新时期机械数控加工编程技术与应用研究_马俊敏.pdf

技术与创新 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料114新时期机械数控加工编程技术与应用研究*马俊敏，梅运东，刘 靖，丁 祎，刘丽娜，田晓光黄河交通学院，河南 焦作 454950摘要：数控加工基于程序控制，实现了高度自动化的产品加工，对于提升机械生产的效率、质量具有积极意义。而数控加工控制程序是否合理，其开发过程是否高效，将直接影响到数控加工的质量与生产效率。文章在简要分析数控加工编程技术应用优势、前景及基本应用原则的基础上，具体地分析了当前常见的几种编程技术，分析了各技术的特点和优势，希望能为相关技术人员提供有价值的技术参考。关键词：机械加工；数控加工；加工编程；CAXA 软件；智能化编程分类号：TG659；TH16新时期，我国机械数控生产迎来了高速发展，编程技术早数控生产中的应用越来越常见，应用手段越来越多样，对应用质量、效率的要求也越来越高。信息化技术及数控程序为机械加工精细化、自动化管理提供了技术支持。基于多种先进编程技术及数控设备，机械加工将更为自动化与智能化，加工流程将更为简便与可靠。企业因此能更合理地使用各类机械加工设备，同时减少不必要的人力资源损耗。1 机械数控技术的应用优势与前景1.1 应用优势我国现代化机械制造业正蓬勃发展，生产的自动化需求越来越高。应用数控技术及编程技术，才能实现现代工业生产的自动化转型，提升整体控制的智能化程度。具体而言，机械生产中，利用数控设备录入相关的生产控制指令，基于数控控制设备完成对指令的具体分配，还可以实现全过程加工监控与报警，及时发现刀具轨迹偏移等问题，及时反馈问题，从而实现整条生产线的自动化控制与生产1。数控技术及编程技术已被汽车制造、大型机械制造等领域广泛应用。如今汽车品牌繁多、竞争激烈，大众对汽车零部件质量提出了很高要求。利用数控技术、编程技术，能实现汽车零部件的标准化、自动化生产，大大降低汽车零部件的次品率，这对于维护车企声誉，保障其汽车销量及利润具有重要意义。在各类机械的生产中，也常能见到数控技术的应用，这对于提升机械产品的精度十分重要，基于编程技术能够高精度地控制机床等设备进行标准化生产，基于数控编程的控制方式能实现对整条生产线的智能控制与监控，从而综合保障了生产精度与生产效率2。另外，合理应用编程技术，在收集加工产品相关技术数据的基础上，设置代码，合理布设数控设备和调试设备，能够大幅简化产品加工流程，节省可观的人力与物力，实现部分生产场景的无人加工。可见，数控技术的实际应用，提升了相关生产的科技性、智能性，降低了劳动力需求与人工成本，大幅提升了企业生产效益。1.2 应用前景我国制造业已应用数控技术长达几十年，积累了不少应用经验和自主研发能力。但相较德国等制造强国，我国在数控设备应用与研发水平、数控编程技术的应用水平等方面尚存差距，而随着近年制造业的火热发展，数控加工编程技术将向以下方面发展，推动数控加工更好发展。（1）高速高精度加工。加工速度、质量作为数控技术重要应用参数，对于提升生产效率、效益至关重要，因此一直是研究的重点。（2）柔性化。数控系统的柔性特点越强，越能适应复杂的生产环境，如今数控设备、编程技术均向模块化设计方向发展，这能够大幅提升系统升级的便捷程度，缩短相关功能的开发时间，从而尽快地满足复杂生产需求。例如，群控系统在短时间内根据生产情境自动、有效调整加工参数、流程，这最大限度地提高了数控系统的应用效能3。（3）开放化。传统数控系统不具备较好地兼容性，文章编号：2096-3092（2023）01-0114-03*基金项目：2022 年度黄河交通学院校级一流课程立项“复合材料成型原理与工艺”（HHJTXY-2022ylkc08）作者简介：马俊敏，女，硕士，助教，研究方向为机械工程。造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 技术与创新115使用的编程技术、传输设备存在许多差异。随着相关技术标准的成熟和一些开放化的平台的研发，在进行数控编程及生产线建设时能有效解决兼容性问题，使整个系统更为标准化4。（4）多轴化。加工一些复杂零件时，加工的工序一般较多，为提升效率，进行多轴加工已成为数控设备的发展方向，要求一台机器具备自动换刀、多轴同时运作等功能，因此编程时也需考虑更复杂的加工问题。2 机械数控技术的应用原则2.1 从近至远及最短路线原则机械加工车床工作时，刀具移动轨迹的点位、总体长度将直接影响机械生产效率，也会对加工质量形成影响。理论上，缩短刀具的移动距离，将提升加工效率质量，而其移动点位均合理，才能保证所有工序的质量。因此，在应用编程技术设计刀具具体轨迹时，也应遵循这一原则，保证刀具先加工距离最近的零件，然后根据距离从近到远依次进行加工；同时加工期间应当注意尽可能地缩短刀移动距离，并考虑刀具移动的合理性。另外，在使用编程技术设计数控流程时，应当保证刀具等设备的性能符合相关工件对应工序的要求，如保证刀具刚度符合工件车削的刚度需求，若同一刀具加工轨迹涉及不同刚度等需求的工件时，应当按需求设计自动更换相应刀具的流程5。2.2 最低成本原则数控加工程序会影响到整个生产线的布局与各类设备的采购，因此与生产线建设与维护成本密切关联。因此在编写数控程序时，应当在考虑工件加工需求的基础上，结合场地情况，尽可能地降低生产线建设与维护成本，通过在规定时段内尽可能提升整条生产线的加工效率来减少企业加工成本。可见，这需要编程人员在熟练专业编程技术的同时，对数控加工流程和企业生产规划有较具体的了解6。2.3 先粗后细原则机械数控加工在镗削、钻削等工序中均有粗加工与细加工之分，需要先将工件进行粗加工制作成半成品，然后进行细节打磨，使其尺寸参数和其他参数在误差范围内。因此，在编写数控程序时，需要合理地布置整条生产线的运作流程，尽可能快速地完成粗加工环节，以节省时间。同时细化细加工环节相关设备的质量监测与控制等工作，保证细加工质量7。3 新时期机械数控加工编程技术应用策略3.1 CAXA 软件加工在机械数控加工的实际应用中，在指定加工工件的一些特征，定义相关加工参数时，需要基于人机交互等方式，将曲面图形与实体几何信息联系起来，实现零部件几何特征的智能化采集与一体化生产，从而保证机械制造精度。CAXA 软件就是实现这一功能的优质设计、编程软件。作为国内自主研发的数控编程技术，CAXA 软件在实现绘图功能的同时增加了编程模块，能够高效、优质地制造曲线实体目标；同时，基于该技术的轨迹参数与批量处理等信息加工功能，能依照机械参数设计规划，设计出实体与曲面相联系的模型，这有助于提升设计精准度，从而保证切削等工序的精准度8。以 CAXA 制造工程师软件为例，使用该软件编程助手编写代码运行效果如图 1 所示。CAXA 软件系列还有 CAM 线切割、CAM 数控车、CAE 分析仿真等软件，能够面向切割机床等数控设备，进行易操作、高质量的编程工作，可以基于有限元分析等技术对模型和代码中的相关内容进行多方面计算与仿真。图 1 CAXA 工程师软件编程助手运行效果3.2 宏编程技术宏编程技术指应用于机械数控编程工作中，结合工件加工特征，基于高级语言、相关函数、逻辑运算、混合运算等语言规则替换文本编写程序的技术。由于宏编程技术运算精度高，因此常被应用于编写复杂且精度要求高的工件的加工程序。应用宏编程技术时基于宏语言能够提供循环工序、子程序调用及工序判断等数控需求，达成自动、高质量加工复杂工件的目的。技术与创新 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料116该技术还能进行编程格式化，从而缩减编程时间，这能大大提升工件制造研发的效率，帮助企业缩减编程成本9。如加工内外半径复杂的圆环工件时，可基于宏编程技术在明晰内外半径值和圆心相对位置等参数的基础上，根据相应运算规则、格式，进行快速编程。应用宏编程技术时，需做好以下几点才能保证应用质量：明晰复杂工件的设计参数；熟练掌握机械数控加工相关的各种编程技术及数理化理论知识；能够灵活基于数学建模能力、计算机语言进行编程。另外，编程技术团队还应对企业战略、数控行业发展有一定的理解，合理地调整编程内容，不止关注当下加工需求，还要根据企业中短期发展规划，在应用模块化数控设备的同时，基于模块化设计编写出框架合理且具有一定前瞻性的内容。确保在加工内容发生一些改变后，只需进行较少的调整即能使数控设备及程序适应加工内容的变化，从而降低生产开发的人力成本和时间10。3.3 智能化编程技术神经网络、模糊控制等技术正推动机械数控编程向智能化方向发展，大大提升数控编程的效率。该技术的应用优势为自主编程与辅助编程，前者指系统根据设计的规则分析产品各种参数和生产需求，结合设计图纸、加工目标进行自主编程，大大降低编程中人为因素的影响，使编程过程更规范和快速。但由于相关技术过于复杂、成本高，目前数控领域完全自主编程的应用尚不多见。而辅助编程的成本更为可控，技术人员在一些智能辅助技术的加持下，能更快速、准确地完成编程工作11。以 VSCode 软件为例，其为编程人员提供了丰富、可靠的智能辅助功能，包括智能提示、智能检索、智能操作、实验演示等功能，大幅提升了编程效率。如智能提升功能中的代码补全功能，能够基于相应领域的常见代码字符库和就近原则，根据编程人员打出的前几个字母提供相关的代码补全。在使用过程中，软件还会在分析使用者编写习惯的基础上，调整代码补全提示的优先级，编程人员也可根据自身习惯自主调整代码补全提示优先级。智能操作不同于智能提示，为编程人员提供了一些可主动操作、开发的智能编码方式，包括代码重构、快速修复等功能。智能代码重构如图 2 所示，可发现其能提供提取函数、变量等技术支持，编码时只需选择所需提取的源代码，即可查看相应可用的代码重构，这对于更新代码、提升数控加工编程效率大有帮助。而快速修复功能可以基于代码语言库提供代码诊断功能，自动查找、检查常见编程问题，如自动分析源代码，检测执行率低的代码，提示为快速修复代码，帮助编程人员更快速地检查出代码问题。图 2 智能代码重构4 结束语综上所述，新时期合理地应用机械数控加工编程技术具有颇多优点，对于提升机械加工工艺、简化流程、提升质量、节省人力物力资源均具有积极意义。企业在实际应用中，应合理地招募编程人员，合理应用智能化编程技术及相关先进编程软件，综合考虑成本，合理减轻编程人员工作量，从而在保证机械加工质量与精度的同时，合理控制成本，提升制造能力，避免盲目更新控制技术、数控流程带来的诸多风险，稳定地提升企业效益和市场竞争力。参考文献1 尚佳策,卫炜,黄斌达,等.基于加工特征的舵机壳体孔系特征数控加工编程技术J.组合机床与自动化加工技术,2020(7):93-97,101.2 屈力刚,杨忠文,杨野光,等.基于模板的相似结构盘类零件数控快速编程J.机床与液压,2020,48(20):101-105,109.3 曾强,田怀文.基于UG和VERICUT两工序合并翻面数控编程及仿真加工研究J.制造业自动化,2017,39(8):90-94.4 兰影铎,薛庆增,于武.航空发动机机匣类零件自动编程工具功能探索J.航空制造技术,2022,65(5):100-103.5 周学成,马尧,王伟,等.面向规范化数控编程系统的设计与研究J.现代制造工程,2022(4):82-88.6 龙燕燕,黄善厚.拖拉机回转体零件数控加工技术研究:基于CAD和UG建模仿真J.农机化研究,2021,43(2):259-262,268.7 孙瑜,郑祖杰,圣冬冬,等.航天大型复杂结构件数控加工编程技术发展现状与趋势J.工具技术,2021,55(6):13-17.8 王伟,谢堂,梁浩,等.基于特征技术的木工数控自动编程系统开发J.林产工业,2021,58(8):43-47.9 李强,黄勇,刘海初,等.整体叶轮加工工艺与数控仿真加工及优化研究J.机械设计,2022,39(8):79-84.10 董志强.非圆齿轮四轴联动数控插齿加工技术研究D.兰州:兰州理工大学,2022.11 袁秀坤.叶片型面六轴联动数控砂带磨削关键