基于三維標注及數控技術的農機零部件設計研究

李　寧

基于三維標注及數控技術的農機零部件設計研究

李寧

(青島工程職業學院，山東 青島 266112)

隨著農業機械研發和生產技術的不斷發展，農機零部件的生產和加工技術越來越多樣化，大幅提升了農業機械產品的性能，同時也對復雜零部件的加工提出了更高的要求。傳統的編程加工方法難以保證曲面、異形等復雜零部件的加工精度和效率，使用三維標注和數控技術進行農機零部件的設計，不但可有效解決現階段農業機械產品生產過程中復雜零部件的加工設計問題，保證零部件的加工精度和產品的生產質量，還能大幅度提升農機行業的設計和制造水平。

三維標注；數控技術；農機；零部件

近年來，隨著農業機械產品的更新換代，其性能不斷提升的同時功能也越來越多樣化，這些都得益于生產和加工技術的不斷優化。目前農業機械中復雜零部件的生產需求迅速增加，這類零部件生產必須要有可靠的生產技術做為支撐，這是提高相關農機零部件生產精度和效益的關鍵[1]。

1　三維標注和數控技術應用優勢

1.1　三維標注技術

目前在農業機械零部件設計加工中廣泛應用的三維標注技術是三維CAD設計制造技術的一種。應用三維標注技術可以基于二維圖形完成工程圖的三維轉換，還可在裝配環境下結合相鄰部件的位置和形狀完成零部件的設計，使零部件設計過程變得更加簡單高效，相較于獨立設計的零部件裝配成功率更高。在實際操作中，可以通過CAD設計軟件中的資源查找器，使用其中的動畫演示回放功能查看農機零部件的具體造型過程，明確相應零部件的裝配關系，如果存在不適配的情況，系統會及時發出提醒。應用三維標注技術進行零部件設計還可以對整個結構外部的零部件進行隱藏，便于觀察機構內部的結構。在完成機械的全部零部件裝配后，可以運用該功能進行動作演示，結合相應運動行程要求，對運行情況進行檢驗，及時對設計不合理的地方進行修正，可有效降低報廢率和設計成本。在產品的升級和更新換代過程中，將三維標注技術與三維CAD設計軟件中的虛擬設計技術、運動模擬技術進行結合，只需要對其中的部分零件進行優化和升級即可，其余的零部件可以根據以往的基礎信息進行改良，可大幅度縮短設計周期，提升整體的設計和生產效率。

1.2　數控機床加工技術

數控機床加工技術是制造業發展的基礎，也是目前我國工業加工領域中應用時間較早，應用范圍較廣的一種加工技術，在農業機械制造行業中也發揮著重要作用[2]。數控加工技術以數控單元為核心，技術人員將設計理念轉換成相應的編程語言輸入控制系統，執行機構按照接收指令執行作業，是解決產品零部件生產多樣化、批量化、精密化、智能化的關鍵。在農業機械零部件的制造中應用數控機床加工技術要根據零部件的參數提前選擇好機床的類型，結合實際的情況和需要來確定零部件的設計以及加工方案。完成加工程序編寫后，導入機床數控加工系統中進行解碼和編譯，在測試通過后確定最終的加工程序，可保證整個加工過程的準確性，穩定性，規范性，以滿足零部件的加工精度要求。農業機械零部件的數控加工流程如圖1所示。

圖1 農業機械零部件的數控加工流程

2　三維標注和數控技術在農機零部件設計加工中的應用

2.1　在農機零部件設計加工中的應用

應用三維標注技術進行農機零部件的設計，能夠為設計人員提供一個虛擬的三維立體環境，借助CAD設計軟件可完成相應零部件的建模，結合零部件的關鍵參數和功能要素，確定零部件中螺紋孔、倒角、定位孔的位置，在不考慮尺寸的情況下可以獨立完成零部件的設計，隨后再進行參數修改和位置調整，實現零件形狀的優化[3]。基于三維標注技術進行農機零部件設計，借助CAD設計軟件的多項功能，可為農業機械設計制造提供極大便利[4]。結合建筑信息模型技術（BIM），可解決傳統二維平面模型設計過程中存在的弊端，構建參數準確，直觀立體的零部件三維模型[5]，如圖2所示。

傳統的設計流程一般采用階段性設計，包括概念設計、2D圖紙設計、模型設計、工藝設計等步驟，每個步驟通常由不同的設計人員和設計部門負責，存在設計周期過長，溝通效率不高，容易出現誤差等缺陷。設計人員基于三維標注技術，充分發揮BIM技術的優勢，便于處理和加工模型中涉及機械設計的相關數據信息，確保可以及時掌握設計動態，構建動態可調節和模擬的建筑模型[6]。還可以對農業機械制造的相關生產數據和信息進行動態演示和模擬，確保后續的加工過程的協調性和統一性。

三維標注技術中的自動標準公差功能，可以完成大型農機具零部件的公差補償，設計人員只要輸入設計圖紙參數，系統會自動計算出公差，保證設計效果能在生產過程中完全體現，提高設計效率，保證加工效率和合格率，避免次品、廢品的產生，有效降低生產成本。

三維標注模型數據庫采用管理樹的方式，提升了設計人員工作的便利性和靈活性，方便部門之間進行溝通協調，能及時發現和修正設計過程中存在的不足和問題，實現設計和制造過程的智能化和精細化管理。

2.2　數控技術在農機零部件設計中的應用

數控技術在農機零部件設計中應用的主要目的是提升零部件的自動化生產水平，確保生產精度[7]。在數控技術中，PLC技術是保證控制效果的關鍵，例如通過PLC可編程控制器可以實現對農機產品中錐齒輪的自動化控制，以取代人力，減少機械故障的發生[8]。隨著科技的發展，大量的自動化設備被引入農機零部件的生產加工中，相關技術水平也隨之不斷提升，農業機械的自動化和智能化是大勢所趨，也是農業生產發展的必然要求[9]。

3　結語

傳統的農機零部件設計一般采用階段性設計模式，包括概念設計、2D圖紙設計、模型設計、工藝設計等步驟，不同的流程通常由不同的設計人員或設計部門負責，因此存在設計周期過長，溝通效率不高，容易出現誤差等缺陷。借助CAD設計軟件系統平臺的多樣化設計和操作功能，充分發揮三維標注和數控技術的優勢，可解決傳統二維平面模型設計中存在的弊端。通過構建參數準確，立體直觀的零部件三維立體模型，對模型的關鍵數據信息進行處理，可確保后續加工過程的協調性和統一性，提升了設計人員工作的便利性和靈活性，方便部門之間進行溝通協調，以便及時發現和修正設計過程中存在的問題，實現設計和制造過程的智能化和精細化管理，推動農機復雜零部件生產向多樣化、批量化、精密化、自動化、智能化發展。

[1] 謝芳.基于數據庫安全和云平臺的農機零件庫安全體系研究[J].農機化研究,2022,44(9):152-155.

[2] 闕燚彬,劉志剛.農機部件加工夾具設計及其三維裝配仿真:基于NX軟件[J].農機化研究,2022,44(4):218-221.

[3] 王娜,鄧國智.基于SolidWorks的農機底盤結構零部件產品參數設計[J].農機化研究,2021,43(6):235-238.

[4] 簡川.光電檢測與視覺設計在農機化數字設計中的應用[J].農機化研究,2020,42(11):219-223.

[5] 鄧文雯.農機數字化設計平臺研究:基于大數據的多媒體網絡[J].農機化研究,2020,42(11):183-187.

[6] 趙宏平.基于三維標注及數控技術的農機零部件設計[J].山東農業大學學報(自然科學版),2020,51(1):137- 139.

[7] 于翔.農機曲軸件數控加工曲線插補技術研究:基于UG仿真和PROE建模[J].農機化研究,2020,42(5):46-50.

[8] 葉娟.數字農機部件智能化裝配三維虛擬仿真技術研究—基于云平臺[J].農機化研究,2020,42(3):223-227.

[9] 王煒罡.農機加工數控車床智能模塊優化設計:基于實例推理和人工智能[J].農機化研究,2020,42(1):204-208.

Research on design of agricultural machinery parts based on 3D labeling and numerical control technology

LI Ning

(Qingdao Vocational College of Engineering, Qingdao, Shandong 266112, China)

With the continuous development of agricultural machinery research and production technology, the production and processing technology of agricultural machinery parts is becoming more and more diversified, which greatly improves the performance of agricultural machinery products, and also puts forward higher requirements for the processing of complex parts. Traditional programming and processing methods are difficult to ensure the processing accuracy and efficiency of complex parts such as curved surfaces and special-shaped parts. The use of 3D labeling and numerical control technology to design agricultural machinery parts can not only effectively solve the processing design problems of complex parts in the production process of agricultural machinery products at this stage, to ensure the processing accuracy of parts and components and the production quality of products, but also greatly improve the design and manufacturing level of agricultural machinery industry.

3D labeling, numerical control technology; agricultural machinery; spare parts

S220.2

A

2096–8736(2022)05–0021–03

李寧（1986—），男，山東高唐人，大學本科，一級實習指導教師，主要研究方向數控加工。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：吳志立