數(shù)控加工技術(shù)作為先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，在汽車(chē)、模具、航空航天、機(jī)械電子等制造領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，在科研和生產(chǎn)上極大地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用從整體上改善了傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展面貌。制造企業(yè)如何實(shí)現(xiàn)其高效數(shù)控加工的目的，一直是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)管理者、研究人員比較關(guān)注的核心之一。
數(shù)控技術(shù)作為引進(jìn)多年的先進(jìn)制造技術(shù)，其技術(shù)含量很高，涉及到多方面的內(nèi)容，包括數(shù)控加工編程的快速高效化、空間自由曲面多軸聯(lián)動(dòng)加工、難加工材料的切削、高速切削的應(yīng)用、數(shù)控工藝程序編制的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化等方面。數(shù)控加工的效率發(fā)揮在很大程度上和企業(yè)本身的技術(shù)管理模式相關(guān)，尤其是在早期階段，如何在短時(shí)間內(nèi)攻克一門(mén)新穎有難度的技術(shù)應(yīng)用難關(guān)，使其更好地發(fā)揮效率，是企業(yè)必須重視的主要問(wèn)題。
一、工藝技術(shù)的信息化建設(shè)
現(xiàn)有國(guó)內(nèi)企業(yè)工藝技術(shù)的管理都存在一些缺陷，企業(yè)沒(méi)有根據(jù)自身的實(shí)力和發(fā)展戰(zhàn)略采取有效的管理模式。工藝技術(shù)的信息化管理落后主要表現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造工藝信息資源共享不充分、數(shù)控工藝程序編制及管理混亂、數(shù)控工藝與普通工藝的結(jié)合性差、CAD/CAM軟件的應(yīng)用水平參差不齊、數(shù)控加工工藝與程序的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化程度低以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)控工藝、數(shù)控編程并行模式實(shí)現(xiàn)程度小等方面。針對(duì)制造工藝的信息化建設(shè)與管理要求，可從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工藝的信息化建設(shè)。
1. 產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝信息資源的共享
制造工藝的信息化建設(shè)最重要的是充分利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖形和文檔資源，充分利用企業(yè)產(chǎn)品成功的制造加工工藝經(jīng)驗(yàn)，如利用產(chǎn)品的三維圖形可減少數(shù)控編程人員的三維造型時(shí)間，而三維造型幾乎耗費(fèi)了數(shù)控編程50%的時(shí)間。建立刀具信息庫(kù)、難加工材料切削參數(shù)庫(kù)、裝夾定位信息、典型材料與零件的加工工藝與程序模板和專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)等有助于提高編程的質(zhì)量和效率，要充分利用PDM及網(wǎng)絡(luò)資源建立開(kāi)發(fā)企業(yè)內(nèi)部的工藝信息管理系統(tǒng)，共享一切可能利用的制造信息資源。
2. 數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的結(jié)合
數(shù)控工藝與普通工藝合理銜接，最重要的是針對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)狀態(tài)、批量要求、生產(chǎn)周期、加工精度、生產(chǎn)成本的不同特點(diǎn)分別采取不同的措施。在工藝方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)狀態(tài)、加工方式、工裝夾具的設(shè)計(jì)制造、刀具的選擇、粗精加工方式的結(jié)合、工序的集中劃分、企業(yè)的設(shè)備現(xiàn)狀與能力等方面來(lái)綜合考慮。實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要結(jié)合企業(yè)設(shè)備能力、技術(shù)工人和技術(shù)人員的水平等因素。針對(duì)研制產(chǎn)品和批生產(chǎn)產(chǎn)品的加工特點(diǎn)，采取適合各自要求的研制工藝與批產(chǎn)工藝對(duì)策，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的完美結(jié)合。
3. 數(shù)控工藝與編程的并行編制
在工藝的早期階段，數(shù)控程序編制介入變被動(dòng)為主動(dòng)，可很大程度上減少此類(lèi)型的錯(cuò)誤或風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)控加工只有在進(jìn)行產(chǎn)品的三維造型和數(shù)控程序的編制過(guò)程中，才能完全發(fā)現(xiàn)工藝和程序中存在的問(wèn)題，這是由于數(shù)控工藝和編制的程序必須保證能夠把合格的產(chǎn)品完全加工出來(lái)止，而不像普通工藝那樣，只要總體上沒(méi)有問(wèn)題，尺寸沒(méi)有遺漏，零件是否能夠完全加工合格取決于技術(shù)工人的經(jīng)驗(yàn)和水平。數(shù)控工藝程序并行模式的實(shí)現(xiàn)可從設(shè)計(jì)產(chǎn)品三維CAD模型的共享、數(shù)控工藝程序的單人負(fù)責(zé)制、數(shù)控技術(shù)工人參與數(shù)控程序的編制、數(shù)控加工工藝與程序的專(zhuān)項(xiàng)負(fù)責(zé)制等方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4. 數(shù)控工藝程序編制的規(guī)范化
數(shù)控工藝程序編制的規(guī)范化在一定程度上體現(xiàn)了企業(yè)自身數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的水平，通過(guò)規(guī)范化來(lái)約束數(shù)控程序的多樣化，進(jìn)而提高刀具軌跡的質(zhì)量，如在工藝中注明定位基準(zhǔn)、對(duì)刀基準(zhǔn)、坐標(biāo)系、刀具參數(shù)與切削參數(shù)等。可從二維輪廓的加工、三維曲面的加工、固定循環(huán)與子程序的使用、刀具補(bǔ)償、刀具軌跡粗精加工策略等多個(gè)方面進(jìn)行規(guī)范化編程。在典型零件的加工工藝經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立規(guī)范化的加工工藝模板與數(shù)控程序模板，可以大幅度提高工藝程序的質(zhì)量和產(chǎn)品的加工效率。
5. 數(shù)控工藝程序的數(shù)據(jù)庫(kù)管理
對(duì)不同型號(hào)產(chǎn)品零件、工裝夾具、模具的數(shù)控程序按工序工步的內(nèi)容、數(shù)控設(shè)備、刀具、程序清單等進(jìn)行基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的集中管理，避免傳統(tǒng)文件夾形式的管理的缺陷，既方便程序的二次使用、查詢、編輯修改等使用，又可節(jié)省數(shù)控人員的程序管理與查找時(shí)間，避免程序錯(cuò)誤使用，防止程序的丟失或同種產(chǎn)品數(shù)控程序的重復(fù)編制。
6. Vericut機(jī)床加工仿真軟件的應(yīng)用
對(duì)于五坐標(biāo)加工和加工量變化較大的場(chǎng)合，利用Vericut軟件可以實(shí)現(xiàn)避免碰撞干涉等優(yōu)化刀具軌跡的目的。
二、提高CAD/CAM軟件的應(yīng)用水平
CAD/CAM軟件的應(yīng)用水平是數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用水平的因素之一。數(shù)控編程時(shí)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)采取合理的造型編程模式。
1. 手工與CAM編程的結(jié)合
充分利用相關(guān)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)本身提供的編程模塊，如數(shù)控銑削加工矩形槽、U形槽、鉆孔循環(huán)，數(shù)控車(chē)削加工的端面、外圓循環(huán)加工，電火花機(jī)床的電極搖動(dòng)加工功能，線切割加工的放電工藝參數(shù)的專(zhuān)家選擇等，可大幅度提高數(shù)控編程的效率和正確性。
2. 選擇合理的CAM編程策略
在進(jìn)行產(chǎn)品加工模型的建立時(shí)，應(yīng)該針對(duì)產(chǎn)品加工對(duì)象的具體特點(diǎn)采取有效而簡(jiǎn)捷的措施。按產(chǎn)品加工的部位編程，多用于工序的內(nèi)容比較單一，且干涉較少的情形，如孔、凹槽、凸臺(tái)等特征多出現(xiàn)于對(duì)結(jié)構(gòu)零件的編程與加工中。對(duì)產(chǎn)品加工模型進(jìn)行整體造型，多用于加工工序的內(nèi)容比較多、干涉區(qū)域多、復(fù)雜曲面等特征的加工。
3. 數(shù)控編程模板的使用
利用CAM系統(tǒng)創(chuàng)建用戶自己的模板，并加以重復(fù)利用可大大提高編程效率。例如，制造模具時(shí)將加工凸模和凹模時(shí)的最佳工藝過(guò)程定義為加工模板，在加工新的相似產(chǎn)品對(duì)象時(shí)只需調(diào)用模板文件選擇所需的幾何體并啟動(dòng)這個(gè)流程即可，用戶通過(guò)加工向?qū)Э煞浅Ｈ菀椎貜哪０逯蝎@得專(zhuān)家級(jí)的制造過(guò)程指導(dǎo)，并通過(guò)簡(jiǎn)單的交互，快速生成數(shù)控加工刀具軌跡。
4. CAD/CAM專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用
利用CAD/CAM軟件的功能模塊，如鈑金設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、零件族設(shè)計(jì)、用戶自定義設(shè)計(jì)等專(zhuān)家設(shè)計(jì)知識(shí)，有助于減少產(chǎn)品的三維造型時(shí)間，從而提高數(shù)控編程的效率和正確性。
5. 專(zhuān)用后置處理程序的開(kāi)發(fā)
企業(yè)一般都存在數(shù)控系統(tǒng)的多樣性，如FANUC、SIMENSE、HEIDENHANE等，各數(shù)控系統(tǒng)各有優(yōu)點(diǎn)但互不兼容，很難做到統(tǒng)一。開(kāi)發(fā)企業(yè)現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的后處理程序，可在通用數(shù)控程序處理的基礎(chǔ)上，從機(jī)床配置、程序輸出格式、坐標(biāo)變換等方面，由具有軟件開(kāi)發(fā)和數(shù)控加工經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工程師對(duì)其進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)，確保在同一類(lèi)型的機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，在共享同一刀位軌跡的情況下，能輸出相應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工的程序代碼。
6. 設(shè)計(jì)合理的刀具軌跡
數(shù)控加工最終體現(xiàn)在刀具軌跡的快速、高質(zhì)量設(shè)計(jì)上，尤其是在模具毛坯除去量很大的情況下更為突出。傳統(tǒng)的方法一般是采用立銑刀進(jìn)行粗加工，采用球頭刀進(jìn)行半精加工與精加工。在粗加工時(shí)應(yīng)力求高效快速排量，充分利用普通設(shè)備與數(shù)控設(shè)備結(jié)合進(jìn)行。在進(jìn)行精加工時(shí)應(yīng)考慮企業(yè)模具鉗工的水平，選用合理刀具和步距，刀具和步距過(guò)大或過(guò)小都不利于產(chǎn)品的加工效率和制造成本。數(shù)控程序編制應(yīng)結(jié)合材料及加工余量來(lái)科學(xué)綜合考慮加工的切削參數(shù)，以等體積變速切削和高速切削為目標(biāo)，建立開(kāi)發(fā)常用材料刀具的切削工藝參數(shù)庫(kù)。
三、數(shù)控設(shè)備選型與功能開(kāi)發(fā)
數(shù)控設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)和使用在很大程度上決定了該設(shè)備潛能的發(fā)揮。很多企業(yè)在設(shè)備選型和購(gòu)買(mǎi)后在使用方面存在一些問(wèn)題，如設(shè)備的行程、精度、功能、可開(kāi)發(fā)的潛力等方面。尤其是數(shù)控設(shè)備朝高速、精密方向發(fā)展，在購(gòu)買(mǎi)高速機(jī)床時(shí)一定要考慮綜合成本、CAM軟件、經(jīng)驗(yàn)的積累與應(yīng)用水平。對(duì)于傳統(tǒng)難加工材料的變速或重力切削、一定要考慮主軸刀柄鋼性，盡量選用大型號(hào)，如BT50的銑削刀柄，同時(shí)要考慮機(jī)床功能的擴(kuò)展。另一方面，在設(shè)備本身功能與潛能的開(kāi)發(fā)、機(jī)床附件，如角度銑頭的應(yīng)用來(lái)擴(kuò)大機(jī)床的應(yīng)用范圍。針對(duì)數(shù)控設(shè)備的選型和機(jī)床功能的開(kāi)發(fā)使用，可從以下幾個(gè)方面開(kāi)展一些必要的工作。
1. 高中低檔數(shù)控設(shè)備的搭配
由于數(shù)控設(shè)備的價(jià)格相對(duì)昂貴，企業(yè)可根據(jù)自己的實(shí)際情況，在早期進(jìn)行數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，選用改造數(shù)控設(shè)備進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用投資，取得一定的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)后。再根據(jù)產(chǎn)品的加工特點(diǎn)，如材料狀態(tài)、類(lèi)型、精度、批量、周期要求等，配置合適的中高檔數(shù)控設(shè)備。
2. 設(shè)備的驗(yàn)收
很多數(shù)控機(jī)床其補(bǔ)償精度在高速加工的情況下出現(xiàn)較大的誤差，或者是主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的速度難以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致主軸因高溫?zé)龤У默F(xiàn)象發(fā)生。在進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)收時(shí)，除國(guó)家的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)外，可以附加企業(yè)自身產(chǎn)品加工要求的驗(yàn)收條件。
3. 設(shè)備功能開(kāi)發(fā)
設(shè)備功能的開(kāi)發(fā)涉及數(shù)控系統(tǒng)的掌握程度，刀具及工件材料與切削參數(shù)的合理匹配。例如，立式數(shù)控銑床安裝角度銑頭進(jìn)行臥式加工，數(shù)控銑床進(jìn)行鏜孔、攻螺紋加工，數(shù)控車(chē)削加工的固定循環(huán)，數(shù)控線切割機(jī)床和電火花機(jī)床的電加工參數(shù)的合理選擇等。
四、結(jié)束語(yǔ)
要提高產(chǎn)品制造的效率，實(shí)現(xiàn)快速制造還要涉及高技能人才培養(yǎng)、實(shí)行科學(xué)化的管理等方方面面，限于篇幅這里不再展開(kāi)。本文只是從技術(shù)的角度，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)的探討，希望能對(duì)大家有所幫助。
