探究机械加工技术中数控加工的应用

探究机械加工技术中数控加工的应用

王守博 李宜桦 张涛  

日照钢铁控股集团有限公司  山东省日照市  276806

摘要：数控加工技术主要依托于各种类型的数控机床，目前较为先进的设备是高端五轴联动数控机床、九轴五联动数控机床等。此类设备在加工机械产品时要先开展工件几何结构、几何尺寸分析形成加工工艺，然后对待加工的部件建模，输入工艺参数、生成刀具运行轨迹，将基础数据转化成数控编码，最后将这些编码录入数控机床的数控系统。

关键词：机械加工技术；数控加工；应用

引言

数控技术的运用，给机械加工制造产业带来不一样的改变，这是未来发展的必然趋势。它不仅能够改变传统的生产模式，能够给相关的工作人员最安全的工作环境，降低工作人员的工作强度，减少工作的周期，保证工作人员安全的同时，还能够提高工作的效率和工作的质量，减轻加工的成本，这对于一个企业来说是极为有利的重要因素。相信再过不久，通过科研人员的不断努力研究，数控加工技术必然会得到不一样的改变，不断完善的数控技术能够给我国机械制造业在未来的发展之中创立“星光大道”。

1数控加工技术概述

数控加工是利用信息技术，通过信息程序控制机械，实现机床程序自动控制，完成模具加工，可将其分为硬件、软件两部分，软件是指编制计算机程序，实现机床自动控制的代码、参数；硬件是机床设备、计算机硬件设备等。通过软硬件设备有效应用，系统程序可根据模具材质、尺寸，预先输入数据参数，根据加工制造要求编制程序，完成自动化生产，还能整理加工数据，促进柔性化生产。机械模具制造中应用该技术具有以下优势：

1）提高生产效率。数控加工技术是通过数字化系统制造机械模具，可控制机械设备完成大批量模具生产，满足模具加工需求，提高了机械生产效率，合理利用数控技术可促进机械制造质量实现跨越式提升，不仅能够减少生产时间，还能延长模具寿命，需要加强技术整合、完善工作，优化生产效率。2）自动化生产。机械制造人员利用数控技术，能够通过编程代码进行设备的自动化控制，提前设定系统程序，不仅可提高机械制造生产效率，加强模具管理水平，体现数字加工技术优势，还能避免人为操作失误，降低不合格模具生产几率，减少不必要人员、成本投入，促进模具制造向智能化、自动化方向发展。3）增加模具精度。传统模具加工多是人工制造，易受到内外部因素影响，诸如工厂环境、人员情绪、刀具选择、技术能力等，均会影响模具质量，可能出现操作失误、工作效率不足的情况。

2数控机床的组成

数控机床主要是由主机、数控装置，驱动装置、辅助使用装置以及其他附属相关的设备构成的。主机是最为重要的一个部分，它是构成数控机床的核心，它的主要构建包括床身、立轴等部分组成。主机部分是用于完成各种切削加工的机械部件。数控装置是数控机床的核心，硬件部分包括印刷电路板、CRT显示器、纸带阅读机等，相应的软件是用于输入数字化的零件程序，并完成对信息的储存，能够根据数据的不同进行相应的变换。驱动装置这是用来对这些数控机床进行相应的执行命令，它主要是由驱动单元、供给单元主轴电机等，在数控装置的控制之下，这就能够实现相应的工作，最主要的方式，是通过一个系统来实现的，这个系统便就是电业伺服系统。当这个系统在运行的过程之中，它可以完成定位、直线以及空间加工。数控机床的运行离不开辅助装置的供给，它能够保证数控机床稳定运行，能够帮助数控机床进行冷却、润滑以及照明等作用。编程及其它附属设备可以用来完成在机外进行零件的程序编制、储存等工作。

3数控机床在机械加工技术中的应用

现代化的机械产品对加工的复杂度、精密程度以及表面粗糙度控制等提出了很高的技术要求。数控机床的技术在飞速发展，从先进的五轴联动跨越到更先进的九轴五联动，从单一的加工类型发展为复合型加工，一台设备可完成车削、铣及磨等多种加工操作。以下将当前较为先进的五轴联动数控机床作为分析对象，研究其在机械加工中的具体应用方法。

3.1　五轴联动数控机床的工作特点

最常见的五轴联动的五轴分别为平面上用于定位的X、Y、Z轴以及控制工件旋转和刀具旋转的回转轴。机械工件定位在操作台上后要进行夹紧，在紧固的同时确定其在直角坐标系中的位置。五轴联动数控机床的刀具可实现各种复杂的摆头模式，原因在于机床的设计特点。

刀具转动的同时，固定工件的载台可同步转动。这种情况下，刀具和工件之间的相对位置将会呈现复杂的变化。图1展示了俯垂型摆头式五轴联动数控机床机的工作示意图，其中具有回转自由度的旋转轴分别为B、C所在的截面，工件的位置始终不变，而刀具在B、C两个旋转轴的带动下做出复杂的加工，同时工件可沿X、Y、Z轴做特定方向的滑移，配合刀具。

图1　X、Y、Z俯垂型摆头式五轴联动数控机床机械加工示意图

3.2　数控机械加工的基本工作流程

使用数控机床加工机械产品时，要先分析机械工件的结构特点，在其基础上确定编码方案，选择刀具和刀柄，制定质量控制的基本策略。整个过程要遵循数控机床的应用方法。

3.2.1　分析机械工件的几何形状

现代化的机械工件大量运用了复杂的几何形状。相对而言，平面工件的加工难度较低，曲面结构的加工难度大幅增加，如叶轮、列车车轮以及螺纹型工件等。分析机械工件几何形状（尤其是曲面形状）的主要目的是计算结构物的数据节点并绘制线条。这些基础数据对制定后续的加工方案和编写数控程序指令具有重要的参考价值。

3.2.2　零件及其加工工艺分析

加工前，先分析工件的几何形状，构造符合其几何构型的数字化模型。每一个细节部位的具体尺寸也是非常关键的加工要素，尤其是曲面结构，常常在很多微小的局部结构上蕴含着丰富的尺寸信息。数控机床依靠编码指令控制机械部件的进给量、旋转角度等参数，因此这些尺寸数据为编码的主要依据。在这一环节需完成如下任务：确定代加工零件的几何尺寸、精度及公差控制的基本要求；确定加工方法，选择适宜的刀具、工件夹具以及工件测量工具；确定编程的坐标系及原点位置；确定各种工件工艺参数和刀具的行走路线。

3.2.3　输入工艺参数

这一步骤实际上完成数控机床的编程工作。高端数控加工中心已经可实现自动化编程，同时支持手工编程。但是，从长远来看，数控自动编程才是主流趋势，一方面自动编程的效率、可靠性、准确度等都远高于人工编程，另一方面一旦工件结构较为复杂，人工方式将难以完成。现代化数控加工设备的核心是CNC，其自动化计算、设计和编程的能力非常强大。工艺参数包括毛坯材质、毛坯尺寸、刀具类型、刀具材质、刀具尺寸、切削用量、进给速度、切削深度以及主轴转速等。

3.2.4刀具轨迹生成及编辑

五轴联动数控机床基本上实现了自动编程。通过强大的计算能力，系统可依据工件的几何特点自动计算基点和各类节点。这些节点数据会按照一定的顺序排列起来，形成最终的刀位数据。技术人员分析相关轨迹，如果发现其中存在不合理，可通过系统人工交互界面进行编辑修改。

结束语

利用数控加工技术加工机械工件时，关键在于根据机械工件的结构特点确定刀具的选型和运行轨迹，利用数控设备的宏程序或者其他方式完成加工程序的编写，并且利用模拟和仿真技术核验加工工艺中刀具、转台、工件等运动部分的配合效果，将修正后的数据转化为数控系统可识别的编码。加工制造中还要监控数控设备的动态运行效果，全面提高加工的精确性与可靠性。

参考文献

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