数控技术在机械加工技术中的应用探析

张志朋，马春龙

（1.哈尔滨职业技术学院；2.哈尔滨职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

数控技术是指利用现代化计算机信息技术和传统机械技术，将两者以特定方式进行融合的生产方式，实现机械设备制造、加工、生产环节的自动化、智能化。当前，随着以互联网云计算大数据为代表的现代信息技术在各个领域的进一步推行，切实提升了生产效率和生产质量，并助推了行业的升级转型。现代化数控技术依托计算机技术、智能自动技术、精密生产技术和传统机械技术，通过对数控技术进行合理的应用，能够确保机械设备的总体生产环节得到严密的把控，确保生产出来的机械设备质量、稳定性，大大提升了机械设备的生产效率和生产质量，同时数控技术的深度应用，还能够保障机械生产的安全性、稳定性与可靠性，设备的精准度会得到大幅度的提升，并且能够引导传统的机械生产向着智能化自动化方向转变，促进机械加工行业的整体革新和升级转型。

1 数控技术与机械加工技术

1.1 数控技术的概念界定

数控技术（Numerical Control Technology）是一种利用计算机控制数值化指令来执行机械加工、制造和自动化生产过程的技术。它主要通过将设计图纸或模型中的几何形状、加工参数等信息转化为数值指令，由计算机控制机床、工具和传感器等装置的运动和操作，实现精确和高效的加工制造。数控技术的基本原理是利用数字信号控制运动系统，将数字指令传输给伺服控制系统，通过编程和算法控制机械运动，从而实现所需产品的精确加工。数控技术广泛应用于金属加工、木工加工、塑料加工等领域，如车床、铣床、镗床、钻床、激光切割机等设备都可以采用数控技术。

1.2 数控技术的核心特征

1.2.1 加工效率高

数控技术采用计算机控制系统，可以实现自动化加工操作，减少人工干预，提高生产效率。数控机床通过精确的编程和控制，能够获得非常高的加工精度，并且能够重复执行相同的操作，保证产品质量的一致性。可以同时处理多个加工任务，提高生产效率。通过优化程序和工艺，可以在同一台机床上完成多种复杂的加工操作，节约时间和资源。数控机床具有快速换刀和换工件的功能，可以实现不同类型的加工操作，节约了换刀和调整时间，提高了生产效率。另外，数控机床可以实时监测加工过程中的各项参数，并根据监测结果进行调整和优化，提高加工效率和产品质量。

1.2.2 灵活性强

数控技术的灵活性强是指其在加工过程中可以根据需要进行快速的调整和变换，以适应多样化的生产需求。数控技术可以通过编写、修改和调整加工程序来实现不同形状和尺寸产品的加工。加工程序可以根据具体需求进行灵活变换，包括加工路径、加工参数、切削速度等。数控系统通过自动化的控制和调整，可以根据加工要求实时改变加工过程中的参数和动作。例如，通过调整切削深度、进给速率等参数，可以快速适应不同材料和加工要求。数控机床通常具备多轴控制功能，可以同时控制多个轴向运动。这使得不仅可以对平面加工进行精确控制，还可以实现立体、曲面和复杂形状的加工，增加了加工的灵活性和多样性。数控机床开始配备了刀库和快速换刀系统，能够快速、准确地更换工具，以适应不同的加工任务和工件要求。自动换刀系统可通过预设程序自动选取和更换适当的刀具。加工程序通常是通过CAD/CAM 软件生成的。这种基于计算机辅助设计与制造的集成软件可以根据设计图纸或3D 模型快速生成加工程序，实现灵活、高效的产品加工。数控系统可以通过传感器和反馈装置对加工过程进行在线监测和调整。例如，通过测量切削力、温度、加工表面质量等参数，实时调整切削参数和工艺，以确保加工质量和稳定性。

1.3 数控技术在机械加工技术中应用的必要性

数控技术在机械加工技术中应用具有重要的必要性，主要体现在以下几个方面：首先，提高生产效率。数控技术可以实现自动化、快速和精确的机械加工过程，相比传统的手工或半自动加工，大大提高了生产效率。数控机床能够根据预设的程序和参数进行连续、高速的加工，减少了人工操作所需的时间和劳动力成本。其次，精确度和稳定性。数控机床使用数字指令进行控制，能够实现高精度、反复可靠的加工。通过精确控制运动轴向、切削参数等，可以保证产品的尺寸精度、形状一致性以及表面质量的稳定性。这对于需要高精度和高一致性的工件加工至关重要，尤其是在航空航天、汽车制造、精密仪器等领域。再次，多样化和灵活性。数控技术可以根据不同加工需求，通过修改程序和参数来适应多样化的生产要求。无论是简单产品还是复杂零部件，都可以通过更换工具、调整加工路径等方式进行灵活加工。这种灵活性使得生产工艺更具适应性和变通性，更容易应对市场需求的变化。最后，降低人为差错。传统机械加工过程中，由于人为操作的差异和错误，常常会导致产品尺寸不符合要求、表面质量差等问题。而数控技术通过编程控制机床的运动和操作，减少了人为因素对加工过程的干扰，从而降低了由于人为差错造成的问题，提高了加工的准确性和一致性。

2 数控技术在机械加工技术中的具体应用

2.1 数控技术在机床加工方面的应用

在机床加工中，使用计算机辅助设计（CAD）软件和计算机辅助制造（CAM）软件，将产品的设计图纸或三维模型转化为数控机床的加工程序。CAD 软件可用于产品设计、绘制几何形状和生成加工路径等，而CAM 软件可以根据CAD 数据生成数控机床所需要的G 代码。通过编写数控程序，将产品的几何形状和加工参数转化为机床能够理解和执行的指令。编程方式可以采用手动编程（直接编写代码）、自动编程（由CAD/CAM 软件自动生成）或是图形化编程（通过拖拉、设置参数等进行编程）。编程语言可以是G 代码、M 代码等。数控机床的控制系统是实现数控技术的关键。它包括硬件部分（如伺服电机、编码器、传感器等）和软件部分（如运动控制算法、插补算法等），用于精确控制机床的各个轴向运动、刀具进给和其他操作。数控技术需要配备相应的机床设备，如数控车床、数控铣床、数控磨床等。这些设备应具备高精度、稳定性好、刚性强等特点，以满足不同加工需求和要求。将加工程序从CAD/CAM 软件传输到数控机床需要采用适当的数据传输方式，如USB、以太网、RS-232 等。另外，对于大批量或连续加工的场景，可以使用工艺库存储和管理加工程序，以提高生产效率。数控技术可以通过传感器和监测装置实时监控加工过程中的切削力、温度、振动等参数，以及工件表面质量。通过数据反馈，能够实时调整刀具进给速度、修正偏差以保证加工的精度和质量。

2.2 数控技术在高精度机械加工技术中的应用

在高精度机械加工技术中，要选择高刚性、高稳定性的数控机床设备，以满足高精度加工的需求。例如，采用刚性好、振动小的龙门铣床或精密平面磨床等。对数控机床进行准确定位误差、直线度、圆度、角度等方面的校准，并进行验证和检验，以确保机床运动精度和稳定性。同时，定期维护和保养机床设备。通过调整切削速度、切削深度、进给速率等加工参数，使其适应高精度加工的要求。优化切削参数可以提高加工精度，并减少由于切割力引起的振动和变形。选择适当的刀具材料和几何形状，以利于实现高精度的切削和表面质量。实施刀具管理，包括刀具定期更换、刀具磨削、刀具测量等，以保持刀具的精准度和稳定性。采取温度控制措施，包括机床环境温度控制、冷却系统设计等，以减少热变形对加工精度的影响。同时，可以使用温度补偿方法来校正由于温度变化引起的误差。通过CAD/CAM软件生成的加工路径进行优化，减少切削干涉和夹持力的影响，以实现更高的加工精度。优化加工路径可以避免重复切削、减少加工次数和时间，提高加工效率和质量。结合传感器和监测装置，实时监测和反馈加工过程中的切削力、振动、表面质量等参数。通过数据分析，可以调整加工参数和补偿，以实现高精度加工的要求。

2.3 数控技术在复合机械加工中的应用

在复合机械加工中，数控技术的具体应用主要是通过数控编程和控制系统，实现多轴联动操作。例如，同时控制旋转、升降、进给等轴向运动，以实现复杂的曲线加工、螺纹加工等。采用自动刀库和切换装置，实现在同一台机床上进行不同形式的切削加工。刀具切换系统可以根据加工需求自动更换不同类型的刀具，提高生产效率和灵活性。配备多种功能的工作台，如旋转平台、倾斜工作台等，可实现多角度、多方向的加工操作。通过数控编程和控制系统，可实现工作台的各种复杂运动和定位。在复合机械加工中，还需要进行多个工序的加工操作。通过数控技术，可以实现自动化的工序切换、程序切换和参数调整，以提高加工效率和精度。并要保证多个工具同时参与加工过程，需要实现协调、同步运动和切削。通过数控编程和控制系统，可以实现复合加工的协同控制，确保各个工具的精确位置和运动。复合机械加工常涉及多个轮廓表面的加工，例如，模具加工、曲面零件加工等。通过数控软件和编程，提供多轮廓表面加工的路径规划、插补算法等功能，以实现复杂轮廓的高精度加工。此外，在复合机械加工过程中，可以通过传感器和检测装置实时监测加工过程中的参数和表面质量。通过数据反馈和控制系统修正，可以实现加工过程的实时调整和补偿，以提高加工精度和一致性。

3 数控技术在机械加工技术中应用的发展趋势

数控技术在机械加工技术中的发展趋势是高速高效、智能化制造、高精度高稳定性、多轴联动和复杂加工、柔性制造和定制化生产、联网与云端技术以及环境友好和节能减排。这些趋势将不断推动数控技术在机械制造领域的应用和创新。

3.1 高速、高效、高精度

随着电子元器件和传感器技术的进步，数控机床的驱动系统和控制算法能够更快速地实现运动控制和切削操作。高速加工可以提高生产效率，并减少加工时间。制造业对产品精度和表面质量的要求越来越高，数控技术在加工精度和稳定性方面将继续改进。例如，采用更精密的传感器、控制算法和校准方法，以实现更高的加工精度和更低的误差。

3.2 智能化

数控技术与人工智能、大数据分析等技术相结合，可以实现机械加工的智能化制造。通过智能化的监测和自动化的反馈系统，实现加工过程的实时监控、优化和调整。数控机床将与互联网和云计算技术结合，实现对设备状态、加工过程和生产数据的实时监测、分析和远程控制。利用云端技术，可以实现设备的远程维护和升级，提高设备的可靠性和利用率。

4 结语

综上所述，数控技术在加工机械方面的应用能够显著提高机械制造企业的整体生产效率和经营效率，同时，在社会层面也能够形成创新、革新和现代化转型发展的良好风气。我们始终相信，在今后的机械加工过程中，随着专业技术人员和相关机构的不断努力，数控技术将会进一步发挥其应有的加工效率，并进一步助推机械加工技术的智能化和自动化发展，确保生产出来的设备更加精确、更加高效，最终支持相关行业的发展和社会的进步。