數控技術在現代機械加工中的應用

張春娜

（三門峽職業技術學院，三門峽 472000）

在機械加工環節合理應用數控技術，能夠保證產品質量，降低機械生產成本，獲得可觀的經濟效益。在實際應用中，數控技術不僅效率高，還具有極強的精準度。機械加工中應用數控技術，主要是借助計算機，在加工監督、管控等多個方面改善存在的問題，簡化一些復雜的流程，同時借助智能技術實現機床、繪圖機控制，完成一些高難度、高危作業，實現高效作業。

1 數控技術概述

數控技術是通過數字控制對某個生產過程實現自動控制。該技術在制造業中的應用，使制造業發生了較大變革，并在汽車行業、醫療器械行業中獲得了廣泛應用，已經成為一種發展趨勢。數控技術借助程序控制，在設備中導入編好的程序，使其依據特定程序完成機械加工。在整個加工過程中，基于程序編寫，借助先進的技術手段，完成高精準度的機械加工，使加工作業更加高效化和自動化。

2 數控技術在現代機械加工中應用的重要性

2.1 提升加工效率

在機械加工過程中，數控技術的應用極具優勢。該技術是在二進制的基礎上完成信息計算和處理，具有非常高的精準度，在實際應用中可以提升操作精準度，高效完成生產作業。數控技術的應用與計算機技術密不可分，尤其在一些精密機械加工中，不僅對精度有著很高要求，還對生產效率提出了較高要求。實際生產期間，通過應用數控技術，借助二進制處理一些復雜的加工問題，可使電氣系統高效運行，提升機械加工效率[1]。

2.2 提升生產質量

在傳統的機械加工中，由于需要大量的人力，不僅效率低，還容易出現操作失誤，影響機械加工的質量。數控技術在機械加工中的應用能夠改變傳統加工這一現狀，在實際操作中借助自動化操作完成加工。在整個自動化過程中，利用數控技術將生產精度控制在合理范圍內，根據提前設計好的標準生產，從源頭上控制生產參數，保證生產質量，有效避免人為因素造成的操作失誤等，可大大提升機械加工質量。

2.3 節省生產成本

在以往的機械加工中，大多需要借助人力進行操作，而應用數控技術只需要少數人員對機械設備進行操作、監控，節省了大量人力成本。同時，在數控技術的應用過程中，由于生產精度高，應用高精度技術能夠精準切割機械加工材料，盡可能減少材料損耗，節省了材料成本。

2.4 實現智能化生產

數控技術是一項現代化技術，在當前的機械加工過程中應用廣泛且靈活，一般應用于材料的檢查、診斷等方面。在實際應用過程中，數控技術有助于實現機械加工智能化，不僅可以實現一些智能化功能，如實時監控等，還能夠提升機械加工的標準化程度。當前，人們對于數控技術在機械加工中的應用有著廣泛研究，且與計算機技術等密切相關，為智能化工業制造奠定了良好基礎。

3 數控技術在現代機械加工中的應用

3.1 應用于工業生產

工業生產的過程比較復雜，生產環境也比較極端，如高壓、高溫條件下的生產。在這種環境下，人工無法進行操作，即使通過人工操作，也很容易出現各種安全隱患。在工業生產過程中，通過對生產環境進行數字化編程，借助計算機對整個生產進行有效管控，可降低危險程度，避免人工操作產生的危險，確保生產順利、安全進行[2]。工業生產中，數控技術在集中化的生產工序中應用，可以節省人力，在保證生產精度的同時，提高生產效率。

在現代化工業生產中，大多是由機械的內部程序控制生產的，實際產品質量和機械系數有很大關系，每個數控加工程序中都會有各種信息，如切削參數、主軸轉速等。在具體生產中，廠家的機械規格和參數等信息各不相同，對應的加工控制工序也不相同。譯碼模塊是根據規定進行的，在預處理過程中需要遵守上一段終點為后段起點這一格式，保證刀具的運動連續性。編譯是根據任務編譯對應的加工程序，借助插補模塊在系統中提取，并對加工工具的運動軌跡進行控制，完成加工操作。

3.2 應用于煤礦機械

隨著社會對煤礦開采的要求不斷提高，煤礦機械逐漸朝著現代化、數控化方向發展。首先，下料環節以往都是借助人工方式進行的，不僅生產效率低，而且生產精度較低，而應用數控技術可以有效避免該現象的出現。通過借助數控切割機，可實現從零件圖、工藝圖、數控切割圖、數控程序的有機結合，保證坯料精度和切割線條的順滑度，高效完成生產任務。其次，掘進機、輸送帶等機械設備在煤礦開采中的應用比較常見，其零部件多焊接而成，通過應用數控技術可將以往的人工操作焊接轉為自動化焊接，待完成焊接后還會檢測焊縫情況，并自動調整參數，保證焊接質量[3]。最后，在切削加工環節，對于一些工藝復雜、精度要求較高的零件，通過應用數控技術能夠很好地使用數控機床完成加工，保證零件精度符合要求。例如，采煤機搖臂的密封槽為曲面型，為保證密封效果，在以往的技術應用下很難完成曲面加工，而應用數控技術可簡化該操作工藝，只需要借助編程，根據相應的參數進行設計，便可以提升密封效果。

在煤礦機械加工中，數控技術的應用一般借助編程來實現。在實際操作中，一定要保證編寫、執行無誤，否則會對加工效果造成不良影響。在應用該技術進行操作時，若同時遇到軸類、套筒類零件的加工，應先加工前者，再加工后者，以保證零件的精準度。對于機械內外輪廓的加工，可以先后借助G50 恒線速度、G96 恒線速度完成表面加工；對于外圓錐狀的零件，應使用專門工具測量精準度，并根據實際情況適當調整工藝，確保加工精度滿足實際需求。

3.3 應用于汽車制造

在汽車工業制造中，零件質量對汽車整車質量有著直接聯系，且關系著消費者的安全。數控技術在汽車工業制造中的應用能夠提升汽車行業制造質量，特別是比較復雜的汽車零部件，通過應用數控技術能大大提高零件精度。在數控技術的應用中，汽車制造系統是由控制器、計算機設備、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）實現的，能夠適當調整生產模式，借助于計算機設備設定工作程序，依據指令傳輸至驅動器完成相應的命令。PLC 可以操作生產方式，模擬生產期間的數據輸入、輸出，以仿真建模的形式控制設備[4]。數控技術在汽車制造行業中的應用效果良好，借助智能裝配機器人能夠自動裝配零件。在一些裝配流程中，利用編程實現了有效控制。該技術的應用使得汽車零件具有極強的適配性，并借助于智能機器人完成搬運，在節省人力的同時，提升了生產效率。

3.4 應用于機床加工

在現代化機械加工中，大多數機械零件需要借助機床進行加工。通過應用數控技術，能夠提升生產質量。一方面，在具體生產中，先全面分析零件圖樣，明確零件輪廓幾何條件，確定尺寸和工藝。編程前，必須要明確處理計劃，并重視零件的各種參數設置，同時要確定裝夾方式，根據加工部位選擇適用的夾具。通過使用液壓高速動力卡盤，夾緊工件。另一方面，對于需要加工的零件，應制定具體的加工流程、工藝等。考慮到加工對象的輪廓曲線比較多變且材質等各種因素不同，制定方案時應結合實際情況具體問題具體分析。

首先，在數控機床加工中，只有詳細制定具體的加工流程，才能夠保證操作順利進行。例如，在普通車床的內控加工中，遇到鐵屑堵塞的情況，可以先停機，處理好之后再繼續加工，生產不會受到較大影響[5]。但是，數控車床是在各種指令操作下進行的，屬于自動化加工，一旦出現各種異常行為，會影響加工的正常進行，并增加工作量。其次，數控機床的各種參數根據加工部位等要求劃分為多個技術指標，在確定機床切削工藝時，應根據金屬切削原理，提升零件加工質量和效率。最后，在加工圖樣和工藝基礎上，根據數控機床指令，編寫具體的加工程序。只有保證編程的嚴謹，才能夠使零件質量滿足要求。編程需要滿足直線、圓弧等要素要求，在具體編制期間，最好縮減程序段數，降低出錯率。一般應用G 命令，可簡化各個加工程序。數控技術在機床加工中的應用實現了生產變革，提升了生產效率，保證了零件加工質量。

4 案例分析

4.1 工件材料分析

以高鐵制動缸底座數控加工工藝為例，它的結構外觀不規則，剛性較差，很容易在裝夾期間發生形變，并在加工中發生振動。工件所有型面需要進行加工，不能同時展開所有面的加工，且工件毛坯沒有輔助基準，只能多次裝夾。對于基準、夾具的選擇和設計，是該工藝的重要部分。如圖1 所示，以毛坯為Q235D制動缸底座結構為例，它的加工面類型較多。對于不同的面，需要選擇不同的刀具路徑。毛坯使用模鍛件，側面余量約為0.3 cm，最大的切削深度約為11.8 cm，最小的凹圓弧為1.0 cm。材料為Q345D 鋼，具有較好的焊接性，但是硬度較低，在加工期間會黏刀。使用鎢鈷硬質合金刀具，能夠確保切削效率。工件對于尺寸的精準度一般沒有過高要求，在圖形交互自動編程期間，應設置好加工余量。表面粗糙度3.2 μm 即可達到要求，經過粗加工、細加工便可。

4.2 數控加工工藝

該工件選擇三軸聯動立式加工中心。刀具選擇方面：使用長度大于12 cm 的Φ25 mm 兩刃銑刀，用于粗加工；使用長度大于12 cm 的Φ25 mm 四刃立銑刀，用于內外側的精加工；使用常規尺寸的Φ20 mm 四刃立銑刀，用于平、豎面的精加工；使用Φ16 mm 四刃球刀，用于曲面精加工。對于裝夾方案，由于毛坯各面較為平整，只可以當作粗基準。將圖2 中的B面當作粗基準，對A面展開加工，并將A面當作粗基準，完成之后的加工。第1 次裝夾B面朝下，使用墊塊減少加工期間的振動。對于C、D兩面，使用平口鉗夾。第2 次裝夾，將A面作為基準，將其放在工裝板上面，使用定位銷定位，在B面使用壓板螺栓將其壓緊。第3 次裝夾，將A面作為基準，使用平口鉗裝夾。在U形臂上，可借助支撐塊減小加工期間的振動情況。第4 次裝夾，將A面放在工裝板上，以此為基準，使用定位銷定位，并用壓板螺栓固定。第5 次裝夾，將U形臂作為基準，使用平口鉗裝夾，在其中間位置借助頂鎬進行支撐。第6 次裝夾，設計一塊工裝板的兩個工件，以背靠背的方式呈現。如圖2 所示，將A面作為基準面，XZ方向使用定位銷定位，使用壓板螺栓在Y向進行固定[6]。

4.3 加工工序

該零件加工工序描述如下。第一，精基準A面的加工。A至B面的尺寸應控制在其長度尺寸±0.5 mm，選擇面銑方式，往復形式的走刀法，每一個面留出約3 mm 的余量。第二，外側面加工。選擇平面銑方式，輪廓型走刀法，在前3 步加工中選擇粗加工方式，在后3 步加工中選擇長度大于12 cm 的Φ25 mm 四刃立銑刀精加工方式。第三，上部成型面的加工。第1 步為平面粗銑，第2 步為平面精銑，第3 步和第4 步均為豎直面粗銑，第5 步和第6 步均為豎直面精銑，第7 步為曲面粗銑，第8 步為曲面精銑。第四，內側面的加工。為了確保尺寸的精準，將加工余量設為-0.25 mm，使用長度大于12 cm 的Φ25 mm 兩刃銑刀進行粗加工，再使用四刃立銑刀進行精加工。第五，底部成型面的加工。平面使用面銑，豎直面使用平面銑，曲面使用區域銑削方式[7]。在整個加工過程中，應用數控技術使得工件質量相對穩定，且加工效率高，具有極強的可行性。

5 結語

在現代機械生產中，數控技術已經得到廣泛應用。該技術在制造業中的應用，使得制造業發生了較大變革，提升了其社會競爭力，并推動著該技術朝著更深的方向發展。在煤礦機械、汽車制造以及工業生產中，數控技術解放了勞動力，實現了自動化加工生產，在提升加工效率的同時，保證了加工質量。