數控技術在現代機械加工中的應用
2024-9-20 來源：江蘇省淮海技師學院 作者：于方波
摘要：隨著科技的不斷發展，數控技術在現代機械加中的應用已經成為不可缺的重要組成部分。數控技術的出現徹底改變了傳統加工工藝的方式，數控技術不僅提高了加工質量與精度，增加了生產效率與加工速度，而且降低了人力成本與材料浪費，并實現了復雜零件的高效加工與生產。基于此，文章分析了數控技術應用的優勢，然后從多個方面探討了數控技術在現代機械加工中的應用。
關鍵詞：數控技術；現代機械加工；數控車床；數控鉆床
數控技術作為一項現代化加工技術，在各類加工工藝中的應用正逐漸展現出其巨大潛力和影響力。無論是雕刻、切割還是焊接，數控技術為傳統加工工藝帶來了革命性的改變，通過自動化控制、精確加工和高效生產，提高了加工質量、生產效率和加工速度 [1]。
1、數控技術的應用優勢
1.1 提高加工質量與精度
數控技術在現代機械加工中的應用，尤其在提高加工質量與精度方面，具有重要的優勢。傳統機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，而應用數控技術能夠有效解決這些問題。
數控技術通過編程控制機床的運動軌跡，能夠提供高度準確的加工路徑和步進距離。相比傳統機床，數控機床能夠實現更精確的加工過程，避免人為操作中常見的誤差和不穩定因素。這種精確的控制能夠保證同一類產品的加工結果具有高度一致性，達到更高的質量標準。
數控機床可以實現復雜的加工要求和形狀。通過合理編寫加工程序，數控機床可以完成復雜的加工任務，如曲線加工、三維雕刻等，確保產品的精細度和形狀的準確性。而傳統機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 提高生產效率
數控技術在現代機械加工中的應用，不僅能夠提高加工質量與精度，還能夠顯著提高生產效率和加工速度。傳統機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。而數控技術的引入，極大地改善了這一情況。數控技術通過編寫精確的加工程序，實現自動化加工過程。數控機床能夠按照預先設定的程序進行加工操作，無須人工的手動干預。這種自動化加工極大地節省了人力資源，同時避免了人為因素對加工過程的影響，提高了生產效率 [3]。
1.3 減少人力成本
數控技術在現代機械加工中的應用，除了提高加工質量與精度以及生產效率和加工速度外，還能夠顯著減少人力成本和材料浪費。傳統機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水平和經驗差異，容易導致材料浪費。而數控技術的應用，通過自動化和精確控制，很好地解決了這些問題。傳統機械加工需要大量的人工操作和監控，但數控機床可以通過預先編寫的加工程序進行自動化加工，無須人工操作，這使企業可以節省用于工人工資和培訓的成本，并且可以在加工過程中減少人工操作的錯誤 [4]。
2、數控技術在現代機械加工中的應用
2.1 數控車床
數控技術作為現代機械加工的重要應用之一，不僅在銑削方面有所應用，在車削方面同樣發揮著巨大的作用。數控車床通過計算機控制系統實現對工件的加工，具有精度高、效率高、可靠性高等優點。數控車床的具體應用如下：
（1）編寫加工程序。操作人員根據要加工的工件需求，在計算機控制系統中編寫相應的加工程序，包括刀具的選擇、刀具路徑、加工深度等參數的設置。編寫好的加工程序將作為數控車床進行加工操作的指導依據 [5]。
（2）裝夾工件。操作人員根據加工程序中對工件的要求，選擇合適的裝夾方法和裝夾工具，將工件固定在數控車床的主軸上，確保工件的牢固固定，以免加工過程中產生移動或變形，影響加工精度。
（3）進行上機操作。操作人員將預先編寫好的加工程序輸入數控車床的計算機控制系統中，通過操作界面上的指令選擇相應的程序，并設定好加工參數。將機床開啟，開始自動加工過程。在加工過程中，操作人員需檢查加工狀態，觀察加工質量，確保加工精度和工件表面質量。在數控車床的使用過程中，操作人員還需要負責刀具的更換和維護保養。根據加工程序的要求，選擇適合的刀具進行更換，并進行刀具補償的設定。定期檢查刀具的磨損情況，及時更換和維護，保證加工質量和工具壽命。操作人員通過測量工具對加工后的工件進行尺寸和形狀的檢查，確保加工質量符合要求。將加工好的工件整理、清潔，并做好相應的記錄和歸檔 [6]。
2.2 數控鉆床
在孔加工中，數控鉆床的應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、優化切削條件等。
（1）遵循正確的工藝與操作流程。這包括選擇適當的加工參數，如進給速度、切削速度和切削深度，以確保孔的加工質量和效率。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，還有對加工過程進行適時的檢測與調整，都是確保孔加工質量和生產效率的關鍵步驟。
（2）合理選擇鉆桿及刀具參數。根據材料的不同硬度、直徑和加工要求，選擇合適的鉆桿和刀具參數是提高孔加工質量和效率的關鍵因素。在有效清除切削碎屑的同時，合理選擇刀尖角度、切削刃數以及鉆頭涂層等參數，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）優化切削條件。通過合理的切削速度、進給速度、切削深度和切削路徑，可以實現高效率和高質量的孔加工。在此過程中，切削液和冷卻系統的正確應用，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量 [7]。
2.3 數控雕刻機
數控技術在現代機械加工中的應用越來越廣泛，其中數控雕刻機作為一種常見的機械設備，在雕刻加工方面發揮著重要作用，數控雕刻機如圖 1 所示。
圖 1 數控雕刻機
數控雕刻機通過計算機控制系統實現對工件的精確雕刻，而多軸控制和三維加工策略則是提高雕刻精度和復雜度的關鍵技術。多軸控制是數控雕刻機實現多個軸線的運動控制，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]。多軸控制使數控雕刻機能夠在三維空間內進行復雜的雕刻操作，實現更加細致和精確的雕刻效果。三維加工是指數控雕刻機在進行雕刻時，能夠同時控制多個軸進行復雜的三維加工。在使用多軸控制和三維加工策略時，需要注意以下要點：
（1）合理設置刀具路徑。在進行三維加工時，刀具路徑的設置非常關鍵。通過合理設計刀具路徑，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。在進行多軸控制和三維加工時，需要合理設定加工參數，如切削速度、進給速度、切削深度等，以實現最佳的加工效果。合理的加工參數能夠確保雕刻操作的穩定性和工件質量的穩定性。
（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。根據不同材料的硬度、脆性和耐磨性等特性，選擇相應的刀具材料和形狀。工人還要根據雕刻的形狀和細節選擇合適的刀具。不同的雕刻形狀和細節要求使用不同形狀的刀具。例如，雕刻精細細節時一般選擇刃具尖銳、切削面小的刀具；雕刻平面時選擇刀具尺寸較大的直刃刀具 [10]。
2.4 數控切割機
數控切割機如圖 2 所示，主要應用于金屬材料的切割加工，如鋼板、鋁板、不銹鋼等的切割。
數控切割機能夠應用于各種行業，如制造業、汽車工業、航空航天工業、建筑業等。數控切割機廣泛應用于切割加工領域，可以提高生產效率和加工質量。數控切割機的工作原理是通過數控系統將加工程序輸入，控制切割設備按照預定路徑進行材料切割，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，應根據不同的材料和切割要求進行選擇 [11]。在使用數控切割機時，需要注意以下要點：
（1）加工程序的編寫。加工程序是數控切割機工作的指導，在加工程序中需設置切割軌跡、切割速度等參數，以實現預期的切割效果。編寫加工程序需要使用專業的切割軟件，通過 CAD/CAM 系統生成工件的切割路徑和相關參數，并進行后期的程序優化和調整。
（2）刀具控制。通過數控技術，可以精確控制和調整切割機中的刀具位置、速度和刀具路徑等參數，以實現精準的切割操作。數控切割機中的刀具控制常用的方式包括控制伺服電機、調整刀具速度、實現 X軸和 Y 軸的定位等，以實現復雜形狀的切割需求 [12]。
（3）自動化控制。通過自動化控制，數控切割機能夠實現自動開機、自動復位、自動調整切割速度和刀具路徑等功能。這種自動化控制使數控切割機的運行更加簡便高效，減少了人工干預，節約了時間和成本。
（4）性能監控和故障檢測。通過傳感器和數控系統的結合，數控切割機能夠對切割過程中的切割質量、切割速度、刀具磨損等進行實時監控。在出現異常情況或切割質量下降時，數控系統能夠及時發出警報或停機，保證切割過程的準確性和穩定性 [13]。
3、結束語
隨著科技的不斷發展，數控技術在各類加工工藝中的應用將繼續不斷演進與創新，不僅提高了加工質量與精度，增加了生產效率與加工速度，減少了人力成本與材料浪費，而且實現了復雜零件的加工與生產，拓寬了設計和加工的可能性。未來，隨著技術的不斷推進，數控技術將繼續引領著機械加工行業的發展方向。面對機遇和挑戰，應積極推動數控技術的創新應用，拓展其在各個領域的應用前景，助力機械制造業邁向更加智能、高效和可持續發展的新階段。
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