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數(shù)控加工設(shè)備的研究
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【摘要】數(shù)控加工設(shè)備廣泛應(yīng)用大規(guī)模現(xiàn)代化生產(chǎn)中，其數(shù)控設(shè)備的效率問題一直也廣受關(guān)注。本文就從發(fā)揮五軸設(shè)備的優(yōu)勢和數(shù)控加工設(shè)備合理布局兩個方面來介紹提高數(shù)控加工效率的方法，希望能給從事相關(guān)研究人員參考。
【關(guān)鍵詞】五軸設(shè)備;合理布局;效率
1 引言
近幾年來，我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)有了顯著發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的年產(chǎn)量在不斷的上升，機(jī)床的產(chǎn)值數(shù)控化率將近30%。但我國數(shù)控設(shè)備加工運(yùn)行中的數(shù)控應(yīng)用效率還很低，即使在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用較好的航空航天部門也僅達(dá)到20%～30%的水平，與60%～80%的國際先進(jìn)水平差距較大。本文就根據(jù)我國數(shù)控技術(shù)有限、數(shù)控設(shè)備加工效率低等情況，從數(shù)控加工設(shè)備入手，提出一些提高生產(chǎn)效率的方法。
2 提高數(shù)控加工效率的方法
高效數(shù)控加工是在保證零件精度和質(zhì)量前提下，實(shí)現(xiàn)高設(shè)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(jié)合的一種高性能加工技術(shù)。本文從設(shè)備利用率入手，介紹發(fā)揮五軸設(shè)備的優(yōu)勢和數(shù)控加工設(shè)備合理布局兩種方法，來提高數(shù)控加工效率。
2.1發(fā)揮五軸設(shè)備的優(yōu)勢
曲面加工主要是由數(shù)控銑床或加工中心等多軸聯(lián)動機(jī)床來完成，對于復(fù)雜曲面，如葉片、空間凸輪等，需采用五軸聯(lián)動機(jī)床方可完成加工，因此，在航空航天、汽車、模具模型等領(lǐng)域中，五軸加工技術(shù)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(chǎn)效率一直是數(shù)控加工領(lǐng)域研究的課題。在曲面加工各環(huán)節(jié)中存在許多誤差，產(chǎn)品精度低，次品量高。本文就根據(jù)實(shí)際情況，提出幾種方法來提高曲面的加工精度，對曲面數(shù)控加工過程中的各誤差源進(jìn)行分析和控制，并合理、充分地利用五軸設(shè)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(shù)據(jù)間的文件轉(zhuǎn)換。設(shè)計制造軟件較多，而應(yīng)用范圍各有不同，所以不同軟件間的交互也是設(shè)計者必須考慮到的問題。如何將CAD軟件中設(shè)計的模具零件圖形輸入到CAM軟件中，再根據(jù)要求設(shè)置刀具參數(shù)和刀具路徑，利用CAM軟件自動生成Nc代碼。但這種轉(zhuǎn)換過程要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。比如：很多CAM軟件都接受DXF文件，但是CAD實(shí)體文件以DXF格式轉(zhuǎn)化到CAM必須用CAD實(shí)體圖形進(jìn)行分解;3DMax文件以STI格式轉(zhuǎn)化到MasterCAM中同樣也需要做一些修正，因為在轉(zhuǎn)化過程中可能會有數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換格式。
2.1.2優(yōu)化走刀路徑，合理選擇刀具，減少刀路編程誤差
在實(shí)際生產(chǎn)中，以球面刀作為加工空間自由曲面的主要工具已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jīng)常更換磨損的刀具，切削效率低，生產(chǎn)成本高，而且加工質(zhì)量差，直接影響產(chǎn)品更新?lián)Q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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jīng)常更換磨損的刀具，切削效率低，生產(chǎn)成本高，而且加工質(zhì)量差，直接影響產(chǎn)品更新?lián)Q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(jìn)給方向、允許的表面殘余高度要求等都會對刀具路徑產(chǎn)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(qū)動，優(yōu)化刀具路徑。
2.2數(shù)控加工設(shè)備合理布局
加工設(shè)備的布局方法主要可分為三類：一是生產(chǎn)線式布局法，同流水生產(chǎn)線設(shè)備的布局相似。設(shè)備通常是按照產(chǎn)品的工藝順序依次排列，適合于大批量，少品種的生產(chǎn)情況，對數(shù)控加工設(shè)備而言，其可能的布局方式實(shí)例有：數(shù)控車、數(shù)控銑、數(shù)控磨、加工中心等;二是功能布局法，加工設(shè)備按照功能特性分成幾組，相同功能的機(jī)床設(shè)備被分為一組安置在一起，適合于小批量，多品種的生產(chǎn)情況。對數(shù)控加工設(shè)備而言，其可能的布局方式實(shí)例有：數(shù)控車、數(shù)控車、數(shù)控車……數(shù)控銑、數(shù)控銑、數(shù)控銑……數(shù)控磨、數(shù)控磨、數(shù)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(shè)備劃分成若干個生產(chǎn)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(chǎn)車間的不同區(qū)域，對數(shù)控A E設(shè)備而言，其可能的布局方式實(shí)例有：將數(shù)控車、數(shù)控車、數(shù)控銑組成單元A，用于回轉(zhuǎn)類零件及平面型腔類零件的加工;將數(shù)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(shù)控加工設(shè)備組成單元c、單元D、單元E等。根據(jù)生產(chǎn)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(dá)加工點(diǎn)，從而減少和改善物流量，常應(yīng)用在生產(chǎn)波動頻繁的環(huán)境中。
現(xiàn)代制造企業(yè)的生產(chǎn)模式正從大批量生產(chǎn)向更具柔性的中批量定制生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。這就要求數(shù)控加工設(shè)備在各方面具有更大的柔性。根據(jù)數(shù)控加工設(shè)備的加工特點(diǎn)，同時考慮到同功能數(shù)控加工設(shè)備的負(fù)荷平衡比較容易達(dá)到，我們提出數(shù)控加工設(shè)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(yōu)點(diǎn)。具體方法分二步：一是子單元構(gòu)建，將車間按功能分組規(guī)則分為各子單元，首先對這些子單元在車間平面進(jìn)行單元布局，在子單元布局時，物流方面應(yīng)優(yōu)先考慮數(shù)控銑床;二是對子單元內(nèi)的同功能設(shè)備進(jìn)行布局。
以上介紹了發(fā)揮五軸設(shè)備的優(yōu)勢和數(shù)控加工設(shè)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(chǎn)效率，讓公司的生產(chǎn)效益有著顯著的提升。
3 結(jié)語
目前，國內(nèi)數(shù)控車間的很多設(shè)備其性能和生產(chǎn)效率還不是很高，有些要靠實(shí)際經(jīng)驗對數(shù)控設(shè)備進(jìn)行合理的操作和改進(jìn)，來提高生產(chǎn)效率。但是要從長遠(yuǎn)來看，要開展數(shù)控車間的體制、組織機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)活動控制的研究和應(yīng)用開發(fā)，還有很多不能滿足工業(yè)實(shí)際需求，尤其是缺乏靈活性和實(shí)用性，因此在現(xiàn)代先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，融合先進(jìn)的管理理念和信息技術(shù)，建立基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)庫已成為提高數(shù)控加工效率的重要研究內(nèi)容。
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