数控技术在现代机械加工中的应用

2022-07-22张春娜

现代制造技术与装备 2022年5期

张春娜

（三门峡职业技术学院，三门峡 472000）

在机械加工环节合理应用数控技术，能够保证产品质量，降低机械生产成本，获得可观的经济效益。在实际应用中，数控技术不仅效率高，还具有极强的精准度。机械加工中应用数控技术，主要是借助计算机，在加工监督、管控等多个方面改善存在的问题，简化一些复杂的流程，同时借助智能技术实现机床、绘图机控制，完成一些高难度、高危作业，实现高效作业。

1 数控技术概述

数控技术是通过数字控制对某个生产过程实现自动控制。该技术在制造业中的应用，使制造业发生了较大变革，并在汽车行业、医疗器械行业中获得了广泛应用，已经成为一种发展趋势。数控技术借助程序控制，在设备中导入编好的程序，使其依据特定程序完成机械加工。在整个加工过程中，基于程序编写，借助先进的技术手段，完成高精准度的机械加工，使加工作业更加高效化和自动化。

2 数控技术在现代机械加工中应用的重要性

2.1 提升加工效率

在机械加工过程中，数控技术的应用极具优势。该技术是在二进制的基础上完成信息计算和处理，具有非常高的精准度，在实际应用中可以提升操作精准度，高效完成生产作业。数控技术的应用与计算机技术密不可分，尤其在一些精密机械加工中，不仅对精度有着很高要求，还对生产效率提出了较高要求。实际生产期间，通过应用数控技术，借助二进制处理一些复杂的加工问题，可使电气系统高效运行，提升机械加工效率[1]。

2.2 提升生产质量

在传统的机械加工中，由于需要大量的人力，不仅效率低，还容易出现操作失误，影响机械加工的质量。数控技术在机械加工中的应用能够改变传统加工这一现状，在实际操作中借助自动化操作完成加工。在整个自动化过程中，利用数控技术将生产精度控制在合理范围内，根据提前设计好的标准生产，从源头上控制生产参数，保证生产质量，有效避免人为因素造成的操作失误等，可大大提升机械加工质量。

2.3 节省生产成本

在以往的机械加工中，大多需要借助人力进行操作，而应用数控技术只需要少数人员对机械设备进行操作、监控，节省了大量人力成本。同时，在数控技术的应用过程中，由于生产精度高，应用高精度技术能够精准切割机械加工材料，尽可能减少材料损耗，节省了材料成本。

2.4 实现智能化生产

数控技术是一项现代化技术，在当前的机械加工过程中应用广泛且灵活，一般应用于材料的检查、诊断等方面。在实际应用过程中，数控技术有助于实现机械加工智能化，不仅可以实现一些智能化功能，如实时监控等，还能够提升机械加工的标准化程度。当前，人们对于数控技术在机械加工中的应用有着广泛研究，且与计算机技术等密切相关，为智能化工业制造奠定了良好基础。

3 数控技术在现代机械加工中的应用

3.1 应用于工业生产

工业生产的过程比较复杂，生产环境也比较极端，如高压、高温条件下的生产。在这种环境下，人工无法进行操作，即使通过人工操作，也很容易出现各种安全隐患。在工业生产过程中，通过对生产环境进行数字化编程，借助计算机对整个生产进行有效管控，可降低危险程度，避免人工操作产生的危险，确保生产顺利、安全进行[2]。工业生产中，数控技术在集中化的生产工序中应用，可以节省人力，在保证生产精度的同时，提高生产效率。

在现代化工业生产中，大多是由机械的内部程序控制生产的，实际产品质量和机械系数有很大关系，每个数控加工程序中都会有各种信息，如切削参数、主轴转速等。在具体生产中，厂家的机械规格和参数等信息各不相同，对应的加工控制工序也不相同。译码模块是根据规定进行的，在预处理过程中需要遵守上一段终点为后段起点这一格式，保证刀具的运动连续性。编译是根据任务编译对应的加工程序，借助插补模块在系统中提取，并对加工工具的运动轨迹进行控制，完成加工操作。

3.2 应用于煤矿机械

随着社会对煤矿开采的要求不断提高，煤矿机械逐渐朝着现代化、数控化方向发展。首先，下料环节以往都是借助人工方式进行的，不仅生产效率低，而且生产精度较低，而应用数控技术可以有效避免该现象的出现。通过借助数控切割机，可实现从零件图、工艺图、数控切割图、数控程序的有机结合，保证坯料精度和切割线条的顺滑度，高效完成生产任务。其次，掘进机、输送带等机械设备在煤矿开采中的应用比较常见，其零部件多焊接而成，通过应用数控技术可将以往的人工操作焊接转为自动化焊接，待完成焊接后还会检测焊缝情况，并自动调整参数，保证焊接质量[3]。最后，在切削加工环节，对于一些工艺复杂、精度要求较高的零件，通过应用数控技术能够很好地使用数控机床完成加工，保证零件精度符合要求。例如，采煤机摇臂的密封槽为曲面型，为保证密封效果，在以往的技术应用下很难完成曲面加工，而应用数控技术可简化该操作工艺，只需要借助编程，根据相应的参数进行设计，便可以提升密封效果。

在煤矿机械加工中，数控技术的应用一般借助编程来实现。在实际操作中，一定要保证编写、执行无误，否则会对加工效果造成不良影响。在应用该技术进行操作时，若同时遇到轴类、套筒类零件的加工，应先加工前者，再加工后者，以保证零件的精准度。对于机械内外轮廓的加工，可以先后借助G50 恒线速度、G96 恒线速度完成表面加工；对于外圆锥状的零件，应使用专门工具测量精准度，并根据实际情况适当调整工艺，确保加工精度满足实际需求。

3.3 应用于汽车制造

在汽车工业制造中，零件质量对汽车整车质量有着直接联系，且关系着消费者的安全。数控技术在汽车工业制造中的应用能够提升汽车行业制造质量，特别是比较复杂的汽车零部件，通过应用数控技术能大大提高零件精度。在数控技术的应用中，汽车制造系统是由控制器、计算机设备、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）实现的，能够适当调整生产模式，借助于计算机设备设定工作程序，依据指令传输至驱动器完成相应的命令。PLC 可以操作生产方式，模拟生产期间的数据输入、输出，以仿真建模的形式控制设备[4]。数控技术在汽车制造行业中的应用效果良好，借助智能装配机器人能够自动装配零件。在一些装配流程中，利用编程实现了有效控制。该技术的应用使得汽车零件具有极强的适配性，并借助于智能机器人完成搬运，在节省人力的同时，提升了生产效率。

3.4 应用于机床加工

在现代化机械加工中，大多数机械零件需要借助机床进行加工。通过应用数控技术，能够提升生产质量。一方面，在具体生产中，先全面分析零件图样，明确零件轮廓几何条件，确定尺寸和工艺。编程前，必须要明确处理计划，并重视零件的各种参数设置，同时要确定装夹方式，根据加工部位选择适用的夹具。通过使用液压高速动力卡盘，夹紧工件。另一方面，对于需要加工的零件，应制定具体的加工流程、工艺等。考虑到加工对象的轮廓曲线比较多变且材质等各种因素不同，制定方案时应结合实际情况具体问题具体分析。

首先，在数控机床加工中，只有详细制定具体的加工流程，才能够保证操作顺利进行。例如，在普通车床的内控加工中，遇到铁屑堵塞的情况，可以先停机，处理好之后再继续加工，生产不会受到较大影响[5]。但是，数控车床是在各种指令操作下进行的，属于自动化加工，一旦出现各种异常行为，会影响加工的正常进行，并增加工作量。其次，数控机床的各种参数根据加工部位等要求划分为多个技术指标，在确定机床切削工艺时，应根据金属切削原理，提升零件加工质量和效率。最后，在加工图样和工艺基础上，根据数控机床指令，编写具体的加工程序。只有保证编程的严谨，才能够使零件质量满足要求。编程需要满足直线、圆弧等要素要求，在具体编制期间，最好缩减程序段数，降低出错率。一般应用G 命令，可简化各个加工程序。数控技术在机床加工中的应用实现了生产变革，提升了生产效率，保证了零件加工质量。

4 案例分析

4.1 工件材料分析

以高铁制动缸底座数控加工工艺为例，它的结构外观不规则，刚性较差，很容易在装夹期间发生形变，并在加工中发生振动。工件所有型面需要进行加工，不能同时展开所有面的加工，且工件毛坯没有辅助基准，只能多次装夹。对于基准、夹具的选择和设计，是该工艺的重要部分。如图1 所示，以毛坯为Q235D制动缸底座结构为例，它的加工面类型较多。对于不同的面，需要选择不同的刀具路径。毛坯使用模锻件，侧面余量约为0.3 cm，最大的切削深度约为11.8 cm，最小的凹圆弧为1.0 cm。材料为Q345D 钢，具有较好的焊接性，但是硬度较低，在加工期间会黏刀。使用钨钴硬质合金刀具，能够确保切削效率。工件对于尺寸的精准度一般没有过高要求，在图形交互自动编程期间，应设置好加工余量。表面粗糙度3.2 μm 即可达到要求，经过粗加工、细加工便可。

4.2 数控加工工艺

该工件选择三轴联动立式加工中心。刀具选择方面：使用长度大于12 cm 的Φ25 mm 两刃铣刀，用于粗加工；使用长度大于12 cm 的Φ25 mm 四刃立铣刀，用于内外侧的精加工；使用常规尺寸的Φ20 mm 四刃立铣刀，用于平、竖面的精加工；使用Φ16 mm 四刃球刀，用于曲面精加工。对于装夹方案，由于毛坯各面较为平整，只可以当作粗基准。将图2 中的B面当作粗基准，对A面展开加工，并将A面当作粗基准，完成之后的加工。第1 次装夹B面朝下，使用垫块减少加工期间的振动。对于C、D两面，使用平口钳夹。第2 次装夹，将A面作为基准，将其放在工装板上面，使用定位销定位，在B面使用压板螺栓将其压紧。第3 次装夹，将A面作为基准，使用平口钳装夹。在U形臂上，可借助支撑块减小加工期间的振动情况。第4 次装夹，将A面放在工装板上，以此为基准，使用定位销定位，并用压板螺栓固定。第5 次装夹，将U形臂作为基准，使用平口钳装夹，在其中间位置借助顶镐进行支撑。第6 次装夹，设计一块工装板的两个工件，以背靠背的方式呈现。如图2 所示，将A面作为基准面，XZ方向使用定位销定位，使用压板螺栓在Y向进行固定[6]。

4.3 加工工序

该零件加工工序描述如下。第一，精基准A面的加工。A至B面的尺寸应控制在其长度尺寸±0.5 mm，选择面铣方式，往复形式的走刀法，每一个面留出约3 mm 的余量。第二，外侧面加工。选择平面铣方式，轮廓型走刀法，在前3 步加工中选择粗加工方式，在后3 步加工中选择长度大于12 cm 的Φ25 mm 四刃立铣刀精加工方式。第三，上部成型面的加工。第1 步为平面粗铣，第2 步为平面精铣，第3 步和第4 步均为竖直面粗铣，第5 步和第6 步均为竖直面精铣，第7 步为曲面粗铣，第8 步为曲面精铣。第四，内侧面的加工。为了确保尺寸的精准，将加工余量设为-0.25 mm，使用长度大于12 cm 的Φ25 mm 两刃铣刀进行粗加工，再使用四刃立铣刀进行精加工。第五，底部成型面的加工。平面使用面铣，竖直面使用平面铣，曲面使用区域铣削方式[7]。在整个加工过程中，应用数控技术使得工件质量相对稳定，且加工效率高，具有极强的可行性。