining and manufacturing technology has undergone fundamental changes， and the product quality and labor intensity of workers have been greatly improved. In order to achieve sustainable development and enhance the competitive strength of enterprises， processing and manufacturing enterprises must flexibly use NC technology. The author analyzes the differences between NC machining and ordinary machining in machining， and puts forward some strategies for the flexible application of NC technology in machining and manufacturing， hoping to help improve the quality and efficiency of machining and manufacturing.

關(guān)鍵詞：機械制造加工;數(shù)控技術(shù);輪廓控制

Key words： machining;numerical control technology;contour control

中圖分類號：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0169-03

0 ?引言

隨著計算機信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的機加工技術(shù)已經(jīng)很難滿足當前機械制造加工的需求。數(shù)控技術(shù)在機械加工制造中的普及運用，對推動機械制造加工的創(chuàng)新發(fā)展起到較好的作用。當前，數(shù)控加工技術(shù)在機械制造加工中的應(yīng)用越來越廣泛和深入。但與國外發(fā)達國家相比仍然存在一定差距，對數(shù)控技術(shù)的研究任重道遠，只有深入了解數(shù)控加工和普通加工之間的差異，才能更好的把數(shù)控技術(shù)在機械加工制造中的價值發(fā)揮更好。

1 ?數(shù)控機械加工技術(shù)的概述

隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機技術(shù)被很多行業(yè)接受并融入本行業(yè)，推動技術(shù)更新，緊隨時代的發(fā)展，工作質(zhì)量和工作效率得到了大幅度的提升。數(shù)控加工技術(shù)就是一種將計算機技術(shù)與傳統(tǒng)機械加工技術(shù)融合在一起的新型加工技術(shù)，其過程是在進行機械加工前，通過計算機編制好相應(yīng)的程序，通過數(shù)據(jù)鏈連接將程序指令下達給相應(yīng)設(shè)備進行制造加工。伴隨數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，功能越來越強大和完善，如增加了產(chǎn)品測試、系統(tǒng)修復(fù)等功能，其智能化、自動化程度也不斷提高。目前，數(shù)控加工技術(shù)在我國得到快速普及與應(yīng)用，先進的數(shù)控加工技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)模式。一些大型、復(fù)雜設(shè)備的生產(chǎn)通過數(shù)控機床與自動化流水線可以完成，即使一些特殊結(jié)構(gòu)或具有一定生產(chǎn)難度的零件也可以輕松完成，并且在產(chǎn)品的質(zhì)量控制上效果也很好。數(shù)控加工與制造技術(shù)，操作上變得相對容易，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下不僅可以實現(xiàn)遠程控制，而且還可以實現(xiàn)生產(chǎn)車間內(nèi)的所有參數(shù)信息全面共享。

數(shù)控機械加工技術(shù)主要是利用中控平臺管控各機床設(shè)備，該中控平臺就是CNC，利用該平臺可以從不同角度掌握當前各設(shè)備實際的運行情況，并以此為依據(jù)適度的對設(shè)備進行調(diào)控，如輸入、輸出信號、設(shè)備運轉(zhuǎn)速度等。隨著數(shù)控技術(shù)的深入發(fā)展，目前中控平臺的功能已較完善。在數(shù)控制造加工技術(shù)實際使用時，可以預(yù)先通過編程軟件提前將相應(yīng)的軟件程序編入，以便協(xié)調(diào)各硬件設(shè)備均能夠按照中控平臺中的操作程序順利完成制造加工的任務(wù)。將信號輸入平臺中后，平臺即對輸入的信號數(shù)據(jù)進行分析及處理，并通過控制電路將處理的結(jié)果傳遞給各設(shè)備，控制設(shè)備順利的完成各項操作指令。對于一些有較高精度要求的機械制造加工來說，在使用數(shù)控加工技術(shù)時，還需通過輔助插補算法來實現(xiàn)對設(shè)備的額外調(diào)控，但需要根據(jù)CPU響應(yīng)速度來優(yōu)化參數(shù)的調(diào)節(jié)，避免對機械加工制造的效率和穩(wěn)定性造成影響。雖然目前我國自動化生產(chǎn)技術(shù)水平已經(jīng)較高，但是數(shù)控技術(shù)的靈活運用仍然存在一定的提升空間。

2 ?數(shù)控機床加工和普通加工之間的差異

普通加工技術(shù)主要是由操作者對設(shè)備進行操作控制，每一個操作步驟都需操作者進行操作。操作者的技術(shù)水平直接影響或決定產(chǎn)品質(zhì)量，對操作者要求較高。在生產(chǎn)加工時，不管是工件裝夾、刀具的進給方向，主軸轉(zhuǎn)速及切削量等參數(shù)，都需要操作者對其進行調(diào)整[1]。在實際加工過程中，不管變化哪一個參數(shù)，普通加工都需操作者親自操作，這樣，不僅增加了操作者的工作量，延長加工所需時間，效率低下;同時人工操作難所避免的會出現(xiàn)失誤情況，加工質(zhì)量無法得到較好保障，產(chǎn)品加工成本也會增加。

與普通加工相比，數(shù)控機床加工技術(shù)自動化程度高等優(yōu)點較明顯。利用數(shù)控技術(shù)進行加工生產(chǎn)時，像進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切削量等參數(shù)，操作者只需在生產(chǎn)前將這些內(nèi)容編入相應(yīng)程序并導(dǎo)入平臺，設(shè)備就可依照平臺中加工步驟和各項參數(shù)等程序指令動作，實現(xiàn)自動化加工。不僅僅是這樣，數(shù)控機床加工技術(shù)還可以實現(xiàn)刀具的自動化轉(zhuǎn)換。這樣工件在完成一次裝夾后，還可以實現(xiàn)更多的連續(xù)加工任務(wù)。除此之外，數(shù)控機床利用數(shù)字化的方式對機械設(shè)備進行操控，其加工效率大大得到提高;另外，數(shù)控機床加工程序?qū)崿F(xiàn)自動編程，加工前需要反復(fù)處理參數(shù)信息，才將相關(guān)參數(shù)導(dǎo)入運行，減少了編程時間和失誤等。因此，通過數(shù)控機床加工的產(chǎn)品或零部件的精度、質(zhì)量比普通機加工的高。由于其加工的精度較高，有些產(chǎn)品后續(xù)基本不需要進行重新加工，機械加工的成本可以較好的控制。由此可見，數(shù)控機床加工的優(yōu)勢要高于普通加工很多。

3 ?數(shù)控機床的類別

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床加工技術(shù)也得到多年發(fā)展，隨著產(chǎn)品加工的自動化要求提高，數(shù)控機床也發(fā)展了較多的類別，類別劃分也各種各樣。目前通常劃分的依據(jù)主要包括兩種，一種為運動方式，另一種為加工方式。

3.1 依據(jù)運動方式進行的分類

數(shù)控機床按照運動方式可以劃分成三個主要類別：直線控制數(shù)控機床、輪廓控制數(shù)控機床和點位控制數(shù)控機床。

3.1.1 點位控制數(shù)控機床

該數(shù)控機床最為顯著的特點就是機床控制具有一定的順序性，數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機床工作臺。雖然此機床運動軸有三個，但不能夠同時運動這三個運動軸。通常是先在XY平面內(nèi)運動進行良好的定位，移動過程中刀具不進行切削;精準定位后，Z軸方向才開始進行正式的零部件切削加工。目前，點位控制數(shù)控機床的使用較廣泛，常見的機床主要有：數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等。

3.1.2 直線控制數(shù)控機床

該數(shù)控機床最為顯著的特點就是借助各運動軸的配合實現(xiàn)對刀具或工件進行控制，以此沿著兩點之間形成的直線行走，同時該類數(shù)控機床需要預(yù)先設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，像進給量參數(shù)、切削量參數(shù)等。目前我國大部分數(shù)控機床都具有這一功能。如常見的數(shù)控車車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。

3.1.3 輪廓控制數(shù)控機床

該數(shù)控機床在進行加工時，刀具的加工路徑與直線控制數(shù)控機床、點位控制數(shù)控機床有著明顯的區(qū)別，數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標軸同時進行嚴格連續(xù)控制，并非是作簡單的直線上運動，而是需要依照加工對象的外部輪廓進行運動與加工[2]。因此在使用輪廓控制數(shù)控機床進行加工前，需要預(yù)先設(shè)置好每個點的生存加工參數(shù)，只有這樣設(shè)置機床方可順利完成產(chǎn)品的加工生產(chǎn)。提前預(yù)設(shè)好相應(yīng)的加工參數(shù)，也可以在一定程度上實現(xiàn)對機床的保護。輪廓控制數(shù)控機床是目前使用比較廣泛的一種數(shù)控機床，如常見的機床主要有：數(shù)控線切割機床、數(shù)控齒輪加工機床與加工中心等。

3.2 依據(jù)加工方式進行的分類

根據(jù)加工方式的不同，數(shù)控機床可以劃分為：金屬切削類數(shù)控機床，如數(shù)控車床，加工中心等等;金屬成型類數(shù)控機床，如數(shù)控折彎機等;數(shù)控特種加工機床，如數(shù)控電火花加工機床等;其它類型數(shù)控機床，如數(shù)控三坐標測量機等。

4 ?數(shù)控加工技術(shù)在機械加工制造中運用的有效策略

4.1 數(shù)控加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

在模具制造加工時，要特別注意新工藝、新技術(shù)的更新運用，特別是數(shù)控技術(shù)的采用。這樣不僅能高質(zhì)高效完成模具加工，而且可以降低生產(chǎn)成本，利于競爭。在模具零件制造加工中，數(shù)控銑削加工目前被普遍應(yīng)用。除了此技術(shù)在加工各零部件時運用外，數(shù)控車削、坐標鏜削等技術(shù)在模具型芯、孔等回轉(zhuǎn)體加工中也得到運用。此外，電火花、加工中心等加工技術(shù)在具有凹凸結(jié)構(gòu)的金屬模具加工中通常被運用，該類技術(shù)可以實現(xiàn)一些形狀較為復(fù)雜、普通加工無法進行的加工。

目前，多軸聯(lián)動加工技術(shù)是數(shù)控加工技術(shù)中難度較大且應(yīng)用范疇較為廣泛的一項技術(shù)，此技術(shù)集高性能伺服驅(qū)動、精密加工、計算機控制等技術(shù)于一體。在模具制造加工中可以運用該技術(shù)加工一些曲面較為復(fù)雜的零件，其加工的精度不僅較高，而且加工的效率也很高。多軸聯(lián)動數(shù)控機床是在三軸聯(lián)動數(shù)控機床的基礎(chǔ)上通過增加旋轉(zhuǎn)軸升級形成的另一種數(shù)控加工機床。該機床對刀具的位置、刀具軸線的位置及模具零件的位置等都能任意的調(diào)節(jié)，因此可以從不同角度對模具零件完成加工制造。多軸聯(lián)動數(shù)控機床主要涉及以下三項技術(shù)。

①多軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)，可以對刀具與軸進行控制。編程的方式主要有兩種：一種為圖像自動編程，另一種為ATP語言自動編程，兩者流程大體一致。

②結(jié)構(gòu)技術(shù)。ISO標準規(guī)定，五軸聯(lián)動數(shù)控機床通常使用右手直角坐標系。其中Z軸為坐標系中的主軸坐標，A、B、C軸分別為坐標系中的X、Y、Z軸的旋轉(zhuǎn)[4]。在具體使用中，一般是將機床的物理中心位置作為坐標系的絕對原點，機床自身則為絕對坐標，目的是為了使控制系統(tǒng)與機床相同步。

③刀具技術(shù)。在使用數(shù)控機床加工制造模具時，刀具是直接影響加工效率與質(zhì)量的因數(shù)。在采用多軸聯(lián)動數(shù)控機床加工時，通常使用的刀具有環(huán)形銑刀、球頭銑刀及平底銑刀等。若選用的球頭刀曲率比模具零件曲面的曲率大時，需要把銑刀曲面與模具零件曲面相接觸的面積作為有效面積，利用球頭銑刀完成加工。

4.2 數(shù)控加工技術(shù)在汽車內(nèi)燃機活塞裙部加工中的應(yīng)用

目前，大部分汽車內(nèi)燃機活塞的裙部都是橢圓形，橢圓形活塞不僅可以使零件相對運動產(chǎn)生的沖擊力降低，還可以使發(fā)動機工作過程中產(chǎn)生的噪音降低，同時還能使零件間的契合度提高。由于活塞裙部的橫截面是非圓形，通常采用普通的加工技術(shù)，都是先對活塞裙部橫截面曲線進行模擬加工過程，再利用圓弧插補法或線性插補法者進一步做加工處理。為提高活塞橢圓形裙部的加工精度和效率，就必須采用新的一種加工工藝。在設(shè)計橢圓形活塞模型時，假設(shè)其短軸半徑是a，長軸半徑是b，獲得δ=b-a，隨后通過二次和四次諧波函數(shù)模擬橢圓活塞模型，并進行分析，同時獲得公式：

K（？茲）=（b--δ）（cos2？茲+cos4？茲）+？駐e

假設(shè)a為50毫米，b為51毫米，這時需要將高次分量的數(shù)值忽略，并通過Matlab技術(shù)獲得橢圓活塞的界面展示圖。

汽車內(nèi)燃機活塞裙部采用數(shù)控加工技術(shù)加工，不僅能獲得較高的精度，還能提高加工效率。

4.3 數(shù)控加工技術(shù)在機械工業(yè)中的應(yīng)用

機械加工制造本身涉及的流程環(huán)節(jié)就有很多個，數(shù)控加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅能起到很好的管控效果，同時還能有機整合不同的流程環(huán)節(jié)，可以自然的較大提高機械加工制造的效率。數(shù)控技術(shù)在具體應(yīng)用中，需要合理的針對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行程序設(shè)計與編制，操作人員通過中控平臺中的終端設(shè)備可以了解流程中各機床加工制造運行休息的實際情況，并且還可直觀的展現(xiàn)出相關(guān)的加工處理數(shù)據(jù)信息，以此來更好的控制加工制造中出現(xiàn)的誤差。在進行機械加工制造時，往往都是通過對機械工業(yè)產(chǎn)品拆解的方式完成其加工制造，最后再把加工的各個零部件按要求組裝在一起，這樣就更加有助于對機械工業(yè)產(chǎn)品加工制造精度的控制，并且對后續(xù)零部件的拼裝提供良好的基礎(chǔ)。數(shù)控技工技術(shù)在機械工業(yè)中的應(yīng)用，不僅僅可以使所加工制造的機械工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量較高，得到保證;而且使操作變得更加的簡便，減少了諸如人力等加工成本費用的支出。因此，深入廣泛使用數(shù)控加工技術(shù)，在機械工業(yè)中較高的應(yīng)用價值才能體現(xiàn)。

4.4 數(shù)控加工技術(shù)在兵器工業(yè)中的應(yīng)用

兵器工業(yè)對所加工制造的產(chǎn)品的精度和質(zhì)量的要求都較高，類似產(chǎn)品，其技術(shù)要求比普通工業(yè)產(chǎn)品高很多。因此，在加工制造兵器工業(yè)產(chǎn)品時，通常加工的一些零部件需要具有較高精密性，而且對于不同材質(zhì)的零件來說，在進行加工制造時，需要控制的參數(shù)也不盡不同。比如在實際加工制造的過程中，對軟材料裝夾方法不當或多次裝夾，施加壓力較大時，很容易碰傷零部件或使其發(fā)生變形導(dǎo)致報廢。若在兵器工業(yè)產(chǎn)品加工制造中合理應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)，則可較好的解決其中一些問題。如根據(jù)兵器產(chǎn)品的材質(zhì)特性及零部件本身加工的基本特點，減少裝夾次數(shù)，提前編制好合適合理的加工程序，考慮各種因素，編入需要控制的各項參數(shù)，以數(shù)字信息的方式對相應(yīng)機床發(fā)出加工制造指令，就能更好的確保兵器工業(yè)產(chǎn)品加工的質(zhì)量。此外，數(shù)控加工技術(shù)在兵器工業(yè)制造中的應(yīng)用，還能對產(chǎn)品的加工制造情況進行直接檢驗、跟蹤溯源，操作人員則可以根據(jù)結(jié)合兵器工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量要求及時進行反饋，及時調(diào)節(jié)數(shù)控程序中的相關(guān)內(nèi)容，保障產(chǎn)品加工制造的質(zhì)量。

4.5 數(shù)控加工技術(shù)在汽車覆蓋件模具中的應(yīng)用

隨著人們生活水平的改善，汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對汽車品質(zhì)的要求提高，用來生產(chǎn)汽車零件的模具質(zhì)量的要求也隨之更高。汽車覆蓋件模具中數(shù)控加工技術(shù)得到廣泛使用。如通過建立綜合數(shù)據(jù)庫，可以保持機床切削力在恒定狀態(tài)，避免由于刀具發(fā)生破損而影響模具的加工質(zhì)量。對于汽車覆蓋件，不僅對尺寸和功能有著嚴格的要求，而且對外觀質(zhì)量也同樣有著嚴格的要求。不僅要求產(chǎn)品具有光順、清晰的棱線及美觀的紋路，同時表面還不允許存在任何的凹凸、不夠平整或劃痕的情況。因此，在采用數(shù)控加工技術(shù)運用到汽車覆蓋件模具加工制造時，務(wù)必要注意防止出現(xiàn)欠切或過切的情況。欠切則會極大的降低數(shù)控加工后期的穩(wěn)定性，過切將導(dǎo)致模具質(zhì)量難以滿足標準要求，而且更多的刀具需要被使用到，降低了數(shù)控加工的效率和質(zhì)量等。

在加工制造汽車覆蓋件模具時，需要根據(jù)實際情況，明確軸轉(zhuǎn)動速度參數(shù)和刀具的進給參數(shù)等，及時建立綜合數(shù)據(jù)庫，以此提高數(shù)控加工的系統(tǒng)性。以往刀具的給進都是由操作人員通過手工的方式來完成，而采用數(shù)控技術(shù)，利用程序代碼就可以調(diào)節(jié)刀具的給進參數(shù)，這樣不僅僅可以提高覆蓋件模具切削的效果，同時還可以將現(xiàn)場始終需要有技術(shù)人員值守的問題解決。

5 ?結(jié)束語

綜上所述，在機械加工制造中靈活運用數(shù)控技術(shù)，不僅僅可以提高機械加工制造的效率，同時還具有較高的機械加工精度，能保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且還可以在一定程度上控制加工制造的成本。因此，在進行機械加工制造的過程中，通過對使用數(shù)控機床加工與普通加工的比較，數(shù)控機床加工的突出優(yōu)勢說明對如何合理選擇加工設(shè)備非常重要。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床加工系統(tǒng)越來越完善，多軸聯(lián)動的使用與自動化程度的提高，加工工藝的更新，數(shù)控技術(shù)在機械加工制造中的應(yīng)用將越來越廣泛和深入，傳統(tǒng)的普通加工將逐漸被取代。數(shù)控機床通過數(shù)據(jù)鏈連接的方式由計算機管控機械設(shè)備進行加工制造，在加工制造中產(chǎn)品或零部件的質(zhì)量可以更好得到保障與提升。當前數(shù)控機床的類型較多，在具體使用的過程中，可根據(jù)產(chǎn)品加工制造的實際情況以及產(chǎn)品、零部件自身的技術(shù)要求特點選擇合適的數(shù)控機床類型。產(chǎn)品品質(zhì)越來越高。

參考文獻：

[1]儲勝國.傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工技術(shù)在機械行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2021（23）：185-186.

[2]戴星明.試論數(shù)控技術(shù)在機械加工中的應(yīng)用及其發(fā)展前景[J].內(nèi)燃機與配件，2021（20）：185-186.

[3]柯澤豪.淺析基于機電一體化數(shù)控技術(shù)提升機械加工成效的路徑[J].中國設(shè)備工程，2021（18）：165-166.

[4]王曉瑤.機電一體化數(shù)控技術(shù)在機械加工中的合理運用[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2021，29（23）：129-130.

[5]蘇冬勝，巫國富，劉親榮.數(shù)控技術(shù)在木材加工機械行業(yè)的應(yīng)用初探[J].林產(chǎn)工業(yè)，2021，58（06）：89-91.

[6]李玉龍.數(shù)控機床機械加工存在的不足及效率提升方法[J].新型工業(yè)化，2021，11（06）：120-121.