機械數控加工技術水平有效提升的實踐研究

吳積成

摘要： 機械數控加工技術出現為工業的發展帶來了重大機遇，其與傳統的技術相比，機械數控加工技術運用，可有效提高機械行業的相關工作效率與精度，并促使機械制造業實現良好發展。基于此，本文主要對機械數控加工技術的內涵及其提升的影響因素進行分析，并提出機械數控的加工技術水平提高策略及其應用策略。

Abstract： The emergence of mechanical numerical control processing technology has brought significant opportunities for the development of the industry. Compared with traditional technologies， the use of mechanical numerical control processing technology can effectively improve the relevant work efficiency and accuracy of the machinery industry and promote the realization of good mechanical manufacturing develop. Based on this， this article mainly analyzes the connotation of mechanical numerical control processing technology and the influencing factors of its improvement， and proposes the strategy of improving the level of mechanical numerical control processing technology and its application strategy.

關鍵詞： 機械;數控加工;技術;水平;提升;實踐

Key words： machinery;CNC machining;technology;level;improvement;practice

中圖分類號：TG659 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0067-03

0 ?引言

隨著社會經濟以及科學技術的不斷發展，我國的工業領域也出現了許多新型技術，在工業生產中廣泛運用數控加工技術則是該背景的產物，數控加工的技術既符合我國當前的生產與發展需要，又對學生工業生產的效率提高有著重要促進作用。目前，我國所用到的數控加工的技術可以使機械生產中相對復雜的生產加工的工作得到有效完成，但我國當前正位于發展時期，有關技術水平與發達的西方國家相比，還是有一定差距的，因此，我國需加強數控加工的技術研究力度，并制定相應的科學策略，促進機械數控加工技術水平的提高。

1 ?數控加工技術的內涵及影響因素

1.1 數控加工技術內涵

目前，機械業的數控加工技術更多是運用于工業生產中，有效應用數控技術，通常能夠使工業生產的效率得到全面提升，并促進生產效率得以擴大的基礎上，實現難度相對較大的精密化機械加工。目前的數控加工的技術和信息技術、計算機的通信技術等各領域實施了互相聯系與合作，并為其在各領域合作奠定了夯實的基礎[1]。數控加工的技術和傳統化生產模式對比，其呈現出更多生產中的靈活性，有關工作者在實際工作中的操作也更為便捷。尤其是科學技術的不斷發展，各種微電子技術得到不斷提高，數控加工的生產中，微電子技術滲透當中，不僅能促使工業上產的發展，而且還能實現生產各環節的工作效率提高。

1.2 機械數控加工技術水平提高的影響因素

1.2.1 人工因素

與西方的發達國家對比，我國機械的數控加工相關技術發展較晚，應用的范圍也需要不斷擴大，且運用效果不夠成熟，在該情形下，將其運用于工業領域，就會對企業生產造成相應的影響。數控加工的相關技術運用過程中，因為技術具有較強專業性，這就需工作人員需具備較高綜合素質以及專業性[2]。但是，大多數的工作人員對數控加工的技術及設備熟悉度不夠，還位于懵懂狀態，在具體操作時不夠專業與規范，這不僅會影響到數控設備的作用發揮，而且還會影響到設備的應用壽命，甚至造成安全隱患，從而對人員安全造成威脅。

1.2.2 操刀問題

企業對相關產品實施加工與制造中，想要確保加工與制造的質量與效率，就需選擇好操刀路線與換刀方法，特別是大規模生產與制造中，若操刀的線路缺乏合理性、操刀的位置不夠準確，就會導致換刀的時間延長，影響到生產的效率提高。鑒于此，在操作中，需確保操作的熟練度，做好操刀線路的控制，對刀具與換刀的順序進行合理選擇，以確保機械加工的效率，并實現企業的生產效益提升。

1.2.3 機械程序的編寫不合理

機械的數控加工技術的運用，通常與計算機技術具有密切關聯，經過機械程序的編寫，對數控機床實施操控，從而確保數控機床的高效且安全運轉。機械編程的編寫過程中，編寫的科學合理性，通常會對數控機床的產品工作的質量以及工作效率造成直接影響[3]。但是，我國機械的數控機床運用中，仍舊存有編寫不合理狀況，編程人員在實際工作中，對機床的操作方法以及相關指令不夠熟悉，專業水平不足，這就導致程序的編寫缺乏實用性，無法有效滿足生產加工的實際需求。

1.2.4 設備老化

目前，機械的數控加工技術依據其自身具備的優勢，在各機械制造行業中得到了廣泛應用。數控加工的設備通過了長期的運轉，難免會出現些老化現象，并對設備加工的精度造成相應的影響，并影響到數控加工的技術發揮。目前，大部分的制造企業雖然十分重視加工設備的運用，但卻忽略了相應的維護與保養，缺乏完善、健全的維護方案，這就造成了故障的發生率增長。

2 ?機械數控加工技術水平有效提升的策略

2.1 規范管理機械數控設備

機械的數控加工技術應用中，需注重管理工作的規范化，這通常是數控加工相關技術水平得以提升的重要措施。數控設備屬于其重要組成部分，規范管理中需要確保應用的靈活性，定期的開展保養與維護工作，以促使機械加工的切削性能的穩定性得到有效保證，并實現加工精度的最佳化[4]。同時，需注重培養技術人員，讓技術人員充分明白管理維護相關工作的開展必要性與重要性，并制定有可行性且規范化的管理方案，對機械數控的加工設備進行定期檢驗，對其中的問題進行及時發現，注重問題的分析，以制定出具有針對性的解決措施，明確數控設備的具體管理內容，從而最大程度的保證機械設備的安全穩定性。

2.2 切削刀具的合理選擇

確保科學、合理的選擇切削刀具，通常是機械數控的加工技術水平得以提升的重要措施。新手期，不論是國內，還是國外，機械的數控加工技術都展現出高功率、高速化、高剛性的發展形勢，這就對切削刀具選擇提出了高要求，需注重切削刀具的精心選擇，以保證其位于高強度切削環境中仍舊能保持相應的完整性，并實現加工效率的高效

性[5]。在對刀具進行選擇時，首先，因為高速鋼刀具的性能相對較差，這就使其在運用中逐漸被淘汰，而在必要的狀況下，可選擇些立方氮化硼刀具、陶瓷刀具，這些刀具通常更加耐磨，具有較高的性能質量，因此，將其運用于數控加工技術中，可有效確保生產加工的工作效率，并促使機械制造業的數控加工相關技術水平提升。

2.3 數控編程的人員培訓

數控編程者的技術水平通常會對機械數控的加工技術實際水平造成直接影響。因此，想要使機械數控的加工技術實際水平得到深入提升，就需注重數控編程者的培訓，促進其專業化技術水平提升的同時，確保程序編寫的科學性。通常而言，首先，機械制造的相關企業需充分認識到培訓工作開展的重要性，注重完善培訓體系的建立健全，定期引導編程員參與學習，通過多元化培訓方式，如實踐操作、專業講座等，對編寫人員在具體工作中的難題進行解決，從而使學生充分了解與掌握先進的編程技術，并為其后期的編程工作順利開展奠定夯實的基礎。編程的工作中，需注重計算機中仿真軟件的運用，以促使編程人員更精準、高效的編制相關加工程序，從而使機械數控的加工效率得到顯著提升[6]。另外，編程工作完成后，需注重調試工作開展，盡量縮短具體調試時間，以促進加工技術的水平提升。最后，相關工作者需充分認識到數控機床具備的工作特性，確保編寫的程度能充分滿足機床應用的需求，避免出現“走空刀”的不良現象發生。

2.4 數控的高端技術自主創新

目前，機械加工的相關企業都是引用外國的高端技術，加工水平雖然得到了相應的保證，但卻造成了企業的成本投入增加，面對該狀況，中國企業需注重對與數控有關的高端技術進行自主創新，政府部門也需做好相應的引導工作，強化扶持力度，建立健全高端的數控技術的創新工作，加強研發與創新的力度，對高端的數控技術進行自主研發與創新，必要時，政府部門需做好相應的保護工作，申請專利，對于高端的數控技術的研發過程中具有突出貢獻的人或企業，需給予相應的獎勵，最終使機械數控的加工技術水平得到切實提升。

2.5 機床的五軸聯動數控技術

復雜零件的加工過程中，機床的五軸聯動的技術運用效果顯著，加工的效率與質量也比較高，依據其具備的優勢，五軸聯動的技術逐漸成了企業進行機械加工的首選技術。但是，需要注意的是，該技術的具體操作系統相對復雜，這就增加了企業具體操作與運用的難度，通過數控技術對五軸聯動的技術設備進行操控，則能在確保制造工作質量與效率提高的同時，實現生產操作的流程優化，促進操作難度及其成本的降低，從而使機械數控的加工技術運用水平得到顯著提升。

3 ?機械數控加工技術的應用策略

3.1 數控加工技術在自由曲面中的應用

自由曲面在熱力學性能力要求比較高的行業有著廣泛的應用，自由曲面的空間位置通常通過有限型值點確定，并不是由初等解析面組成，因此機械制圖的方式并不適合自由曲面的描述。自由曲面的外形細膩，在空氣動力學、熱力學性能等特殊行業有著廣泛的需求，一直以來都是機械數控加工的難點。數控加工技術在自由曲面加工中，無干涉是生成刀位的前提，干涉主要分為過切（圖

1a）、欠切（圖1b）和全局干涉（圖1c）三種情況：

過切的產生通常是由于刀具在切觸點位置的有效切削曲率半徑過大，除了切觸點外還與自由曲面的其它地方接觸，從而產生過切現象，在自由曲面的凹曲面或是馬鞍上容易發生欠切或是過切的現象，一般消除過切或欠切的方法是在切觸點將刀具的有效切削曲率半徑與自由曲面的曲率進行匹配，找出無干涉的方向，對刀軸進行調整，實現曲面的完全加工。全局干涉是刀具的非切削部分與自由曲面發生碰撞或干涉，常用的解決方法是C-space法。在數控機械加工中，出現以上三種干涉的任意一種或是多種，都會對自由曲面的加工質量造成影響，甚至會損壞加工零件。在自由曲面加工過程中，主要運用五軸數控進行加工，三軸加工偶爾會用在一些特別開闊的曲面加工上，因此，在進行自由曲面加工的時候，主要選用五軸數控進行加工，研究各個要素之間的互相作用和影響，如刀軌的長度、參數，刀具的規格尺寸，刀軸的方向、光順等等。鑒于此，運用數控機械加工自由曲面主要考慮以下三方面的內容：刀具形狀的選擇、刀具路徑的生成以及刀軸方向的計算和優化。

①刀具形狀的選擇。

刀具磨損和加工時長是機械加工需要考慮的成本因素，在刀具形狀的選擇上，一般是選擇盡可能大的刀具，并減少刀具的替換次數，這樣能夠有效的提高加工效率，縮短加工時間。通常都是通過刀具的尺寸參數和類型來定義刀具的幾何形狀的，如APT刀具的參數見圖2。

在具體的刀具形狀選擇上，自由曲面的粗加工中一般采用逐層加工趨近的方法，在達到目標層以后進行刀具的更換，當自由曲面的邊界限制了刀具的尺寸和形狀，則可以更換盡可能滿足條件的最大的刀具，這樣能夠更好的實現機械加工的效率。在機械數控加工技術中，對于不同的形狀的刀具，具有不同的算法，通過合理的刀具選擇，往往能夠起到事半功倍的效果。

②刀具路徑的生成優化。

加工后的曲面殘高均勻并且滿足曲面的使用要求是刀具路徑的優化方向，過度的追求更小的殘高會增加加工的整體實踐，因此并不是刀具路徑的最佳模式。所以，刀具的路徑優化要平衡加工時間和殘高之間的關系，這樣才是最優的刀具路徑。刀具路徑的生成主要考慮加工效率和精度兩個方面，最優的路徑應該是刀具軌跡無干涉，路徑生成算法考慮儲存空間和加工時間，算法是否適用其它加工設備和不同的曲面。在自由曲面的銑加工中，比較成熟的是行切法和環切法，依據不同的曲面要求，刀具路徑的生成優化可以采用SFCs（Space Filling Curves）法、圓弧逼近法、最大弦高法、等殘高法、曲率匹配加工等方法。

③刀軸方向的計算和優化。

刀軸方向主要由側偏角和前傾角進行秒殺，在自由曲面加工中，一般選擇非球頭刀，這樣就可以在較低的主軸轉速下達到更好的材料切除效果。在傳統計算中，基本用刀軸傾斜法進行，其不足則是前秦叫固定在3°到10°，適應性不好，過大容易殘留多，過小則容易發生干涉。因此，在數控機械加工中，常常選擇主曲率匹配法，通過調整刀具姿態，來獲得刀具在自由曲面上的有效切削界面。此外，還可以依據自由曲面的要求，選擇多點加工法、滾動球法、廣域曲率吻合刀位算法等方面進行刀軸方向的計算和

優化。

3.2 五軸加工技術的應用和提升

五軸聯動數控是應用最為廣泛的一項技術，在復雜的曲面加工中能夠突顯出五軸數控技術的優勢，實現加工的自動化和精密化。五軸加工技術的應用和提升主要從以下幾個方面進行：首先，選擇合理的加工參數，科學、有效的參數選擇不僅能夠滿足機械加工的實際需要，更能夠提高機械加工的效率，延長刀具的使用壽命。加工參數的選擇要結合加工對象、選用的加工方式、加工材料以及特殊要求等方面內容，合理的選擇刀具類型、主軸轉速、下刀點、安全高度、加工余量、走刀方式、加工方式等，能夠有效提高數控加工的質量和效率。目前，數控加工參數主要集中在刀具選擇、走刀路線、進給速度等方面，隨著CAM、CAPP等技術的興起和發展，參數的智能化選擇極大的優化了加工效果[7];其次，刀位軌跡的優化，刀位軌跡是數控加工中刀具的實際走位，對于數控加工技術的精度、質量和效率具有重要的影響。刀位軌跡分布均勻、效率高、誤差小，能夠滿足高質量的加工需求，有效提高零件的表面光滑度和精度，而不合理的刀位軌跡則會大大降低良品率。刀位軌跡的優劣決定了復雜曲面加工的可能性，因此，刀位軌跡的優化應該滿足加工過程中接觸面光滑、無碰撞、切削的行間距分布均勻，這樣的刀位軌跡不僅能夠達到最優的加工質量，同時數控的算法效率高、穩定性好，具有通用性。最后，仿真應用，在復雜的曲面加工中，由于加工零件的曲面復雜，加上各種環境因素的影響，使得實際加工中會出現一些意想不到的問題。因此，通過仿真技術的應用，能夠對數控加工過程進行模擬，既避免了實際加工中出現的問題，也不會造成實際的經濟損失，有效的優化了加工流程。

4 ?結束語

綜上所述，工業化進程的持續發展，制造業等有關企業與當前工業發展相結合，需注重數控加工的技術水平提升，對數控機床的相關設備實施定期維護，促進工作人員處理信息的能力提高，選擇適合的數控機床刀具，確保生產工作有效開展，從而數控加工的技術水平得以提升的同時，確保企業甚至整個制造業、工業的持續、健康發展。

參考文獻：

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[3]孫會雙.提高機械數控加工技術水平的有效策略分析[J].職業，2019（01）：88-89.

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[7]許云蘭.提高機械數控加工技術水平的有效策略[J].現代制造技術與裝備，2019（001）：201，203.