數(shù)控機床使用與加工的探究

【摘 要】本文以提升數(shù)控機床加工效能的重要性為切入點，分析數(shù)控機床使用與加工存在的問題，提出要充分借助網(wǎng)絡(luò)信息的作用、利用節(jié)能型自動化技術(shù)、對數(shù)控機床操作流程規(guī)范化處理、提高數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用人員的技能水平、控制機床加工誤差、使用先進的工裝夾具刀具，以提高數(shù)控機床使用與加工技術(shù)水平。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機床 使用與加工 探究

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）10B-0152-03

近年來，隨著航空、高鐵、汽車等制造行業(yè)的迅速發(fā)展，我國數(shù)控機床制造業(yè)也取得了快速發(fā)展。過去 5 年我國數(shù)控機床產(chǎn)量的年均復(fù)合增長率為 37.39%，過去 10 年年均復(fù)合增長率為 29.94%。2016 年我國數(shù)控金屬切削機床產(chǎn)量為 78 萬臺，數(shù)控機床技術(shù)在高速化、復(fù)合化、精密化、多軸化等方面取得顯著進步和一系列突破。掌握數(shù)控機床應(yīng)用與加工的方法和技巧，有助于發(fā)揮數(shù)控機床優(yōu)勢，提升機械加工質(zhì)量與效率，并能延長機床使用壽命。

一、提升數(shù)控機床加工效能的重要性

隨著我國工業(yè)化水平提高，國民經(jīng)濟中制造業(yè)比重不斷提升，并已成為我國核心支柱產(chǎn)業(yè)，在推動社會主義現(xiàn)代化建設(shè)和提高人民生活水平過程中發(fā)揮重要作用。我國機械制造行業(yè)中數(shù)控機床是重要的核心裝備，提高數(shù)控機床加工效能可以提升機械制造效率。數(shù)控機床本身自動化水平高，實際生產(chǎn)效率也高，并有較高的穩(wěn)定性與精確性，利用數(shù)控機床可生產(chǎn)普通機床無法生產(chǎn)的精密零件。數(shù)控機床在實際應(yīng)用中可以節(jié)省工序，降低生產(chǎn)成本尤其是人力成本，促進加工效率提升，增加機械企業(yè)的生產(chǎn)效益，因此研究數(shù)控機床使用與加工的方法和技巧具有重要的現(xiàn)實意義。

另外，數(shù)控機床生產(chǎn)水平對企業(yè)健康發(fā)展有重要影響。具體體現(xiàn)在兩個方面：第一，自動化生產(chǎn)水平會直接影響企業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，這種影響最終會體現(xiàn)在企業(yè)的盈利與收入上，因此對于企業(yè)的資金投入來說也會形成一定影響。第二，數(shù)控機床生產(chǎn)直接影響安全生產(chǎn)環(huán)境，設(shè)備落后、老舊和管理問題是導(dǎo)致企業(yè)事故多發(fā)的重要原因。而數(shù)控機床生產(chǎn)可以降低人員參與，從而提升作業(yè)的安全性，這是符合我國綠色生產(chǎn)和安全生產(chǎn)的總體趨勢。對數(shù)控機床設(shè)備進行長效管理是促進企業(yè)長遠發(fā)展的重要條件，企業(yè)要想在市場中獲取更大的生存空間，除了要及時進行技術(shù)管理創(chuàng)新，還應(yīng)該重視對先進設(shè)備的引進以及管理，從而在硬件水平上不斷刺激形成最佳的工作狀態(tài)，提高自動化生產(chǎn)的總體效益。

二、數(shù)控機床使用與加工存在的問題

目前我國數(shù)控機床應(yīng)用范圍較廣，企業(yè)在數(shù)控機床的使用與加工過程中常受到一些人為因素的影響，容易出現(xiàn)各種降低數(shù)控機床加工效能的問題。筆者將這些影響因素歸納如下。

（一）數(shù)控機床應(yīng)用水平低

首先，雖然我國機械領(lǐng)域中數(shù)控機床廣泛應(yīng)用，數(shù)控機床已成為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的關(guān)鍵設(shè)備，但多數(shù)數(shù)控機床先進性不足。目前我國生產(chǎn)的數(shù)控機床大部分為中低端機床，高端數(shù)控機床基本是靠進口，高端數(shù)控機床占比只有約 6%，中端的約 30%。其次，我國機械加工企業(yè)數(shù)控機床設(shè)備老化嚴重，數(shù)控機床及數(shù)控系統(tǒng)更新力度不高，很多企業(yè)的數(shù)控機床和先進的數(shù)控機床之間的差距逐漸拉大。再次，我國大部分企業(yè)數(shù)控機床的使用率不高，在兩班制工作下使用率一般在 30% 左右，與發(fā)達國家的 60% 以上使用率還有較大差距。最后，我國的數(shù)控機床技術(shù)人員操作水平普遍偏低，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量與國外相比存在差距，要花費時間、精力修復(fù)產(chǎn)品。同時，數(shù)控機床維修保養(yǎng)不到位，影響數(shù)控機床運行壽命，降低生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

（二）機床數(shù)據(jù)設(shè)置不合理

數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件主要有系統(tǒng)文件、MTB （機床制造廠）文件、用戶文件。系統(tǒng)文件即數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)提供的數(shù)控系統(tǒng)（CNC）及伺服控制軟件，MTB 文件包括 PMC 程序、機床廠家編輯的宏程序執(zhí)行器等，用戶文件即在 MDI 面板上設(shè)定的各種不同的機床數(shù)據(jù)。機床數(shù)據(jù)主要有 CNC 參數(shù)、PMC 參數(shù)、螺距誤差補償值、用戶宏變量值、刀具補償值。雖然機床系統(tǒng)有許多參數(shù)在系統(tǒng)配置完成后一般不允許調(diào)整，但有一些參數(shù)需要根據(jù)機床的使用情況進行及時調(diào)整，比如，螺距誤差補償值、用戶宏變量值、刀具補償值。另外，數(shù)控機床生產(chǎn)時要合理設(shè)置換刀次數(shù)，減少加工過程中換刀時間，降低因為不當操作出現(xiàn)磨損的可能，有效降低數(shù)控機床維護次數(shù)與成本。但企業(yè)在運行數(shù)控機床時存在換刀次數(shù)與設(shè)置不合理的情況，使得機床出現(xiàn)嚴重磨損的現(xiàn)象，影響機械加工效率。此外，機床存在不同程度磨損情況，也會增加維護費用，對企業(yè)效益產(chǎn)生影響。

（三）數(shù)控加工工藝不夠合理、先進

數(shù)控機床具有高精度、高效率、高度自動化和柔性好等特點。數(shù)控機床加工的零件通常有：多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制的零件;形狀復(fù)雜，加工精度要求高的零件;表面粗糙度值小的零件;輪廓形狀復(fù)雜的零件;具有難測量、難控制進給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件;必須在一次裝夾中完成銑、鏜、锪、鉸或攻絲等多工序的零件;價格昂貴，加工中不允許報廢的關(guān)鍵零件;需要最短生產(chǎn)周期的急需零件 ;在通用機床加工時極易受人為因素干擾，零件價值又高，一旦質(zhì)量失控會造成重大經(jīng)濟損失的零件。因此，數(shù)控加工工藝與傳統(tǒng)機床加工工藝有較大的差別。數(shù)控加工工藝設(shè)計十分嚴密，內(nèi)容相當復(fù)雜;數(shù)控加工工藝更加具有復(fù)合性，是各種工藝的集大成者。如果數(shù)控加工工藝不夠先進合理，那么就會大大降低數(shù)控機床的生產(chǎn)效率和企業(yè)的效益。

（四）數(shù)控加工程序質(zhì)量不高

數(shù)控機床運行模式受到數(shù)控程序的影響，數(shù)控機床按數(shù)控程序的指令運行。隨著計算機與電子信息技術(shù)發(fā)展與完善，數(shù)控編程的優(yōu)劣直接影響到機床加工質(zhì)量與企業(yè)生產(chǎn)效率。目前由于大多數(shù)控編程員的水平不高，存在較多知識缺陷。比如，對數(shù)控機床的性能特點了解不全面，導(dǎo)致無法充分發(fā)揮數(shù)控機床性能;對數(shù)控 G 指令的走刀路線不熟悉，特別是在缺省某些數(shù)值時的走刀路線不熟悉，導(dǎo)致不能選擇最佳的數(shù)控 G 指令;不懂得根據(jù)不同的加工材料、加工精度、加工刀具選擇比較合理的切削參數(shù);對零件材料加工性能不是很熟悉。使得所編寫出來的數(shù)控加工程序質(zhì)量不是很高，或者數(shù)控程序編寫不規(guī)范，程序較為復(fù)雜，不利于調(diào)試與使用，也會對機床運行效率及加工質(zhì)量產(chǎn)生影響。

三、提升數(shù)控機床使用與加工技術(shù)水平的措施

（一）充分借助網(wǎng)絡(luò)信息的作用

在提升數(shù)控機床應(yīng)用水平的過程中，不能盲目，應(yīng)該對市場進行分析，結(jié)合實際情況，盡量采用低投資、高效率的數(shù)控機床技術(shù)，滿足時代發(fā)展的需要。當前信息技術(shù)搭載計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)展現(xiàn)出重要的社會功能和商業(yè)價值，因此對于機械生產(chǎn)自動化水平的提升來說同樣可以借助網(wǎng)絡(luò)信息的力量，通過對自身模式進行轉(zhuǎn)型，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，并依靠網(wǎng)絡(luò)化的影響，促進產(chǎn)品生產(chǎn)的多元化發(fā)展。利用智能監(jiān)測技術(shù)等捕捉生產(chǎn)中的干擾因素控制生產(chǎn)流程以及故障發(fā)生率。使用信息技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析，以便更好地維護設(shè)備并保障生產(chǎn)安全。

（二）利用節(jié)能型自動化技術(shù)

能源消耗問題已經(jīng)成為影響國家可持續(xù)發(fā)展的重要問題，為有效改善這種情況，在促進數(shù)控機床生產(chǎn)水平提高的同時，還應(yīng)該重視節(jié)能。對技術(shù)和設(shè)備進行改進時，除了改善生產(chǎn)速率和生產(chǎn)質(zhì)量，還應(yīng)該重視技術(shù)的節(jié)能減排。對于機械制造行業(yè)來說，對產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備的選擇，通常會使用通用設(shè)備，可通用設(shè)備在使用過程中存在流程復(fù)雜的問題，這對簡單產(chǎn)品的生產(chǎn)勢必會造成能源的浪費。因此我國在設(shè)備的改進過程中，應(yīng)該做好產(chǎn)品的分類處理工作，提高設(shè)備的針對性，并通過對市場的調(diào)查，不斷開發(fā)特色設(shè)備。重視對優(yōu)秀人才的引進，尤其是專業(yè)的節(jié)能人才，要充分借助他們的創(chuàng)新思維，完善制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。

（三）對數(shù)控機床操作流程規(guī)范化處理

相對于傳統(tǒng)的數(shù)控機床設(shè)備，目前使用的設(shè)備操作更加復(fù)雜，功能也更加多。另外，隨著相關(guān)工藝的發(fā)展，多種生產(chǎn)模式的多元化發(fā)展也是目前數(shù)控機床機械加工的重要趨勢。因此為進一步提升數(shù)控機床機械加工的效率，需要科學(xué)合理地規(guī)范整個數(shù)控機床加工的流程，嚴格遵循生產(chǎn)企業(yè)的操作規(guī)范進行相關(guān)操作。相關(guān)的管理人員應(yīng)該提升管理水平，不斷發(fā)揮機床的優(yōu)勢和功能，從整體上提升生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

（四）提高數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用人員的技能水平

數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用人員包括數(shù)控工藝員、數(shù)控編程員、數(shù)控機床操作工、數(shù)控機床維修維護工，數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用人員的技能水平也是影響數(shù)控機床加工效率的主要因素。好的數(shù)控加工工藝應(yīng)該是一般的生產(chǎn)工人就能依此生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品的工藝。產(chǎn)品的質(zhì)量主要由機床精度和加工工藝來保障，生產(chǎn)工人只要規(guī)范操作就可以順利生產(chǎn)。如果數(shù)控加工還要像普通加工一樣完全憑生產(chǎn)工人的個人技術(shù)來保障產(chǎn)品的質(zhì)量，那是不可想象的。好的編程是切削時間最短、空走刀行程最短、換刀次數(shù)最少、刀具的壽命最長，經(jīng)濟效益最高。在整個數(shù)控生產(chǎn)的過程中，數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用人員會分立在整個數(shù)控生產(chǎn)的各個階段，從機床維護、工藝設(shè)計、程序編程到加工操作，因此數(shù)控機床技術(shù)應(yīng)用人員的技術(shù)水平直接影響對設(shè)備的利用水平，影響生產(chǎn)加工效率。技術(shù)人員要按照目前數(shù)控機床加工的工作特征，研究數(shù)控機床技術(shù)設(shè)備，充分考慮設(shè)備的可操作性，綜合考慮經(jīng)濟成本進行生產(chǎn)，不斷更新自身的知識儲備，不斷提升工作能力，為企業(yè)發(fā)展提供更大的助力。

（五）控制機床加工誤差

在機床加工中，要特別注意控制加工誤差，比如，滾珠絲杠與螺母之間的間隙會對工作臺的精度產(chǎn)生一定的影響。實際上，在數(shù)控機床運轉(zhuǎn)時，滾珠絲杠與螺母之間的間隙誤差值等于工作臺的進給誤差值。此外，絲杠螺母副的間隙也會對絲杠螺母副的剛度造成一定的影響，進而影響工作臺的進給精度。要消除滾珠絲杠與螺母之間的誤差間隙就要測量出因間隙而產(chǎn)生的偏差基數(shù)，這其中也會涉及對數(shù)控機床各軸的原始誤差。一般來說，間隙誤差采用激光干涉儀進行測量。通過反復(fù)測定，確定偏差基數(shù)以后，將這一基數(shù)輸入到程序控制中，進而能夠通過程序控制的手段降低偏差數(shù)據(jù)的數(shù)值。另外，在滾珠絲杠與螺母之間施加預(yù)緊力，也能夠在一定程度上消除間隙的產(chǎn)生，如在雙螺母預(yù)緊的滾珠絲杠副中，當預(yù)緊力等于最大軸向力的 1/3 時，其間隙可基本消除，而且對滾珠絲杠副的壽命影響不大。因此，在加工中，對各種產(chǎn)生誤差的可能因素都要加強控制，調(diào)節(jié)好各種參數(shù)，使加工過程更合理，減小誤差。

（六）使用先進的工裝夾具刀具

目前市場上已經(jīng)開發(fā)出許多先進的氣壓、液壓工裝夾具，有標準的、非標的、定制的，這些工裝夾具給工件的安裝與拆卸帶來很大的方便。同樣，先進的數(shù)控機夾刀具具有耐高溫、耐磨損、加工精度高、容易安裝更換的特點，在高溫、高速切削的狀態(tài)還能保持良好的加工切削性能和加工精度。因此，使用先進的工裝夾具刀具，既能顯著提高數(shù)控機床的加工效率又能保障產(chǎn)品加工質(zhì)量，并能降低操作工人的勞動強度。

綜上所述，數(shù)控機床在使用過程中會涉及管理、技術(shù)、人員以及調(diào)度等多方面因素，這些因素都會不同程度地影響數(shù)控機床的加工效能。因此需要根據(jù)目前數(shù)控機床加工的特點，規(guī)范操作流程，不斷提升人員技術(shù)水平，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益，助力我國工業(yè)發(fā)展。

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【基金項目】2015 年度廣西職業(yè)教育教學(xué)改革研究立項項目《技能大賽背景下數(shù)車一體化課程改革的研究與實踐——以廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校數(shù)控專業(yè)理實一體化教學(xué)為例》（GXZZJG2015B122）。

【作者簡介】甘成君（1976— ） ，男，廣西桂平人，大學(xué)本科畢業(yè)，高級實驗師，高級“雙師型”教師，廣西第一期中職名師工程班結(jié)業(yè)，長期從事學(xué)校實訓(xùn)基地建設(shè)、實訓(xùn)教學(xué)與改革、校企合作、數(shù)控加工、汽車維修等方向的教學(xué)與研究。

（責(zé)編 盧建龍）