数控技术在现代机械加工中的应用
2024-9-20 来源：江苏省淮海技师学院 作者：于方波
摘要：随着科技的不断发展，数控技术在现代机械加中的应用已经成为不可缺的重要组成部分。数控技术的出现彻底改变了传统加工工艺的方式，数控技术不仅提高了加工质量与精度，增加了生产效率与加工速度，而且降低了人力成本与材料浪费，并实现了复杂零件的高效加工与生产。基于此，文章分析了数控技术应用的优势，然后从多个方面探讨了数控技术在现代机械加工中的应用。
关键词：数控技术；现代机械加工；数控车床；数控钻床
数控技术作为一项现代化加工技术，在各类加工工艺中的应用正逐渐展现出其巨大潜力和影响力。无论是雕刻、切割还是焊接，数控技术为传统加工工艺带来了革命性的改变，通过自动化控制、精确加工和高效生产，提高了加工质量、生产效率和加工速度 [1]。
1、数控技术的应用优势
1.1 提高加工质量与精度
数控技术在现代机械加工中的应用，尤其在提高加工质量与精度方面，具有重要的优势。传统机械加工依赖于人工操作，受到人为因素的干扰较大，难以保证加工的一致性和精确度，而应用数控技术能够有效解决这些问题。
数控技术通过编程控制机床的运动轨迹，能够提供高度准确的加工路径和步进距离。相比传统机床，数控机床能够实现更精确的加工过程，避免人为操作中常见的误差和不稳定因素。这种精确的控制能够保证同一类产品的加工结果具有高度一致性，达到更高的质量标准。
数控机床可以实现复杂的加工要求和形状。通过合理编写加工程序，数控机床可以完成复杂的加工任务，如曲线加工、三维雕刻等，确保产品的精细度和形状的准确性。而传统机床因需要依赖烦琐的手工操作和加工过程往往无法满足这些要求 [2]。
1.2 提高生产效率
数控技术在现代机械加工中的应用，不仅能够提高加工质量与精度，还能够显著提高生产效率和加工速度。传统机械加工往往依赖于人工操作，效率低下且受限于人力的局限性。而数控技术的引入，极大地改善了这一情况。数控技术通过编写精确的加工程序，实现自动化加工过程。数控机床能够按照预先设定的程序进行加工操作，无须人工的手动干预。这种自动化加工极大地节省了人力资源，同时避免了人为因素对加工过程的影响，提高了生产效率 [3]。
1.3 减少人力成本
数控技术在现代机械加工中的应用，除了提高加工质量与精度以及生产效率和加工速度外，还能够显著减少人力成本和材料浪费。传统机械加工依赖于人工操作，需要投入大量人力资源，并且由于操作者的技术水平和经验差异，容易导致材料浪费。而数控技术的应用，通过自动化和精确控制，很好地解决了这些问题。传统机械加工需要大量的人工操作和监控，但数控机床可以通过预先编写的加工程序进行自动化加工，无须人工操作，这使企业可以节省用于工人工资和培训的成本，并且可以在加工过程中减少人工操作的错误 [4]。
2、数控技术在现代机械加工中的应用
2.1 数控车床
数控技术作为现代机械加工的重要应用之一，不仅在铣削方面有所应用，在车削方面同样发挥着巨大的作用。数控车床通过计算机控制系统实现对工件的加工，具有精度高、效率高、可靠性高等优点。数控车床的具体应用如下：
（1）编写加工程序。操作人员根据要加工的工件需求，在计算机控制系统中编写相应的加工程序，包括刀具的选择、刀具路径、加工深度等参数的设置。编写好的加工程序将作为数控车床进行加工操作的指导依据 [5]。
（2）装夹工件。操作人员根据加工程序中对工件的要求，选择合适的装夹方法和装夹工具，将工件固定在数控车床的主轴上，确保工件的牢固固定，以免加工过程中产生移动或变形，影响加工精度。
（3）进行上机操作。操作人员将预先编写好的加工程序输入数控车床的计算机控制系统中，通过操作界面上的指令选择相应的程序，并设定好加工参数。将机床开启，开始自动加工过程。在加工过程中，操作人员需检查加工状态，观察加工质量，确保加工精度和工件表面质量。在数控车床的使用过程中，操作人员还需要负责刀具的更换和维护保养。根据加工程序的要求，选择适合的刀具进行更换，并进行刀具补偿的设定。定期检查刀具的磨损情况，及时更换和维护，保证加工质量和工具寿命。操作人员通过测量工具对加工后的工件进行尺寸和形状的检查，确保加工质量符合要求。将加工好的工件整理、清洁，并做好相应的记录和归档 [6]。
2.2 数控钻床
在孔加工中，数控钻床的应用策略主要涉及遵循正确的工艺与操作流程、合理选择钻杆及刀具参数、优化切削条件等。
（1）遵循正确的工艺与操作流程。这包括选择适当的加工参数，如进给速度、切削速度和切削深度，以确保孔的加工质量和效率。此外，正确地夹持和定位工件，合理使用冷却剂和润滑剂以降低摩擦和热量，还有对加工过程进行适时的检测与调整，都是确保孔加工质量和生产效率的关键步骤。
（2）合理选择钻杆及刀具参数。根据材料的不同硬度、直径和加工要求，选择合适的钻杆和刀具参数是提高孔加工质量和效率的关键因素。在有效清除切削碎屑的同时，合理选择刀尖角度、切削刃数以及钻头涂层等参数，能提供更好的加工效果和延长工具寿命，满足不同工件孔加工的需求。
（3）优化切削条件。通过合理的切削速度、进给速度、切削深度和切削路径，可以实现高效率和高质量的孔加工。在此过程中，切削液和冷却系统的正确应用，能有效降低切削温度和摩擦力，并减少工具磨损和工件变形，确保孔加工精度和表面质量 [7]。
2.3 数控雕刻机
数控技术在现代机械加工中的应用越来越广泛，其中数控雕刻机作为一种常见的机械设备，在雕刻加工方面发挥着重要作用，数控雕刻机如图 1 所示。
图 1 数控雕刻机
数控雕刻机通过计算机控制系统实现对工件的精确雕刻，而多轴控制和三维加工策略则是提高雕刻精度和复杂度的关键技术。多轴控制是数控雕刻机实现多个轴线的运动控制，使雕刻变得更加精确和灵活。多轴控制一般包括 X 轴（横向）、Y 轴（纵向）和 Z 轴（上下）[8]。多轴控制使数控雕刻机能够在三维空间内进行复杂的雕刻操作，实现更加细致和精确的雕刻效果。三维加工是指数控雕刻机在进行雕刻时，能够同时控制多个轴进行复杂的三维加工。在使用多轴控制和三维加工策略时，需要注意以下要点：
（1）合理设置刀具路径。在进行三维加工时，刀具路径的设置非常关键。通过合理设计刀具路径，可以最大程度地提高加工效率和精度。例如，采用合适的雕刻顺序和刀具进给方向，能够减少工件表面的残留痕迹和边缘的毛刺 [9]。
（2）控制加工参数。在进行多轴控制和三维加工时，需要合理设定加工参数，如切削速度、进给速度、切削深度等，以实现最佳的加工效果。合理的加工参数能够确保雕刻操作的稳定性和工件质量的稳定性。
（3）注意刀具的选择。不同材料的雕刻要求使用不同类型的刀具，例如金属材料常使用硬质合金刀具，木材材料常使用银钢刀具，塑料材料常使用背光刀具。根据不同材料的硬度、脆性和耐磨性等特性，选择相应的刀具材料和形状。工人还要根据雕刻的形状和细节选择合适的刀具。不同的雕刻形状和细节要求使用不同形状的刀具。例如，雕刻精细细节时一般选择刃具尖锐、切削面小的刀具；雕刻平面时选择刀具尺寸较大的直刃刀具 [10]。
2.4 数控切割机
数控切割机如图 2 所示，主要应用于金属材料的切割加工，如钢板、铝板、不锈钢等的切割。
数控切割机能够应用于各种行业，如制造业、汽车工业、航空航天工业、建筑业等。数控切割机广泛应用于切割加工领域，可以提高生产效率和加工质量。数控切割机的工作原理是通过数控系统将加工程序输入，控制切割设备按照预定路径进行材料切割，可以使用不同的切割方法，如等离子切割、激光切割、水切割等，应根据不同的材料和切割要求进行选择 [11]。在使用数控切割机时，需要注意以下要点：
（1）加工程序的编写。加工程序是数控切割机工作的指导，在加工程序中需设置切割轨迹、切割速度等参数，以实现预期的切割效果。编写加工程序需要使用专业的切割软件，通过 CAD/CAM 系统生成工件的切割路径和相关参数，并进行后期的程序优化和调整。
（2）刀具控制。通过数控技术，可以精确控制和调整切割机中的刀具位置、速度和刀具路径等参数，以实现精准的切割操作。数控切割机中的刀具控制常用的方式包括控制伺服电机、调整刀具速度、实现 X轴和 Y 轴的定位等，以实现复杂形状的切割需求 [12]。
（3）自动化控制。通过自动化控制，数控切割机能够实现自动开机、自动复位、自动调整切割速度和刀具路径等功能。这种自动化控制使数控切割机的运行更加简便高效，减少了人工干预，节约了时间和成本。
（4）性能监控和故障检测。通过传感器和数控系统的结合，数控切割机能够对切割过程中的切割质量、切割速度、刀具磨损等进行实时监控。在出现异常情况或切割质量下降时，数控系统能够及时发出警报或停机，保证切割过程的准确性和稳定性 [13]。
3、结束语
随着科技的不断发展，数控技术在各类加工工艺中的应用将继续不断演进与创新，不仅提高了加工质量与精度，增加了生产效率与加工速度，减少了人力成本与材料浪费，而且实现了复杂零件的加工与生产，拓宽了设计和加工的可能性。未来，随着技术的不断推进，数控技术将继续引领着机械加工行业的发展方向。面对机遇和挑战，应积极推动数控技术的创新应用，拓展其在各个领域的应用前景，助力机械制造业迈向更加智能、高效和可持续发展的新阶段。
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