數(shù)控機(jī)械加工效率的優(yōu)化方法

焦海亮 張 浩

（北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，山西 晉中 030610）

0 引言

隨著科技水平的不斷進(jìn)步，數(shù)字自動(dòng)化控制技術(shù)和傳統(tǒng)的機(jī)床加工制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了良好的融合，數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中的應(yīng)用逐漸得到推廣。數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)具有自動(dòng)化控制的特點(diǎn)，加工制造的產(chǎn)品質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率高，能夠?yàn)槠髽I(yè)的發(fā)展起到積極的作用。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)要想提高生產(chǎn)效率，就要采用科學(xué)的措施提高數(shù)控機(jī)械加工的工作效率，使數(shù)控機(jī)械加工水平得到進(jìn)一步提升。

1 數(shù)控機(jī)械加工效率提升的必要性和重要作用

隨著科技水平的不斷提升，數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)得到了廣泛地應(yīng)用，與傳統(tǒng)的機(jī)床加工相比，具有良好的優(yōu)勢(shì)。由于數(shù)控機(jī)械加工的機(jī)械自動(dòng)化水平較高，因此能夠?qū)芏鄰?fù)雜機(jī)具進(jìn)行有效加工。應(yīng)用數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)，可以縮短機(jī)具部件的加工時(shí)間，大大降低人工工作量，有效提高工作效率。在數(shù)控機(jī)械加工過程中，由于受企業(yè)制度體系、人才結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)化操作水平等因素的影響，因此數(shù)控機(jī)械加工的效率較低。由于該因素的影響，設(shè)備運(yùn)行中的損耗較大，部件的加工質(zhì)量也存在差異，機(jī)具加工的精度不足，因此采取有效措施提高數(shù)控機(jī)械加工效率非常必要。

數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)的自動(dòng)化程度較高，通過有效的應(yīng)用，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，保證企業(yè)良好穩(wěn)定地發(fā)展。數(shù)控機(jī)床能夠加工復(fù)雜、精密性高的部件，保證加工的穩(wěn)定性，在數(shù)控機(jī)械加工提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率后，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省人工成本，對(duì)于提高企業(yè)的生產(chǎn)效益有很好的幫助。另外，隨著社會(huì)科技水平的不斷提升，制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展中數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)可以優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)流程，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)力得到提升，進(jìn)而使市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到有效的提高。

2 數(shù)控機(jī)械加工效率的影響因素

數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用，能夠通過數(shù)字自動(dòng)化技術(shù)達(dá)到對(duì)機(jī)械產(chǎn)品加工全過程的有效管控，使企業(yè)的生產(chǎn)效率得到有效提升。然而從實(shí)踐情況來看，由于受到部分因素的影響，數(shù)控機(jī)械加工的效率并不理想，主要影響因素包括以下3個(gè)方面。

2.1 完善企業(yè)生產(chǎn)管理制度體系

數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用，使得企業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)得到了優(yōu)化，有效提高了生產(chǎn)效率[1]。數(shù)控機(jī)床加工方式應(yīng)用后，企業(yè)內(nèi)部相應(yīng)的生產(chǎn)管理制度體系也需要進(jìn)行優(yōu)化，然而從實(shí)際情況來看，部分企業(yè)并沒有重視對(duì)有關(guān)生產(chǎn)加工規(guī)范和管理機(jī)制的制定和完善，在應(yīng)用數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)時(shí)，對(duì)操作規(guī)范的要求較高，操作人員需要按照標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)流程進(jìn)行操作，完善的制度管理體系是企業(yè)有效管理的根據(jù)。如果制度體系不完善，會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)械加工中出現(xiàn)操作失誤、管理混亂等情況，影響數(shù)控機(jī)械加工的效率和質(zhì)量。

2.2 操刀位置設(shè)置和次數(shù)不合理

數(shù)控機(jī)械加工的規(guī)模通常較大。在生產(chǎn)過程中，為了能夠有效減少設(shè)備磨損和生產(chǎn)時(shí)間，需要控制換刀的頻率，這樣能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)約成本，從而有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率。然而從實(shí)際情況來看，關(guān)于操刀位置設(shè)置和次數(shù)的配合還存在一定的問題。數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行的過程中，刀具的行走路徑和換刀位置是運(yùn)行中的關(guān)鍵內(nèi)容，如果出現(xiàn)問題，就會(huì)對(duì)部件加工的精度產(chǎn)生影響，降低生產(chǎn)效率。

2.3 數(shù)控編程水平有待提升

數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用，使機(jī)械部件的加工制造實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制，自動(dòng)化加工控制過程主要是通過計(jì)算機(jī)編程系統(tǒng)來完成的。由于我國在機(jī)械加工制造方面的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)發(fā)展得比較緩慢，在數(shù)控機(jī)床編程程序方面還存在一定的不足，這在一定程度上也影響了數(shù)控機(jī)械加工效率，因此，為了提高數(shù)控機(jī)械的加工效率，需要科學(xué)地進(jìn)行數(shù)控編程。

3 提升數(shù)控機(jī)械加工效率的措施

3.1 合理選擇機(jī)床刀具

在數(shù)控機(jī)械加工過程中，切削類型應(yīng)用得較為普遍。根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)調(diào)查可知，切削型數(shù)控機(jī)械加工大概占2/3以上[2]。為了有效地提高數(shù)控機(jī)械加工效率，需要合理地選擇機(jī)床刀具，從而使切削型數(shù)控機(jī)械得到更好的使用。在生產(chǎn)加工小批量的產(chǎn)品時(shí)，由于機(jī)械切削時(shí)間只占整個(gè)生產(chǎn)過程總時(shí)間的一小部分，其余的數(shù)控機(jī)械都處于待機(jī)狀態(tài)，因此為了使數(shù)控機(jī)械加工的效率得到有效的提高，切削時(shí)間需要進(jìn)行有效的優(yōu)化。例如，可以降低數(shù)控機(jī)械的待機(jī)時(shí)間，進(jìn)而增加切削時(shí)間，這樣數(shù)控機(jī)械的性能得到一定的提升，生產(chǎn)時(shí)間也能得到較好的控制，從而使數(shù)控機(jī)械加工的效率得到優(yōu)化。另外，由于刀具直徑的不同，因此能夠切割的面積存在差異，同時(shí)刀具的材料也會(huì)對(duì)切割面積產(chǎn)生影響。要使數(shù)控機(jī)械加工效率得到有效的提升，需要對(duì)刀具進(jìn)行合理的選擇。不同的刀具直徑對(duì)切割面積的影響情況見表1。

表1 不同的刀具直徑對(duì)切割面積的影響

通過分析表1中不同的刀具直徑對(duì)切割面積的影響，確定合理的刀具直徑，以保證機(jī)械加工的效率。

3.2 完善管理機(jī)制

由于數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)的有效應(yīng)用需要有相應(yīng)的管理制度體系作為支撐，因此，要想有效地提高數(shù)控加工的效率，需要完善管理機(jī)制。為了加強(qiáng)日常的生產(chǎn)管理，企業(yè)的生產(chǎn)管理人員需要對(duì)數(shù)控機(jī)械加工的生產(chǎn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善，生產(chǎn)管理人員需要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況制定生產(chǎn)流程規(guī)范，根據(jù)加工零部件的不同制定出不同的生產(chǎn)管理機(jī)制，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)情況。例如，在缸體零部件加工的過程中，生產(chǎn)技術(shù)人員要積極使用先進(jìn)的技術(shù)工藝，使生產(chǎn)的精度得到更好的控制，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

3.3 有效提升工作人員的綜合素質(zhì)

企業(yè)需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)工作人員進(jìn)行有效的培訓(xùn)，合理配置崗位工作和職責(zé)。可以通過組織工作人員積極進(jìn)修學(xué)習(xí)的方式，也可以通過邀請(qǐng)專業(yè)人才開展專題講座的方式。企業(yè)需要針對(duì)數(shù)控機(jī)械加工工作建立有效的交流機(jī)制，使操作人員、技術(shù)人員以及管理人員之間產(chǎn)生交流和溝通。管理人員需要對(duì)操作人員的想法進(jìn)行充分掌握，將人才培訓(xùn)和數(shù)控機(jī)械加工運(yùn)用有效地結(jié)合起來。需要強(qiáng)調(diào)的是，操作人員的安全技能培訓(xùn)和制度學(xué)習(xí)需要放在重要位置，使操作人員有效提升技能水平和建立安全意識(shí)。同時(shí)，工作人員的文化素質(zhì)和職業(yè)道德水平也要加強(qiáng)培訓(xùn)，使其熟練掌握數(shù)控機(jī)械加工的操作流程和技能。另外，需要通過完善考核管理制度激發(fā)工作人員的工作積極性，通過建立獎(jiǎng)懲激勵(lì)機(jī)制以及根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提高技術(shù)人才的薪資待遇，使一線數(shù)控機(jī)械加工人員的薪酬得到良好的保障，從而促進(jìn)工作人員在進(jìn)行數(shù)控機(jī)械加工操作時(shí)提高工作質(zhì)量，使機(jī)床工作效率得到有效的提高。

3.4 有效提升數(shù)控編程開發(fā)研究效果

數(shù)控機(jī)械加工由于具有智能化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，需要計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，因此，計(jì)算機(jī)編程開發(fā)研究的效果對(duì)數(shù)控機(jī)械加工的效率會(huì)產(chǎn)生一定的影響。要想有效提高數(shù)控機(jī)械加工的效率，就要對(duì)數(shù)控編程開發(fā)研究力度進(jìn)行強(qiáng)化。在數(shù)控程序設(shè)計(jì)方面要注意控制參數(shù)設(shè)置，保證數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性。數(shù)控編程人員在對(duì)各工序的切削用量進(jìn)行明確時(shí)，需要通過指令的形式編寫到程序中。切削用量主要包括切削速度、進(jìn)給速度和背吃刀量等[3]。關(guān)于背吃刀量的確定，當(dāng)要求工件表面粗糙度在Ra0.8 μm～3.2 μm時(shí)，數(shù)控加工主要分為粗加工、半精加工和精加工這幾步。半精加工時(shí)的背吃刀量為1.5 mm～2.0 mm；精加工時(shí)的背吃刀量為0.3 mm～0.5 mm。關(guān)于進(jìn)給速度的確定，數(shù)控機(jī)械加工中為了保證質(zhì)量和生產(chǎn)效率，進(jìn)給速度需要合理設(shè)置。背吃刀量的計(jì)算公式為：

根據(jù)切削用量公式的計(jì)算設(shè)置，確定機(jī)械加工的效率。數(shù)控機(jī)床切削效率的影響因素主要包括切削速度和進(jìn)給量。根據(jù)計(jì)算公式得知，通過提高切削速度和進(jìn)給量，能夠使切削效率得到有效提高[4]。

3.5 對(duì)操作流程進(jìn)行合理優(yōu)化

技術(shù)人員需要進(jìn)行完善的架構(gòu)設(shè)計(jì)來提高數(shù)控機(jī)械加工的效率，使操作系統(tǒng)的性能得到有效的保障。需要注意操作系統(tǒng)性能受自身硬件條件的制約，因此需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的操作系統(tǒng)和操作流程進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。在保證硬件條件的前提下，提高數(shù)控機(jī)械加工的效率。例如，對(duì)某種零部件進(jìn)行加工時(shí)，首先需要對(duì)零件圖進(jìn)行分析，掌握工件工藝要求、幾何形狀等[5]。其次對(duì)零件的數(shù)控加工工藝路線、內(nèi)容等進(jìn)行確定。再次，進(jìn)行相關(guān)的數(shù)值計(jì)算，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的不同，編寫好程序，將程序輸入機(jī)床，最后進(jìn)行圖形模擬，以便驗(yàn)證編程是否正確。對(duì)該過程進(jìn)行優(yōu)化控制后，有效節(jié)約了機(jī)械加工的時(shí)間，提高了加工效率。具體數(shù)控機(jī)械加工的優(yōu)化流程圖如圖1所示。

3.6 優(yōu)化傳感器工作環(huán)境

在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，傳感器是非常重要的部件，同時(shí)在運(yùn)行過程中也較容易出現(xiàn)故障問題。在傳感器工作環(huán)境中有較多的揚(yáng)塵，如果傳感器工作環(huán)境密封性不佳，就容易導(dǎo)致傳感器的敏銳性下降，進(jìn)而影響數(shù)控機(jī)械加工過程。為了能夠有效地提升數(shù)控機(jī)械加工的效率，需要對(duì)傳感器的工作環(huán)境進(jìn)行改善，保證數(shù)控機(jī)床傳感器在無塵環(huán)境下良好地運(yùn)行，降低數(shù)控機(jī)械加工過程出現(xiàn)故障的概率，從而保證數(shù)控加工的效率。

3.7 提高數(shù)控機(jī)床內(nèi)部系統(tǒng)的潤滑性

在數(shù)控機(jī)械加工過程中，機(jī)床內(nèi)部系統(tǒng)的潤滑主要通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。設(shè)備故障因潤滑出現(xiàn)問題的概率較小，不過需要注意對(duì)數(shù)控機(jī)床潤滑油種類的選擇。根據(jù)數(shù)控機(jī)床使用的類型，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特性選擇相應(yīng)的潤滑油，重點(diǎn)關(guān)注潤滑油選擇和清理。例如，企業(yè)在應(yīng)用了數(shù)控機(jī)床后，需要先對(duì)數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料特性等進(jìn)行充分的了解，然后選擇合適的潤滑油對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行潤滑。需要注意的是由于潤滑油中不可避免地存在部分雜質(zhì)，潤滑油在使用一段時(shí)間后，容易產(chǎn)生沉淀進(jìn)而堵塞油泵，因此需要定期清理數(shù)控機(jī)床的油泵過濾芯，防止因油路堵塞影響數(shù)控機(jī)械加工的效率和部件加工的質(zhì)量。

圖1 數(shù)控加工優(yōu)化流程圖

3.8 提高數(shù)控機(jī)床配件的質(zhì)量

由于在數(shù)控機(jī)械加工過程中，機(jī)床使用的零配件和部分消耗品是機(jī)械加工制造中的重要部分，系統(tǒng)設(shè)備的有效連接需要這些零部件，因此，數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工的效率和質(zhì)量受到零部件質(zhì)量的影響。要想使數(shù)控機(jī)械加工效率得到良好的提高，需要對(duì)機(jī)床零配件的質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，也就是重視零配件的采購。在部件使用過程中，需要嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，對(duì)零部件進(jìn)行定期維護(hù)檢修，保證數(shù)控加工過程的順利。在零配件采購的過程中，要嚴(yán)格遵守相關(guān)的檢查制度，從而保證采購的質(zhì)量。同時(shí)，進(jìn)一步規(guī)范工作人員在加工過程中的操作，減少不必要的零部件損耗。

3.9 保證供氣質(zhì)量

數(shù)控機(jī)床屬于綜合性的系統(tǒng)，在運(yùn)行的過程中，會(huì)涉及氣壓、電氣以及液壓等[6]。如果供氣系統(tǒng)的壓力出現(xiàn)不足，就會(huì)影響數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的穩(wěn)定性，機(jī)械加工就不能順利進(jìn)行。由于供氣受阻，數(shù)控機(jī)械加工就容易出現(xiàn)機(jī)械刀具失控問題，故障發(fā)生后需要較長時(shí)間進(jìn)行維護(hù)處理，因此影響數(shù)控機(jī)械加工的效率。在數(shù)控機(jī)械加工過程中，為了有效地保證供氣質(zhì)量，技術(shù)人員可以設(shè)置專門的供氣系統(tǒng)，保證供氣穩(wěn)定，確保數(shù)控機(jī)械加工系統(tǒng)整體運(yùn)行正常，從而有效保證數(shù)控機(jī)械加工效率。

4 結(jié)語

總的來說，在機(jī)械加工制造領(lǐng)域中，數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)械產(chǎn)品加工制造實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，有效提高了企業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。由于現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用時(shí)，受到部分因素的影響，加工效率較低，影響了企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。因此，需要通過有效的措施提高數(shù)控機(jī)械加工的效率，進(jìn)而保障企業(yè)獲得長久健康的發(fā)展。