浅谈数控加工设备的研究
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【摘要】数控加工设备广泛应用大规模现代化生产中，其数控设备的效率问题一直也广受关注。本文就从发挥五轴设备的优势和数控加工设备合理布局两个方面来介绍提高数控加工效率的方法，希望能给从事相关研究人员参考。
【关键词】五轴设备；合理布局；效率
1 引言
近几年来，我国数控机床技术有了显著发展，数控机床的年产量在不断的上升，机床的产值数控化率将近30%。但我国数控设备加工运行中的数控应用效率还很低，即使在数控技术应用较好的航空航天部门也仅达到20%～30%的水平，与60%～80%的国际先进水平差距较大。本文就根据我国数控技术有限、数控设备加工效率低等情况，从数控加工设备入手，提出一些提高生产效率的方法。
2 提高数控加工效率的方法
高效数控加工是在保证零件精度和质量前提下，实现高设备利用率、高零件加工率和低成本，是加工时间、效率和成本三者相结合的一种高性能加工技术。本文从设备利用率入手，介绍发挥五轴设备的优势和数控加工设备合理布局两种方法，来提高数控加工效率。
2.1发挥五轴设备的优势
曲面加工主要是由数控铣床或加工中心等多轴联动机床来完成，对于复杂曲面，如叶片、空间凸轮等，需采用五轴联动机床方可完成加工，因此，在航空航天、汽车、模具模型等领域中，五轴加工技术被广泛采用。在五轴加工中如何减小加工误差、保证加工精度、提高生产效率一直是数控加工领域研究的课题。在曲面加工各环节中存在许多误差，产品精度低，次品量高。本文就根据实际情况，提出几种方法来提高曲面的加工精度，对曲面数控加工过程中的各误差源进行分析和控制，并合理、充分地利用五轴设备。
2.1.1选用合适的CAD/CAM软件，减少几何造型及编程误差
采用非CAD/CAM一体化软件时，则存在软件数据间的文件转换。设计制造软件较多，而应用范围各有不同，所以不同软件间的交互也是设计者必须考虑到的问题。如何将CAD软件中设计的模具零件图形输入到CAM软件中，再根据要求设置刀具参数和刀具路径，利用CAM软件自动生成Nc代码。但这种转换过程要作适当的调整。比如：很多CAM软件都接受DXF文件，但是CAD实体文件以DXF格式转化到CAM必须用CAD实体图形进行分解；3DMax文件以STI格式转化到MasterCAM中同样也需要做一些修正，因为在转化过程中可能会有数据的丢失。这样就需要在两个不同的软件中寻找一种最好的转换格式。
2.1.2优化走刀路径，合理选择刀具，减少刀路编程误差
在实际生产中，以球面刀作为加工空间自由曲面的主要工具已远远不能满足切削加工的需要。单凭球面刀一种工具来加工空间自由曲面，需经常更换磨损的刀具，切削效率低，生产成本高，而且加工质量差，直接影响产品更新换代的速率。以球面刀作为加工空间自由曲面的主要工具已远远不能满足切削加工的需要。单凭球面刀一种工具来加工空间自由曲面，需经常更换磨损的刀具，切削效率低，生产成本高，而且加工质量差，直接影响产品更新换代的速率。刀具形状与尺寸、零件表面几何形状与安装方位、走刀进给方向、允许的表面残余高度要求等都会对刀具路径产生影响。五轴加工中走刀路线常用的刀轴控制方式有垂直于表面方式、平行于表面方式、相对于表面方式等。因此，充分利用CAM软件可帮助用户合理控制刀具矢量、刀具轨迹的驱动，优化刀具路径。
2.2数控加工设备合理布局
加工设备的布局方法主要可分为三类：一是生产线式布局法，同流水生产线设备的布局相似。设备通常是按照产品的工艺顺序依次排列，适合于大批量，少品种的生产情况，对数控加工设备而言，其可能的布局方式实例有：数控车、数控铣、数控磨、加工中心等；二是功能布局法，加工设备按照功能特性分成几组，相同功能的机床设备被分为一组安置在一起，适合于小批量，多品种的生产情况。对数控加工设备而言，其可能的布局方式实例有：数控车、数控车、数控车……数控铣、数控铣、数控铣……数控磨、数控磨、数控磨……加工中心、加工中心、加工中心……；三是单元布局法，将加工设备划分成若干个生产子单元分布在整个车间，每个单元只加工一个或几个零件族。然后把各单元布置于生产车间的不同区域，对数控A E设备而言，其可能的布局方式实例有：将数控车、数控车、数控铣组成单元A，用于回转类零件及平面型腔类零件的加工；将数控磨、加工中心组成单元B，用于轴和平面的精加工及孔系的加工；同理可用某种数控加工设备组成单元c、单元D、单元E等。根据生产要求，在整个车间的不同位置分别布置单元A、B、c、D、E等。这种布局方法有利于从不同位置快速到达加工点，从而减少和改善物流量，常应用在生产波动频繁的环境中。
现代制造企业的生产模式正从大批量生产向更具柔性的中批量定制生产模式转变。这就要求数控加工设备在各方面具有更大的柔性。根据数控加工设备的加工特点，同时考虑到同功能数控加工设备的负荷平衡比较容易达到，我们提出数控加工设备的布局方法宜采用功能单元布局法，该法吸取了功能布局法与单元布局法的优点。具体方法分二步：一是子单元构建，将车间按功能分组规则分为各子单元，首先对这些子单元在车间平面进行单元布局，在子单元布局时，物流方面应优先考虑数控铣床；二是对子单元内的同功能设备进行布局。
以上介绍了发挥五轴设备的优势和数控加工设备合理布局，这些方式方法，我们有时可能会有所忽略，但是就是这小小的改善就能在很大程度上提高生产效率，让公司的生产效益有着显著的提升。
3 结语
目前，国内数控车间的很多设备其性能和生产效率还不是很高，有些要靠实际经验对数控设备进行合理的操作和改进，来提高生产效率。但是要从长远来看，要开展数控车间的体制、组织机构、生产活动控制的研究和应用开发，还有很多不能满足工业实际需求，尤其是缺乏灵活性和实用性，因此在现代先进的数控设备的基础上，融合先进的管理理念和信息技术，建立基础工程数据库已成为提高数控加工效率的重要研究内容。