高效數控加工技術應用探討

周金玉

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

關鍵詞：高效數控加工技術；加工效率；制造業；數控加工設備；機械加工 文獻標識碼：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的發展和進步，當前數控機床在制造企業內的應用廣度和深度正在大幅度提高，很多企業通過引進新設備或者對原有的機床進行數控化改造，從而使得企業的生產質量和效率都得到了顯著提高。現階段，雖然我國的機械制造企業已經開始普遍應用數控機床，但這些機床在使用過程中的數控應用效率還比較低，與歐美等機械制造業發達的國家相比還有不小的差距。在這種背景形勢下，如何最大限度地發揮數控機床的作用，提高數控應用效率引起了越來越多人的關注。本文結合筆者多年從事數控加工技術研究的心得和體會，就高效數控加工技術的應用問題進行了一些有意義的探討，希望在提高企業數控加工效率方面能夠有所借鑒。

2 高效數控加工技術概述

所謂高效數控加工技術并不是指單一的某項技術，而更應該看作是一項綜合應用技術，它應該是通過對當前機械零件產品在加工制造過程中的各個環節進行分析，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措施來進行改善的一個過程。筆者從以上定義進行擴展，認為高效數控加工技術應至少涵蓋兩個方面：一是提高數控機床的加工效率。這主要通過提高機床的主軸轉速、工作軸的移動速度以及工件的移動速度等來實現；二是對零件的工藝規程和企業的生產管理進行優化，以達到高效加工的目的。總的來說，筆者認為高效數控加工技術應至少包含以下五個方面：

2.1 數控加工的管理技術

對于加工制造企業而言，要實現高效數控加工，并不是靠單純引進一些數控機床設備就能實現的，還應該建立與之配套的數控加工管理體系。好的數控加工管理體系不僅可以對零件的工藝規程進行優化，還能對零件在加工制造過程中的調度、排產等進行優化。例如當生產任務確定后，科學的數控加工管理體系就可以根據加工任務的要求進行統籌安排，合理選擇各個加工環節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。總之，如何通過實施有效的數控加工管理，從而使數控加工設備的功能得到最大限度的發揮，是實現高效數控加工過程的一個重要研究內容。

2.2 數控機床的組網技術

網絡化是當前數控加工制造發展的一個主要趨勢，尤其是隨著物聯網技術的廣泛應用，對數控機床進行組網以實時獲得各個設備的實際使用情況，從而為高效地數控生產管理提供了重要依據。在應用物聯網技術對企業內部的數控機床進行組網的過程中，每一個數控機床設備都可以被看作是一個網絡節點，生產管理人員在統籌安排生產時就可以通過對這些設備生產信息的查詢來確定出最佳設備。此外，數控機床設備在實現組網后，技術人員直接就可以通過網絡將NC程序快速輸送到機床設備上，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控機床設備的監測和管理能力。

2.3 高速切削技術

高速切削技術是實現高效數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控加工效率的3倍以上。現階段，對高速切削技術的研究主要包括三個方面：首先，根據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化，主要包括切削力、切削熱以及切削參數等因素的影響；其次，針對不同的材料，研究切削參數對材料加工過程的影響，以確定出最佳的切削參數，從而有效提升零件的加工制造質量和效率；最后，針對高速切削技術的應用情況，研究與之相適應的加工策略，并在此基礎上探索專門應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化技術

現階段，隨著CAD/CAE/CAM一體化技術的發展和應用，機械零件從設計、分析到加工制造之間基本實現了無縫銜接。零件的CAD模型一旦確認，通過CAM系統就可以立即生成與之相對應的數控加工代碼，從而可以有效地提高零件的加工制造效率。但系統直接生成的數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化。首先，可以依據實際使用的機床、工件、刀具以及夾具等模型，直接就在CAM系統中建立加工過程模擬仿真系統；其次，在建立了加工模擬仿真系統后，可以將系統直接生成的加工代碼輸入到仿真系統中，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，找出導致干涉問題出現的刀具路徑錯誤；最后，根據模擬仿真結果，對冗余或錯誤的加工路徑進行修正，并在此基礎上實現對數控加工代碼的優化，以切實提升零件的加工質量和效率。

2.5 柔性裝夾系統

通過對當前數控加工技術的應用現狀進行分析后可以發現，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零件的結構特點，設計出專用的工裝夾具或通用的柔性裝夾系統，以縮短裝夾時間、提高數控機床設備的利用率。

3 制約高效數控加工技術應用的因素

3.1 生產計劃和調度

生產計劃安排得不夠合理，調度管理工作沒有做好，導致一部分設備一直處于超負的工作狀態下，而另一部分設備卻可能出現空閑待工的問題。

3.2 工件、刀具、夾具、量具準備和配送管理

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，這也會造成數控機床設備空閑待工時間的增大。

3.3 零件加工工藝、編程和優化

如果零件的生產工藝編制的不夠合理，造成零件在加工制造環節需要頻繁更換機床、刀具以及夾具，那么必然就會造成加工時間的延長。此外，數控加工代碼如果沒有經過合理優化，造成由此所產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，那么也會降低數控加工效率。

4 提高數控加工效率的方法

4.1 實施有效的生產計劃管理和調度管理

技術人員在制定生產計劃和實施調度管理時，需要對生產系統內所有加工設備的使用信息進行詳細分析，并在此基礎上制定出合理的生產計劃，同時做好調度管理工作。此工作的重點在于盡量均分各個加工設備的負載，做到設備不待工或少待工。

4.2 建立一定量的機床輔助工具庫

當前比較先進的數控加工中心已經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不同型號刀具的快速更換，從而極大地提高了零件的生產效率。在此基礎上，企業可以考慮給數控加工設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，從而實現在加工過程中可以快速調用各種輔助工序來提高加工效率的目的。

4.3 對工藝規程進行優化

在進行機械零件的工藝設計時，應該將加工效率也考慮在內，力求做到所定工藝路線能夠盡可能地減少裝夾次數和輔助時間，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 提高數控編程質量、優化數控加工代碼

通過應用數控加工模擬仿真系統，可以對零件加工過程中的問題做到及時發現，并在此基礎上實現對加工代碼的優化，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控加工的效率。

5 結語

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

參考文獻

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