數控技術和計算機輔助設計在數控機床中的應用

周 杰

（寧波市四明職業高級中學，浙江寧波 315161）

0 引言

數控加工制造在我國建設發展中起著重要作用，在最近幾年，現有的數控加工技術不能滿足現在市場的需求，過去的生產方式已經被市場所拋棄，因此要及時的更新換代，為行業的發展奠定基礎。很多數控機床加工團隊已經把計算機作為重要的輔助技術，本文就計算機輔助設計在數控機床的應用展開論述。

1 數控技術與計算機輔助設計概念

數控技術是通過數字自動控制的生產技術，是機械加工技術、計算機技術等各種學科互相交際的集成技術，是一門新型的發展勢頭十分迅猛的技術。計算機輔助技術也叫做CAD（Computer Aided Design）技術，是數控加工過程中的一種必要的生產工具，有幾何建模和參數建兩種建模方式，都是通過計算機為工程設計載體，通過相關的圖形軟件幫助設計人員進行施工和設計。在現代化企業中，需要對設計方案中的數據進行仔細分析，在傳統的工程設計中，人工進行計算的工作量大，效率也不是很高，所以使用計算機輔助設計能夠有效的解決這些問題。隨著現代的高科技的發展，計算機輔助設計在數控機床有了廣泛的應用，CAD/CAM（Computer Aided Manufacturing，計算機輔助制造）技術和數控機床的有機結合，也同時為數據機床帶來了一場全新的變革。它是機電專業和自動化專業的重要組成，是當今全世界中自動化方面的行業前端。

2 數控技術的和計算機輔助設計工作內容

2.1 數控機床計算機輔助設計的系統

在數控機床與自動控制系統中，是以工程系統為研究中心，通過讀取代碼對機床的各個模塊進行統籌兼顧，對于其中出現的參數和數據進行記錄，這樣就能對機床進行有效的管理，避免安全問題的發生。在數控機床計算機輔助設計系統中，要選擇一個與之相比配的平臺，需要步進電機控制，其中步進電機作為載體時，要注意控制加速時間，否則很有可能造成嚴重的低速共振和掉步現象。但是加速時間過長，也會導致系統出現誤差，降低工程的質量。一般會采用相對應的數字系統，這樣可以加強精度。

2.2 數控機床信息處理環節

數控機床的概念是對于機床的，生產原理主要是利用數控技術和計算機輔助技術實現的機床生產自動化應用技術。其中信息處理與自動控制是數控機床的關鍵技術，也是信息技術數控機床工作中極為重要的技術環節。下面介紹信息處理的3 個環節。

2.2.1 信息采集

信息采集是計算機輔助設計的基礎，采集信息的快慢和精確程度都會給數控系統的整體效率帶來影響。其中數控切割機床的加工材料是二維的圖形，要想實現較為高級的加工精度和控制效率，就要將控制精度控制在0.000 1 之內。其中的信息采集不僅包括圖形，還有其他信息的采集。在這個過程中，所有的圖形都能在CAD 的繪制中完成處理，從而實現信息采集。

2.2.2 信息加工

在信息加工的過程中，使用的計算機輔助設計平臺的基體，操作系統也經過上述的操作進行信息的再次加工。經過一系列的排料、自動識別定義施工的速度。在這里應該注意其中的靈活性，這樣才能充分發揮編程人員在編程時因為加工完畢翹起導致的刀口碰撞問題。

2.2.3 信息運輸

信息傳輸是通過代碼控制相應的模板，然后傳遞給相應的模塊進行運行，在大多數操作平臺中，例如Windows7 操作系統，文件的傳輸十分簡單，可以采用文件傳輸和互聯網傳輸。

3 CAD/CAM 技術的特點

計算機輔助技術是一種能夠涉及制作出既能夠滿足CAM加工的模型，CAD 系統是一種高效的設計工具，三維模型和二維模型之間相互轉化和關聯，其中開放性也有利于用戶第二次開發，也是對軟件系統進行不斷的擴充。當前的計算機輔助加工大多是機械加工，而且輸入信息時是工藝路線，輸出是加工的運動軌跡和數控程序。其中軟件方面還有數據庫和計算機輔助設計、計算機輔助編程等。

3.1 仿真模板功能

計算機輔助系統大多數都提供了仿真功能，最重要的是檢驗刀具的正確性，其中通過代碼實現仿真模塊的使用軟件還很少，所以采用NC 代碼仿真加工來檢驗代碼是十分必要和迫切的。而數控程序是否正確是直接關系到加工的成本，所以在數控機床投入正式的加工之前，要對于程序進行合理的檢驗，其中刀具軌跡仿真就是利用刀的位置數據信息，計算加工過程中是否合乎標準。還包括所選的刀具和限制面是否會產生碰撞等問題。刀具軌跡仿真技術可以運用動畫顯示方法，效果十分真實出眾。其中三維動態切削是采用實體造型的建立在機床加工過程中的集合模型，采用真實感將加工的具體過程展現出來。數控輸出模塊的后處理程序是車床系統在使用結束為用戶提供數據，幫助用戶靈活地使用各種數控技術，如車床的數控編程后處理程序。

3.2 CAD/CAM 軟件的優點和缺點

CAD/CAM 任務很難確定其先后順序，其中的代碼便需要不斷的修改。CAD/CAM 軟件中的編程基本都是直接向下進刀的方式，比如外形修整技術和曲面加工技術等，其中垂直進刀額定切削能力很小，其頂端的刀刃因為垂直吃刀，加工時不平穩，在大面積的加工過程中往往效率不高，而且垂直進刀也有可能造成刀體的損害，從而超出加工的位置，導致零件報廢。

而CAD/CAM 軟件師面向車床的計算機和機床系統，引用這些計算機輔助軟件設計可以有效提高整體設計效率和工程質量，通過計算機輔助設計技術充分發揮數控機床優點，提高整體的生產水平，而現如今CAD/CAM 技術已經在我國數控機床的應用越來越廣。

4 數控技術的特點

4.1 對操作人員要求高

由于數控機床需要計算機技術來控制，而且機床的精度要求高同時系統也十分復雜，所以這就要求相關的工作人員有足夠的專業能力。數控機床是根據系統中設定好的程序進行加工的，在對機床進行操作和維修的時候需要具備理論基礎可以對系統中的程序進行編制和修改，而系統中的程序直接決定著機床的功能和運行。所以數控機床的操作人員除了會使用數控機床外還需要對機床的工作原理和特點等有充分的了解，并且可以熟練對機床進行編程。

4.2 對夾具和刀具要求高

夾具和刀具作為數控機床的執行設備，決定著產品的質量和效率。在進行大量生產時大部分使用的是專用夾具，這樣可以節約大量的時間和材料。而且夾具需要有自動開合的能力，可以完成材料渣屑的排出，并且定位可靠。刀具作為切割材料的工具需要做到固定穩定可靠，切割精度高，可以保持產品的尺寸相同或變化范圍小，能夠實現刀具的快速切換以滿足對材料的不同形狀的切割。良好的夾具和刀具可以保證產品的質量和數量。

4.3 適應性強

數控機床可以隨著生產產品的變化而變化，其中數控技術起到了決定性的作用。在數控機床上改變生產產品時需要對系統的程序進行重新編寫，在新的程序輸入后數控機床就可以在不改變硬件的情況下實現新產品的加工，而且這個生產的過程在程序輸入后實現了自動化，不需要人員的過分參與即可完成。適應能力強的特點為產品少量生產提供了方便，這一特點在很大程度上推進了數控技術的發展。

4.4 質量好，效率高

數控機床利用數控技術按照系統內部設定好的程序指令進行加工，在這一過程中不需要人的過分干涉，這一情況在很大程度上減少了人為操作帶來的誤差，保證產品的尺寸相差無幾，而且在制造機床時就考慮到精度的問題并且做了很多的努力，例如數控機床本身有著較高的剛度和穩定性，而且在產生誤差后主動進行補償，這就讓數控機床有著更高的精度，同一系統程序下產品的質量也相對一致。由于不需要人員的參與，大大節省了人力，而且在生產不同產品時不需要更換外部的硬件，只需要重新編寫系統的程序，大大減少了硬件安裝和調整的時間。并且數控機床人員參與少質量穩定，往往只需要對開頭的產品進行抽樣檢查，這就大大減少了檢查時間和停機的時間，提高了數控機床制造產品的效率。

5 結束語

隨著計算機輔助技術和數控技術的發展，計算機輔助技術不斷應用于大數控機床加工中。伴隨物聯網的不斷發展，也同時加速了計算機輔助設計的進程。本文通過介紹CAD/CAM 技術和數控技術在機床的加工技術，提升了產品的生產效率。隨著技術的改進和創新，使人們的生活更加便利，也同時促進了我國經濟發展和城市化進程。