高效数控加工技术应用探讨

周金玉

摘要：近几年，我国高效数控加工技术发展迅速，但与欧美等制造业先进的国家相比还存在一定差距，如何提高数控加工的效率，促使现有的数控加工设备的功能得到最大限度的发挥，对于提高我国的制造业技术水平具有重要意义。文章就高效数控加工技术的应用进行了探讨，希望在提高企业数控加工效率方面能够有所借鉴。

关键词：高效数控加工技术；加工效率；制造业；数控加工设备；机械加工 文献标识码：A

中图分类号：TG659 文章编号：1009-2374（2016）20-0057-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.027

1 概述

随着机械加工制造技术的发展和进步，当前数控机床在制造企业内的应用广度和深度正在大幅度提高，很多企业通过引进新设备或者对原有的机床进行数控化改造，从而使得企业的生产质量和效率都得到了显著提高。现阶段，虽然我国的机械制造企业已经开始普遍应用数控机床，但这些机床在使用过程中的数控应用效率还比较低，与欧美等机械制造业发达的国家相比还有不小的差距。在这种背景形势下，如何最大限度地发挥数控机床的作用，提高数控应用效率引起了越来越多人的关注。本文结合笔者多年从事数控加工技术研究的心得和体会，就高效数控加工技术的应用问题进行了一些有意义的探讨，希望在提高企业数控加工效率方面能够有所借鉴。

2 高效数控加工技术概述

所谓高效数控加工技术并不是指单一的某项技术，而更应该看作是一项综合应用技术，它应该是通过对当前机械零件产品在加工制造过程中的各个环节进行分析，并找出其中制约加工效率提升的薄弱点，然后通过采取一系列的技术措施来进行改善的一个过程。笔者从以上定义进行扩展，认为高效数控加工技术应至少涵盖两个方面：一是提高数控机床的加工效率。这主要通过提高机床的主轴转速、工作轴的移动速度以及工件的移动速度等来实现；二是对零件的工艺规程和企业的生产管理进行优化，以达到高效加工的目的。总的来说，笔者认为高效数控加工技术应至少包含以下五个方面：

2.1 数控加工的管理技术

对于加工制造企业而言，要实现高效数控加工，并不是靠单纯引进一些数控机床设备就能实现的，还应该建立与之配套的数控加工管理体系。好的数控加工管理体系不仅可以对零件的工艺规程进行优化，还能对零件在加工制造过程中的调度、排产等进行优化。例如当生产任务确定后，科学的数控加工管理体系就可以根据加工任务的要求进行统筹安排，合理选择各个加工环节中所要用到的机床和刀具以尽量缩短等待时间，提高零件的加工效率。总之，如何通过实施有效的数控加工管理，从而使数控加工设备的功能得到最大限度的发挥，是实现高效数控加工过程的一个重要研究内容。

2.2 数控机床的组网技术

网络化是当前数控加工制造发展的一个主要趋势，尤其是随着物联网技术的广泛应用，对数控机床进行组网以实时获得各个设备的实际使用情况，从而为高效地数控生产管理提供了重要依据。在应用物联网技术对企业内部的数控机床进行组网的过程中，每一个数控机床设备都可以被看作是一个网络节点，生产管理人员在统筹安排生产时就可以通过对这些设备生产信息的查询来确定出最佳设备。此外，数控机床设备在实现组网后，技术人员直接就可以通过网络将NC程序快速输送到机床设备上，从而避免了手工输入可能带来的错误，在降低劳动强度的同时，也极大地提高了对数控机床设备的监测和管理能力。

2.3 高速切削技术

高速切削技术是实现高效数控加工的一个重要手段，它的加工效率甚至可以达到普通数控加工效率的3倍以上。现阶段，对高速切削技术的研究主要包括三个方面：首先，根据高速切削过程对工件变形的影响程度来对高速切削工艺进行优化，主要包括切削力、切削热以及切削参数等因素的影响；其次，针对不同的材料，研究切削参数对材料加工过程的影响，以确定出最佳的切削参数，从而有效提升零件的加工制造质量和效率；最后，针对高速切削技术的应用情况，研究与之相适应的加工策略，并在此基础上探索专门应用于高速切削过程的编程技巧。

2.4 加工过程仿真以及加工程序优化技术

现阶段，随着CAD/CAE/CAM一体化技术的发展和应用，机械零件从设计、分析到加工制造之间基本实现了无缝衔接。零件的CAD模型一旦确认，通过CAM系统就可以立即生成与之相对应的数控加工代码，从而可以有效地提高零件的加工制造效率。但系统直接生成的数控代码有时可能会存在问题，例如包含一部分的冗余程序，而这会降低加工效率，所以还必须对加工代码进行优化。首先，可以依据实际使用的机床、工件、刀具以及夹具等模型，直接就在CAM系统中建立加工过程模拟仿真系统；其次，在建立了加工模拟仿真系统后，可以将系统直接生成的加工代码输入到仿真系统中，对整个加工过程进行模拟，并检验加工过程中是否存在干涉问题，找出导致干涉问题出现的刀具路径错误；最后，根据模拟仿真结果，对冗余或错误的加工路径进行修正，并在此基础上实现对数控加工代码的优化，以切实提升零件的加工质量和效率。

2.5 柔性装夹系统

通过对当前数控加工技术的应用现状进行分析后可以发现，装夹时间在加工过程中的所占比例较大，而这成为了制约加工效率提升的一个主要原因。鉴于此，我们可以针对批量生产零件的结构特点，设计出专用的工装夹具或通用的柔性装夹系统，以缩短装夹时间、提高数控机床设备的利用率。

3 制约高效数控加工技术应用的因素

3.1 生产计划和调度

生产计划安排得不够合理，调度管理工作没有做好，导致一部分设备一直处于超负的工作状态下，而另一部分设备却可能出现空闲待工的问题。

3.2 工件、刀具、夹具、量具准备和配送管理

工件不能及时到达工位或者刀具、夹具以及量具等不能及时配送到位，这也会造成数控机床设备空闲待工时间的增大。

3.3 零件加工工艺、编程和优化

如果零件的生产工艺编制的不够合理，造成零件在加工制造环节需要频繁更换机床、刀具以及夹具，那么必然就会造成加工时间的延长。此外，数控加工代码如果没有经过合理优化，造成由此所产生的刀具运动轨迹包含有大量的冗余部分，例如空形程路径增多等，那么也会降低数控加工效率。

4 提高数控加工效率的方法

4.1 实施有效的生产计划管理和调度管理

技术人员在制定生产计划和实施调度管理时，需要对生产系统内所有加工设备的使用信息进行详细分析，并在此基础上制定出合理的生产计划，同时做好调度管理工作。此工作的重点在于尽量均分各个加工设备的负载，做到设备不待工或少待工。

4.2 建立一定量的机床辅助工具库

当前比较先进的数控加工中心已经开始配套建立刀具库。零件在加工过程中如果需要进行换刀，那么机床的自动换刀装置就可以实现不同型号刀具的快速更换，从而极大地提高了零件的生产效率。在此基础上，企业可以考虑给数控加工设备建立一定量的辅助工具库，除了刀具库外，还可以包括组合夹具库、机床易损件库等，从而实现在加工过程中可以快速调用各种辅助工序来提高加工效率的目的。

4.3 对工艺规程进行优化

在进行机械零件的工艺设计时，应该将加工效率也考虑在内，力求做到所定工艺路线能够尽可能地减少装夹次数和辅助时间，从而保障加工效率。此外，零件工艺操作排序还可以与调度管理进行集成，从而确保最终生成的零件工艺路线具有较高的加工效率。

4.4 提高数控编程质量、优化数控加工代码

通过应用数控加工模拟仿真系统，可以对零件加工过程中的问题做到及时发现，并在此基础上实现对加工代码的优化，力求做到少空形程、空切削，通过尽量减少切削路径的方式来提高数控加工的效率。

5 结语

近几年，我国的高效数控加工技术发展迅速，但与欧美等制造业先进的国家相比还存在一定差距，如何提高数控加工的效率，促使现有的数控加工设备的功能得到最大限度的发挥，对于提高我国的制造业技术水平具有重要意义，需要引起我们充分的重视。

参考文献

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