武瑞梅

（沂水縣許家湖鎮(zhèn)人民政府，山東 臨沂 276402）

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速推進(jìn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化已成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能和可靠性在很大程度上取決于其構(gòu)成零件的質(zhì)量，而傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法在精度和效率方面還面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是在處理復(fù)雜形狀和高精度要求的零件時(shí)更為突出。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展為解決這些問(wèn)題提供了新的可能性，不僅提高了加工精度，還顯著提升了生產(chǎn)效率和靈活性，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械零件的類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1）軸類零件。軸是農(nóng)業(yè)機(jī)械最常見(jiàn)的零件之一，包括轉(zhuǎn)軸、曲軸等。這些軸通常需要具有足夠的強(qiáng)度和剛度來(lái)支撐和傳遞動(dòng)力，同時(shí)要保持良好的直線度和同心度。此外，軸的兩端還需要設(shè)計(jì)安裝軸承的部位，以減少摩擦和磨損。

2）齒輪傳動(dòng)部件。齒輪傳動(dòng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用廣泛，主要用于將動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到其他工作部件。齒輪傳動(dòng)部件由齒圈、齒輪、軸承等組成，齒圈和齒輪的齒面需要進(jìn)行精密加工，以保證良好的嚙合狀態(tài)和傳動(dòng)精度。

3）皮帶傳動(dòng)部件。皮帶傳動(dòng)常用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)，例如驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇、水泵等。皮帶傳動(dòng)部件由皮帶輪、皮帶和張緊裝置組成。皮帶的材質(zhì)和尺寸需要根據(jù)傳動(dòng)功率和工作環(huán)境的要求進(jìn)行選擇。

4）鏈條傳動(dòng)部件。鏈條傳動(dòng)常用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的輸送系統(tǒng)，例如糧食提升機(jī)、秸稈收割機(jī)等。鏈條傳動(dòng)部件由鏈條、鏈輪和張緊裝置組成。鏈條需要具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，而鏈輪則需要與鏈條的節(jié)距相匹配。

5）刀具。刀具是農(nóng)業(yè)機(jī)械中必不可少的工作部件，主要用于切割、挖掘、破碎等工作。常用的刀具包括割刀、犁刀、錘片等。刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有鋒利的刀刃和堅(jiān)固的刀柄，同時(shí)需要根據(jù)不同的工作要求選擇合適的材料和形狀。

2 數(shù)控加工方法

2.1 數(shù)控加工技術(shù)原理

數(shù)控加工技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行精確控制的先進(jìn)制造技術(shù)。在數(shù)控加工過(guò)程中，首先需要對(duì)加工零部件的圖紙進(jìn)行繪制，然后進(jìn)行相應(yīng)的工藝處理。計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)學(xué)模型和編程語(yǔ)言對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行描述和控制，將加工參數(shù)、加工路徑等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字控制程序[1]。通過(guò)伺服電機(jī)、導(dǎo)軌等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加工刀具或工件在三維空間內(nèi)的精確運(yùn)動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、低誤差的加工過(guò)程，如圖1 所示。

圖1 數(shù)控加工技術(shù)的基本原理

2.2 數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 數(shù)控編程

數(shù)控編程將加工要求轉(zhuǎn)換成機(jī)床能夠理解和執(zhí)行的具體指令代碼[2]。在數(shù)控編程過(guò)程中，編程人員或工程師必須詳細(xì)定義工件的加工路徑、刀具選擇、加工速度以及進(jìn)給率等參數(shù)。編程方法主要包括手動(dòng)編程和使用計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）軟件進(jìn)行自動(dòng)編程。手動(dòng)編程雖然靈活，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而CAM 軟件則能夠快速生成復(fù)雜路徑和操作序列。為了提高加工效率和精度，編程過(guò)程中常采用高級(jí)算法來(lái)優(yōu)化切割路徑，減少不必要的機(jī)器移動(dòng)，從而節(jié)約加工時(shí)間和成本[3]。

2.2.2 刀具選擇

在數(shù)控加工中，刀具的類型、材料、幾何形狀及尺寸都會(huì)直接影響到加工的精度和表面質(zhì)量。常見(jiàn)的刀具類型包括銑刀、鉆頭、車刀等，每種刀具都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景和材料適應(yīng)性。例如，硬質(zhì)合金刀具在加工硬質(zhì)材料時(shí)具有較好的耐用性和精度，而高速鋼刀具則更適合柔軟材料的加工。此外，刀具的幾何形狀，如切削角度、螺旋角、刃口數(shù)量等，也會(huì)影響切削過(guò)程中的力學(xué)特性和切屑排出效率。因此，正確選擇刀具對(duì)于保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率具有至關(guān)重要的作用。

2.3 數(shù)控加工技術(shù)優(yōu)勢(shì)

數(shù)控加工技術(shù)相比于傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先，數(shù)控加工提供了更高的加工精度和重復(fù)精度。通過(guò)精確的電子控制，數(shù)控機(jī)床能夠按照預(yù)設(shè)程序準(zhǔn)確完成復(fù)雜的加工任務(wù)，這在手動(dòng)操作中是難以實(shí)現(xiàn)的。其次，數(shù)控加工提高了生產(chǎn)效率和靈活性。程序一旦設(shè)定，就可以連續(xù)無(wú)誤地運(yùn)行，大大減少了人工操作的需求，同時(shí)也降低了因操作失誤引起的廢品率[4]。此外，數(shù)控機(jī)床能夠快速適應(yīng)不同的加工任務(wù)，只需更換程序和刀具即可開始新的生產(chǎn)，這對(duì)于多品種、小批量的生產(chǎn)尤為重要。最后，數(shù)控加工有助于降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作環(huán)境安全性。操作人員不必直接接觸工作區(qū)域，從而減少了工傷事故的風(fēng)險(xiǎn)。

3 數(shù)控加工方法的實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1）鋼鐵：作為常用的農(nóng)業(yè)機(jī)械材料，應(yīng)選擇具有代表性的鋼鐵樣本，例如碳鋼和合金鋼[5]。

2）鋁合金：考慮到其在輕型農(nóng)業(yè)機(jī)械中的廣泛應(yīng)用，選擇幾種常用的鋁合金材料。

3）塑料和復(fù)合材料：選取工程塑料和常用的復(fù)合材料，以評(píng)估數(shù)控加工在非金屬材料上的應(yīng)用。

對(duì)于相關(guān)實(shí)驗(yàn)材料要進(jìn)行材料處理，確保所有材料均為標(biāo)準(zhǔn)尺寸和形狀，以減少變量。并對(duì)金屬材料進(jìn)行必要的預(yù)處理，如退火，以統(tǒng)一材料硬度和內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。

3.1.2 設(shè)備選擇

1）數(shù)控機(jī)床：使用先進(jìn)的數(shù)控銑床和車床，確保機(jī)床具有足夠的精度和穩(wěn)定性。確認(rèn)機(jī)床的功能和性能，包括其最大加工尺寸、切削速度范圍等。

2）測(cè)量設(shè)備：使用高精度的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和表面粗糙度測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)確保所有測(cè)量設(shè)備均經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[6-7]。

3.1.3 參數(shù)設(shè)置

1）切削速度：設(shè)置不同的切削速度，以評(píng)估其對(duì)加工質(zhì)量和效率的影響。

2）進(jìn)給速率：調(diào)整不同的進(jìn)給速率，分析其對(duì)加工精度和表面質(zhì)量的影響。

3）切削深度：設(shè)置多個(gè)切削深度，以觀察其對(duì)材料去除率和刀具磨損的影響。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1）刀具安裝與調(diào)整：根據(jù)不同材料選擇合適的刀具，并安裝在數(shù)控機(jī)床上。進(jìn)行刀具長(zhǎng)度和徑向補(bǔ)償設(shè)置，確保加工精度[8]。

2）樣品加工：將材料樣品固定在數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上。啟動(dòng)數(shù)控程序，開啟加工過(guò)程，監(jiān)控加工狀態(tài)，以確保操作的順利進(jìn)行。

3）加工監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控加工過(guò)程，注意刀具磨損和機(jī)床的運(yùn)行狀況。在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以確保加工質(zhì)量和加工安全。

4）尺寸測(cè)量：加工完成后，使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)加工件進(jìn)行精確的尺寸測(cè)量，記錄每個(gè)樣品的關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)，如直徑、長(zhǎng)度、高度等；使用粗糙度測(cè)量?jī)x對(duì)加工表面進(jìn)行檢測(cè)，記錄表面粗糙度值，注意標(biāo)記對(duì)應(yīng)的加工參數(shù)[9]。

5）數(shù)據(jù)記錄：將所有測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)觀察數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)日志中，對(duì)所有非正常情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，如刀具破損、材料缺陷等。

6）樣品后處理：對(duì)加工完成的樣品進(jìn)行清潔和標(biāo)記，以備后續(xù)分析。將樣品妥善保存，防止受到損壞或污染。

7）數(shù)據(jù)整理與初步分析：對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分類，并進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)分析，評(píng)估加工參數(shù)對(duì)尺寸精度和表面粗糙度的影響。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，切削速度與尺寸精度數(shù)據(jù)、進(jìn)給率與表面粗糙度數(shù)據(jù)、切削深度與加工時(shí)間數(shù)據(jù)分別如表1、表2、表3所示。

表1 切削速度與尺寸精度數(shù)據(jù)

表2 進(jìn)給率與表面粗糙度數(shù)據(jù)

3.3.2 結(jié)果分析

1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，隨著切削速度的增加，尺寸精度先升高后降低。在150 mm/min 時(shí)，尺寸精度達(dá)到最高（0.02 mm）；而在250 mm/min時(shí)，尺寸精度達(dá)到最低（0.06 mm）。這是因?yàn)檫^(guò)高的切削速度導(dǎo)致熱量增加，影響材料的穩(wěn)定性和刀具的耐用性。

2）表面粗糙度在進(jìn)給率為0.15 mm/rev 時(shí)達(dá)到最低（0.6 μm），表明較高的進(jìn)給率有助于獲得更光滑的表面。然而，進(jìn)給率過(guò)高可能導(dǎo)致加工效率降低。

3）加工時(shí)間隨切削深度的增加而減少。在切削深度為5 mm 時(shí)，加工時(shí)間最短（15 min），表明增加切削深度可以提高材料去除率，從而提高加工效率，但過(guò)深的切削可能會(huì)增加刀具磨損和機(jī)床負(fù)擔(dān)。

3.3.3 實(shí)驗(yàn)討論

考慮到尺寸精度和刀具壽命，一個(gè)中等的切削速度（如150 mm/min）是最佳選擇；為了平衡表面質(zhì)量和加工效率，0.15 mm/rev 的進(jìn)給率是最優(yōu)選擇；盡管較深的切削深度可以縮短加工時(shí)間，但考慮到機(jī)床和刀具的耐用性，中等切削深度（如3 mm）是更合理的選擇。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，最優(yōu)的數(shù)控加工參數(shù)需要在加工效率、零件質(zhì)量和設(shè)備耐用性之間取得平衡。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，中等水平的切削速度、進(jìn)給率和切削深度是最佳的綜合選擇。然而，具體的最優(yōu)參數(shù)組合還需要根據(jù)不同的材料類型、機(jī)床性能和生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)整。

4 討論與展望

4.1 實(shí)驗(yàn)局限性

本實(shí)驗(yàn)在探索數(shù)控加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械零件制造中的應(yīng)用時(shí)，存在一定的局限性。首先，實(shí)驗(yàn)的樣本范圍相對(duì)有限，主要集中在特定類型的材料上，例如鋼鐵和鋁合金，這不足以全面代表農(nóng)業(yè)機(jī)械中使用的所有材料類型[10]。此外，實(shí)驗(yàn)所用的數(shù)控機(jī)床代表了特定的技術(shù)水平，但并未覆蓋所有的數(shù)控設(shè)備類型和技術(shù)規(guī)格，這限制了結(jié)果的普適性。在參數(shù)選擇方面，雖然實(shí)驗(yàn)考慮了切削速度、進(jìn)給率和切削深度等關(guān)鍵參數(shù)，但還有其他因素如刀具角度、冷卻方式等未能涵蓋，這些因素同樣會(huì)對(duì)加工效果和效率產(chǎn)生重要影響。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果需要在更廣泛的條件下進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充。

4.2 未來(lái)應(yīng)用

數(shù)控加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)未來(lái)的數(shù)控加工將實(shí)現(xiàn)更高程度的智能化和自動(dòng)化，從而提高生產(chǎn)效率和加工精度，同時(shí)降低人為操作的錯(cuò)誤率。此外，數(shù)控技術(shù)的靈活性使得定制化生產(chǎn)成為可能，這對(duì)于滿足多樣化和小批量生產(chǎn)的需求尤為重要，特別是在農(nóng)業(yè)機(jī)械這一領(lǐng)域，如3D打印技術(shù)。數(shù)控加工的另一個(gè)重要趨勢(shì)是對(duì)環(huán)境友好性和可持續(xù)性的追求。因而未來(lái)的數(shù)控加工技術(shù)有望通過(guò)優(yōu)化加工過(guò)程來(lái)減少能源消耗和廢料產(chǎn)生，從而促進(jìn)整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 對(duì)策建議

為了克服現(xiàn)有研究的局限性并進(jìn)一步發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)，建議未來(lái)的研究應(yīng)考慮更多樣化的材料和加工工藝。這不僅可以擴(kuò)大研究的適用范圍，還能提供更全面的視角來(lái)評(píng)估不同加工條件下的加工效果。此外，可以利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，如大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，來(lái)優(yōu)化加工參數(shù)，這種 方法可以在更廣泛的工作條件下發(fā)現(xiàn)最佳的加工策略。同時(shí)，也應(yīng)推動(dòng)設(shè)備和技術(shù)的升級(jí)，比如采用更先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床和刀具，以提高加工效率和質(zhì)量。通過(guò)這些方法，可以有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械制造的質(zhì)量和效率，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

5 結(jié)論

本文通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)研究，深入探討了數(shù)控加工方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械零件制造中的應(yīng)用效果和效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)控加工技術(shù)能夠顯著提高零件的加工精度和表面質(zhì)量，同時(shí)提升生產(chǎn)效率。通過(guò)對(duì)不同加工參數(shù)（包括切削速度、進(jìn)給率和切削深度）的研究，發(fā)現(xiàn)合理的參數(shù)設(shè)置對(duì)于確保加工質(zhì)量和效率至關(guān)重要。

在切削速度方面，中等速度（如150 mm/min）能夠提供較高的尺寸精度，而過(guò)高或過(guò)低的速度均會(huì)導(dǎo)致精度下降。在進(jìn)給率方面，適中的進(jìn)給率（如0.15 mm/rev）有助于獲得較低的表面粗糙度，同時(shí)保持合理的加工效率。切削深度的選擇則需要在加工效率和設(shè)備負(fù)擔(dān)之間找到平衡點(diǎn)，中等切削深度（如3 mm）可提供較好的效果。

同時(shí)，本研究還討論了數(shù)控加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的未來(lái)應(yīng)用前景，包括其在智能化、定制化生產(chǎn)及環(huán)境友好性方面的潛力。雖然當(dāng)前的研究存在一定的局限性，例如樣本范圍和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，但結(jié)果仍為農(nóng)業(yè)機(jī)械制造行業(yè)提供了有價(jià)值的見(jiàn)解，并指明了未來(lái)研究和技術(shù)發(fā)展的方向。

總之，數(shù)控加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中展現(xiàn)出了巨大的潛力和應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)進(jìn)一步的技術(shù)優(yōu)化和研究，有望在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，推動(dòng)整個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造行業(yè)向著更高效、智能和可持續(xù)的方向發(fā)展。