機械加工制造中數控技術靈活運用與研究

翟善明

摘要：近些年，隨著信息技術的快速發展及與機械行業的結合運用，機械加工制造技術發生根本性改變，產品質量、工人勞動強度等得到較大改善。市場上企業面臨的競爭越來越激烈，加工制造企業要想實現可持續發展，增強企業的競爭實力，就必須靈活的運用數控技術。筆者針對機械加工中運用數控技術加工與普通加工之間的差異進行了探析，并提出了一些數控技術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.

關鍵詞：機械制造加工;數控技術;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的不斷發展，傳統的機加工技術已經很難滿足當前機械制造加工的需求。數控技術在機械加工制造中的普及運用，對推動機械制造加工的創新發展起到較好的作用。當前，數控加工技術在機械制造加工中的應用越來越廣泛和深入。但與國外發達國家相比仍然存在一定差距，對數控技術的研究任重道遠，只有深入了解數控加工和普通加工之間的差異，才能更好的把數控技術在機械加工制造中的價值發揮更好。

1 ?數控機械加工技術的概述

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

數控機械加工技術主要是利用中控平臺管控各機床設備，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備實際的運行情況，并以此為依據適度的對設備進行調控，如輸入、輸出信號、設備運轉速度等。隨著數控技術的深入發展，目前中控平臺的功能已較完善。在數控制造加工技術實際使用時，可以預先通過編程軟件提前將相應的軟件程序編入，以便協調各硬件設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。將信號輸入平臺中后，平臺即對輸入的信號數據進行分析及處理，并通過控制電路將處理的結果傳遞給各設備，控制設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，在使用數控加工技術時，還需通過輔助插補算法來實現對設備的額外調控，但需要根據CPU響應速度來優化參數的調節，避免對機械加工制造的效率和穩定性造成影響。雖然目前我國自動化生產技術水平已經較高，但是數控技術的靈活運用仍然存在一定的提升空間。

2 ?數控機床加工和普通加工之間的差異

普通加工技術主要是由操作者對設備進行操作控制，每一個操作步驟都需操作者進行操作。操作者的技術水平直接影響或決定產品質量，對操作者要求較高。在生產加工時，不管是工件裝夾、刀具的進給方向，主軸轉速及切削量等參數，都需要操作者對其進行調整[1]。在實際加工過程中，不管變化哪一個參數，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失誤情況，加工質量無法得到較好保障，產品加工成本也會增加。

與普通加工相比，數控機床加工技術自動化程度高等優點較明顯。利用數控技術進行加工生產時，像進給速度、主軸轉速、切削量等參數，操作者只需在生產前將這些內容編入相應程序并導入平臺，設備就可依照平臺中加工步驟和各項參數等程序指令動作，實現自動化加工。不僅僅是這樣，數控機床加工技術還可以實現刀具的自動化轉換。這樣工件在完成一次裝夾后，還可以實現更多的連續加工任務。除此之外，數控機床利用數字化的方式對機械設備進行操控，其加工效率大大得到提高;另外，數控機床加工程序實現自動編程，加工前需要反復處理參數信息，才將相關參數導入運行，減少了編程時間和失誤等。因此，通過數控機床加工的產品或零部件的精度、質量比普通機加工的高。由于其加工的精度較高，有些產品后續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，數控機床加工的優勢要高于普通加工很多。

3 ?數控機床的類別

隨著工業的不斷發展，數控機床加工技術也得到多年發展，隨著產品加工的自動化要求提高，數控機床也發展了較多的類別，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 依據運動方式進行的分類

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

3.1.1 點位控制數控機床

該數控機床最為顯著的特點就是機床控制具有一定的順序性，數控系統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，點位控制數控機床的使用較廣泛，常見的機床主要有：數控坐標鏜床、數控鉆床、數控沖床等。

3.1.2 直線控制數控機床

該數控機床最為顯著的特點就是借助各運動軸的配合實現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，同時該類數控機床需要預先設置好相應的參數，像進給量參數、切削量參數等。目前我國大部分數控機床都具有這一功能。如常見的數控車車床、數控銑床、數控磨床等。

3.1.3 輪廓控制數控機床

該數控機床在進行加工時，刀具的加工路徑與直線控制數控機床、點位控制數控機床有著明顯的區別，數控系統能夠對兩個或兩個以上的坐標軸同時進行嚴格連續控制，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控機床進行加工前，需要預先設置好每個點的生存加工參數，只有這樣設置機床方可順利完成產品的加工生產。提前預設好相應的加工參數，也可以在一定程度上實現對機床的保護。輪廓控制數控機床是目前使用比較廣泛的一種數控機床，如常見的機床主要有：數控線切割機床、數控齒輪加工機床與加工中心等。

3.2 依據加工方式進行的分類

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

4 ?數控加工技術在機械加工制造中運用的有效策略

4.1 數控加工技術在模具制造中的應用

在模具制造加工時，要特別注意新工藝、新技術的更新運用，特別是數控技術的采用。這樣不僅能高質高效完成模具加工，而且可以降低生產成本，利于競爭。在模具零件制造加工中，數控銑削加工目前被普遍應用。除了此技術在加工各零部件時運用外，數控車削、坐標鏜削等技術在模具型芯、孔等回轉體加工中也得到運用。此外，電火花、加工中心等加工技術在具有凹凸結構的金屬模具加工中通常被運用，該類技術可以實現一些形狀較為復雜、普通加工無法進行的加工。

目前，多軸聯動加工技術是數控加工技術中難度較大且應用范疇較為廣泛的一項技術，此技術集高性能伺服驅動、精密加工、計算機控制等技術于一體。在模具制造加工中可以運用該技術加工一些曲面較為復雜的零件，其加工的精度不僅較高，而且加工的效率也很高。多軸聯動數控機床是在三軸聯動數控機床的基礎上通過增加旋轉軸升級形成的另一種數控加工機床。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節，因此可以從不同角度對模具零件完成加工制造。多軸聯動數控機床主要涉及以下三項技術。

①多軸聯動數控技術，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結構技術。ISO標準規定，五軸聯動數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[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與機床相同步。

③刀具技術。在使用數控機床加工制造模具時，刀具是直接影響加工效率與質量的因數。在采用多軸聯動數控機床加工時，通常使用的刀具有環形銑刀、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 數控加工技術在汽車內燃機活塞裙部加工中的應用

目前，大部分汽車內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生的沖擊力降低，還可以使發動機工作過程中產生的噪音降低，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，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。在設計橢圓形活塞模型時，假設其短軸半徑是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a為50毫米，b為51毫米，這時需要將高次分量的數值忽略，并通過Matlab技術獲得橢圓活塞的界面展示圖。

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

4.3 數控加工技術在機械工業中的應用

機械加工制造本身涉及的流程環節就有很多個，數控加工技術的廣泛應用，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節，可以自然的較大提高機械加工制造的效率。數控技術在具體應用中，需要合理的針對各生產環節進行程序設計與編制，操作人員通過中控平臺中的終端設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出相關的加工處理數據信息，以此來更好的控制加工制造中出現的誤差。在進行機械加工制造時，往往都是通過對機械工業產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產品加工制造精度的控制，并且對后續零部件的拼裝提供良好的基礎。數控技工技術在機械工業中的應用，不僅僅可以使所加工制造的機械工業產品的質量較高，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，深入廣泛使用數控加工技術，在機械工業中較高的應用價值才能體現。

4.4 數控加工技術在兵器工業中的應用

兵器工業對所加工制造的產品的精度和質量的要求都較高，類似產品，其技術要求比普通工業產品高很多。因此，在加工制造兵器工業產品時，通常加工的一些零部件需要具有較高精密性，而且對于不同材質的零件來說，在進行加工制造時，需要控制的參數也不盡不同。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生變形導致報廢。若在兵器工業產品加工制造中合理應用數控加工技術，則可較好的解決其中一些問題。如根據兵器產品的材質特性及零部件本身加工的基本特點，減少裝夾次數，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，以數字信息的方式對相應機床發出加工制造指令，就能更好的確保兵器工業產品加工的質量。此外，數控加工技術在兵器工業制造中的應用，還能對產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結合兵器工業產品的質量要求及時進行反饋，及時調節數控程序中的相關內容，保障產品加工制造的質量。

4.5 數控加工技術在汽車覆蓋件模具中的應用

隨著人們生活水平的改善，汽車行業的不斷發展，人們對汽車品質的要求提高，用來生產汽車零件的模具質量的要求也隨之更高。汽車覆蓋件模具中數控加工技術得到廣泛使用。如通過建立綜合數據庫，可以保持機床切削力在恒定狀態，避免由于刀具發生破損而影響模具的加工質量。對于汽車覆蓋件，不僅對尺寸和功能有著嚴格的要求，而且對外觀質量也同樣有著嚴格的要求。不僅要求產品具有光順、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，在采用數控加工技術運用到汽車覆蓋件模具加工制造時，務必要注意防止出現欠切或過切的情況。欠切則會極大的降低數控加工后期的穩定性，過切將導致模具質量難以滿足標準要求，而且更多的刀具需要被使用到，降低了數控加工的效率和質量等。

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

5 ?結束語

綜上所述，在機械加工制造中靈活運用數控技術，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，能保證產品質量，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，通過對使用數控機床加工與普通加工的比較，數控機床加工的突出優勢說明對如何合理選擇加工設備非常重要。隨著信息技術的不斷發展，數控機床加工系統越來越完善，多軸聯動的使用與自動化程度的提高，加工工藝的更新，數控技術在機械加工制造中的應用將越來越廣泛和深入，傳統的普通加工將逐漸被取代。數控機床通過數據鏈連接的方式由計算機管控機械設備進行加工制造，在加工制造中產品或零部件的質量可以更好得到保障與提升。當前數控機床的類型較多，在具體使用的過程中，可根據產品加工制造的實際情況以及產品、零部件自身的技術要求特點選擇合適的數控機床類型。產品品質越來越高。

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