武瑞梅

（沂水县许家湖镇人民政府，山东 临沂 276402）

随着农业现代化进程的加速推进，农业机械化已成为提高农业生产效率和降低劳动强度的关键。农业机械的性能和可靠性在很大程度上取决于其构成零件的质量，而传统的机械加工方法在精度和效率方面还面临着诸多挑战，尤其是在处理复杂形状和高精度要求的零件时更为突出。数控技术的发展为解决这些问题提供了新的可能性，不仅提高了加工精度，还显著提升了生产效率和灵活性，对农业机械制造业的发展具有重要意义。

1 农业机械零件的类型和结构特点

1）轴类零件。轴是农业机械最常见的零件之一，包括转轴、曲轴等。这些轴通常需要具有足够的强度和刚度来支撑和传递动力，同时要保持良好的直线度和同心度。此外，轴的两端还需要设计安装轴承的部位，以减少摩擦和磨损。

2）齿轮传动部件。齿轮传动在农业机械中应用广泛，主要用于将动力从发动机传递到其他工作部件。齿轮传动部件由齿圈、齿轮、轴承等组成，齿圈和齿轮的齿面需要进行精密加工，以保证良好的啮合状态和传动精度。

3）皮带传动部件。皮带传动常用于农业机械的传动系统，例如驱动风扇、水泵等。皮带传动部件由皮带轮、皮带和张紧装置组成。皮带的材质和尺寸需要根据传动功率和工作环境的要求进行选择。

4）链条传动部件。链条传动常用于农业机械的输送系统，例如粮食提升机、秸秆收割机等。链条传动部件由链条、链轮和张紧装置组成。链条需要具有足够的强度和耐磨性，而链轮则需要与链条的节距相匹配。

5）刀具。刀具是农业机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、锤片等。刀具的结构特点是具有锋利的刀刃和坚固的刀柄，同时需要根据不同的工作要求选择合适的材料和形状。

2 数控加工方法

2.1 数控加工技术原理

数控加工技术是通过计算机对加工过程进行精确控制的先进制造技术。在数控加工过程中，首先需要对加工零部件的图纸进行绘制，然后进行相应的工艺处理。计算机通过数学模型和编程语言对加工过程进行描述和控制，将加工参数、加工路径等数据转化为数字控制程序[1]。通过伺服电机、导轨等执行机构，计算机能够实现对加工刀具或工件在三维空间内的精确运动控制，从而实现高精度、高效率、低误差的加工过程，如图1 所示。

图1 数控加工技术的基本原理

2.2 数控加工关键技术

2.2.1 数控编程

数控编程将加工要求转换成机床能够理解和执行的具体指令代码[2]。在数控编程过程中，编程人员或工程师必须详细定义工件的加工路径、刀具选择、加工速度以及进给率等参数。编程方法主要包括手动编程和使用计算机辅助制造（CAM）软件进行自动编程。手动编程虽然灵活，但费时费力，而CAM 软件则能够快速生成复杂路径和操作序列。为了提高加工效率和精度，编程过程中常采用高级算法来优化切割路径，减少不必要的机器移动，从而节约加工时间和成本[3]。

2.2.2 刀具选择

在数控加工中，刀具的类型、材料、几何形状及尺寸都会直接影响到加工的精度和表面质量。常见的刀具类型包括铣刀、钻头、车刀等，每种刀具都有其特定的应用场景和材料适应性。例如，硬质合金刀具在加工硬质材料时具有较好的耐用性和精度，而高速钢刀具则更适合柔软材料的加工。此外，刀具的几何形状，如切削角度、螺旋角、刃口数量等，也会影响切削过程中的力学特性和切屑排出效率。因此，正确选择刀具对于保证加工质量和提高生产效率具有至关重要的作用。

2.3 数控加工技术优势

数控加工技术相比于传统的机械加工方法具有显著的优势。首先，数控加工提供了更高的加工精度和重复精度。通过精确的电子控制，数控机床能够按照预设程序准确完成复杂的加工任务，这在手动操作中是难以实现的。其次，数控加工提高了生产效率和灵活性。程序一旦设定，就可以连续无误地运行，大大减少了人工操作的需求，同时也降低了因操作失误引起的废品率[4]。此外，数控机床能够快速适应不同的加工任务，只需更换程序和刀具即可开始新的生产，这对于多品种、小批量的生产尤为重要。最后，数控加工有助于降低劳动强度和提高工作环境安全性。操作人员不必直接接触工作区域，从而减少了工伤事故的风险。

3 数控加工方法的实验研究

3.1 实验设计

3.1.1 实验材料

1）钢铁：作为常用的农业机械材料，应选择具有代表性的钢铁样本，例如碳钢和合金钢[5]。

2）铝合金：考虑到其在轻型农业机械中的广泛应用，选择几种常用的铝合金材料。

3）塑料和复合材料：选取工程塑料和常用的复合材料，以评估数控加工在非金属材料上的应用。

对于相关实验材料要进行材料处理，确保所有材料均为标准尺寸和形状，以减少变量。并对金属材料进行必要的预处理，如退火，以统一材料硬度和内部应力状态。

3.1.2 设备选择

1）数控机床：使用先进的数控铣床和车床，确保机床具有足够的精度和稳定性。确认机床的功能和性能，包括其最大加工尺寸、切削速度范围等。

2）测量设备：使用高精度的三坐标测量机和表面粗糙度测试仪进行测量，同时确保所有测量设备均经过校准，以保证测量数据的准确性[6-7]。

3.1.3 参数设置

1）切削速度：设置不同的切削速度，以评估其对加工质量和效率的影响。

2）进给速率：调整不同的进给速率，分析其对加工精度和表面质量的影响。

3）切削深度：设置多个切削深度，以观察其对材料去除率和刀具磨损的影响。

3.2 实验过程

1）刀具安装与调整：根据不同材料选择合适的刀具，并安装在数控机床上。进行刀具长度和径向补偿设置，确保加工精度[8]。

2）样品加工：将材料样品固定在数控机床的工作台上。启动数控程序，开启加工过程，监控加工状态，以确保操作的顺利进行。

3）加工监控：实时监控加工过程，注意刀具磨损和机床的运行状况。在必要时进行调整，以确保加工质量和加工安全。

4）尺寸测量：加工完成后，使用三坐标测量仪对加工件进行精确的尺寸测量，记录每个样品的关键尺寸数据，如直径、长度、高度等；使用粗糙度测量仪对加工表面进行检测，记录表面粗糙度值，注意标记对应的加工参数[9]。

5）数据记录：将所有测量数据和实验观察数据记录在实验日志中，对所有非正常情况进行详细记录，如刀具破损、材料缺陷等。

6）样品后处理：对加工完成的样品进行清洁和标记，以备后续分析。将样品妥善保存，防止受到损坏或污染。

7）数据整理与初步分析：对收集到的数据进行整理和分类，并进行初步的数据分析，评估加工参数对尺寸精度和表面粗糙度的影响。

3.3 结果与分析

3.3.1 实验结果

根据实验结果，切削速度与尺寸精度数据、进给率与表面粗糙度数据、切削深度与加工时间数据分别如表1、表2、表3所示。

表1 切削速度与尺寸精度数据

表2 进给率与表面粗糙度数据

3.3.2 结果分析

1）实验数据显示，随着切削速度的增加，尺寸精度先升高后降低。在150 mm/min 时，尺寸精度达到最高（0.02 mm）；而在250 mm/min时，尺寸精度达到最低（0.06 mm）。这是因为过高的切削速度导致热量增加，影响材料的稳定性和刀具的耐用性。

2）表面粗糙度在进给率为0.15 mm/rev 时达到最低（0.6 μm），表明较高的进给率有助于获得更光滑的表面。然而，进给率过高可能导致加工效率降低。

3）加工时间随切削深度的增加而减少。在切削深度为5 mm 时，加工时间最短（15 min），表明增加切削深度可以提高材料去除率，从而提高加工效率，但过深的切削可能会增加刀具磨损和机床负担。

3.3.3 实验讨论

考虑到尺寸精度和刀具寿命，一个中等的切削速度（如150 mm/min）是最佳选择；为了平衡表面质量和加工效率，0.15 mm/rev 的进给率是最优选择；尽管较深的切削深度可以缩短加工时间，但考虑到机床和刀具的耐用性，中等切削深度（如3 mm）是更合理的选择。

总结来说，最优的数控加工参数需要在加工效率、零件质量和设备耐用性之间取得平衡。实验数据表明，中等水平的切削速度、进给率和切削深度是最佳的综合选择。然而，具体的最优参数组合还需要根据不同的材料类型、机床性能和生产需求进行调整。

4 讨论与展望

4.1 实验局限性

本实验在探索数控加工技术在农业机械零件制造中的应用时，存在一定的局限性。首先，实验的样本范围相对有限，主要集中在特定类型的材料上，例如钢铁和铝合金，这不足以全面代表农业机械中使用的所有材料类型[10]。此外，实验所用的数控机床代表了特定的技术水平，但并未覆盖所有的数控设备类型和技术规格，这限制了结果的普适性。在参数选择方面，虽然实验考虑了切削速度、进给率和切削深度等关键参数，但还有其他因素如刀具角度、冷却方式等未能涵盖，这些因素同样会对加工效果和效率产生重要影响。因此，实验结果需要在更广泛的条件下进行验证和补充。

4.2 未来应用

数控加工技术在农业机械制造领域的应用前景十分广阔。随着人工智能和机器学习技术的快速发展，预计未来的数控加工将实现更高程度的智能化和自动化，从而提高生产效率和加工精度，同时降低人为操作的错误率。此外，数控技术的灵活性使得定制化生产成为可能，这对于满足多样化和小批量生产的需求尤为重要，特别是在农业机械这一领域，如3D打印技术。数控加工的另一个重要趋势是对环境友好性和可持续性的追求。因而未来的数控加工技术有望通过优化加工过程来减少能源消耗和废料产生，从而促进整个制造业的可持续发展。

4.3 对策建议

为了克服现有研究的局限性并进一步发展数控加工技术，建议未来的研究应考虑更多样化的材料和加工工艺。这不仅可以扩大研究的适用范围，还能提供更全面的视角来评估不同加工条件下的加工效果。此外，可以利用数据驱动的方法，如大数据分析和机器学习技术，来优化加工参数，这种 方法可以在更广泛的工作条件下发现最佳的加工策略。同时，也应推动设备和技术的升级，比如采用更先进的数控机床和刀具，以提高加工效率和质量。通过这些方法，可以有效提高农业机械制造的质量和效率，进而推动整个行业的技术进步。

5 结论

本文通过一系列实验研究，深入探讨了数控加工方法在农业机械零件制造中的应用效果和效率。实验结果表明，数控加工技术能够显著提高零件的加工精度和表面质量，同时提升生产效率。通过对不同加工参数（包括切削速度、进给率和切削深度）的研究，发现合理的参数设置对于确保加工质量和效率至关重要。

在切削速度方面，中等速度（如150 mm/min）能够提供较高的尺寸精度，而过高或过低的速度均会导致精度下降。在进给率方面，适中的进给率（如0.15 mm/rev）有助于获得较低的表面粗糙度，同时保持合理的加工效率。切削深度的选择则需要在加工效率和设备负担之间找到平衡点，中等切削深度（如3 mm）可提供较好的效果。

同时，本研究还讨论了数控加工技术在农业机械领域的未来应用前景，包括其在智能化、定制化生产及环境友好性方面的潜力。虽然当前的研究存在一定的局限性，例如样本范围和实验设备的限制，但结果仍为农业机械制造行业提供了有价值的见解，并指明了未来研究和技术发展的方向。

总之，数控加工技术在农业机械制造中展现出了巨大的潜力和应用价值。通过进一步的技术优化和研究，有望在提高生产效率和产品质量的同时，推动整个农业机械制造行业向着更高效、智能和可持续的方向发展。