數控加工設備的研究

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　　【摘要】數控加工設備廣泛應用大規模現代化生產中，其數控設備的效率問題一直也廣受關注。本文就從發揮五軸設備的優勢和數控加工設備合理布局兩個方面來介紹提高數控加工效率的方法，希望能給從事相關研究人員參考。

　　【關鍵詞】五軸設備;合理布局;效率

　　1 引言

　　近幾年來，我國數控機床技術有了顯著發展，數控機床的年產量在不斷的上升，機床的產值數控化率將近30%。但我國數控設備加工運行中的數控應用效率還很低，即使在數控技術應用較好的航空航天部門也僅達到20%～30%的水平，與60%～80%的國際先進水平差距較大。本文就根據我國數控技術有限、數控設備加工效率低等情況，從數控加工設備入手，提出一些提高生產效率的方法。

　　2 提高數控加工效率的方法

　　高效數控加工是在保證零件精度和質量前提下，實現高設備利用率、高零件加工率和低成本，是加工時間、效率和成本三者相結合的一種高性能加工技術。本文從設備利用率入手，介紹發揮五軸設備的優勢和數控加工設備合理布局兩種方法，來提高數控加工效率。

　　2.1發揮五軸設備的優勢

　　曲面加工主要是由數控銑床或加工中心等多軸聯動機床來完成，對于復雜曲面，如葉片、空間凸輪等，需采用五軸聯動機床方可完成加工，因此，在航空航天、汽車、模具模型等領域中，五軸加工技術被廣泛采用。在五軸加工中如何減小加工誤差、保證加工精度、提高生產效率一直是數控加工領域研究的課題。在曲面加工各環節中存在許多誤差，產品精度低，次品量高。本文就根據實際情況，提出幾種方法來提高曲面的加工精度，對曲面數控加工過程中的各誤差源進行分析和控制，并合理、充分地利用五軸設備。

　　2.1.1選用合適的CAD/CAM軟件，減少幾何造型及編程誤差

　　采用非CAD/CAM一體化軟件時，則存在軟件數據間的文件轉換。設計制造軟件較多，而應用范圍各有不同，所以不同軟件間的交互也是設計者必須考慮到的問題。如何將CAD軟件中設計的模具零件圖形輸入到CAM軟件中，再根據要求設置刀具參數和刀具路徑，利用CAM軟件自動生成Nc代碼。但這種轉換過程要作適當的調整。比如：很多CAM軟件都接受DXF文件，但是CAD實體文件以DXF格式轉化到CAM必須用CAD實體圖形進行分解;3DMax文件以STI格式轉化到MasterCAM中同樣也需要做一些修正，因為在轉化過程中可能會有數據的丟失。這樣就需要在兩個不同的軟件中尋找一種最好的轉換格式。

　　2.1.2優化走刀路徑，合理選擇刀具，減少刀路編程誤差

　　在實際生產中，以球面刀作為加工空間自由曲面的主要工具已遠遠不能滿足切削加工的需要。單憑球面刀一種工具來加工空間自由曲面，需經常更換磨損的刀具，切削效率低，生產成本高，而且加工質量差，直接影響產品更新換代的速率。以球面刀作為加工空間自由曲面的主要工具已遠遠不能滿足切削加工的需要。單憑球面刀一種工具來加工空間自由曲面，需經常更換磨損的刀具，切削效率低，生產成本高，而且加工質量差，直接影響產品更新換代的速率。刀具形狀與尺寸、零件表面幾何形狀與安裝方位、走刀進給方向、允許的表面殘余高度要求等都會對刀具路徑產生影響。五軸加工中走刀路線常用的刀軸控制方式有垂直于表面方式、平行于表面方式、相對于表面方式等。因此，充分利用CAM軟件可幫助用戶合理控制刀具矢量、刀具軌跡的驅動，優化刀具路徑。

　　2.2數控加工設備合理布局

　　加工設備的布局方法主要可分為三類：一是生產線式布局法，同流水生產線設備的布局相似。設備通常是按照產品的工藝順序依次排列，適合于大批量，少品種的生產情況，對數控加工設備而言，其可能的布局方式實例有：數控車、數控銑、數控磨、加工中心等;二是功能布局法，加工設備按照功能特性分成幾組，相同功能的機床設備被分為一組安置在一起，適合于小批量，多品種的生產情況。對數控加工設備而言，其可能的布局方式實例有：數控車、數控車、數控車……數控銑、數控銑、數控銑……數控磨、數控磨、數控磨……加工中心、加工中心、加工中心……;三是單元布局法，將加工設備劃分成若干個生產子單元分布在整個車間，每個單元只加工一個或幾個零件族。然后把各單元布置于生產車間的不同區域，對數控A E設備而言，其可能的布局方式實例有：將數控車、數控車、數控銑組成單元A，用于回轉類零件及平面型腔類零件的加工;將數控磨、加工中心組成單元B，用于軸和平面的精加工及孔系的加工;同理可用某種數控加工設備組成單元c、單元D、單元E等。根據生產要求，在整個車間的不同位置分別布置單元A、B、c、D、E等。這種布局方法有利于從不同位置快速到達加工點，從而減少和改善物流量，常應用在生產波動頻繁的環境中。

　　現代制造企業的生產模式正從大批量生產向更具柔性的中批量定制生產模式轉變。這就要求數控加工設備在各方面具有更大的柔性。根據數控加工設備的加工特點，同時考慮到同功能數控加工設備的負荷平衡比較容易達到，我們提出數控加工設備的布局方法宜采用功能單元布局法，該法吸取了功能布局法與單元布局法的優點。具體方法分二步：一是子單元構建，將車間按功能分組規則分為各子單元，首先對這些子單元在車間平面進行單元布局，在子單元布局時，物流方面應優先考慮數控銑床;二是對子單元內的同功能設備進行布局。

　　以上介紹了發揮五軸設備的優勢和數控加工設備合理布局，這些方式方法，我們有時可能會有所忽略，但是就是這小小的改善就能在很大程度上提高生產效率，讓公司的生產效益有著顯著的提升。

　　3 結語

　　目前，國內數控車間的很多設備其性能和生產效率還不是很高，有些要靠實際經驗對數控設備進行合理的操作和改進，來提高生產效率。但是要從長遠來看，要開展數控車間的體制、組織機構、生產活動控制的研究和應用開發，還有很多不能滿足工業實際需求，尤其是缺乏靈活性和實用性，因此在現代先進的數控設備的基礎上，融合先進的管理理念和信息技術，建立基礎工程數據庫已成為提高數控加工效率的重要研究內容。

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