基于三维标注及数控技术的农机零部件设计研究

李　宁

基于三维标注及数控技术的农机零部件设计研究

李宁

(青岛工程职业学院，山东 青岛 266112)

随着农业机械研发和生产技术的不断发展，农机零部件的生产和加工技术越来越多样化，大幅提升了农业机械产品的性能，同时也对复杂零部件的加工提出了更高的要求。传统的编程加工方法难以保证曲面、异形等复杂零部件的加工精度和效率，使用三维标注和数控技术进行农机零部件的设计，不但可有效解决现阶段农业机械产品生产过程中复杂零部件的加工设计问题，保证零部件的加工精度和产品的生产质量，还能大幅度提升农机行业的设计和制造水平。

三维标注；数控技术；农机；零部件

近年来，随着农业机械产品的更新换代，其性能不断提升的同时功能也越来越多样化，这些都得益于生产和加工技术的不断优化。目前农业机械中复杂零部件的生产需求迅速增加，这类零部件生产必须要有可靠的生产技术做为支撑，这是提高相关农机零部件生产精度和效益的关键[1]。

1　三维标注和数控技术应用优势

1.1　三维标注技术

目前在农业机械零部件设计加工中广泛应用的三维标注技术是三维CAD设计制造技术的一种。应用三维标注技术可以基于二维图形完成工程图的三维转换，还可在装配环境下结合相邻部件的位置和形状完成零部件的设计，使零部件设计过程变得更加简单高效，相较于独立设计的零部件装配成功率更高。在实际操作中，可以通过CAD设计软件中的资源查找器，使用其中的动画演示回放功能查看农机零部件的具体造型过程，明确相应零部件的装配关系，如果存在不适配的情况，系统会及时发出提醒。应用三维标注技术进行零部件设计还可以对整个结构外部的零部件进行隐藏，便于观察机构内部的结构。在完成机械的全部零部件装配后，可以运用该功能进行动作演示，结合相应运动行程要求，对运行情况进行检验，及时对设计不合理的地方进行修正，可有效降低报废率和设计成本。在产品的升级和更新换代过程中，将三维标注技术与三维CAD设计软件中的虚拟设计技术、运动模拟技术进行结合，只需要对其中的部分零件进行优化和升级即可，其余的零部件可以根据以往的基础信息进行改良，可大幅度缩短设计周期，提升整体的设计和生产效率。

1.2　数控机床加工技术

数控机床加工技术是制造业发展的基础，也是目前我国工业加工领域中应用时间较早，应用范围较广的一种加工技术，在农业机械制造行业中也发挥着重要作用[2]。数控加工技术以数控单元为核心，技术人员将设计理念转换成相应的编程语言输入控制系统，执行机构按照接收指令执行作业，是解决产品零部件生产多样化、批量化、精密化、智能化的关键。在农业机械零部件的制造中应用数控机床加工技术要根据零部件的参数提前选择好机床的类型，结合实际的情况和需要来确定零部件的设计以及加工方案。完成加工程序编写后，导入机床数控加工系统中进行解码和编译，在测试通过后确定最终的加工程序，可保证整个加工过程的准确性，稳定性，规范性，以满足零部件的加工精度要求。农业机械零部件的数控加工流程如图1所示。

图1 农业机械零部件的数控加工流程

2　三维标注和数控技术在农机零部件设计加工中的应用

2.1　在农机零部件设计加工中的应用

应用三维标注技术进行农机零部件的设计，能够为设计人员提供一个虚拟的三维立体环境，借助CAD设计软件可完成相应零部件的建模，结合零部件的关键参数和功能要素，确定零部件中螺纹孔、倒角、定位孔的位置，在不考虑尺寸的情况下可以独立完成零部件的设计，随后再进行参数修改和位置调整，实现零件形状的优化[3]。基于三维标注技术进行农机零部件设计，借助CAD设计软件的多项功能，可为农业机械设计制造提供极大便利[4]。结合建筑信息模型技术（BIM），可解决传统二维平面模型设计过程中存在的弊端，构建参数准确，直观立体的零部件三维模型[5]，如图2所示。

传统的设计流程一般采用阶段性设计，包括概念设计、2D图纸设计、模型设计、工艺设计等步骤，每个步骤通常由不同的设计人员和设计部门负责，存在设计周期过长，沟通效率不高，容易出现误差等缺陷。设计人员基于三维标注技术，充分发挥BIM技术的优势，便于处理和加工模型中涉及机械设计的相关数据信息，确保可以及时掌握设计动态，构建动态可调节和模拟的建筑模型[6]。还可以对农业机械制造的相关生产数据和信息进行动态演示和模拟，确保后续的加工过程的协调性和统一性。

三维标注技术中的自动标准公差功能，可以完成大型农机具零部件的公差补偿，设计人员只要输入设计图纸参数，系统会自动计算出公差，保证设计效果能在生产过程中完全体现，提高设计效率，保证加工效率和合格率，避免次品、废品的产生，有效降低生产成本。

三维标注模型数据库采用管理树的方式，提升了设计人员工作的便利性和灵活性，方便部门之间进行沟通协调，能及时发现和修正设计过程中存在的不足和问题，实现设计和制造过程的智能化和精细化管理。

2.2　数控技术在农机零部件设计中的应用

数控技术在农机零部件设计中应用的主要目的是提升零部件的自动化生产水平，确保生产精度[7]。在数控技术中，PLC技术是保证控制效果的关键，例如通过PLC可编程控制器可以实现对农机产品中锥齿轮的自动化控制，以取代人力，减少机械故障的发生[8]。随着科技的发展，大量的自动化设备被引入农机零部件的生产加工中，相关技术水平也随之不断提升，农业机械的自动化和智能化是大势所趋，也是农业生产发展的必然要求[9]。

3　结语

传统的农机零部件设计一般采用阶段性设计模式，包括概念设计、2D图纸设计、模型设计、工艺设计等步骤，不同的流程通常由不同的设计人员或设计部门负责，因此存在设计周期过长，沟通效率不高，容易出现误差等缺陷。借助CAD设计软件系统平台的多样化设计和操作功能，充分发挥三维标注和数控技术的优势，可解决传统二维平面模型设计中存在的弊端。通过构建参数准确，立体直观的零部件三维立体模型，对模型的关键数据信息进行处理，可确保后续加工过程的协调性和统一性，提升了设计人员工作的便利性和灵活性，方便部门之间进行沟通协调，以便及时发现和修正设计过程中存在的问题，实现设计和制造过程的智能化和精细化管理，推动农机复杂零部件生产向多样化、批量化、精密化、自动化、智能化发展。

[1] 谢芳.基于数据库安全和云平台的农机零件库安全体系研究[J].农机化研究,2022,44(9):152-155.

[2] 阙燚彬,刘志刚.农机部件加工夹具设计及其三维装配仿真:基于NX软件[J].农机化研究,2022,44(4):218-221.

[3] 王娜,邓国智.基于SolidWorks的农机底盘结构零部件产品参数设计[J].农机化研究,2021,43(6):235-238.

[4] 简川.光电检测与视觉设计在农机化数字设计中的应用[J].农机化研究,2020,42(11):219-223.

[5] 邓文雯.农机数字化设计平台研究:基于大数据的多媒体网络[J].农机化研究,2020,42(11):183-187.

[6] 赵宏平.基于三维标注及数控技术的农机零部件设计[J].山东农业大学学报(自然科学版),2020,51(1):137- 139.

[7] 于翔.农机曲轴件数控加工曲线插补技术研究:基于UG仿真和PROE建模[J].农机化研究,2020,42(5):46-50.

[8] 叶娟.数字农机部件智能化装配三维虚拟仿真技术研究—基于云平台[J].农机化研究,2020,42(3):223-227.

[9] 王炜罡.农机加工数控车床智能模块优化设计:基于实例推理和人工智能[J].农机化研究,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

李宁（1986—），男，山东高唐人，大学本科，一级实习指导教师，主要研究方向数控加工。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：吴志立