数控机床应用现状分析.doc

目录1 前言32 数控机床应用国内外现状42.1数控机床应用的国外现状42.2数控机床应用的国内现状53 对现状进行分析63.1管理方面63.2技术方面63.2.1用户盲目选型，致使货不对路63.2.2零件生产高度离散73.2.3数控加工集成应用处于起步阶段73.2.4数控刀具系列化应用层次相对较低73.2.5数控工艺技术和产品检验技术积累有限73.2.6操作工技术水平和素质参差不齐84 改善现状的措施94.1管理途径94.1.1建立结构件数控加工单元，实现 “规模”生产。94.1.2严格用人制度，提高操作人员队伍素质。94.1.3加快数字化车间的建设步伐，提高综合管理水平。94.2技术途径104.2.1合理选择加工工艺路线104.2.2做好数控机床刀具的选用与编程144.2.3提高数控从业人员综合素质154.2.4做好传统加工与数控加工合理衔接工艺工作165 结束语18参考文献：19数控机床应用效率分析机械制造及自动化0601班 韩强指导教师：王家忠摘要：从数控机床的国内外现状出发，介绍了我国数控机床应用与世界先进国家的差距，讨论了数控机床应用效率不足的原因，并从管理途径和技术途径提出改善的措施。旨在为数控机床更加合理有效的应用提供参考。关键词：CAM 效率 数控机床 局限性 The analysis of CNC efficiencyAbstract: From the present situation of CNC machine, CNC machine applied in China are introduced with the advanced countries, discusses the application of CNC machine efficiency, and insufficient from management ways and technical ways to improve the measures. Aimed at nc machine more reasonable and effective application of reference.Key words: CAM Efficiency Numerical control machine Limitations21 前言当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近300万台），但我们的机床数控化率仅达到19左右，这与西方工业国家一般能达到20的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床30004000台，日本1年产5万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投入80100亿资金，但得到的经济效益将是投入的510倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入68亿元，用于对1218万台机床的数控化改造1。数控加工作为机械加工的先进形式，在很多行业得到了推广和应用，但数控加工本身也面临一个很大的问题，即数控设备的资产原值较大，一台未能充分发挥其性能的数控设备不仅会成为制约产品加工的瓶颈，也会成为企业经营的负担，因此，无论从技术进步的角度还是从企业经营的角度，提高数控效率都是一个永恒的话题2。2 数控机床应用国内外现状2.1数控机床应用的国外现状数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点3。 美国的特点是，政府重视机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床，也为中小企业生产廉价实用的数控机床(如Haas、Fadal公司等)。其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，於1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。特别讲究“实际”与“实效”，坚持“以人为本”，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，於1956年研制出第一台数控机床后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对用户产品、加工工艺、机床布局结构、数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。 日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出於蓝而胜於蓝。日本也和美、德两国相似，充分发展大量大批生产自动化，继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。在策略上，首先通过学习美国全面质量管理(TQC)，变为职工自觉群体活动，保产品质量。进而加速发展电子、计算机技术，进入世界前列，为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机床的过程中，狠抓关键，突出发展数控系统。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一4。 2.2数控机床应用的国内现状纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩： a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。b.初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下:a.技术水平上，与国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大。b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后5。3 对现状进行分析3.1管理方面在对数控设备的使用过程中，对数控机床的应用应该有一定的认识，如何能最大限度地发挥数控机床的加工效率，有一些问题必须要解决。目前企业中，尤其是国企中的基层技术干部、管理干部对数控机床加工的原理、数控系统的特性不了解，对零件加工工艺和程序的编制生疏，无法对数控设备进行科学的管理。先进的加工方法，落后的管理手段极大地影响了数控机床效率的发挥。 数控加工操作人员大部分来自普通机加工工人，文化素质参差不齐，在对数控设备的应用中套用普通设备加工的思路，对数控机床高速切削的特性、数控刀具的选择、切削参数的选择缺乏科学性，加工程序的优劣及加工效率的高低完全取决于操作工人素质的高低，也就不能最大限度地发挥数控设备的加工效率。由于特定的原因，数控设备的系统繁杂，设备档次不齐，给技术人员、操作人员的应用和编程带来很大困难，大大限制了零件的转移加工。一般的系统内存容量都不是很大，在加工零件种类繁多时，大量的加工程序因为无法存储而不得不进行反复的删除和键入，有限的系统资源有时甚至无法存储一个完整复杂零件的加工程序。频繁重复的零件准备工作浪费了大量的工作时间，直接影响了数控机床的效率。加工程序反复编制也影响了程序的稳定性。由于大量的加工程序是使用手工编制的，对复杂面的计算难于保证它的准确性，也难于保证零件的加工要求，甚至出现废品。现在企业大部分建立了自己的局域网，在计算机中大量使用了CAD/CAM软件，而现在企业也正逐步实现CIMS管理体系，但基层缺乏与上层技术部门衔接的环节，因而无法获得技术部门的有力支持6。3.2技术方面 对数控设备应用效率的评价可以分解为评价其在制度工时内设备主轴有多少时间被用于切削加工，在主轴加工的时间段内有多少材料被去除，在度量时间段内加工的产品中合格品的数量是多少。主轴用于切削的时间越长、材料的去除率和产品的合格率越高，则设备的应用效率越高。由前文的分析，影响数控设备应用效率提高的因素可归结为设备故障因素、生产管理因素、工艺技术因素、数控刀具因素和人员技能因素等5 个方面。对于国内各航空主机厂，虽然近年来数控设备的应用水平得到了快速的发展，尤其在数控工艺技术研究应用方面取得了较大的进步，同时，国产数控刀具的品质也有了大幅度提高，但从整体来说，仍与世界先进企业存在较大差距，具体表现如下：3.2.1用户盲目选型，致使货不对路选型存在盲目性，不考虑投资效益和经济性，不考虑性价比，盲目追求先进；选型存在片面性，片面讲究功能齐全；数控机床选型混乱，数控机床类型、规格不配套，致使技术后援难度增大；购置后发现货不对路，数控机床类型、规格、精度与企业产品不适应，购买后使用成本太高或加工范围小；购置数控机床只重视主机性能，而忽略附件和刀具配套。盲目购置的数控机床，往往无加工对象，致使设备常年闲置，或用来加工一些得不偿失的零件，根本谈不上有什么加工效率与效益。3.2.2零件生产高度离散国内各机械厂的生产线建设水平参差不齐，投入资金也各不相同，同时在本厂内部产品的分工上以机加、钣金、表面处理等专业为基本单位，数控车间承担的产品几乎涵盖了所有制件，基本不存在结构件数控加工单元，结果一方面造成了厂际甚至厂内能力的重复投资，更严重的是，受到各型号制件批量的限制，同一台数控设备承担了大量结构类型存在较大差异的零件，生产组织过程中大量的时间浪费在了零件和夹具的换装等重复性工作中，各厂内部的分工和组织仍然沿用了类似于型号研制生产的分工和生产组织形式，并未从根本上解决离散的生产模式问题7。3.2.3数控加工集成应用处于起步阶段国内目前在CAD、CAPP、CAM、DNC、MES 和ERP 等数字化工具和平台的应用和建设方面投入较大，也取得了初步的成效，但在应用过程中仍然不同程度上存在着信息孤岛现象，并未实现真正意义上的数字化工厂，在生产计划安排、生产组织和过程监控等各个环节仍然以现场式的调度管理为主，不可避免地存在着计划脱节、生产准备滞后等问题，增加了数控设备的停机等待时间。 3.2.4数控刀具系列化应用层次相对较低数控设备属于制造企业的优质资源，为了充分发挥其资源优势，配套使用的刀具等工具的品质应得到严格保证，国外企业普遍使用了专业刀具制造商的系列化高品质刀具，而目前国内各厂均有着一定规模的专用刀具设计制造能力，为了“有效”发挥自有刀具的设计制造能力，使得理应实现通用化的数控刀具一直在专用化的道路上徘徊，部分数控车间仅能在一些关键产品上采用通用刀具，造成企业的数控切削参数库建设难以实际开展，仅有的数据也难以推广，材料切除率长期维持在较低的水平，同时，低品质刀具的长期使用也会在一定程度上影响设备主轴的寿命，对设备的完好率造成负面影响。3.2.5数控工艺技术和产品检验技术积累有限改革开放以来，国内制造企业普遍对发展先进的加工技西飞公司零件数控加工技术不遗余力，在数控加工技术方面有了相当的工艺技术积累，但在加工变形预测和控制等方面仍以经验为主，在数控产品的过程控制和检验等环节的发展上也滞后于工艺技术的进步，目前，在部分机械厂仍然存在着数字化加工的产品以模拟量进行检测的现象，也存在着对数控产品不加区分地完全使用三坐标数控测量机进行检测的现象，工艺技术的有限积累和落后的检验技术直接造成了加工流程的复杂化，既增加了零件装卸等的辅助时间，也增加了停机测量等的辅助时间，降低了设备的利用率。国外统计，手工编制程序，一个零件的编制时间与机床实际加工时间之比约30：1，数控机床不能开机的原因2030是由于加工程序一时编制不出而耽搁的。目前，绝大多数企业虽然采用了CAD/CAM软件编制程序，使得编制程序的加工效率有了很大的提高，但由于企业编程人员少，或编程人员对软件掌握的熟练程度差，加工程序不能及时编制出来的现象，仍然十分普遍。此外，编程人员机械加工经验欠缺，编制程序不合理，返工重复编程的现象十分突出，也在一定程度上造成了编程效率的低下8。3.2.6操作工技术水平和素质参差不齐数控操作工的职责是换装夹具、装卸零件、准备刀具和操作机床调用数控程序并监控加工过程等，由于在生产过程中存在着误操作引起的零件超差等事故，或使用同样的设备加工同样的产品时不同的操作工加工的产品品质和生产进度存在较大差异等现象，管理层对数控操作工的机床操作资格、操作技能等已给以予了越来越多的重视，操作工的资格培训、技能培训等工作得到了关注。机床维护人员要么只能排除机械部分的故障、要么只能排除电器部分的故障、要么只能排除数控系统方面的故障，对数控系统了解仅局限在一种或两种；数控机床操作人员综合素质低，现在很多的操作人员根本不懂得数控加工的原理，不会编制数控加工程序，操作者不会磨刀，就像当代很多理发师不会刮胡子一样普遍；企业工艺人员综合素质低，很多企业工艺从业人员主要有两类：普通工艺人员与数控工艺员，普通工艺员负责零件加工工艺流程的编制，数控工艺人员负责数控程序的编制，普通工艺人员往往没有数控加工方面的知识，而数控工艺人员又缺乏对普通工艺的应有了解，致使传统加工与数控加工衔接不合理，使得数控机床的加工效率降低。 4 改善现状的措施如果想真正发挥数控机床的高效率就必须从加强对数控机床的管理及普及对数控机床的应用技术着手。有必要对基层技术管理干部进行高质量的培训和考试，让基层技术管理干部真正了解数控系统的加工原理、数控工艺及数控程序的编制。改变数控机床单机操作的方式。提高数控设备的应用效率，必须同时提高设备的利用率、材料去除率和零件的合格率，基于目前国内航空企业在数控设备使用方面存在的差距，其根本的解决方法是同时提高管理水平和技术水平。具体途径分析如下： 4.1管理途径4.1.1建立结构件数控加工单元，实现 “规模”生产。一方面，基于现有的工艺布局，各企业内部的零件加工路线分工和数控车间内部的机床任务安排应尽量按照零件的结构特性分类来布置，建立成组生产单元，以提高生产准备效率和操作工的熟练度；另一方面，在制造工业内部进行能力规划，逐步在各厂建立工作包或部件加工单元，形成类似于空客公司的协作生产组织形式，以降低企业的重复投资，并进一步简化同类型零件的数控加工流程，提高数控生产准备效率和整体数控技术应用水平。 4.1.2严格用人制度，提高操作人员队伍素质。改变传、帮、带的传统数控操作工培训模式，建立严格的数控操作人员上岗制度，要求上岗前必须对所操作设备的各项性能、操作注意事项等进行全面掌握，对所加工零件的结构特点、难点、加工流程以及加工注意事项在加工前全面了解，避免边学边干的现象，杜绝操作失误、消除操作差异、提高设备利用率及产品合格率。 “借用”设备制造商能力，提高设备完好率。国内企业的数控设备目前基本以自主维护和维修为主，只在极个别的故障情况下才会向设备供应商求援，基于目前技术水平和设备完好率较低的实际状况，各企业应针对关键设备与设备供应商签订定期维护的协议，并对关键零部件加大库存，一方面确保设备状况的完好，另一方面可以通过现场的协作与沟通提高设备自主维护和维修的技术水平9。4.1.3加快数字化车间的建设步伐，提高综合管理水平。 数控机床的管理主要包括对设备的维护、设备的平面布置、机床与机床之间及机床与工作站之间的通讯管理等诸多方面，科学的管理是提高数控机床加工效率的最重要的手段之一。由于各方面的原因，企业或者车间拥有的数控机床的种类多，数控系统各不相同，设备的档次参差不齐；又由于数控加工的柔性大，所加工的产品对象种类繁多。这些都给数控设备的使用和管理带来了一定的难度（如笔者所在的单位有数控铣、数控车、石墨加工中心、五坐标龙门铣、车削中心、数控磨削、线切割、电火花、数控精密冲床等，而且各种类型的机床进口和国产的都有；它们所配备的数控系统有Fanuc、Simens、Deckel Maho、Charmilles等各不相同，即使是Fanuc的数控系统也存在版本不一致的问题）。随着数控机床数量的增加，数控机床的联网通讯可将所有的数控程序、数控系统参数以及PLC程序都备份到计算机中，从而保护了系统资源；保证了数据的准确性，又大大地提高了工作效率。通过DNC控制，可解决系统内存太小的数控机床不能执行较大的数控程序的问题；通过建立车间内部计算机与数控机床的局域网，可实现CAD/CAM设计和数控加工整个过程的计算机管理。因而建立起一套合理的设备、网络管理体系是十分必要的。搞好企业或车间数控机床的管理，建议从如下几个方面入手：将数控设备、刀具夹具等按相应的方式分为不同的组分类管理，建立车间级的MIS系统；建立合理的维护保养体系；建立合理的设备使用和管理日志；实行专人负责、小组分工和车间管理相结合的管理模式；建立一套合理的监督、考核体系；建立行之有效的网络管理方案；机床平面布局合理，确保物流畅通，减少周转、搬运等辅助时间10。4.2技术途径加快工艺、程编及仿真技术的研究应用步伐。简单合理的工艺流程、合理的加工刀具轨迹和准确的加工预测是实现高效数控加工的前提和基础，可以通过厂所协作等模式将行业先进的理论和世界先进的技术转化为国内企业的自主技术，以尽快缩短与世界先进水平的差距。加大数控刀具技术应用及企业切削参数库的建设力度。提高设备的材料去除率，唯一的途径就是在不影响设备正常使用的前提下提高切削用量，因此，一方面，在零件结构允许的情况下尽量使用大直径刀具，对提高材料去除率非常有效，同时，使用高品质的刀具进行高速切削也是控制变形、提高材料去除率的有效方法。对高档的数控设备，高品质的数控刀具和合理的切削参数至关重要，但切削参数本身与机床性能、刀具系统性能、被加工材料、加工方式甚至零件结构等均有直接关系，各企业必须建立针对本企业产品、设备和工具系统的切削参数，才能起到实际的效果。加快检验技术的研究应用，简化加工流程。在产品加工已初步实现数字化的现实情况下，全尺寸检验的主导思想和检验手段必须改变，以进一步减少数控机床辅助停机时间、简化工艺流程。加快机床维修技术的进步，不断提高数控设备的完好率.3具体提出以下方法：4.2.1合理选择加工工艺路线与普通机床相比，数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。在对加工工艺进行认真和仔细的分析后，制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短，由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。(1)加工工序选择在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。(2)加工路线的确定在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。影响走刀路线的因素很多，有工艺方法、工件材料、加工精度及表面粗糙度要求、工件刚度、加工余量，刀具的刚度、耐用度及状态，机床类型与性能等，加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。下面分析铣削圆弧常用加工路线：11在图1中应用G02（或G03)指令加工圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。所以，在实际加工圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才得所需圆弧。在图1中为加工圆弧的三种走刀路线，a图表示为同心圆形式，b图表示为梯形形式，c图表示为三角形形式。不同形式的切削路线有不同的特点。程序段数最少、走刀路线最短、计算和编程最简单的为等径圆形式（可利用程序循环功能），其余依次为三角形梯形及梯形形式；金属切除率最高、切削力分布最合理的为梯形形式；而精车余量均匀的为同心圆形式。图1加工圆弧（3）车螺纹时轴向进给距离的分析车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加2mm5mm的刀具引入距离和1mm2mm的刀具切出距离，如图2所示，这样保证切削螺纹时，在升速完成后刀具接触工件，而刀具离开工件后再降速。图2车螺纹（4）轮廓铣削加工路线的分析对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，来提高内孔表面的加工精度和质量。（5）多孔加工路线的分析12对于位置精度要求精度较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。如图3所示，工件的4个孔的孔距要求精确，设编程坐标系原点在工件中心点，对刀点(程序起点)也为同一点。如刀具移动路线为a图所示，则会产生反向间隙，如改为b图所示，即某方向的尺寸保持连续递减或递增趋势，就可消除机床反向间隙。图3多孔加工路线（6）采用非常规加工工艺提高效率由于受到长期应用传统机床加工工艺的影响，在数控机床的应用中往往摆脱不了传统工艺的约束，或是在加工程序的编制中受到使用循环程序（如镗孔循环程序G85和G87、车端面循环程序G94以及车外圆内孔循环程序G90）的约束，加工零件同一部位（如端面、内孔或外圆等）时，往往采用单一固定的主轴转速和进给量进行编程加工。在粗加工、半精加工中，在设备、刀具和夹具已确定的前提下，主轴转速、进给量和切削深度往往受到刀具的制约，如刀具易崩刃时，经常采用降低主轴转速、减少进给量或切削深度的方法来解决，同时也带来生产效率降低和加工成本提高的负面影响。摆脱传统加工工艺和加工编程编制方法的约束，根据各种不同类型的零件，按加工部位的形状进行分类，在零件的加工过程中，在设备、刀具和夹具已确定的前提下，线速度、进给量和切削深度是影响生产效率、刀具耐用度、表面粗造度及尺寸精度的主要变量，运用非常规的加工工艺和编程方法解决好它们之间的关系。非常规加工工艺和编程方法其关键技术主要在于打破传统加工工艺采用固定的线速度和进给量进行加工的约束（因为以往使用的普通机床和专用机床主轴转速和进给量在切削过程中一般无法改变其大小），充分发挥数控机床可恒线速加工、主轴变速和进给量变速快且灵活的优势，使选择的切削用量适应于不同切削条件下刀具切削性能的要求，采用非常规工艺和非常规加工程序的编程方法进行加工，使生产效率和刀具耐用度达到最佳效果，从而降低生产成本13。如图4所示的无断续切削的端面车削加工：图4无断续切削的端面车削加工如按传统工艺，用单一固定转速和进给量编程，线速度一般和使用的刀具、设备、夹具等进行确定，用G90固定循环编程。由于切入段和切出段刀具出现冲击，线速度、进给量和切削深度被迫减少，达不到最佳效果。如采用非常规加工工艺编程，用G96恒线速编程（主轴转速变速），适应刀具线速度要求；用G01分段编程切削，切入段、中间段和切出段采用不同的恒线速和进给量编程，切入段和切出段采用低切削速度和小进给量，避免刀具受到大的冲击而崩刃，提高刀具的耐用度，减少刀具损耗；中段采用高恒线速度和大进给量切削，提高生产效率，主轴转速与进给量与常规比有一定提高。加工时间比原来按传统工艺编程缩短1/61/3。在数控切削过程中，虽然切削到任何部位都可随心所欲地进行主轴变速或进给量改变。但在实际应用中，在切削加工同一部位的粗加工、半精加工时，可进行进给量的改变，而在精加工时不应改变进给量，因为进给量改变，加工尺寸的大小会受到影响。在生产中，主轴变速或进给量改变需根据实际情况灵活使用。在数控机床的长期应用中，通过不断地探索和实践，在加工工艺和编程上，非常规加工工艺和编程方法，使数控机床的功能得到充分发挥，不仅提高了生产效率和产品质量，也降低了刀具消耗14。4.2.2做好数控机床刀具的选用与编程数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工质量，而且直接影响加工效率。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成，要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，正确选择刀刃具及切削用量。（1）数控加工常用刀具的原理及种类数控车床的工作原理是将加工过程所需要的各种操作例如主轴变速、工件的松开和夹紧、进刀和退刀、开车与停车、自动关停冷却液等和步骤以及工件形状尺寸用数字化的代码来表示。通过磁盘或网络等介质，将数字信息送入到数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制车床的伺服系统或者其它驱动组件，使车床自动加工出所需要的工件。数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具；其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹或转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%-40%，金属切除量占总数的80%-90%15。（2）数控加工刀具的选择刀具的选择是在数据控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄(4种规格)2种,共包括16种不同用途的刀柄。在经济型数控机床的加工过程中,由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行,占用辅助时较长,因此,必须合理安排刀具的排列顺序。一般遵循以下原则：尽量减少刀具数量;一把刀具装后,应完成其所能进行的所有加工步骤;粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具铣后钻；先进行曲面精加工,后进行二维轮廓精工；在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自换刀功能，以提高生产效率等16。(3)加工过程中切削用量的确定合理选择切削用量的原则：粗加工时,一般提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本精加工时,应在保证加工质量前提下,兼切削效率、经济性和成本。具体数值应根据机床明书、切削用量手册,并结合经验而定。具体要考以下几个因素：切削深度t。在机床、工件和刀具度允许的情况下,t就等于加工余量,这是提高生率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和面粗糙度,一般应留一定的余量可略小于普通机切削宽度L。一般L与刀具直径d成正比,与切削度成反比。经济型数控机床的加工过程中,一的取值范围为:L=(0.6-0.9)d；切削速度v。v越大产率越高；但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚3Ni2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的铣刀铣削铝合金时，v可选200m/minn以上；主转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来定。计算公式为：v=nd/1000。数控机床的控制面上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工程中对主轴转速进行整倍数调整；进给速度Vf。应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及具和工件材料来选择。Vf的增加也可以提高生产率。加工表面粗糙度要求低时，vf可选择得大些加工过程中，vf也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备和进给系统性能等的限制。4.2.3提高数控从业人员综合素质人的因素是做事成败的关键，数控从业人员综合素质的高低对数控机床加工效率同样具有决定性的作用。一台高效的数控机床，由一群毫无数控知识的人来管理、来操作，数控机床的功能与作用必定得不到应有的发挥。数控从业人员包括数控机床的操作者、机床维护人员、数控编程员等，其中，数控编程员水平的高低对提高数控加工效率起着决定性的作用。提高数控编程人员的综合素质是许多企业亟待解决的问题，现在许多企业的领导在选择数控编程员时，存在着认识上的误区，一般热衷于将那些刚从大专院校毕业或从业不久的大学生安排在该岗位，认为现在数控程序一般是运用CAD/CAM软件编程，大学生的知识面新、接受能力强，在短时期内，完全可以胜任数控编程工作，这种认识是十分偏面的。的确，运用CAD/CAM软件创建一个一般复杂程序零件的模型或编制一个符合于零件几何形状的数控程序是很简单的。但要将一个程序编制得合理、可操作性强或高效，却不是一件容易的事。数控编程员只有具备了丰富的机械加工经验和数控加工方面的知识，才能成为一个合格编程员。机械加工经验只能从生产实践中获得，由于编程员缺乏机械加工方面的基本知识，所编制的程序不合理、编制的程序加工效率不高，甚至于无法使用，在目前的许多企业非常普遍。一个编程员水平的高低，反映在处理加工细节方面的能力，只有具有了丰富加工经验的工艺员才是处理细节方面的高手。所以，笔者认为，企业选择数控编程员最佳人选应是那些在企业从事了多年传统工艺工作的工艺人员。这些人在企业从事工艺工作的时间长，机械加工经验丰富，学习能力强，考虑问题比较全面，编制的数控程序会相对合理、可操作性强，可以做到传统加工与数控加工的合理衔接，从而使企业普通机床与数控机床的潜能得到最大限度的发挥17。数控机床的操作者是数控程序的执行者，数控机床的操作对操作者的技术依赖性低，一个文化水平较高，稍具机械加工常识的人，稍加培训，在几个月的时间内便可成为一个合格的数控机床操作者。前几年，在选择数控机床操作者的时候，有的企业领导也存在认识上的误区，以为先进的数控设备只有那些在普通设备上工作了多年的技师级人物才可驾驭，领导喜欢把那些年龄稍大，普通机床上的技术骨干安排到数控机床操作岗位，结果，致使企业普通机床潜力得不到应有的发挥（普通机床对操作工的技术依赖性强，新手短期内很难上手），甚至于闲置，而这些人往往文化水平较低，接受新知识的能力差，在数控机床操作岗位短时期内很难进入角色，其结果是使得企业的普通设备与数控设备的作用都得不到应有的发挥。好在随着企业数控机床的普遍运用，许多企业领导都认识了这一用人上的误区。现在，在企业操作数控机床的从业者，绝大多数都是那些刚从学校毕业不久的大中专生或技校生。提高数控从业人员素质，可以采取以下几种办法：派从业者参加各种类型业务培训班与讲座；加强与内外有关人员的技术交流；多学习有关专业书籍等。当然，提高业务素质的关键是从业者本人。从业者要爱岗敬业，多学习、多实践，日积月累，业务水平自然会得到长足提高。4.2.4做