周金玉

摘要：近幾年，我國高效數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展迅速，但與歐美等制造業(yè)先進的國家相比還存在一定差距，如何提高數(shù)控加工的效率，促使現(xiàn)有的數(shù)控加工設(shè)備的功能得到最大限度的發(fā)揮，對于提高我國的制造業(yè)技術(shù)水平具有重要意義。文章就高效數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用進行了探討，希望在提高企業(yè)數(shù)控加工效率方面能夠有所借鑒。

關(guān)鍵詞：高效數(shù)控加工技術(shù)；加工效率；制造業(yè)；數(shù)控加工設(shè)備；機械加工 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG659 文章編號：1009-2374（2016）20-0057-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.027

1 概述

隨著機械加工制造技術(shù)的發(fā)展和進步，當(dāng)前數(shù)控機床在制造企業(yè)內(nèi)的應(yīng)用廣度和深度正在大幅度提高，很多企業(yè)通過引進新設(shè)備或者對原有的機床進行數(shù)控化改造，從而使得企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率都得到了顯著提高。現(xiàn)階段，雖然我國的機械制造企業(yè)已經(jīng)開始普遍應(yīng)用數(shù)控機床，但這些機床在使用過程中的數(shù)控應(yīng)用效率還比較低，與歐美等機械制造業(yè)發(fā)達的國家相比還有不小的差距。在這種背景形勢下，如何最大限度地發(fā)揮數(shù)控機床的作用，提高數(shù)控應(yīng)用效率引起了越來越多人的關(guān)注。本文結(jié)合筆者多年從事數(shù)控加工技術(shù)研究的心得和體會，就高效數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用問題進行了一些有意義的探討，希望在提高企業(yè)數(shù)控加工效率方面能夠有所借鑒。

2 高效數(shù)控加工技術(shù)概述

所謂高效數(shù)控加工技術(shù)并不是指單一的某項技術(shù)，而更應(yīng)該看作是一項綜合應(yīng)用技術(shù)，它應(yīng)該是通過對當(dāng)前機械零件產(chǎn)品在加工制造過程中的各個環(huán)節(jié)進行分析，并找出其中制約加工效率提升的薄弱點，然后通過采取一系列的技術(shù)措施來進行改善的一個過程。筆者從以上定義進行擴展，認(rèn)為高效數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)至少涵蓋兩個方面：一是提高數(shù)控機床的加工效率。這主要通過提高機床的主軸轉(zhuǎn)速、工作軸的移動速度以及工件的移動速度等來實現(xiàn)；二是對零件的工藝規(guī)程和企業(yè)的生產(chǎn)管理進行優(yōu)化，以達到高效加工的目的?？偟膩碚f，筆者認(rèn)為高效數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)至少包含以下五個方面：

2.1 數(shù)控加工的管理技術(shù)

對于加工制造企業(yè)而言，要實現(xiàn)高效數(shù)控加工，并不是靠單純引進一些數(shù)控機床設(shè)備就能實現(xiàn)的，還應(yīng)該建立與之配套的數(shù)控加工管理體系。好的數(shù)控加工管理體系不僅可以對零件的工藝規(guī)程進行優(yōu)化，還能對零件在加工制造過程中的調(diào)度、排產(chǎn)等進行優(yōu)化。例如當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)確定后，科學(xué)的數(shù)控加工管理體系就可以根據(jù)加工任務(wù)的要求進行統(tǒng)籌安排，合理選擇各個加工環(huán)節(jié)中所要用到的機床和刀具以盡量縮短等待時間，提高零件的加工效率?？傊?，如何通過實施有效的數(shù)控加工管理，從而使數(shù)控加工設(shè)備的功能得到最大限度的發(fā)揮，是實現(xiàn)高效數(shù)控加工過程的一個重要研究內(nèi)容。

2.2 數(shù)控機床的組網(wǎng)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)前數(shù)控加工制造發(fā)展的一個主要趨勢，尤其是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對數(shù)控機床進行組網(wǎng)以實時獲得各個設(shè)備的實際使用情況，從而為高效地數(shù)控生產(chǎn)管理提供了重要依據(jù)。在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對企業(yè)內(nèi)部的數(shù)控機床進行組網(wǎng)的過程中，每一個數(shù)控機床設(shè)備都可以被看作是一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，生產(chǎn)管理人員在統(tǒng)籌安排生產(chǎn)時就可以通過對這些設(shè)備生產(chǎn)信息的查詢來確定出最佳設(shè)備。此外，數(shù)控機床設(shè)備在實現(xiàn)組網(wǎng)后，技術(shù)人員直接就可以通過網(wǎng)絡(luò)將NC程序快速輸送到機床設(shè)備上，從而避免了手工輸入可能帶來的錯誤，在降低勞動強度的同時，也極大地提高了對數(shù)控機床設(shè)備的監(jiān)測和管理能力。

2.3 高速切削技術(shù)

高速切削技術(shù)是實現(xiàn)高效數(shù)控加工的一個重要手段，它的加工效率甚至可以達到普通數(shù)控加工效率的3倍以上。現(xiàn)階段，對高速切削技術(shù)的研究主要包括三個方面：首先，根據(jù)高速切削過程對工件變形的影響程度來對高速切削工藝進行優(yōu)化，主要包括切削力、切削熱以及切削參數(shù)等因素的影響；其次，針對不同的材料，研究切削參數(shù)對材料加工過程的影響，以確定出最佳的切削參數(shù)，從而有效提升零件的加工制造質(zhì)量和效率；最后，針對高速切削技術(shù)的應(yīng)用情況，研究與之相適應(yīng)的加工策略，并在此基礎(chǔ)上探索專門應(yīng)用于高速切削過程的編程技巧。

2.4 加工過程仿真以及加工程序優(yōu)化技術(shù)

現(xiàn)階段，隨著CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，機械零件從設(shè)計、分析到加工制造之間基本實現(xiàn)了無縫銜接。零件的CAD模型一旦確認(rèn)，通過CAM系統(tǒng)就可以立即生成與之相對應(yīng)的數(shù)控加工代碼，從而可以有效地提高零件的加工制造效率。但系統(tǒng)直接生成的數(shù)控代碼有時可能會存在問題，例如包含一部分的冗余程序，而這會降低加工效率，所以還必須對加工代碼進行優(yōu)化。首先，可以依據(jù)實際使用的機床、工件、刀具以及夾具等模型，直接就在CAM系統(tǒng)中建立加工過程模擬仿真系統(tǒng)；其次，在建立了加工模擬仿真系統(tǒng)后，可以將系統(tǒng)直接生成的加工代碼輸入到仿真系統(tǒng)中，對整個加工過程進行模擬，并檢驗加工過程中是否存在干涉問題，找出導(dǎo)致干涉問題出現(xiàn)的刀具路徑錯誤；最后，根據(jù)模擬仿真結(jié)果，對冗余或錯誤的加工路徑進行修正，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對數(shù)控加工代碼的優(yōu)化，以切實提升零件的加工質(zhì)量和效率。

2.5 柔性裝夾系統(tǒng)

通過對當(dāng)前數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析后可以發(fā)現(xiàn)，裝夾時間在加工過程中的所占比例較大，而這成為了制約加工效率提升的一個主要原因。鑒于此，我們可以針對批量生產(chǎn)零件的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計出專用的工裝夾具或通用的柔性裝夾系統(tǒng)，以縮短裝夾時間、提高數(shù)控機床設(shè)備的利用率。

3 制約高效數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的因素

3.1 生產(chǎn)計劃和調(diào)度

生產(chǎn)計劃安排得不夠合理，調(diào)度管理工作沒有做好，導(dǎo)致一部分設(shè)備一直處于超負(fù)的工作狀態(tài)下，而另一部分設(shè)備卻可能出現(xiàn)空閑待工的問題。

3.2 工件、刀具、夾具、量具準(zhǔn)備和配送管理

工件不能及時到達工位或者刀具、夾具以及量具等不能及時配送到位，這也會造成數(shù)控機床設(shè)備空閑待工時間的增大。

3.3 零件加工工藝、編程和優(yōu)化

如果零件的生產(chǎn)工藝編制的不夠合理，造成零件在加工制造環(huán)節(jié)需要頻繁更換機床、刀具以及夾具，那么必然就會造成加工時間的延長。此外，數(shù)控加工代碼如果沒有經(jīng)過合理優(yōu)化，造成由此所產(chǎn)生的刀具運動軌跡包含有大量的冗余部分，例如空形程路徑增多等，那么也會降低數(shù)控加工效率。

4 提高數(shù)控加工效率的方法

4.1 實施有效的生產(chǎn)計劃管理和調(diào)度管理

技術(shù)人員在制定生產(chǎn)計劃和實施調(diào)度管理時，需要對生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)所有加工設(shè)備的使用信息進行詳細(xì)分析，并在此基礎(chǔ)上制定出合理的生產(chǎn)計劃，同時做好調(diào)度管理工作。此工作的重點在于盡量均分各個加工設(shè)備的負(fù)載，做到設(shè)備不待工或少待工。

4.2 建立一定量的機床輔助工具庫

當(dāng)前比較先進的數(shù)控加工中心已經(jīng)開始配套建立刀具庫。零件在加工過程中如果需要進行換刀，那么機床的自動換刀裝置就可以實現(xiàn)不同型號刀具的快速更換，從而極大地提高了零件的生產(chǎn)效率。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)可以考慮給數(shù)控加工設(shè)備建立一定量的輔助工具庫，除了刀具庫外，還可以包括組合夾具庫、機床易損件庫等，從而實現(xiàn)在加工過程中可以快速調(diào)用各種輔助工序來提高加工效率的目的。

4.3 對工藝規(guī)程進行優(yōu)化

在進行機械零件的工藝設(shè)計時，應(yīng)該將加工效率也考慮在內(nèi)，力求做到所定工藝路線能夠盡可能地減少裝夾次數(shù)和輔助時間，從而保障加工效率。此外，零件工藝操作排序還可以與調(diào)度管理進行集成，從而確保最終生成的零件工藝路線具有較高的加工效率。

4.4 提高數(shù)控編程質(zhì)量、優(yōu)化數(shù)控加工代碼

通過應(yīng)用數(shù)控加工模擬仿真系統(tǒng)，可以對零件加工過程中的問題做到及時發(fā)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對加工代碼的優(yōu)化，力求做到少空形程、空切削，通過盡量減少切削路徑的方式來提高數(shù)控加工的效率。

5 結(jié)語

近幾年，我國的高效數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展迅速，但與歐美等制造業(yè)先進的國家相比還存在一定差距，如何提高數(shù)控加工的效率，促使現(xiàn)有的數(shù)控加工設(shè)備的功能得到最大限度的發(fā)揮，對于提高我國的制造業(yè)技術(shù)水平具有重要意義，需要引起我們充分的重視。

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