數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用
2024-9-20 來源：江蘇省淮海技師學(xué)院 作者：于方波
摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加中的應(yīng)用已經(jīng)成為不可缺的重要組成部分。數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)加工工藝的方式，數(shù)控技術(shù)不僅提高了加工質(zhì)量與精度，增加了生產(chǎn)效率與加工速度，而且降低了人力成本與材料浪費(fèi)，并實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜零件的高效加工與生產(chǎn)。基于此，文章分析了數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，然后從多個(gè)方面探討了數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械加工；數(shù)控車床；數(shù)控鉆床
數(shù)控技術(shù)作為一項(xiàng)現(xiàn)代化加工技術(shù)，在各類加工工藝中的應(yīng)用正逐漸展現(xiàn)出其巨大潛力和影響力。無論是雕刻、切割還是焊接，數(shù)控技術(shù)為傳統(tǒng)加工工藝帶來了革命性的改變，通過自動(dòng)化控制、精確加工和高效生產(chǎn)，提高了加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工速度 [1]。
1、數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢
1.1 提高加工質(zhì)量與精度
數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用，尤其在提高加工質(zhì)量與精度方面，具有重要的優(yōu)勢。傳統(tǒng)機(jī)械加工依賴于人工操作，受到人為因素的干擾較大，難以保證加工的一致性和精確度，而應(yīng)用數(shù)控技術(shù)能夠有效解決這些問題。
數(shù)控技術(shù)通過編程控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠提供高度準(zhǔn)確的加工路徑和步進(jìn)距離。相比傳統(tǒng)機(jī)床，數(shù)控機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的加工過程，避免人為操作中常見的誤差和不穩(wěn)定因素。這種精確的控制能夠保證同一類產(chǎn)品的加工結(jié)果具有高度一致性，達(dá)到更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的加工要求和形狀。通過合理編寫加工程序，數(shù)控機(jī)床可以完成復(fù)雜的加工任務(wù)，如曲線加工、三維雕刻等，確保產(chǎn)品的精細(xì)度和形狀的準(zhǔn)確性。而傳統(tǒng)機(jī)床因需要依賴煩瑣的手工操作和加工過程往往無法滿足這些要求 [2]。
1.2 提高生產(chǎn)效率
數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用，不僅能夠提高加工質(zhì)量與精度，還能夠顯著提高生產(chǎn)效率和加工速度。傳統(tǒng)機(jī)械加工往往依賴于人工操作，效率低下且受限于人力的局限性。而數(shù)控技術(shù)的引入，極大地改善了這一情況。數(shù)控技術(shù)通過編寫精確的加工程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工過程。數(shù)控機(jī)床能夠按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行加工操作，無須人工的手動(dòng)干預(yù)。這種自動(dòng)化加工極大地節(jié)省了人力資源，同時(shí)避免了人為因素對(duì)加工過程的影響，提高了生產(chǎn)效率 [3]。
1.3 減少人力成本
數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用，除了提高加工質(zhì)量與精度以及生產(chǎn)效率和加工速度外，還能夠顯著減少人力成本和材料浪費(fèi)。傳統(tǒng)機(jī)械加工依賴于人工操作，需要投入大量人力資源，并且由于操作者的技術(shù)水平和經(jīng)驗(yàn)差異，容易導(dǎo)致材料浪費(fèi)。而數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，通過自動(dòng)化和精確控制，很好地解決了這些問題。傳統(tǒng)機(jī)械加工需要大量的人工操作和監(jiān)控，但數(shù)控機(jī)床可以通過預(yù)先編寫的加工程序進(jìn)行自動(dòng)化加工，無須人工操作，這使企業(yè)可以節(jié)省用于工人工資和培訓(xùn)的成本，并且可以在加工過程中減少人工操作的錯(cuò)誤 [4]。
2、數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用
2.1 數(shù)控車床
數(shù)控技術(shù)作為現(xiàn)代機(jī)械加工的重要應(yīng)用之一，不僅在銑削方面有所應(yīng)用，在車削方面同樣發(fā)揮著巨大的作用。數(shù)控車床通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工，具有精度高、效率高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控車床的具體應(yīng)用如下：
（1）編寫加工程序。操作人員根據(jù)要加工的工件需求，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中編寫相應(yīng)的加工程序，包括刀具的選擇、刀具路徑、加工深度等參數(shù)的設(shè)置。編寫好的加工程序?qū)⒆鳛閿?shù)控車床進(jìn)行加工操作的指導(dǎo)依據(jù) [5]。
（2）裝夾工件。操作人員根據(jù)加工程序中對(duì)工件的要求，選擇合適的裝夾方法和裝夾工具，將工件固定在數(shù)控車床的主軸上，確保工件的牢固固定，以免加工過程中產(chǎn)生移動(dòng)或變形，影響加工精度。
（3）進(jìn)行上機(jī)操作。操作人員將預(yù)先編寫好的加工程序輸入數(shù)控車床的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通過操作界面上的指令選擇相應(yīng)的程序，并設(shè)定好加工參數(shù)。將機(jī)床開啟，開始自動(dòng)加工過程。在加工過程中，操作人員需檢查加工狀態(tài)，觀察加工質(zhì)量，確保加工精度和工件表面質(zhì)量。在數(shù)控車床的使用過程中，操作人員還需要負(fù)責(zé)刀具的更換和維護(hù)保養(yǎng)。根據(jù)加工程序的要求，選擇適合的刀具進(jìn)行更換，并進(jìn)行刀具補(bǔ)償?shù)脑O(shè)定。定期檢查刀具的磨損情況，及時(shí)更換和維護(hù)，保證加工質(zhì)量和工具壽命。操作人員通過測量工具對(duì)加工后的工件進(jìn)行尺寸和形狀的檢查，確保加工質(zhì)量符合要求。將加工好的工件整理、清潔，并做好相應(yīng)的記錄和歸檔 [6]。
2.2 數(shù)控鉆床
在孔加工中，數(shù)控鉆床的應(yīng)用策略主要涉及遵循正確的工藝與操作流程、合理選擇鉆桿及刀具參數(shù)、優(yōu)化切削條件等。
（1）遵循正確的工藝與操作流程。這包括選擇適當(dāng)?shù)募庸?shù)，如進(jìn)給速度、切削速度和切削深度，以確保孔的加工質(zhì)量和效率。此外，正確地夾持和定位工件，合理使用冷卻劑和潤滑劑以降低摩擦和熱量，還有對(duì)加工過程進(jìn)行適時(shí)的檢測與調(diào)整，都是確保孔加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵步驟。
（2）合理選擇鉆桿及刀具參數(shù)。根據(jù)材料的不同硬度、直徑和加工要求，選擇合適的鉆桿和刀具參數(shù)是提高孔加工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素。在有效清除切削碎屑的同時(shí)，合理選擇刀尖角度、切削刃數(shù)以及鉆頭涂層等參數(shù)，能提供更好的加工效果和延長工具壽命，滿足不同工件孔加工的需求。
（3）優(yōu)化切削條件。通過合理的切削速度、進(jìn)給速度、切削深度和切削路徑，可以實(shí)現(xiàn)高效率和高質(zhì)量的孔加工。在此過程中，切削液和冷卻系統(tǒng)的正確應(yīng)用，能有效降低切削溫度和摩擦力，并減少工具磨損和工件變形，確保孔加工精度和表面質(zhì)量 [7]。
2.3 數(shù)控雕刻機(jī)
數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用越來越廣泛，其中數(shù)控雕刻機(jī)作為一種常見的機(jī)械設(shè)備，在雕刻加工方面發(fā)揮著重要作用，數(shù)控雕刻機(jī)如圖 1 所示。
圖 1 數(shù)控雕刻機(jī)
數(shù)控雕刻機(jī)通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精確雕刻，而多軸控制和三維加工策略則是提高雕刻精度和復(fù)雜度的關(guān)鍵技術(shù)。多軸控制是數(shù)控雕刻機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)軸線的運(yùn)動(dòng)控制，使雕刻變得更加精確和靈活。多軸控制一般包括 X 軸（橫向）、Y 軸（縱向）和 Z 軸（上下）[8]。多軸控制使數(shù)控雕刻機(jī)能夠在三維空間內(nèi)進(jìn)行復(fù)雜的雕刻操作，實(shí)現(xiàn)更加細(xì)致和精確的雕刻效果。三維加工是指數(shù)控雕刻機(jī)在進(jìn)行雕刻時(shí)，能夠同時(shí)控制多個(gè)軸進(jìn)行復(fù)雜的三維加工。在使用多軸控制和三維加工策略時(shí)，需要注意以下要點(diǎn)：
（1）合理設(shè)置刀具路徑。在進(jìn)行三維加工時(shí)，刀具路徑的設(shè)置非常關(guān)鍵。通過合理設(shè)計(jì)刀具路徑，可以最大程度地提高加工效率和精度。例如，采用合適的雕刻順序和刀具進(jìn)給方向，能夠減少工件表面的殘留痕跡和邊緣的毛刺 [9]。
（2）控制加工參數(shù)。在進(jìn)行多軸控制和三維加工時(shí)，需要合理設(shè)定加工參數(shù)，如切削速度、進(jìn)給速度、切削深度等，以實(shí)現(xiàn)最佳的加工效果。合理的加工參數(shù)能夠確保雕刻操作的穩(wěn)定性和工件質(zhì)量的穩(wěn)定性。
（3）注意刀具的選擇。不同材料的雕刻要求使用不同類型的刀具，例如金屬材料常使用硬質(zhì)合金刀具，木材材料常使用銀鋼刀具，塑料材料常使用背光刀具。根據(jù)不同材料的硬度、脆性和耐磨性等特性，選擇相應(yīng)的刀具材料和形狀。工人還要根據(jù)雕刻的形狀和細(xì)節(jié)選擇合適的刀具。不同的雕刻形狀和細(xì)節(jié)要求使用不同形狀的刀具。例如，雕刻精細(xì)細(xì)節(jié)時(shí)一般選擇刃具尖銳、切削面小的刀具；雕刻平面時(shí)選擇刀具尺寸較大的直刃刀具 [10]。
2.4 數(shù)控切割機(jī)
數(shù)控切割機(jī)如圖 2 所示，主要應(yīng)用于金屬材料的切割加工，如鋼板、鋁板、不銹鋼等的切割。
數(shù)控切割機(jī)能夠應(yīng)用于各種行業(yè)，如制造業(yè)、汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、建筑業(yè)等。數(shù)控切割機(jī)廣泛應(yīng)用于切割加工領(lǐng)域，可以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。數(shù)控切割機(jī)的工作原理是通過數(shù)控系統(tǒng)將加工程序輸入，控制切割設(shè)備按照預(yù)定路徑進(jìn)行材料切割，可以使用不同的切割方法，如等離子切割、激光切割、水切割等，應(yīng)根據(jù)不同的材料和切割要求進(jìn)行選擇 [11]。在使用數(shù)控切割機(jī)時(shí)，需要注意以下要點(diǎn)：
（1）加工程序的編寫。加工程序是數(shù)控切割機(jī)工作的指導(dǎo)，在加工程序中需設(shè)置切割軌跡、切割速度等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的切割效果。編寫加工程序需要使用專業(yè)的切割軟件，通過 CAD/CAM 系統(tǒng)生成工件的切割路徑和相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行后期的程序優(yōu)化和調(diào)整。
（2）刀具控制。通過數(shù)控技術(shù)，可以精確控制和調(diào)整切割機(jī)中的刀具位置、速度和刀具路徑等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的切割操作。數(shù)控切割機(jī)中的刀具控制常用的方式包括控制伺服電機(jī)、調(diào)整刀具速度、實(shí)現(xiàn) X軸和 Y 軸的定位等，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的切割需求 [12]。
（3）自動(dòng)化控制。通過自動(dòng)化控制，數(shù)控切割機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)調(diào)整切割速度和刀具路徑等功能。這種自動(dòng)化控制使數(shù)控切割機(jī)的運(yùn)行更加簡便高效，減少了人工干預(yù)，節(jié)約了時(shí)間和成本。
（4）性能監(jiān)控和故障檢測。通過傳感器和數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)合，數(shù)控切割機(jī)能夠?qū)η懈钸^程中的切割質(zhì)量、切割速度、刀具磨損等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在出現(xiàn)異常情況或切割質(zhì)量下降時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)或停機(jī)，保證切割過程的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性 [13]。
3、結(jié)束語
隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)控技術(shù)在各類加工工藝中的應(yīng)用將繼續(xù)不斷演進(jìn)與創(chuàng)新，不僅提高了加工質(zhì)量與精度，增加了生產(chǎn)效率與加工速度，減少了人力成本與材料浪費(fèi)，而且實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜零件的加工與生產(chǎn)，拓寬了設(shè)計(jì)和加工的可能性。未來，隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)，數(shù)控技術(shù)將繼續(xù)引領(lǐng)著機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展方向。面對(duì)機(jī)遇和挑戰(zhàn)，應(yīng)積極推動(dòng)數(shù)控技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，拓展其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，助力機(jī)械制造業(yè)邁向更加智能、高效和可持續(xù)發(fā)展的新階段。
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