李　寧

基于三維標(biāo)注及數(shù)控技術(shù)的農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)研究

李寧

(青島工程職業(yè)學(xué)院，山東 青島 266112)

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)機(jī)零部件的生產(chǎn)和加工技術(shù)越來越多樣化，大幅提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的性能，同時(shí)也對(duì)復(fù)雜零部件的加工提出了更高的要求。傳統(tǒng)的編程加工方法難以保證曲面、異形等復(fù)雜零部件的加工精度和效率，使用三維標(biāo)注和數(shù)控技術(shù)進(jìn)行農(nóng)機(jī)零部件的設(shè)計(jì)，不但可有效解決現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中復(fù)雜零部件的加工設(shè)計(jì)問題，保證零部件的加工精度和產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，還能大幅度提升農(nóng)機(jī)行業(yè)的設(shè)計(jì)和制造水平。

三維標(biāo)注；數(shù)控技術(shù)；農(nóng)機(jī)；零部件

近年來，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的更新?lián)Q代，其性能不斷提升的同時(shí)功能也越來越多樣化，這些都得益于生產(chǎn)和加工技術(shù)的不斷優(yōu)化。目前農(nóng)業(yè)機(jī)械中復(fù)雜零部件的生產(chǎn)需求迅速增加，這類零部件生產(chǎn)必須要有可靠的生產(chǎn)技術(shù)做為支撐，這是提高相關(guān)農(nóng)機(jī)零部件生產(chǎn)精度和效益的關(guān)鍵[1]。

1　三維標(biāo)注和數(shù)控技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1　三維標(biāo)注技術(shù)

目前在農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)加工中廣泛應(yīng)用的三維標(biāo)注技術(shù)是三維CAD設(shè)計(jì)制造技術(shù)的一種。應(yīng)用三維標(biāo)注技術(shù)可以基于二維圖形完成工程圖的三維轉(zhuǎn)換，還可在裝配環(huán)境下結(jié)合相鄰部件的位置和形狀完成零部件的設(shè)計(jì)，使零部件設(shè)計(jì)過程變得更加簡(jiǎn)單高效，相較于獨(dú)立設(shè)計(jì)的零部件裝配成功率更高。在實(shí)際操作中，可以通過CAD設(shè)計(jì)軟件中的資源查找器，使用其中的動(dòng)畫演示回放功能查看農(nóng)機(jī)零部件的具體造型過程，明確相應(yīng)零部件的裝配關(guān)系，如果存在不適配的情況，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出提醒。應(yīng)用三維標(biāo)注技術(shù)進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)還可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)外部的零部件進(jìn)行隱藏，便于觀察機(jī)構(gòu)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。在完成機(jī)械的全部零部件裝配后，可以運(yùn)用該功能進(jìn)行動(dòng)作演示，結(jié)合相應(yīng)運(yùn)動(dòng)行程要求，對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行檢驗(yàn)，及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)不合理的地方進(jìn)行修正，可有效降低報(bào)廢率和設(shè)計(jì)成本。在產(chǎn)品的升級(jí)和更新?lián)Q代過程中，將三維標(biāo)注技術(shù)與三維CAD設(shè)計(jì)軟件中的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，只需要對(duì)其中的部分零件進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)即可，其余的零部件可以根據(jù)以往的基礎(chǔ)信息進(jìn)行改良，可大幅度縮短設(shè)計(jì)周期，提升整體的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。

1.2　數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)

數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)是制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是目前我國(guó)工業(yè)加工領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)間較早，應(yīng)用范圍較廣的一種加工技術(shù)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造行業(yè)中也發(fā)揮著重要作用[2]。數(shù)控加工技術(shù)以數(shù)控單元為核心，技術(shù)人員將設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的編程語言輸入控制系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照接收指令執(zhí)行作業(yè)，是解決產(chǎn)品零部件生產(chǎn)多樣化、批量化、精密化、智能化的關(guān)鍵。在農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件的制造中應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)要根據(jù)零部件的參數(shù)提前選擇好機(jī)床的類型，結(jié)合實(shí)際的情況和需要來確定零部件的設(shè)計(jì)以及加工方案。完成加工程序編寫后，導(dǎo)入機(jī)床數(shù)控加工系統(tǒng)中進(jìn)行解碼和編譯，在測(cè)試通過后確定最終的加工程序，可保證整個(gè)加工過程的準(zhǔn)確性，穩(wěn)定性，規(guī)范性，以滿足零部件的加工精度要求。農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件的數(shù)控加工流程如圖1所示。

圖1 農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件的數(shù)控加工流程

2　三維標(biāo)注和數(shù)控技術(shù)在農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)加工中的應(yīng)用

2.1　在農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)加工中的應(yīng)用

應(yīng)用三維標(biāo)注技術(shù)進(jìn)行農(nóng)機(jī)零部件的設(shè)計(jì)，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供一個(gè)虛擬的三維立體環(huán)境，借助CAD設(shè)計(jì)軟件可完成相應(yīng)零部件的建模，結(jié)合零部件的關(guān)鍵參數(shù)和功能要素，確定零部件中螺紋孔、倒角、定位孔的位置，在不考慮尺寸的情況下可以獨(dú)立完成零部件的設(shè)計(jì)，隨后再進(jìn)行參數(shù)修改和位置調(diào)整，實(shí)現(xiàn)零件形狀的優(yōu)化[3]?；谌S標(biāo)注技術(shù)進(jìn)行農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)，借助CAD設(shè)計(jì)軟件的多項(xiàng)功能，可為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造提供極大便利[4]。結(jié)合建筑信息模型技術(shù)（BIM），可解決傳統(tǒng)二維平面模型設(shè)計(jì)過程中存在的弊端，構(gòu)建參數(shù)準(zhǔn)確，直觀立體的零部件三維模型[5]，如圖2所示。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程一般采用階段性設(shè)計(jì)，包括概念設(shè)計(jì)、2D圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等步驟，每個(gè)步驟通常由不同的設(shè)計(jì)人員和設(shè)計(jì)部門負(fù)責(zé)，存在設(shè)計(jì)周期過長(zhǎng)，溝通效率不高，容易出現(xiàn)誤差等缺陷。設(shè)計(jì)人員基于三維標(biāo)注技術(shù)，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，便于處理和加工模型中涉及機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，確?？梢约皶r(shí)掌握設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)，構(gòu)建動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)和模擬的建筑模型[6]。還可以對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造的相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示和模擬，確保后續(xù)的加工過程的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性。

三維標(biāo)注技術(shù)中的自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)公差功能，可以完成大型農(nóng)機(jī)具零部件的公差補(bǔ)償，設(shè)計(jì)人員只要輸入設(shè)計(jì)圖紙參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出公差，保證設(shè)計(jì)效果能在生產(chǎn)過程中完全體現(xiàn)，提高設(shè)計(jì)效率，保證加工效率和合格率，避免次品、廢品的產(chǎn)生，有效降低生產(chǎn)成本。

三維標(biāo)注模型數(shù)據(jù)庫(kù)采用管理樹的方式，提升了設(shè)計(jì)人員工作的便利性和靈活性，方便部門之間進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修正設(shè)計(jì)過程中存在的不足和問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造過程的智能化和精細(xì)化管理。

2.2　數(shù)控技術(shù)在農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

數(shù)控技術(shù)在農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)中應(yīng)用的主要目的是提升零部件的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，確保生產(chǎn)精度[7]。在數(shù)控技術(shù)中，PLC技術(shù)是保證控制效果的關(guān)鍵，例如通過PLC可編程控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品中錐齒輪的自動(dòng)化控制，以取代人力，減少機(jī)械故障的發(fā)生[8]。隨著科技的發(fā)展，大量的自動(dòng)化設(shè)備被引入農(nóng)機(jī)零部件的生產(chǎn)加工中，相關(guān)技術(shù)水平也隨之不斷提升，農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化和智能化是大勢(shì)所趨，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然要求[9]。

3　結(jié)語

傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)一般采用階段性設(shè)計(jì)模式，包括概念設(shè)計(jì)、2D圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等步驟，不同的流程通常由不同的設(shè)計(jì)人員或設(shè)計(jì)部門負(fù)責(zé)，因此存在設(shè)計(jì)周期過長(zhǎng)，溝通效率不高，容易出現(xiàn)誤差等缺陷。借助CAD設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)平臺(tái)的多樣化設(shè)計(jì)和操作功能，充分發(fā)揮三維標(biāo)注和數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，可解決傳統(tǒng)二維平面模型設(shè)計(jì)中存在的弊端。通過構(gòu)建參數(shù)準(zhǔn)確，立體直觀的零部件三維立體模型，對(duì)模型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，可確保后續(xù)加工過程的協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性，提升了設(shè)計(jì)人員工作的便利性和靈活性，方便部門之間進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修正設(shè)計(jì)過程中存在的問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造過程的智能化和精細(xì)化管理，推動(dòng)農(nóng)機(jī)復(fù)雜零部件生產(chǎn)向多樣化、批量化、精密化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展。

[1] 謝芳.基于數(shù)據(jù)庫(kù)安全和云平臺(tái)的農(nóng)機(jī)零件庫(kù)安全體系研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2022,44(9):152-155.

[2] 闕燚彬,劉志剛.農(nóng)機(jī)部件加工夾具設(shè)計(jì)及其三維裝配仿真:基于NX軟件[J].農(nóng)機(jī)化研究,2022,44(4):218-221.

[3] 王娜,鄧國(guó)智.基于SolidWorks的農(nóng)機(jī)底盤結(jié)構(gòu)零部件產(chǎn)品參數(shù)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2021,43(6):235-238.

[4] 簡(jiǎn)川.光電檢測(cè)與視覺設(shè)計(jì)在農(nóng)機(jī)化數(shù)字設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,42(11):219-223.

[5] 鄧文雯.農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)研究:基于大數(shù)據(jù)的多媒體網(wǎng)絡(luò)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,42(11):183-187.

[6] 趙宏平.基于三維標(biāo)注及數(shù)控技術(shù)的農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,51(1):137- 139.

[7] 于翔.農(nóng)機(jī)曲軸件數(shù)控加工曲線插補(bǔ)技術(shù)研究:基于UG仿真和PROE建模[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,42(5):46-50.

[8] 葉娟.數(shù)字農(nóng)機(jī)部件智能化裝配三維虛擬仿真技術(shù)研究—基于云平臺(tái)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,42(3):223-227.

[9] 王煒罡.農(nóng)機(jī)加工數(shù)控車床智能模塊優(yōu)化設(shè)計(jì):基于實(shí)例推理和人工智能[J].農(nóng)機(jī)化研究,2020,42(1):204-208.

Research on design of agricultural machinery parts based on 3D labeling and numerical control technology

LI Ning

(Qingdao Vocational College of Engineering, Qingdao, Shandong 266112, China)

With the continuous development of agricultural machinery research and production technology, the production and processing technology of agricultural machinery parts is becoming more and more diversified, which greatly improves the performance of agricultural machinery products, and also puts forward higher requirements for the processing of complex parts. Traditional programming and processing methods are difficult to ensure the processing accuracy and efficiency of complex parts such as curved surfaces and special-shaped parts. The use of 3D labeling and numerical control technology to design agricultural machinery parts can not only effectively solve the processing design problems of complex parts in the production process of agricultural machinery products at this stage, to ensure the processing accuracy of parts and components and the production quality of products, but also greatly improve the design and manufacturing level of agricultural machinery industry.

3D labeling, numerical control technology; agricultural machinery; spare parts

S220.2

A

2096–8736(2022)05–0021–03

李寧（1986—），男，山東高唐人，大學(xué)本科，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，主要研究方向數(shù)控加工。

責(zé)任編輯：陽湘暉

英文編輯：吳志立