數控設備綜合效率提升的分析與應用

劉泉

清遠市意智數控設備有限公司，廣東清遠，511500

0 引言

隨著計算機技術和制造業的快速發展，企業的數控設備也在快速升級，制造業經歷了根本性的改革，為生產行業的加工提供了有力的保障[1]。我們應當持續完善、健全各項加工工藝及其流程，提升數控設備的加工質量、效率，給企業更多的支持，保障企業能夠更為健康、可持續性地發展[2]。增強數控設備的精確度是鑒于制造業相關的規定、要求，從多個角度考慮問題，提升系統的質量、效率，整合系統中的各個設備，促進目標實現，并在市場競爭中采取主動，對企業的良好發展有著積極作用。

1 問題分析

1.1 客觀問題

對箱體類零件加工的重點設備DMU80P、DMU60P的日常工作數據進行統計，設備連續工作20個工作日，共計316小時，對工作數據同步的視頻進行檢測、觀察，并對停機中的1160條信息進行研究、分析，指出影響設備停頓的時間為189.8小時。其中停機損失占總停機損失的60.1%，主要包括測量、換型、設備故障、生產準備等；計劃內停機占總停機損失的11.5%，主要包括開會生產安排、正常交接班、停機保養等；速度損失占總停機損失的28.3%，主要包括測量、打點檢查、倒壓板、吹鋁屑、程序運行等。詳情如表1所示。

表1 設備停機損失具體數據

1.2 主觀問題

（1）公司應用傳統的制造、生產方法，對數控設備相關的工作原理、自動控制并未掌握，進而較難對數控設備進行全方位的管理，這是影響到數控設備質量、效率的一個問題[3]。

（2）一般系統通常有著較小的內存容量，從而導致許多加工程序不能存儲加工程序，頻繁的零件準備工作需要花費大量的時間，這會對數控設備的效率產生直接影響。

（3）數控加工的主體是員工，并未經過十分專業的技術教育、培訓，對數控設備的相關特點缺少掌握，員工的總體素質、技術影響了數控設備加工質量與效率的優化[4]。

（4）CAD和其他工程圖紙有助于提高數控設備加工的效率，程序員必須熟練使用CAD軟件，同時具有復雜工藝經驗和實際加工經驗[5]。

2 解決措施

2.1 客觀問題的解決措施

在提升數控設備的總體質量、效率期間，需要降低機械停機總時，提升主軸的使用總時、零件加工的切削質量與效率，并保障產品總的合格率。

2.1.1 提升設備的使用性

（1）降低設備非計劃停機等待總時：對于箱體類零件，其工藝較多，加工需要的周期較久，對于復雜箱體，其加工工序會超出200道，因此，在進行加工期間，部分工序間會彼此干涉而引發停機等待。為避免出現該現象，需要不斷細化生產計劃，參照現場具體的加工狀態，借助班組的形式，每個星期需要預先三周對生產任務進行調節、核實，對于周計劃，其相關流程如下：由生產廠長分配生產任務，即工段生產任務、單元生產任務，由調試工根據生產任務對各個設備進行調試，并根據各個設備的實際加工條件來對生產任務進行平衡，單元長或者工段長對設備生產任務進行匯總，然后對單元內生產計劃進行平衡，工段計劃員對各個單元班組的生產計劃進行匯總，之后由整個工段來平衡各個單元生產計劃，生產廠長匯總工段生產計劃后，對整個生產安排進行平衡[6]。通過這種方法能夠對生產計劃進行細化，能夠最大程度避免非計劃所引發的停機。

（2）降低設備故障所引發的非計劃停機：對于零件產出，其基礎是使用設備，而伴隨著設備能夠使用更久的年限，會無法避免地引發程度不一的故障，進而降低總體的質量、效率。為降低設備故障發生的概率，并減少設備的維修頻次及其時間，可以聯合設備部門來對數控設備進行定期保養，保養流程按照TPM七步法進行，即設備初清潔、發生源與困難部位的對策措施、制定一級點檢表與二級保養制度、負責人帶領成員進行檢查、建立自檢標準、整理整頓并定制各個場所的標準、建立員工自主保養意識[7]。這種方法能夠在源頭上清潔設備，制訂出檢查規范與標準，還可以對設備具有的“隱疾”進行預防，進而可以盡量減少發生設備故障的概率，提升設備運轉的時間[8]。

2.1.2 降低準備時間

對于準備時間，其是在對零件進行切換期間準備好夾具、程序、調節、測量、三次檢查等需要的時間。在進行切換期間，這樣的步驟是必需的，這樣的步驟僅可以逐步減少，但是，不可以全部清除，為了縮短切換過程的準備時間，需要對現場處理過程進行分析，以縮短切換需要的準備時間[9]。

（1）降低夾具準備需要的時間：夾具能夠對零件位置進行定位、夾緊，可以保障零件夾緊的一致性、加工更為穩定。傳統夾具較為專業，因此，在切換工序期間，需要把其壓緊、找正，同時，還需要保障夾具、程序間能夠統一。除此之外，在裝夾夾具的過程中，還需要考慮是否存在加工干涉與盲區的情況，這些現象會延長夾具的調整時間。為解決該類問題，本文以夾具行業總體的發展作為基礎，對箱體的加工情況進行考量，應用零點定位系統，在加工箱體類零件的設備中，裝上具有更為理想通用性、互換性的底座，并設定好統一的加工零點，保障夾具在進行切換期間可以無差別，不僅能夠有效提高夾具裝夾的準確性，同時還能夠極大地縮短夾具準備時間[10]。

（2）減少刀具準備時間：在數控設備中，刀具在進行加工期間是無可或缺的構成。箱體加工大多都是孔系加工，但是，由于被加工孔系的標準存在差異，所以刀具的尺寸會存在一定的標準差，使得加工過程中需要配備多種類型的刀具，且有長有短，在進行工序切換期間，需要許多規格不一的刀具，因此，刀具需要較久的準備時間，進而使設備長期處在停機等待的狀態下。就目前而言，數控設備盡管已經能夠進行刀具配送，但是在進行刀具切換期間，切換需要的時間依舊具有較大的占比[11]。針對這種情況，可以根據設備所加工零件工序以及加工特征來優化刀具的選用，然后再對刀具的使用頻率以及種類來劃分刀具，其中，使用較多、具有較為理想通用性的即I類；使用較少、具有較為理想專用性，僅適用當道工序的刀具分為II類。在設備旁建立II級刀具庫，同時對II級刀具庫中的刀具進行壽命管理，進而實施參數標記，在使用II類刀具時便可以直接從II級刀具庫中進行刀具更換與參數提取，這樣能夠最大程度地縮短替換刀具的時間[12]。

（3）減少程序準備時間：在加工零件的過程中，需要根據工序加工尺寸要求來選擇對應的代碼，即根據位置、形狀選取相應的代碼，對孔進行鉆削、銑削等，從而保障產品能夠符合尺寸要求。孔系加工因為產品具有相應的差異性，每組孔系的位置、尺寸均不盡相同，所以，程序的準確性與加工水平、質量間緊密相連。為減少程序編制、調用等發生錯誤的概率，需要全尺寸對首件加工零件進行檢查，在合格后，再參照程序固化流程進行固化，之后在應用程序期間就可以應用分布式數控網絡把程序逐步傳輸到需要加工的設備，不僅能夠提高產品加工的質量，同時能夠盡可能降低程序編制錯誤[12]。

（4）減少計量等待時間：在對程序檢驗過程中，計量屬于一種檢測方法，能夠對加工工序中的位置及幾何公差進行檢驗，為降低工序測量時間，可以與檢測人員共同商定來對零點定位系統進行確定。利用數字化編程方式對需要檢測的零件以及托盤一共計量，因此需要對數字化檢測流程進行提前編制，即零件加工完成后，將零件連同計量單一同計量，由檢測人員根據圖樣編制檢測程序，然后利用程序對其進行檢測，最終輸出檢測結果。測量過程中對加工內容進行自動檢測，然后將檢測結果快速輸出，是能夠將計量等待時間有效縮短，效率提升約為4倍[13]。

（5）減少三檢等待時間：所謂三檢就是通過手工進行校檢、自檢、專職檢測，對加工有關的尺寸進行檢測，比如，形狀、孔徑等。箱體零件具有十分復雜的孔系，且尺寸也十分多樣，每道工序具有200～400個檢測尺寸，工作總量較多，且需要的時間較久，在進行測量期間，還需要記好實際值，較易引發尺寸遺落，因此，為保障尺寸更為完整，可以編制出電子三檢單來對檢測內容進行固化，是能夠將尺寸遺漏問題有效消除的[14]。

2.1.3 降低切削加工需要的時間

對于箱體零件，其加工具有三大階段，即：粗加工、半成品加工、精加工，據統計，超出85%的箱體零件加工是加工中心進行的，因為產品總數逐步增多和加工能力的不斷提高，再加上加工環境、條件等方面的原因，無法滿足產品方面的需求。對其原因進行研究、分析，是由于單工序加工時間過程所導致的零件加工周期變長，所以想要將單工序加工效率提升，就需要將單工序切削時間縮短，在加工過程中，一是要提高切削參數與刀具的匹配程度，二是要減少程序中的空走刀，最終減少NC程序中的中斷點（M0），以保證加工過程的連續性。只有這樣才能夠確保加工連續性，并降低整個加工時間，最終將加工效率提高。

（1）提高匹配度：通常情況下，數控設備通常選擇硬質合金為刀具材料，有著剛性更為理想、切削率更高等方面的特點，但是，其與切削參數間的匹配程度較低，使切削率較低，會產生浪費情況，對產品的產出效率造成影響。所以需要積極與刀具生產廠商間進行交流、溝通，以選取與加工材料間彼此契合的切削參數，來確保產品更為順利地被產出。

（2）降低發生程序空走刀的概率：對各項加工程序進行研究、分析，發現空走刀的現象比較多，在數控加工過程中，空走刀是不可避免的切削軌跡，換刀、進退刀、避讓高點、立臥轉換等都會產生空走刀，會產生一定的動作浪費。針對這種情況，首先需要調出一把刀具，把可以加工的位置進行加工，再進行刀具切換；其次在編制數控程序時，可以將安全距離縮短，從而降低移動浪費；最后可以集中立、臥加工內容，先進行臥式加工，之后，進行立式加工，進而減少立、臥間彼此轉換的總次數。

2.2 主觀問題的解決措施

培訓設計人員、技術人員和編程人員了解和掌握數控設備的性能、選取刀具、金屬切削參數、現代化加工軟件等，使得員工可以為各自的工作領域找到數控機床的高速高效特性。如果沒有高效的機床操作人員，就無法實現最為理想的加工方式，無法保障產品總的合格率，會降低數控機床的質量、效率，減短其可以使用的年限，因此，可以構建技術中心，引導員工掌握數控設備相關內容，并討論數控設備相關問題，同時也可以為數控設備實際操作以及相關問題設立一個專門的技術中心。

3 結語

在現代制造企業生產管理過程中，提高數控設備綜合利用率是所有企業都重點關注的問題，這不僅能夠減少時間浪費，同時還能夠提高經濟效益，為企業帶來利潤與競爭力，所以需要不斷開發數控設備的潛能，從而推動企業的良好發展。