劉少飛

(西安工程大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，陜西 西安 710048)

傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用

劉少飛

(西安工程大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，陜西 西安 710048)

文章介紹了機(jī)械加工從傳統(tǒng)加工到數(shù)控加工的發(fā)展過(guò)程。并從加工工藝、刀具路徑、熱變形等七個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)加工和數(shù)控加工進(jìn)行了比較，傳統(tǒng)加工工序多、效率低，而數(shù)控加工更加高效、自動(dòng)化程度更高，更適合形狀復(fù)雜、精度要求高的零件加工。傳統(tǒng)加工是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，數(shù)控加工是傳統(tǒng)加工的發(fā)展。對(duì)未來(lái)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為機(jī)械行業(yè)的研究方向提供了參考。

傳統(tǒng)加工；數(shù)控加工；加工工藝

0 前言

自公元前兩千多年前“樹(shù)木車(chē)床”雛形起源以來(lái)，各國(guó)研究者在此基礎(chǔ)上不斷研究，制造出了能夠滿足更復(fù)雜零件加工、更精密的車(chē)床。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，單一的車(chē)床逐漸演化出了銑床、刨床、磨床等設(shè)備，這些加工設(shè)備的基本定型，為20世紀(jì)初期精密機(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械化、半自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。傳統(tǒng)加工即通過(guò)機(jī)械工人手工操作各類(lèi)車(chē)床、銑床、鉆床、鋸床等機(jī)械設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加工的方法。

數(shù)控加工技術(shù)是以數(shù)字控制技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)編程技術(shù)為輔助[1]，在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種技術(shù)。數(shù)控加工是指機(jī)械工人運(yùn)用數(shù)控設(shè)備來(lái)完成各類(lèi)工件的加工，常用的數(shù)控加工設(shè)備主要包括數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控沖床以及加工中心等。自20世紀(jì)50年代世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床——三坐標(biāo)立式銑床問(wèn)世以來(lái)，數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了機(jī)械加工行業(yè)的半壁江山，成為了機(jī)械加工現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)和重要基礎(chǔ)[2]。一般而言，廣義的數(shù)控加工包括產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)(CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助加工(CAM ) 、虛擬加工(VM)和數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工[3]。目前，在絕大多數(shù)機(jī)加工車(chē)間里，數(shù)控設(shè)備都占有舉足輕重的地位，數(shù)控加工也為各類(lèi)零部件的生產(chǎn)提供了一種更加高效、自動(dòng)化程度更高的路徑[4]，尤其是解決零件品種多變、批小、形狀復(fù)雜、精度高等問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)高效化和自動(dòng)化加工的有效途徑。

1 傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的特點(diǎn)對(duì)比

數(shù)控加工是在傳統(tǒng)加工的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的加工方法，它通過(guò)編程將傳統(tǒng)加工中成熟的加工方法、技術(shù)與現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了更高效、智能化的加工。但隨著數(shù)控加工技術(shù)運(yùn)用的日益廣泛，數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)也慢慢體現(xiàn)了出來(lái)，因此，為了便于尋求更加適合、高效、精確的機(jī)械加工方法，有必要明確傳統(tǒng)加工和數(shù)控加工各自的優(yōu)勢(shì)和弊端。許多學(xué)者已經(jīng)從不同產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過(guò)程中對(duì)兩種加工方法從各個(gè)方面進(jìn)行了比較[5-8]，綜合來(lái)看，二者之間的差異主要體現(xiàn)在6個(gè)方面。

1.1 加工工藝

傳統(tǒng)加工工藝只需明確工步即可，操作者可自行考慮加工過(guò)程中的某道工序、工步、機(jī)床運(yùn)動(dòng)先后次序、位移量、切削參數(shù)等。與傳統(tǒng)的產(chǎn)品加工工藝設(shè)計(jì)相比，數(shù)控加工工藝則主要包括以下步驟：(1)適應(yīng)性分析，選擇加工零件及內(nèi)容；(2)數(shù)控加工工藝分析；(3)工藝設(shè)計(jì)；(4)對(duì)零件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；(5)編寫(xiě)程序；(6)校對(duì)與修改程序；(7)零件試加工；(8)編寫(xiě)工藝技術(shù)文件[9]。二者最主要的區(qū)別在于數(shù)控加工要更加充分地考慮產(chǎn)品的數(shù)控加工特性，同時(shí)，數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)內(nèi)容也相對(duì)更加豐富，具有較高的自動(dòng)化程度，其自適應(yīng)性能力相對(duì)較差。且數(shù)控加工需考慮零件的裝夾和安裝、工藝路線、刀具的選用、加工路徑等多重因素，使得其工藝過(guò)程比較復(fù)雜，因此，加工工藝的設(shè)計(jì)必須在嚴(yán)密的邏輯思維下完成。且常常需要采取具有針對(duì)性、特殊性的設(shè)計(jì)方法[10]。此外，相比而言，數(shù)控加工工藝在經(jīng)過(guò)調(diào)試、校驗(yàn)和加工試驗(yàn)無(wú)誤后，則可作為一個(gè)流水標(biāo)準(zhǔn)，以備后續(xù)批量加工調(diào)用，這就大大節(jié)約了時(shí)間，并能夠保證加工質(zhì)量，也可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，具有較好的繼承性。

1.2 熱變形

熱變形存在于很多行業(yè)的加工生產(chǎn)中，在機(jī)械加工領(lǐng)域也不可避免。在傳統(tǒng)加工過(guò)程中，由于粗加工、半精加工、精加工都可分階段進(jìn)行，加工過(guò)程階段分明且可人工自由控制，各工序之間的緩沖時(shí)間也可根據(jù)情況適當(dāng)延長(zhǎng)，因此，加工過(guò)程中產(chǎn)生的變形熱能夠較快釋放，不會(huì)對(duì)加工精度造成較大影響[11]。而在數(shù)控加工過(guò)程中，一般是通過(guò)預(yù)先編制好的程序控制加工系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由坯料到零件的一體化生產(chǎn)過(guò)程，整個(gè)加工過(guò)程是連續(xù)、不適合任意控制的，這就導(dǎo)致加工過(guò)程中的變形熱來(lái)不及及時(shí)釋放、轉(zhuǎn)移，因此，變形熱對(duì)數(shù)控加工而言是一個(gè)較突出的問(wèn)題。

1.3 刀具及刀具路徑

與傳統(tǒng)加工相比，數(shù)控機(jī)床具有更高效的加工過(guò)程，刀具在不斷的高速作業(yè)下的穩(wěn)定性、尺寸和精度尤為重要，這就要求數(shù)控加工刀具高精度的制造質(zhì)量和高速切削能力。同時(shí)，由于數(shù)控加工刀具裝夾等結(jié)構(gòu)的不同，刀具也都進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化[12]，如高速鋼數(shù)控銑削刀具在結(jié)構(gòu)上已較多采用波形刃和大螺旋角結(jié)構(gòu)，硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具則采用了內(nèi)冷卻、刀片立裝式、模塊可換和可調(diào)式結(jié)構(gòu)，而內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)，在一般普通機(jī)床上則是無(wú)法應(yīng)用的。這些方面的變化對(duì)刀具行業(yè)也是一個(gè)挑戰(zhàn)，促使其不斷從刀具材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面進(jìn)行研發(fā)、設(shè)計(jì)、改進(jìn)，以適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控加工行業(yè)的發(fā)展。例如，各類(lèi)高強(qiáng)度合金鋼的表面氮化處理，大多數(shù)硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)為數(shù)控刀具采用涂層技術(shù)等。對(duì)傳統(tǒng)加工而言，刀具的路徑主要由操作者自己控制、把握，操作者可自行決定刀具切削時(shí)的切入軌跡等過(guò)程。而在數(shù)控加工過(guò)程中，刀具路徑已在程序編制環(huán)節(jié)就確定了。例如，在設(shè)置刀具切入、退出時(shí)，可選用螺旋方式、沿切線等。

1.4 切削用量的設(shè)置

在傳統(tǒng)加工過(guò)程中，完成一個(gè)零件的加工往往需要操作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論是從控制能力和安全方面，切削用量的選擇都是非常謹(jǐn)慎的，尤其對(duì)一些具有復(fù)雜曲線或曲面的零件。而數(shù)控機(jī)床由于具有良好的自動(dòng)控制能力，只需要在程序中設(shè)置好合適的切削用量，控制系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)完成設(shè)定面的加工過(guò)程，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是全自動(dòng)、無(wú)間斷的，不會(huì)對(duì)材料帶來(lái)浪費(fèi)和不必要的損耗，且加工精度比傳統(tǒng)加工精度高。

基于上述比較，可以得出，不論是傳統(tǒng)加工還是數(shù)控加工，都是由一定的工藝適用范圍的[13]，與傳統(tǒng)加工相比，數(shù)控加工具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)自動(dòng)化程度高；(2)加工零件一致性好；(3)生產(chǎn)效率高；(4)便于產(chǎn)品研制；(5)便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造的一體化。同時(shí)，數(shù)控加工也存在如下缺點(diǎn)：(1)加工成本高；(2)只適宜于多品種小批量或中批量生產(chǎn)；(3)維修困難。

1.5 自動(dòng)化、柔性化程度

在傳統(tǒng)加工過(guò)程中，由于設(shè)備的自動(dòng)化控制程度較弱，工件從坯料到最終零件的加工可能需要多次裝夾才能完成。而且在裝夾過(guò)程中，一般需要專(zhuān)用夾具協(xié)助加工，專(zhuān)用夾具通常在設(shè)計(jì)及制造方面的費(fèi)用較高，將無(wú)形中提高了傳統(tǒng)加工的生產(chǎn)制造成本。而對(duì)于數(shù)控加工而言，已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了一次裝夾就可完成多個(gè)面、甚至整個(gè)零件的加工過(guò)程。例如，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜零件的加工，加工中心自帶多個(gè)換刀工位，只需在程序中設(shè)定確定的刀具與之對(duì)應(yīng)，并在后續(xù)加工過(guò)程中隨時(shí)調(diào)用就可以完成零件的一次性加工。另外，傳統(tǒng)通用機(jī)床雖然柔性較好，但加工效率低，而傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)機(jī)床，雖然加工效率高，但對(duì)零件的自適應(yīng)性很差，剛度大，柔性差，這些弊端都使得傳統(tǒng)加工很難適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)激烈競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的產(chǎn)品的頻繁更新?lián)Q代。而數(shù)控機(jī)床柔性好，只需對(duì)程序進(jìn)行重新編制或改變，又能自動(dòng)化操作，故數(shù)控加工更能適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

1.6 操作人員素質(zhì)要求

在傳統(tǒng)加工領(lǐng)域，整個(gè)加工過(guò)程主要依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成，操作者可將編寫(xiě)好的工藝流程直接投入到生產(chǎn)加工指導(dǎo)中，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適當(dāng)、及時(shí)的調(diào)整。而對(duì)于數(shù)控加工而言，其自動(dòng)化程度較高，加工過(guò)程基本通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不能隨意中止，工藝設(shè)計(jì)人員在將程序投入使用前，需在計(jì)算機(jī)仿真軟件上進(jìn)行模擬加工過(guò)程并進(jìn)行調(diào)整，以確保實(shí)際加工過(guò)程的安全，這就需要工藝設(shè)計(jì)者具備較強(qiáng)的CAM相關(guān)知識(shí)。

2 傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的相互結(jié)合及應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著機(jī)械行業(yè)與其他學(xué)科的交叉發(fā)展，單一的傳統(tǒng)加工早已難以滿足當(dāng)今各類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)，但目前對(duì)大多企業(yè)來(lái)說(shuō)，還存在大量仍在壽命范圍內(nèi)的普通機(jī)床。因此，對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)而言，需要根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合企業(yè)人員素質(zhì)及數(shù)量、資源使用情況等研究適合的加工工藝，將傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工有機(jī)結(jié)合起來(lái)，最大限度發(fā)揮兩種加工方法的優(yōu)勢(shì)，以創(chuàng)造最大收益[13]。

2.1 傳統(tǒng)加工是數(shù)控加工的基礎(chǔ)

在電子科技日益發(fā)展的今天，數(shù)控加工因其高效、精確的加工方式廣受歡迎，已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)零件、產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，機(jī)械加工技術(shù)正朝著高效、精密、柔性化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，但追究其發(fā)展的基礎(chǔ)、根源，不難發(fā)現(xiàn)，正是有了傳統(tǒng)加工作為研究的基礎(chǔ)，才有了數(shù)控加工的發(fā)展。例如，就車(chē)床而言，數(shù)控車(chē)床就是在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上引進(jìn)了電子化控制系統(tǒng)才得以發(fā)展的。此外，在數(shù)控加工過(guò)程中，熟悉傳統(tǒng)加工的操作人員更容易理解、掌握一些專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的含義，因此，扎實(shí)地打好傳統(tǒng)加工基礎(chǔ)，才能從根本上長(zhǎng)遠(yuǎn)地發(fā)展數(shù)控加工。此外，一般而言，一個(gè)零件實(shí)際生產(chǎn)加工往往是由數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工組合而成的，兩種加工方法的工序常是穿插進(jìn)行的。例如，在車(chē)削臺(tái)階軸時(shí)，傳統(tǒng)加工是將臺(tái)階軸的整個(gè)外圓表面依次按照從大到小粗車(chē)完后，再依次進(jìn)行精加工，而數(shù)控加工就可在傳統(tǒng)加工工程的基礎(chǔ)上，運(yùn)用符合循環(huán)指令，將整個(gè)外輪廓一次完成粗加工、精加工。證明部分傳統(tǒng)加工還是穿插在數(shù)控加工中的[13]。

此外，就大多數(shù)產(chǎn)品而言，對(duì)傳統(tǒng)加工工藝進(jìn)行工藝的優(yōu)化仍然可以實(shí)現(xiàn)與數(shù)控加工相匹敵的零件加工。例如，劉志剛等[14]對(duì)開(kāi)槽鑄件傳統(tǒng)加工工藝上進(jìn)行分析，對(duì)加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，在消除內(nèi)應(yīng)力的基礎(chǔ)上保證了產(chǎn)品質(zhì)量，并降低了生產(chǎn)成本，取得了良好的效果。侯學(xué)元等[15]在分析某鐵路車(chē)輛減震用斜楔零件的基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)思維，采用普車(chē)代替數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，運(yùn)用特殊工裝夾具保證了產(chǎn)品加工精度的同時(shí)，確保了工廠生產(chǎn)進(jìn)度，極大限度發(fā)揮了普車(chē)的生產(chǎn)效益。

2.2 數(shù)控加工是傳統(tǒng)加工的發(fā)展

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電子信息化的進(jìn)步，數(shù)控加工已經(jīng)在傳統(tǒng)加工的基礎(chǔ)上快速發(fā)展，在機(jī)械加工領(lǐng)域的地位也占據(jù)著非常重要的地位。具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：(1)數(shù)控加工是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要技術(shù)支撐；(2)數(shù)控加工是實(shí)現(xiàn)國(guó)防現(xiàn)代化的重要技術(shù)支撐[1]。但將數(shù)控加工與傳統(tǒng)進(jìn)行比較不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是工藝方法、加工原理、加工刀具等方面，除了引入了一些信息化的編程、控制模塊，數(shù)控加工都是在傳統(tǒng)加工的基礎(chǔ)上一步步改進(jìn)、演變和發(fā)展起來(lái)的，但相比傳統(tǒng)加工，數(shù)控加工展現(xiàn)出了更多的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)性也更強(qiáng)。

近些年，在傳統(tǒng)加工的基礎(chǔ)上，數(shù)控加工技術(shù)與多種學(xué)科相互交叉，形成了完整的一套加工體系，廣義的數(shù)控加工包括產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助加工、虛擬加工及數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工。

目前，就計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及加工方面而言，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、加工及仿真等軟件與技術(shù)的融入使數(shù)控加工更加高效、便捷。例如，方林宏等[16]運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形仿真技術(shù)提取零件輪廓數(shù)據(jù)并研究了將輪廓曲線轉(zhuǎn)化為UG加工代碼的方法，為傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工方法之間找到了一條合理有效的途徑，并最終應(yīng)用于數(shù)控加工實(shí)際生產(chǎn)。丁海濤[17]等將Mastercam軟件用于零件線框建模過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該方法只需將刀具、工藝參數(shù)等設(shè)置好，即可自動(dòng)生成程序加工，非常便捷，且加工完成后的零件精度均在要求精度范圍內(nèi)，證實(shí)了CAM軟件在數(shù)控加工中的可行性。強(qiáng)立明等[18]運(yùn)用Pro-E軟件解決了數(shù)控銑床加工空間凸輪的N-F難題，很大程度上提高了凸輪的加工精度及效率。陳明[19]通過(guò)UG軟件實(shí)現(xiàn)了圓柱凸輪復(fù)雜凸輪槽的加工，該方法替代了傳統(tǒng)加工方法，實(shí)現(xiàn)了加工效率和精度的提升。關(guān)立文等[20]基于VERICUT仿真軟件，研究除了一種二次開(kāi)發(fā)的數(shù)控加工過(guò)程切削力仿真的快速實(shí)現(xiàn)方法，解決了傳統(tǒng)有限元仿真軟件對(duì)數(shù)控加工切削力仿真時(shí)效率低下等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了切削力仿真效率的大幅提升。

在產(chǎn)品的實(shí)際數(shù)控加工過(guò)程中，目前也已逐漸融入了各學(xué)科先進(jìn)技術(shù)，并不斷優(yōu)化數(shù)控加工工藝方法，以期克服傳統(tǒng)加工方法的弊端，以使各類(lèi)零件加工方法實(shí)現(xiàn)高效化、精確化、智能化、完善化。例如，吳亞輝等[21]利用Solidcam的Imaching加工策略優(yōu)化了數(shù)控編程及加工，并對(duì)傳統(tǒng)加工及優(yōu)化后數(shù)控加工方式加工的零件進(jìn)行了試切對(duì)比，結(jié)果表明，優(yōu)化后的數(shù)控加工方法大大提高了加工效率，縮短了加工時(shí)間。曹巖等[22]通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)將有限元法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及優(yōu)化理論相結(jié)合，應(yīng)用于零件的數(shù)控切削加工變形分析中，克服了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)大、耗時(shí)長(zhǎng)、花費(fèi)大等弊端，一定程度上解決了航空薄壁零件機(jī)械加工的變形問(wèn)題。朱浩[23]在對(duì)傳統(tǒng)加工進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用數(shù)控加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品可靠性，并降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。劉敏等[24]在改進(jìn)傳統(tǒng)工藝加工方案的基礎(chǔ)上，引入測(cè)量技術(shù)，綜合運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)控加工制造技術(shù)對(duì)多錐度細(xì)長(zhǎng)桿加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)。曾誼暉等[25]基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)了難加工金屬材料數(shù)控加工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，并結(jié)合相應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備建立了難加工金屬材料實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)果表明，應(yīng)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制加工出的工件精度比傳統(tǒng)加工方法加工的精度高很多。王沉培等[26]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，齒輪機(jī)床數(shù)控化可大大簡(jiǎn)化其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，提高機(jī)床加工范圍及加工精度，與傳統(tǒng)機(jī)床相比，齒輪機(jī)床數(shù)控化優(yōu)勢(shì)非常明顯。陳志鴻等[27]提出了針對(duì)金屬曲面表面非金屬涂層的逆向工程加工系統(tǒng)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有較高的實(shí)用性、穩(wěn)定性及高效性。任小中等[28]提出了利用球頭銑刀在立式數(shù)控銑床上進(jìn)行大型直齒錐齒的加工方法，并分別通過(guò)MATLAB及VERICUT軟件完成率加工前參數(shù)的提取及銑齒過(guò)程仿真，實(shí)驗(yàn)表明，該方法摒棄了傳統(tǒng)加工方法存在的精度低、效率低等問(wèn)題，是一種新的自動(dòng)化程度高的加工方法。余輝慶等[29]針對(duì)凸輪參數(shù)的多樣性等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了一種方便、靈活的凸輪G代碼生成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不同類(lèi)型盤(pán)類(lèi)凸輪的加工，同時(shí)，克服了傳統(tǒng)加工繁瑣且效率低下等弊端。史紅艷等[30]對(duì)某一變截面細(xì)長(zhǎng)零件的數(shù)控加工工藝方法進(jìn)行了改進(jìn)，克服了傳統(tǒng)加工工序多、工步繁瑣的缺點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了以車(chē)代磨的加工方案，降低了生產(chǎn)成本，提高了加工效率及質(zhì)量。

3 未來(lái)機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

根據(jù)以上分析總結(jié)可以看到，數(shù)控加工在很多方面存在較大優(yōu)勢(shì)，是目前機(jī)械加工業(yè)的重要發(fā)展方向，但同時(shí)也存在新的工藝等問(wèn)題，完全照搬傳統(tǒng)加工工藝是不合理也不科學(xué)的，這就要求工藝人員在機(jī)械加工行業(yè)未來(lái)的發(fā)展中，對(duì)于不同產(chǎn)品的加工制造，應(yīng)針對(duì)性的從加工工藝、零件的復(fù)雜性、加工條件、精度要求等方面進(jìn)行綜合考量，進(jìn)而確定具體的加工途徑，在最大限度發(fā)揮數(shù)控加工優(yōu)勢(shì)的同時(shí)提高與傳統(tǒng)加工的結(jié)合[6]。具體來(lái)講，在進(jìn)行傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的結(jié)合可從以下幾個(gè)途徑實(shí)施：(1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)狀態(tài)與生產(chǎn)批量的均衡；(2)粗精加工與精度要求的結(jié)合；(3)加工工種之間的結(jié)合；(4)精密設(shè)備與一般設(shè)備的結(jié)合；(5)技術(shù)交流與技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)合[31-32]。此外，隨著現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)生產(chǎn)加工過(guò)程提出的高度自動(dòng)化、精度化的要求以及機(jī)械行業(yè)與多學(xué)科之間的相互交叉，未來(lái)機(jī)械行業(yè)將著重向以下幾個(gè)方向發(fā)展：(1)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的深度融入；隨著UG、VERICUT等功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、仿真軟件應(yīng)用的日益廣泛，機(jī)械加工過(guò)程逐漸朝著更加便捷、安全、自適應(yīng)化程度更高的方向發(fā)展，傳統(tǒng)加工機(jī)床潛在的強(qiáng)大機(jī)械性能也將被挖掘，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)將在世紀(jì)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景[16，33]。(2)多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的交叉應(yīng)用；隨著各類(lèi)先進(jìn)技術(shù)的問(wèn)世，各行各業(yè)都發(fā)生著翻天覆地的變化，未來(lái)機(jī)械加工行業(yè)也將逐漸融入其他相關(guān)學(xué)科技術(shù)，例如機(jī)電一體化[34]、VR技術(shù)、視覺(jué)控制技術(shù)、N-vision平臺(tái)等，使工人利用全景漫游與人機(jī)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化仿真，增強(qiáng)沉浸感，人員能身臨其境感知預(yù)設(shè)的工序場(chǎng)景，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并同步修改，節(jié)約成本，增強(qiáng)設(shè)備安全性[35]。(3)典型零件加工系統(tǒng)的完善；就一些典型的零件，如葉輪葉片而言，其加工過(guò)程往往需考慮較多因素[36-38]，因此，可從質(zhì)量、效率等方面入手，建立完善的、系統(tǒng)化的加工流程，并不斷改進(jìn)。

[1] 謝忠斌.數(shù)控加工技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用[J].科技資訊,2012(35):78.

[2] 慕少鵬,李蓓智,楊建國(guó),等.安裝系統(tǒng)在復(fù)雜形狀零件加工中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2006(05):125-126.

[3] 郭萬(wàn)泉,周立峰.數(shù)控車(chē)床加工工藝分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(06):83

[4] 覃金黨.淺談數(shù)控車(chē)削加工工藝性分析[J].科技與企業(yè),2014(17):374.

[5] 董淑婧,呂海霆.發(fā)動(dòng)機(jī)缸體挺桿孔加工工藝分析[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2015(04):149-151.

[6] 吳長(zhǎng)德.數(shù)控加工對(duì)傳統(tǒng)加工工藝產(chǎn)生的變革[J].現(xiàn)代制造工程,2006(08):136-138.

[7] 朱政紅,張春偉.影響機(jī)械加工精度的幾種因素[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2008(11),76-85.

[8] 鄭紅.數(shù)控加工工藝與傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝比較研究[J],價(jià)值工程，2016(26):166-167.

[9] 于杰.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

[10]賈會(huì)會(huì).數(shù)控加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)的問(wèn)題研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與刨新,2012,25(05):175-177.

[11]張亞楠,陳嬌,王麗.數(shù)控加工與傳統(tǒng)機(jī)加工工藝的區(qū)別[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015(02):55.

[12]譚威,鄭耀輝,梁立軍,等.數(shù)控銑削加工中刀具的選擇[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,21(04):29-31.

[13]張延萍.數(shù)控加工工藝與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別與聯(lián)系[J].科技資訊,2012(04):98.

[14]齊曉白,劉志剛.開(kāi)排氣歧管加工工藝研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2015(04):38-39.

[15]侯學(xué)元,韓淑華.貨運(yùn)列車(chē)減震斜楔的加工工藝與夾具設(shè)計(jì)[J].重型機(jī)械.2015(01):73-75.

[16]方林宏,樊軍.計(jì)算機(jī)圖形處理在UG生產(chǎn)加工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程,2007(07):45-47.

[17]丁海濤,周怡,宋剛強(qiáng).CAM 軟件在數(shù)控加工中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械工程師,2015(04): 35-38.

[18]強(qiáng)立明.Pro/ENGINEER在凸輪加工中的應(yīng)用[J].數(shù)字化設(shè)計(jì),2008(08):57-59.

[19]陳明.基于UG軟件的圓柱凸輪槽數(shù)控加工[J].山東工業(yè)技術(shù),2014(12):148-149.

[20]崔海龍,關(guān)立文,滑勇之,等.基于VERICUT二次開(kāi)發(fā)的數(shù)控加工切削力仿真研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2012(05):9-12.

[21]吳亞輝,鄧小玲,閆艷燕.基于Imachining的智能高效數(shù)銑加工研究[J].煤礦機(jī)械,2015,36(08):168-170.

[22]曹巖,董愛(ài)民,李云龍.航空薄壁零件數(shù)控銑削加工仿真與誤差控制[J].機(jī)床與液壓,2008,36(09):30-32.

[23]朱浩.CB/A14內(nèi)嚙合齒輪泵泵體數(shù)控加工工藝分析[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào),2015，31(04):38-40.

[24]劉敏,陳瑾.多錐度細(xì)長(zhǎng)桿加工工藝改進(jìn)[J].新技術(shù)新工藝,2014(10):14-15.

[25]曾誼暉,左青松,李翼德,等.基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的難加工金屬材料數(shù)控加工控制方法研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,38(04):31-35

[26]王沉培,周云飛,李左章.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在準(zhǔn)雙曲面齒輪數(shù)控化加工中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2002,14(04):1-5.

[27]陳志鴻,房海蓉,方躍法.基于逆向工程的自由曲面涂層加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2015(09):142-147.

[28]任小中,王建生,張波,等.基于球頭刀的大型直齒錐齒輪數(shù)控銑削方法研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2016(11):119-122.

[29]余輝慶,來(lái)阿娟.基于圓弧擬合的盤(pán)形凸輪數(shù)控加工方法研究[J].機(jī)電一體化,2013(08):38-42.

[30]史紅艷,杜建安,祁玉秀.淺談變截面細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的數(shù)控加工[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā),2008,23(05):77-78.

[31]王華僑,李新洲,吳修仁,等.數(shù)控工藝與普通工藝結(jié)合的途徑與措施[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2004(01):128-131；

[32]王華僑,丁勇.模具高效數(shù)控加工的實(shí)現(xiàn)途徑與措施[J].現(xiàn)代制造,2005(05):75-76.

[33]鄒旻.曲齒錐齒輪的應(yīng)用與發(fā)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2005(09):160-162.

[34]申寧,李國(guó)銘.傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床機(jī)電一體化改造分析[J].機(jī)電信息,2013(03):175-176.

[35]張李杰,孫文磊,趙群.VR技術(shù)在優(yōu)化加工工序中的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014(09):208-210.

[36]李亢,郭連水.透平機(jī)葉輪葉片五軸數(shù)控粗加工優(yōu)化方法的研究[J].航空學(xué)報(bào)2006,27(03):506-509.

[37]郭連水,劉秋豐,曹浩波.渦輪葉盤(pán)數(shù)控加工優(yōu)化方法的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械加工工藝與裝備,2005(10):19-21.

[38]劉維偉,張定華,史耀耀,等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁葉片精密數(shù)控加工技術(shù)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2004,23(03):329-331.

Development and application of traditional machining and numerical controlmachining in machinery industry

LIU Shao-fei

(Engineering training center, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China)

The article introduced the developing process of mechanical working from traditional processing to NC processing. Besides, a comparison between them was made from seven aspects including processing technology, tool path, thermal deformation, and so on. The traditional processing has more processing steps and lower efficient. However, the NC processing has a higher efficient and automatic extent, suiting the part processing with complicated shape and high accurate demand. Traditional processing is the base of NC processing, while NC processing is the development of traditional processing. Finally, the developing tendency in the future of mechanical field was predicted, which provided a reference for the research direction in mechanical field.

traditional machining; NC machining; processing technology

2017-01-16；

2017-03-09

西安工程大學(xué)教改項(xiàng)目(2016JG69)

劉少飛(1989-)，女，西安工程大學(xué)助理工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械工程、材料加工工程等。

TH162

A

1001-196X(2017)03-0007-06