從樣件到量產(chǎn)的數(shù)控程序優(yōu)化策略簡析

劉國樑

摘 要：機(jī)械制造加工行業(yè)在新的零部件開發(fā)環(huán)節(jié)，從樣件到量產(chǎn)階段，除了刀具、夾具、量具需要持續(xù)的改進(jìn)以外，數(shù)控加工程序同樣需要持續(xù)的優(yōu)化以提高加工效率，降低加工成本，本文簡要的介紹了一般零部件從樣件到量產(chǎn)階段數(shù)控加工程序在哪些方面存在優(yōu)化的空間，提出一些通用的優(yōu)化策略，為后續(xù)的量產(chǎn)階段的高效率低成本的加工提供保障。

關(guān)鍵詞：數(shù)控程序 路徑優(yōu)化 持續(xù)改進(jìn) 切削參數(shù) 降本增效

1 引言

機(jī)械制造加工行業(yè)加工效率一直是第一優(yōu)先考慮選項(xiàng)，因?yàn)榛谪?cái)務(wù)模型，機(jī)床折舊、人力成本、動力消耗等成本占比大的方面均與加工節(jié)拍相關(guān)，因此提高加工效率是降本的最重要的方向，而數(shù)控加工程序的優(yōu)化則為加工效率的提升提供了最直接的突破口。我們都知道，新產(chǎn)品開發(fā)一般要經(jīng)歷樣件加工、試生產(chǎn)、批量生產(chǎn)三個(gè)階段，一般在樣件加工階段，為了縮短交樣時(shí)間，充分利用現(xiàn)有資源，夾具一般選用組合夾具，刀具選擇上一般會考慮現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)刀具，這樣就容易造成在樣件階段的數(shù)控加工程序因?yàn)榻M合夾具的剛性問題而采取小切深慢進(jìn)給，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)刀具不易一次成型而采取多次進(jìn)刀，還有因?yàn)槊魑炊ㄐ陀嗔坎痪鶆虻榷喾N因素導(dǎo)致每把刀具的安全距離加大，以上種種原因?qū)е聵蛹A段數(shù)控加工程序加工時(shí)間長，而通過試生產(chǎn)、量產(chǎn)等階段的刀具、夾具等持續(xù)改進(jìn)，數(shù)控加工程序的優(yōu)化空間也被漸漸打開，以下將簡要介紹從樣件到量產(chǎn)階段的數(shù)控加工程序優(yōu)化的策略。

2 數(shù)控加工程序優(yōu)化策略

2.1毛坯余量方面：樣件階段的毛坯普遍存在尺寸精度差，余量波動大，部分位置還有額外的冒口飛邊等，所以在樣件階段的數(shù)控加工程序在編制時(shí)粗車或粗銑端面可能需要走刀兩次至四次，而隨著量產(chǎn)階段產(chǎn)品定型，模具經(jīng)過更新改進(jìn)，毛坯質(zhì)量及尺寸精度等得到大幅提高，余量控制在一次粗加工去量即可的狀態(tài)，這樣數(shù)控加工程序可以在樣件的基礎(chǔ)上可以取消一至三次粗加工進(jìn)刀，在粗加工工步部分可以提高效率100%～300%。與此同時(shí)，因?yàn)槊考慵拇旨庸さ镀那邢鲿r(shí)間大幅縮短，刀片每刃加工的零件數(shù)量得到大幅提升，預(yù)計(jì)單件粗加工刀片消耗降本率在50%～80%。因此，加工余量的減少對加工的效率提升是最直接的，也是最容易實(shí)現(xiàn)的一種方式。

2.2 安全距離方面：樣件階段的數(shù)控加工程序在考慮毛坯、夾具、刀具等多方面因素不穩(wěn)定的情況下，一般預(yù)設(shè)置的安全距離比較大，在10～15mm左右，這樣導(dǎo)致的空切時(shí)間比較多，存在浪費(fèi)。隨著量產(chǎn)后產(chǎn)品定型，毛坯、刀具、夾具、量具等的固化，數(shù)控加工程序中的安全距離可以大幅下調(diào)，普通加工中心刀具的安全距離可以調(diào)整為3mm左右，另外對于部分臺階孔，一般是先加工大孔后加工小孔，對于后加工小孔的刀具安全距離端面可以設(shè)置為負(fù)值，只需要在大孔深度往上設(shè)置3mm即可。以上安全距離降幅預(yù)計(jì)70%左右，即空切時(shí)間可以降低70%，大幅降低工序的加工節(jié)拍，提高加工效率。

2.3 切削參數(shù)方面：切削參數(shù)的選擇必須綜合考慮機(jī)床性能、刀具性能、夾具剛性等多方面因素，其中機(jī)床方面切削參數(shù)的選擇必須在機(jī)床主傳動功率、進(jìn)給傳動功率、主軸轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)。機(jī)床刀具夾具等工藝系統(tǒng)的剛性是限制切削參數(shù)的重要因素。切削參數(shù)的選擇使機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)不發(fā)生較大的顫動。對于熱穩(wěn)定性好、熱變形小、剛性好的數(shù)控機(jī)床，可以適當(dāng)加大切削參數(shù)。樣件階段的夾具可能是臨時(shí)的組合夾具，或者初次設(shè)計(jì)的夾具存在考慮不周到，存在裝夾定位剛性差的問題，這樣導(dǎo)致切削參數(shù)比較保守，且基于安全考慮，樣件階段的加工程序普遍采用小切深小進(jìn)給，而隨之夾具的不斷改進(jìn)，至量產(chǎn)階段定型后，原加工程序的參數(shù)就普遍顯得過于保守，此時(shí)可以對部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，主要是加大切深、加大進(jìn)給、提高線速度等，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，此階段的參數(shù)提升可以將加工效率提升30%以上。

2.4 走刀路線方面：走刀路線是指數(shù)控機(jī)床加工過程中刀具的運(yùn)動軌跡和方向。以最短的走刀路線編制數(shù)控加工程序是零件數(shù)控加工中必須重點(diǎn)考慮的問題之一。而樣件階段的走刀路線受多方面因素影響難以做到最短最優(yōu)，每一道工序的加工路線的確定都是非常重要的，因?yàn)樗绊懼慵募庸ぞ燃氨砻娲植诙取Ｆ浼庸ぢ肪€的總體劃分原則為：保證加工精度及粗糙度、使得空行程最少及加工路線最短、計(jì)算也要方便。但是在加工路線的確定中還需考慮以下幾點(diǎn)：

（1）應(yīng)盡量減少進(jìn)、退刀時(shí)間和其他輔助時(shí)間。？ ？？？

（2）選擇合理的進(jìn)、退刀位置，盡量避免沿零件輪廓法向切入和進(jìn)給中途停頓，且進(jìn)、退刀的位置應(yīng)選在不重要的位置上。？ ？？？

（3）加工路線一般是先加工外輪廓，然后再加工內(nèi)輪廓。

2.5 刀具優(yōu)化方面：刀具材料是影響切削用量的有一重要因素。常用的刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和 金剛石。金剛石刀片性能最好，允許很高的切削速度，耐磨性好，硬度高，硬度隨溫度變化小。數(shù)控機(jī)床所采用的刀具多是部刃磨可換刀片（機(jī)夾刀片）機(jī)夾刀片的材料、形狀和尺寸，必須與程序中切削速度和進(jìn)給量相適應(yīng)并存入刀具參數(shù)里面。樣件階段大量用到標(biāo)準(zhǔn)刀具，部分加工尺寸需要多次進(jìn)刀才能完成加工，但是到了量產(chǎn)階段，部分加工特征可以改成非標(biāo)定制成型刀，一次進(jìn)刀加工成型，可以大幅降低切削時(shí)間。同時(shí)，選用適用高速切削、大切深的刀具也可極大的提升加工效率。

3 數(shù)控加工程序優(yōu)化的軟件仿真輔助

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，基于加工過程仿真的數(shù)控程序驗(yàn)證和優(yōu)化方法得到了關(guān)注和應(yīng)用。比如二維仿真軟件CIMCO對數(shù)控車床程序的仿真非常簡潔易用，其對切削參數(shù)及切削路線的優(yōu)化提供了很好的離線輔助分析及驗(yàn)證。三維仿真VERICUT軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真軟件，由數(shù)控程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動仿真模塊、程序優(yōu)化模塊、自動比較模塊和CAD＼CAM接口等模塊組成，可模擬數(shù)控銑床、車床、多通道復(fù)合加工中心等設(shè)備的加工過程，也能進(jìn)行數(shù)控程序優(yōu)化，提高加工效率，檢查過切、欠切，機(jī)床碰撞及刀具/夾具干涉等；具有真實(shí)的三維實(shí)體顯示效果，還可以對切削后的模型進(jìn)行尺寸測量，并能保存切削模型供檢驗(yàn)、后續(xù)工序切削加工。通過vericut完成數(shù)控程序的優(yōu)化，不僅僅是提高加工效率，縮短單件的加工時(shí)間。還可以延長刀具的壽命、改善零件的表面質(zhì)量、以及獲得更穩(wěn)定的加工工況。同時(shí)在優(yōu)化過程中形成的優(yōu)化數(shù)據(jù)，以庫的形式保存在刀具中，使得加工優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)得到繼承，并在不斷的使用中持續(xù)的獲得改善。

4 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床的加工效率直接影響到企業(yè)的效益水平，企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)從最初的樣件到最終的量產(chǎn)是一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的過程，其中數(shù)控程序的優(yōu)化是其中很重要的一環(huán)，作為技術(shù)人員需要在全過程中實(shí)時(shí)的對數(shù)控加工程序進(jìn)行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本以為企業(yè)獲得最大化的收益。

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