淺談提高數(shù)控機(jī)床的加工效率

陳 藜

（洪都航空工業(yè)集團(tuán)，南昌 330024）

0 引言

數(shù)控機(jī)床具有生產(chǎn)效率和加工自動(dòng)化程度高，零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好，能完成許多普通機(jī)床難以加工或根本無(wú)法加工的復(fù)雜型面加工，幾乎不要專用的工裝卡具，減少在制品，提高經(jīng)濟(jì)效益和大大減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，大力發(fā)展以數(shù)控機(jī)床為先導(dǎo)的裝備制造業(yè)已成為我國(guó)政府的一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策，對(duì)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。同時(shí)，對(duì)用好數(shù)控機(jī)床、提高數(shù)控機(jī)床的利用率亦具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它不僅能增加企業(yè)的效益，而且還有助于提高我國(guó)制造業(yè)的整體素質(zhì)和加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程。

1 影響數(shù)控機(jī)床加工的因素

1.1 數(shù)控機(jī)床應(yīng)用水平不高

數(shù)控加工在中國(guó)制造業(yè)中已經(jīng)有了較長(zhǎng)的使用時(shí)間，雖然有嚴(yán)格的數(shù)控機(jī)床操作規(guī)范、良好的機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)，但是其本身的精度損失是不可避免的。為了控制產(chǎn)品的加工質(zhì)量，我們應(yīng)定期對(duì)數(shù)控設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)維修，明確每臺(tái)設(shè)備的加工精度和加工任務(wù)。對(duì)于大批量成批生產(chǎn)的零件加工工廠，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分粗、精加工的設(shè)備使用，因?yàn)榇旨庸r(shí)追求的是高速度、高去除率和低的加工精度，精加工則相反，要求高的加工精度。而粗加工時(shí)對(duì)設(shè)備的精度損害是最嚴(yán)重的，因此我們將使用年限較長(zhǎng)、精度較差的設(shè)備定為專用的粗加工設(shè)備，新設(shè)備和精度好的設(shè)備定為精加工設(shè)備，做到對(duì)現(xiàn)有設(shè)備資源的合理搭配、明確分工，將機(jī)床對(duì)加工質(zhì)量的影響降到最低，同時(shí)又保護(hù)昂貴的數(shù)控設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

1.2 操刀次數(shù)及位置不合理

利用數(shù)控車床進(jìn)行批量生產(chǎn)、特別是大批量生產(chǎn)時(shí)，在保證加工質(zhì)量的前提下，提高加工效率、確保加工過(guò)程的穩(wěn)定性是獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。數(shù)控車削批量加工時(shí)，選擇簡(jiǎn)便的換刀方式，是減少換刀輔助時(shí)間、減少機(jī)床磨損、降低加工成本的有效途徑。改進(jìn)換刀點(diǎn)設(shè)置是為達(dá)此目的進(jìn)行的有效嘗試之一。為此，在夾具選擇、走刀路線安排、刀具排列位置和使用順序等方面都要精細(xì)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)換刀點(diǎn)位置，減少運(yùn)行成本，提高加工效率。

1.3 編程技巧不強(qiáng)

程序的效率直接影響著機(jī)床的工作效率，所以優(yōu)化編程質(zhì)量是提高數(shù)控機(jī)床工作效率的一個(gè)重要方法。首先，熟悉機(jī)床的指令，充分開(kāi)發(fā)機(jī)床的內(nèi)部功能，尋找高效的編程和加工方法。其次，大力推廣計(jì)算機(jī)編程，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)切削模擬，提高程序的可靠性，從而減少或取消在數(shù)控銑床上調(diào)試程序的時(shí)間。最后是合理編程，盡量減少機(jī)床走空刀的情況。

2 提高數(shù)控機(jī)床加工效率的措施

2.1 培養(yǎng)優(yōu)秀的數(shù)控技術(shù)人才

數(shù)控機(jī)床雖然智能程度很高，但是人的作用卻至關(guān)重要。沒(méi)有技術(shù)好的編程人員，數(shù)控機(jī)床的效率就不可能得到有效提高，沒(méi)有好的機(jī)床操作者就達(dá)不到最佳加工方式，產(chǎn)品的廢品率就會(huì)提高，同時(shí)也會(huì)大大降低數(shù)控機(jī)床的使用效率和縮短機(jī)床的使用壽命。因此，要提高數(shù)控加工效率，就必須培養(yǎng)出優(yōu)秀的數(shù)控技術(shù)人才。

2.2 對(duì)數(shù)控機(jī)床實(shí)施科學(xué)管理

數(shù)控機(jī)床不同于普通機(jī)床，不能把管理普通機(jī)床的方法照搬到數(shù)控機(jī)床上。據(jù)一些使用數(shù)控機(jī)床較早的用戶多年管理實(shí)踐證明，凡是數(shù)控機(jī)床較多的工廠，以相對(duì)集中管理的方式較好，嚴(yán)格按照精益生產(chǎn)要求布局，即“專業(yè)管理，集中使用”。工藝技術(shù)準(zhǔn)備由工廠工藝技術(shù)部門負(fù)責(zé)，生產(chǎn)管理由工廠下達(dá)任務(wù)統(tǒng)一平衡。有條件的可以采用計(jì)算機(jī)集成管理的生產(chǎn)方式，由計(jì)算機(jī)把數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)所需的各種作業(yè)和加工信息管理起來(lái)，實(shí)行信息共享，以減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，優(yōu)化物流路線，可有效地提高生產(chǎn)率。

2.3 合理選擇切削刀具

刀具的選擇是保證加工質(zhì)量和提高加工效率的重要環(huán)節(jié)。為了提高生產(chǎn)率，國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床尤其是加工中心正向著高速、高剛性和大功率方向發(fā)展。這就要求必須具有能夠承受高速切削和強(qiáng)力切削的性能，而且性能要穩(wěn)定。在選擇刀具材料時(shí)，凡加工情況允許選硬質(zhì)合金刀具時(shí)，就不應(yīng)選用高速鋼刀具。有條件的可選用性能更好更耐磨的刀具，如涂層刀具、立方氮化刀具、陶瓷刀片等。

這里特別強(qiáng)調(diào)一下球頭刀具的使用，在進(jìn)行自由曲面加工時(shí)，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此為保證加工精度，切削行距一般取得很密，故加工效率很低。平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀具。因此，只要保證不過(guò)切，無(wú)論是曲面的粗加工還是精加工，都應(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。

2.4 編制理想的加工程序

數(shù)控機(jī)床使用水平的高低不但與設(shè)備操作者的技術(shù)水平有關(guān)，而且很大程度上取決于編程人員的編程技巧和機(jī)械加工工藝水平的高低。一個(gè)好的程序應(yīng)該是在保證加工質(zhì)量的前提下，程序段最少、工件的加工周期最短。為了縮短非切削時(shí)間，提高效率，在編程時(shí)可考慮下列問(wèn)題：

2.4.1 指令并行執(zhí)行。

由于數(shù)控程序的執(zhí)行方式是逐行執(zhí)行，為降低非切削時(shí)間，可將各種指令結(jié)合在同一行執(zhí)行。即根據(jù)各類指令所完成的動(dòng)作 “使不會(huì)發(fā)生動(dòng)作干涉的部分指令并行執(zhí)行。”例如：可把主軸的啟動(dòng)/停轉(zhuǎn)與快速移動(dòng)、定位相重合；把刀具的準(zhǔn)備與尋位，切削過(guò)程相重合。這樣就減少了非切削時(shí)間，減少換刀次數(shù)。

2.4.2 采用復(fù)合刀具

除了在優(yōu)化工藝路線中提及的措施外，在有一定的生產(chǎn)批量，且在機(jī)床功率和主軸剛度允許的情況下，可以采用復(fù)合刀具，即多軸小動(dòng)力頭，多刃刀具進(jìn)行加工，這樣亦能減少換刀次數(shù)及其輔助時(shí)間。

2.4.3 多點(diǎn)位換刀

一般情況，編程人員為了保證加工中心換刀時(shí)的安全，確保刀具不碰到工件或夾具以及為了編程方便，換刀點(diǎn)一般都設(shè)在遠(yuǎn)離工件的位置并將換刀點(diǎn)固定，即所有的換刀都在這個(gè)確定的換刀點(diǎn)進(jìn)行。這種方法的好處是：換刀安全、簡(jiǎn)單、方便。其不足是：此方法可能造成退刀路徑的增加，退刀過(guò)程中轉(zhuǎn)折點(diǎn)增多，從而導(dǎo)致?lián)Q刀時(shí)間延長(zhǎng)，致使加工效率下降。為解決這一問(wèn)題，可根據(jù)各工步加工表面的位置及刀具、工件、夾具之間的空間關(guān)系，設(shè)置多個(gè)換刀點(diǎn)，以減少退刀過(guò)程中的停頓，定位次數(shù)。這樣就減少了換刀過(guò)程中主軸快速移動(dòng)距離和移動(dòng)中的停頓定位次數(shù)，從而有效降低了非切削的輔助時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床正越來(lái)越多地被運(yùn)用于機(jī)械制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，特別像我們航空工業(yè)這種高科技制造行業(yè)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的使用顯得特別重要。因此，在大量使用的同時(shí)，還應(yīng)該不斷提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，這無(wú)論是對(duì)于企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，還是大力提升我國(guó)航空武器裝備質(zhì)量，意義都十分重大。