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论述机械数控加工技术的应用策略

2022-01-25 96 上传者：管理员

摘要：机械数控加工技术出现为工业的发展带来了重大机遇，其与传统的技术相比，机械数控加工技术运用，可有效提高机械行业的相关工作效率与精度，并促使机械制造业实现良好发展。基于此，本文主要对机械数控加工技术的内涵及其提升的影响因素进行分析，并提出机械数控的加工技术水平提高策略及其应用策略。

关键词：
数控加工技术
数控设备
机械制造
机械设备
通信技术
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随着社会经济以及科学技术的不断发展，我国的工业领域也出现了许多新型技术，在工业生产中广泛运用数控加工技术则是该背景的产物，数控加工的技术既符合我国当前的生产与发展需要，又对学生工业生产的效率提高有着重要促进作用。目前，我国所用到的数控加工的技术可以使机械生产中相对复杂的生产加工的工作得到有效完成，但我国当前正位于发展时期，有关技术水平与发达的西方国家相比，还是有一定差距的，因此，我国需加强数控加工的技术研究力度，并制定相应的科学策略，促进机械数控加工技术水平的提高。

1、数控加工技术的内涵及影响因素

1.1 数控加工技术内涵

目前，机械业的数控加工技术更多是运用于工业生产中，有效应用数控技术，通常能够使工业生产的效率得到全面提升，并促进生产效率得以扩大的基础上，实现难度相对较大的精密化机械加工。目前的数控加工的技术和信息技术、计算机的通信技术等各领域实施了互相联系与合作，并为其在各领域合作奠定了夯实的基础[1]。数控加工的技术和传统化生产模式对比，其呈现出更多生产中的灵活性，有关工作者在实际工作中的操作也更为便捷。尤其是科学技术的不断发展，各种微电子技术得到不断提高，数控加工的生产中，微电子技术渗透当中，不仅能促使工业上产的发展，而且还能实现生产各环节的工作效率提高。

1.2 机械数控加工技术水平提高的影响因素

1.2.1 人工因素

与西方的发达国家对比，我国机械的数控加工相关技术发展较晚，应用的范围也需要不断扩大，且运用效果不够成熟，在该情形下，将其运用于工业领域，就会对企业生产造成相应的影响。数控加工的相关技术运用过程中，因为技术具有较强专业性，这就需工作人员需具备较高综合素质以及专业性[2]。但是，大多数的工作人员对数控加工的技术及设备熟悉度不够，还位于懵懂状态，在具体操作时不够专业与规范，这不仅会影响到数控设备的作用发挥，而且还会影响到设备的应用寿命，甚至造成安全隐患，从而对人员安全造成威胁。

1.2.2 操刀问题

企业对相关产品实施加工与制造中，想要确保加工与制造的质量与效率，就需选择好操刀路线与换刀方法，特别是大规模生产与制造中，若操刀的线路缺乏合理性、操刀的位置不够准确，就会导致换刀的时间延长，影响到生产的效率提高。鉴于此，在操作中，需确保操作的熟练度，做好操刀线路的控制，对刀具与换刀的顺序进行合理选择，以确保机械加工的效率，并实现企业的生产效益提升。

1.2.3 机械程序的编写不合理

机械的数控加工技术的运用，通常与计算机技术具有密切关联，经过机械程序的编写，对数控机床实施操控，从而确保数控机床的高效且安全运转。机械编程的编写过程中，编写的科学合理性，通常会对数控机床的产品工作的质量以及工作效率造成直接影响[3]。但是，我国机械的数控机床运用中，仍旧存有编写不合理状况，编程人员在实际工作中，对机床的操作方法以及相关指令不够熟悉，专业水平不足，这就导致程序的编写缺乏实用性，无法有效满足生产加工的实际需求。

1.2.4 设备老化

目前，机械的数控加工技术依据其自身具备的优势，在各机械制造行业中得到了广泛应用。数控加工的设备通过了长期的运转，难免会出现些老化现象，并对设备加工的精度造成相应的影响，并影响到数控加工的技术发挥。目前，大部分的制造企业虽然十分重视加工设备的运用，但却忽略了相应的维护与保养，缺乏完善、健全的维护方案，这就造成了故障的发生率增长。

2、机械数控加工技术水平有效提升的策略

2.1 规范管理机械数控设备

机械的数控加工技术应用中，需注重管理工作的规范化，这通常是数控加工相关技术水平得以提升的重要措施。数控设备属于其重要组成部分，规范管理中需要确保应用的灵活性，定期的开展保养与维护工作，以促使机械加工的切削性能的稳定性得到有效保证，并实现加工精度的最佳化[4]。同时，需注重培养技术人员，让技术人员充分明白管理维护相关工作的开展必要性与重要性，并制定有可行性且规范化的管理方案，对机械数控的加工设备进行定期检验，对其中的问题进行及时发现，注重问题的分析，以制定出具有针对性的解决措施，明确数控设备的具体管理内容，从而最大程度的保证机械设备的安全稳定性。

2.2 切削刀具的合理选择

确保科学、合理的选择切削刀具，通常是机械数控的加工技术水平得以提升的重要措施。新手期，不论是国内，还是国外，机械的数控加工技术都展现出高功率、高速化、高刚性的发展形势，这就对切削刀具选择提出了高要求，需注重切削刀具的精心选择，以保证其位于高强度切削环境中仍旧能保持相应的完整性，并实现加工效率的高效性[5]。在对刀具进行选择时，首先，因为高速钢刀具的性能相对较差，这就使其在运用中逐渐被淘汰，而在必要的状况下，可选择些立方氮化硼刀具、陶瓷刀具，这些刀具通常更加耐磨，具有较高的性能质量，因此，将其运用于数控加工技术中，可有效确保生产加工的工作效率，并促使机械制造业的数控加工相关技术水平提升。

2.3 数控编程的人员培训

数控编程者的技术水平通常会对机械数控的加工技术实际水平造成直接影响。因此，想要使机械数控的加工技术实际水平得到深入提升，就需注重数控编程者的培训，促进其专业化技术水平提升的同时，确保程序编写的科学性。通常而言，首先，机械制造的相关企业需充分认识到培训工作开展的重要性，注重完善培训体系的建立健全，定期引导编程员参与学习，通过多元化培训方式，如实践操作、专业讲座等，对编写人员在具体工作中的难题进行解决，从而使学生充分了解与掌握先进的编程技术，并为其后期的编程工作顺利开展奠定夯实的基础。编程的工作中，需注重计算机中仿真软件的运用，以促使编程人员更精准、高效的编制相关加工程序，从而使机械数控的加工效率得到显著提升[6]。另外，编程工作完成后，需注重调试工作开展，尽量缩短具体调试时间，以促进加工技术的水平提升。最后，相关工作者需充分认识到数控机床具备的工作特性，确保编写的程度能充分满足机床应用的需求，避免出现“走空刀”的不良现象发生。

2.4 数控的高端技术自主创新

目前，机械加工的相关企业都是引用外国的高端技术，加工水平虽然得到了相应的保证，但却造成了企业的成本投入增加，面对该状况，中国企业需注重对与数控有关的高端技术进行自主创新，政府部门也需做好相应的引导工作，强化扶持力度，建立健全高端的数控技术的创新工作，加强研发与创新的力度，对高端的数控技术进行自主研发与创新，必要时，政府部门需做好相应的保护工作，申请专利，对于高端的数控技术的研发过程中具有突出贡献的人或企业，需给予相应的奖励，最终使机械数控的加工技术水平得到切实提升。

2.5 机床的五轴联动数控技术

复杂零件的加工过程中，机床的五轴联动的技术运用效果显著，加工的效率与质量也比较高，依据其具备的优势，五轴联动的技术逐渐成了企业进行机械加工的首选技术。但是，需要注意的是，该技术的具体操作系统相对复杂，这就增加了企业具体操作与运用的难度，通过数控技术对五轴联动的技术设备进行操控，则能在确保制造工作质量与效率提高的同时，实现生产操作的流程优化，促进操作难度及其成本的降低，从而使机械数控的加工技术运用水平得到显著提升。

3、机械数控加工技术的应用策略

3.1 数控加工技术在自由曲面中的应用

自由曲面在热力学性能力要求比较高的行业有着广泛的应用，自由曲面的空间位置通常通过有限型值点确定，并不是由初等解析面组成，因此机械制图的方式并不适合自由曲面的描述。自由曲面的外形细腻，在空气动力学、热力学性能等特殊行业有着广泛的需求，一直以来都是机械数控加工的难点。数控加工技术在自由曲面加工中，无干涉是生成刀位的前提，干涉主要分为过切（图1a）、欠切（图1b）和全局干涉（图1c）三种情况：

过切的产生通常是由于刀具在切触点位置的有效切削曲率半径过大，除了切触点外还与自由曲面的其它地方接触，从而产生过切现象，在自由曲面的凹曲面或是马鞍上容易发生欠切或是过切的现象，一般消除过切或欠切的方法是在切触点将刀具的有效切削曲率半径与自由曲面的曲率进行匹配，找出无干涉的方向，对刀轴进行调整，实现曲面的完全加工。全局干涉是刀具的非切削部分与自由曲面发生碰撞或干涉，常用的解决方法是C-space法。在数控机械加工中，出现以上三种干涉的任意一种或是多种，都会对自由曲面的加工质量造成影响，甚至会损坏加工零件。在自由曲面加工过程中，主要运用五轴数控进行加工，三轴加工偶尔会用在一些特别开阔的曲面加工上，因此，在进行自由曲面加工的时候，主要选用五轴数控进行加工，研究各个要素之间的互相作用和影响，如刀轨的长度、参数，刀具的规格尺寸，刀轴的方向、光顺等等。鉴于此，运用数控机械加工自由曲面主要考虑以下三方面的内容：刀具形状的选择、刀具路径的生成以及刀轴方向的计算和优化。

(1) 刀具形状的选择

刀具磨损和加工时长是机械加工需要考虑的成本因素，在刀具形状的选择上，一般是选择尽可能大的刀具，并减少刀具的替换次数，这样能够有效的提高加工效率，缩短加工时间。通常都是通过刀具的尺寸参数和类型来定义刀具的几何形状的，如APT刀具的参数见图2。

在具体的刀具形状选择上，自由曲面的粗加工中一般采用逐层加工趋近的方法，在达到目标层以后进行刀具的更换，当自由曲面的边界限制了刀具的尺寸和形状，则可以更换尽可能满足条件的最大的刀具，这样能够更好的实现机械加工的效率。在机械数控加工技术中，对于不同的形状的刀具，具有不同的算法，通过合理的刀具选择，往往能够起到事半功倍的效果。

(2) 刀具路径的生成优化

加工后的曲面残高均匀并且满足曲面的使用要求是刀具路径的优化方向，过度的追求更小的残高会增加加工的整体实践，因此并不是刀具路径的最佳模式。所以，刀具的路径优化要平衡加工时间和残高之间的关系，这样才是最优的刀具路径。刀具路径的生成主要考虑加工效率和精度两个方面，最优的路径应该是刀具轨迹无干涉，路径生成算法考虑储存空间和加工时间，算法是否适用其它加工设备和不同的曲面。在自由曲面的铣加工中，比较成熟的是行切法和环切法，依据不同的曲面要求，刀具路径的生成优化可以采用SFCs法、圆弧逼近法、最大弦高法、等残高法、曲率匹配加工等方法。

(3) 刀轴方向的计算和优化

刀轴方向主要由侧偏角和前倾角进行秒杀，在自由曲面加工中，一般选择非球头刀，这样就可以在较低的主轴转速下达到更好的材料切除效果。在传统计算中，基本用刀轴倾斜法进行，其不足则是前秦叫固定在3°到10°，适应性不好，过大容易残留多，过小则容易发生干涉。因此，在数控机械加工中，常常选择主曲率匹配法，通过调整刀具姿态，来获得刀具在自由曲面上的有效切削界面。此外，还可以依据自由曲面的要求，选择多点加工法、滚动球法、广域曲率吻合刀位算法等方面进行刀轴方向的计算和优化。

3.2 五轴加工技术的应用和提升

五轴联动数控是应用最为广泛的一项技术，在复杂的曲面加工中能够突显出五轴数控技术的优势，实现加工的自动化和精密化。五轴加工技术的应用和提升主要从以下几个方面进行：首先，选择合理的加工参数，科学、有效的参数选择不仅能够满足机械加工的实际需要，更能够提高机械加工的效率，延长刀具的使用寿命。加工参数的选择要结合加工对象、选用的加工方式、加工材料以及特殊要求等方面内容，合理的选择刀具类型、主轴转速、下刀点、安全高度、加工余量、走刀方式、加工方式等，能够有效提高数控加工的质量和效率。目前，数控加工参数主要集中在刀具选择、走刀路线、进给速度等方面，随着CAM、CAPP等技术的兴起和发展，参数的智能化选择极大的优化了加工效果[7]；其次，刀位轨迹的优化，刀位轨迹是数控加工中刀具的实际走位，对于数控加工技术的精度、质量和效率具有重要的影响。

刀位轨迹分布均匀、效率高、误差小，能够满足高质量的加工需求，有效提高零件的表面光滑度和精度，而不合理的刀位轨迹则会大大降低良品率。刀位轨迹的优劣决定了复杂曲面加工的可能性，因此，刀位轨迹的优化应该满足加工过程中接触面光滑、无碰撞、切削的行间距分布均匀，这样的刀位轨迹不仅能够达到最优的加工质量，同时数控的算法效率高、稳定性好，具有通用性。最后，仿真应用，在复杂的曲面加工中，由于加工零件的曲面复杂，加上各种环境因素的影响，使得实际加工中会出现一些意想不到的问题。因此，通过仿真技术的应用，能够对数控加工过程进行模拟，既避免了实际加工中出现的问题，也不会造成实际的经济损失，有效的优化了加工流程。

4、结束语

综上所述，工业化进程的持续发展，制造业等有关企业与当前工业发展相结合，需注重数控加工的技术水平提升，对数控机床的相关设备实施定期维护，促进工作人员处理信息的能力提高，选择适合的数控机床刀具，确保生产工作有效开展，从而数控加工的技术水平得以提升的同时，确保企业甚至整个制造业、工业的持续、健康发展。

参考文献:

[1]陈强.提高机械数控加工技术水平的有效策略探讨[J].轻工标准与质量,2020(05):116-117.

[2]李丽辉.探析提升机械数控加工技术水平的有效途径[J].中国战略新兴产业,2019(004):96.

[3]孙会双.提高机械数控加工技术水平的有效策略分析[J].职业,2019(01):88-89.

[4]黄涛,冯丽艳.基于提高机械数控加工技术水平的有效策略研究[J].现代制造技术与装备,2019(005):184-185.

[5]徐明,阚达.提高机械数控加工技术水平的有效策略[J].科学技术创新,2020(10):157-158.

[6]周志高.提高机械数控加工技术水平的有效策略[J].现代制造技术与装备,2020(01):178-179.

[7]许云兰.提高机械数控加工技术水平的有效策略[J].现代制造技术与装备,2019(001):201,203.

文章来源：机械数控加工技术水平有效提升的实践研究[J].内燃机与配件,2022,(05):67-69.