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

(內蒙古北方重工業集團有限公司，內蒙古 包頭 014030)

隨著社會經濟的發展，各類新設備、新材料和新工藝的相繼出現及各行業市場競爭對產品成本的沖擊，導致很多企業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勢很好地解決了這個問題[2]。如今，企業要想生存，就要在產品效率和精度，采用新技術，降低成本，以及提高產品穩定性等方面占據優勢。

目前，大部分中小批量生產的制造企業，經濟合理地選擇適合本企業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加工，節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越：1)數控機床結構自身有很高的剛度和熱穩定性；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定。

1.3加工復雜形狀零件

隨著科技技術和社會生產的發展，各行業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的自動化機床。它采用多軸聯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，包括機械裝置、液壓系統，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，能最大限度地發揮出數控加工的優勢。

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，就企業長足發展而言，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展方向。隨著社會生產力的飛速發展，數控系統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：國防工業出版社，1999.

[2] 李雪梅.數控機床[M].北京：電子工業出版社，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。