數控機床與普通機床性能比較分析

辛曉葉，羅春紅，劉月紅，王浩宇，張繼平

(內蒙古北方重工業(yè)集團有限公司，內蒙古 包頭 014030)

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數控機床與普通機床性能比較分析

辛曉葉，羅春紅，劉月紅，王浩宇，張繼平

(內蒙古北方重工業(yè)集團有限公司，內蒙古 包頭 014030)

隨著社會經濟的發(fā)展，各類新設備、新材料和新工藝的相繼出現及各行業(yè)市場競爭對產品成本的沖擊，導致很多企業(yè)需要通過提高效率和降低成本來增強其盈利能力，然而，目前高技能人員的缺乏及日益提升的人工成本無疑成為了企業(yè)的“硬傷”。通過對數控機床和普通機床進行研究分析，并分別采用數控機床和普通機床加工某批量零件，對其在生產中需要的時間及人工進行記錄，對數據進行分析，結果表明，數控機床在效率、精度、質量和安全等方面都比普通機床有較大的優(yōu)勢。

數控機床；普通機床；效率；成本；分析

隨著科學技術和社會生產的迅速發(fā)展，機械產品日趨復雜，社會對機械產品的質量和生產率的要求不斷提高[1]，傳統(tǒng)的機械加工方法已無法滿足零件加工精度要求；而數控機床以高效率、高精度和高柔性等諸多普通機床無法比擬的優(yōu)勢很好地解決了這個問題[2]。如今，企業(yè)要想生存，就要在產品效率和精度，采用新技術，降低成本，以及提高產品穩(wěn)定性等方面占據優(yōu)勢。

目前，大部分中小批量生產的制造企業(yè)，經濟合理地選擇適合本企業(yè)的數控機床來代替普通機床，以增強其生產能力。本文就某車間現有普通和數控等2類機床的性能進行比較分析。

1　數控機床與普通機床性能比較分析

1.1生產效率

效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。本文以某螺栓零件為例(見圖1)，分別采用數控機床(CK6130)和普通機床進行加工，并進行比較分析。

圖1　螺栓零件圖

1.1.1加工時間和工序對比

采用數控機床和普通機床加工時間和工序對比見表1。

表1　采用數控機床和普通機床加工時間及工序對比

由表1可知，采用數控機床加工零件可節(jié)約時間：(5.5-3)×5 000/(60×8)=26 (d)。而且，普通機床加工該零件僅為車工工序，其后還需轉磨床磨外圓，轉滾絲機滾壓螺紋。若采用數控機床加工該零件，可實現車工工序和制螺紋工序的連續(xù)加工，節(jié)約了中間的零件流轉和裝夾等時間，提高了生產效率。

1.1.2生產效率對比

采用數控機床和普通機床生產效率對比見表2。

表2　數控機床和普通機床生產效率對比

由表2可知：1)采用數控機床加工零件，其效率是普通機床的近2倍；2)如果每人操作3臺，效率是普通機床的5倍。

1.1.3檢驗對比

在檢驗方面，數控機床也有普通機床不可比擬的優(yōu)勢，同一批零件一般只做首件檢驗或工序間關鍵尺寸檢驗，可減少停機檢驗每個零件的時間，提高生產效率。

1.1.4工藝參數對比

數控機床的主軸轉速和進給量范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削，數控機床目前正進入高速加工時代，數控機床部件的快速移動和定位及高速切削加工，減少了零件的加工時間，同時，數控機床加工能實現多道工序的連續(xù)加工，有效減少半成品的工序間周轉時間，提高生產效率。

1.2產品加工精度和質量

近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10μm提高到了 5μm，精密級加工中心則從3～5μm提高到了1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.01μm)。

另外，數控機床自身特點也使其在精度和質量方面比普通機床更優(yōu)越：1)數控機床結構自身有很高的剛度和熱穩(wěn)定性；2)可以通過補償技術獲得更高的加工精度；3)采用編程指令進行加工，一般情況下工作過程不需要人工干預，這可以消除操作者人為產生的誤差；4)同一批零件，同一臺設備，在相同的刀具和加工程序下，刀具的走刀軌跡完全相同，所以零件的質量也非常穩(wěn)定。

1.3加工復雜形狀零件

隨著科技技術和社會生產的發(fā)展，各行業(yè)對其產品性能和結構不斷改進，零件的形狀越來越復雜，對零件的加工質量要求越來越高，普通機床加工方法已無法滿足零件的各種要求。而數控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。它采用多軸聯(lián)動對三維曲面零件進行加工，可用刀具最佳幾何形狀進行切削，不僅降低了表面粗糙度，而且效率得到大幅度提高，可以完成普通機床難以完成的復雜零件加工，因此，在宇航、造船和模具等加工業(yè)中得到廣泛應用。

1.4改善勞動條件

數控機床經加工前調整好后，輸入程序并啟動，機床就能自動連續(xù)地進行加工，直至加工結束。操作者主要是程序的輸入、編輯，刀具準備，加工狀態(tài)的觀測以及零件的檢驗等工序，勞動強度極大降低，操作者的勞動趨于智力型工作。數控機床大都采用液壓卡盤，夾緊力調整方便可靠，也降低了操作者的勞動強度；而普通機床需對批量零件進行逐一零件、逐一工序的加工，勞動強度非常大。另外，機床是封閉式加工，清潔、安全。

1.5現代化管理

數控機床的加工，可預先精確估計加工時間，所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化、現代化管理，數控機床使用數字信號和標準代碼為控制信息，易于實現加工信息的標準化。目前，已與計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)有機結合起來，是現代集成制造技術的基礎。

2　數控機床不足

數控機床是個復雜的系統(tǒng)，包括機械裝置、液壓系統(tǒng)，又有電氣控制部分和軟件程序等。由于其結構較普通機床復雜，所以在很多方面要求也比較高，具體如下：1)投資大，使用費用高；2)整個加工過程采用程序控制，因此，數控加工的前期準備工作較為復雜，包含工藝確定、程序編制等；3)對操作人員的素質要求高；4)維修困難，對維護人員的技術要求較高。

3　經濟效益

由于數控機床是一種高效能的自動化機床，采用數控機床加工可有效提高產品的效率、精度及質量，尤其是復雜、精密、小批量和多品種的零件加工，能最大限度地發(fā)揮出數控加工的優(yōu)勢。

以3臺數控機床(CK6130)為例，其經濟效益對比見表3和表4。

表3　設備采購費

表4　節(jié)約人工成本費用

根據表3和表4中的數據進行計算：21/8.4=2.5 (a)，即2.5a節(jié)約的人工成本費用可與采購設備費用持平。另外，提高產品的效率和精度，產生的經濟效益也非常可觀。所以，就企業(yè)長足發(fā)展而言，使用數控設備在整體效益上非常明顯。

4　結語

數控機床作為一種使用廣泛的機電一體化產品，綜合運用了電子技術、計算機技術、自動控制、精密測量和機床機構等方面的最新成果，是一種高效的自動化機床。由于數控機床集高效率、高精度和高柔性于一體，很好地代表了機床的發(fā)展方向。隨著社會生產力的飛速發(fā)展，數控系統(tǒng)與數控機床將向更高的水平和層次邁進。

[1] 方沂.數控機床編程與操作[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[2] 李雪梅.數控機床[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

責任編輯鄭練

OperationalAnalysisinRegardsofCNCLatheandGeneralMachine

XINXiaoye,LUOChunhong,LIUYuehong,WANGHaoyu,ZHANGJiping

(InnerMongoliaNorthHeavyIndustriesGroupCo.,Ltd.,Baotou104030,China)

Withthedevelopmentofsocialeconomy,allkindsofnewequipment,materialandtechnologiesbegintoplaysuccessively,whichtogetherwiththeimpactfrommarketcompetitionforloweringdownthemanufacturingcost,makelotsofenterprisesimproveproductionefficiencyandoperationalprofit.However,theshortageofhighlyskilledworkersandincreasinglaborcostwillundoubtedlybecomethemishapofmanyfirms.Tofindthesolutionfortheaboveproblem,wehaveinvestigatedCNClatheandconventionalrespectively,thebatchproductionhasbeenmadebymeansofmachiningprocessingimplementedbybothCNClatheandtheconventionalone.Then,bothdimensionalandtoleranceanalysisfollowed,itisfoundthattheCNClathehasconsiderableadvantageintermsofproductionefficiency,dimensionalaccuracy,productsquality,operationalsafetyandsoon.

CNClathe,generalmachine,efficiency,cost,analysis

2016-03-29

TH161.21B

辛曉葉(1979-)，女，工程師，主要從事機械工藝技術等方面的研究。