数控机床与普通机床性能比较分析

辛晓叶，罗春红，刘月红，王浩宇，张继平

(内蒙古北方重工业集团有限公司，内蒙古 包头 014030)



数控机床与普通机床性能比较分析

辛晓叶，罗春红，刘月红，王浩宇，张继平

(内蒙古北方重工业集团有限公司，内蒙古 包头 014030)

随着社会经济的发展，各类新设备、新材料和新工艺的相继出现及各行业市场竞争对产品成本的冲击，导致很多企业需要通过提高效率和降低成本来增强其盈利能力，然而，目前高技能人员的缺乏及日益提升的人工成本无疑成为了企业的“硬伤”。通过对数控机床和普通机床进行研究分析，并分别采用数控机床和普通机床加工某批量零件，对其在生产中需要的时间及人工进行记录，对数据进行分析，结果表明，数控机床在效率、精度、质量和安全等方面都比普通机床有较大的优势。

数控机床；普通机床；效率；成本；分析

随着科学技术和社会生产的迅速发展，机械产品日趋复杂，社会对机械产品的质量和生产率的要求不断提高[1]，传统的机械加工方法已无法满足零件加工精度要求；而数控机床以高效率、高精度和高柔性等诸多普通机床无法比拟的优势很好地解决了这个问题[2]。如今，企业要想生存，就要在产品效率和精度，采用新技术，降低成本，以及提高产品稳定性等方面占据优势。

目前，大部分中小批量生产的制造企业，经济合理地选择适合本企业的数控机床来代替普通机床，以增强其生产能力。本文就某车间现有普通和数控等2类机床的性能进行比较分析。

1　数控机床与普通机床性能比较分析

1.1生产效率

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。本文以某螺栓零件为例(见图1)，分别采用数控机床(CK6130)和普通机床进行加工，并进行比较分析。

图1　螺栓零件图

1.1.1加工时间和工序对比

采用数控机床和普通机床加工时间和工序对比见表1。

表1　采用数控机床和普通机床加工时间及工序对比

由表1可知，采用数控机床加工零件可节约时间：(5.5-3)×5 000/(60×8)=26 (d)。而且，普通机床加工该零件仅为车工工序，其后还需转磨床磨外圆，转滚丝机滚压螺纹。若采用数控机床加工该零件，可实现车工工序和制螺纹工序的连续加工，节约了中间的零件流转和装夹等时间，提高了生产效率。

1.1.2生产效率对比

采用数控机床和普通机床生产效率对比见表2。

表2　数控机床和普通机床生产效率对比

由表2可知：1)采用数控机床加工零件，其效率是普通机床的近2倍；2)如果每人操作3台，效率是普通机床的5倍。

1.1.3检验对比

在检验方面，数控机床也有普通机床不可比拟的优势，同一批零件一般只做首件检验或工序间关键尺寸检验，可减少停机检验每个零件的时间，提高生产效率。

1.1.4工艺参数对比

数控机床的主轴转速和进给量范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床目前正进入高速加工时代，数控机床部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了零件的加工时间，同时，数控机床加工能实现多道工序的连续加工，有效减少半成品的工序间周转时间，提高生产效率。

1.2产品加工精度和质量

近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到了 5μm，精密级加工中心则从3～5μm提高到了1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。

另外，数控机床自身特点也使其在精度和质量方面比普通机床更优越：1)数控机床结构自身有很高的刚度和热稳定性；2)可以通过补偿技术获得更高的加工精度；3)采用编程指令进行加工，一般情况下工作过程不需要人工干预，这可以消除操作者人为产生的误差；4)同一批零件，同一台设备，在相同的刀具和加工程序下，刀具的走刀轨迹完全相同，所以零件的质量也非常稳定。

1.3加工复杂形状零件

随着科技技术和社会生产的发展，各行业对其产品性能和结构不断改进，零件的形状越来越复杂，对零件的加工质量要求越来越高，普通机床加工方法已无法满足零件的各种要求。而数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。它采用多轴联动对三维曲面零件进行加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅降低了表面粗糙度，而且效率得到大幅度提高，可以完成普通机床难以完成的复杂零件加工，因此，在宇航、造船和模具等加工业中得到广泛应用。

1.4改善劳动条件

数控机床经加工前调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续地进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑，刀具准备，加工状态的观测以及零件的检验等工序，劳动强度极大降低，操作者的劳动趋于智力型工作。数控机床大都采用液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，也降低了操作者的劳动强度；而普通机床需对批量零件进行逐一零件、逐一工序的加工，劳动强度非常大。另外，机床是封闭式加工，清洁、安全。

1.5现代化管理

数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理，数控机床使用数字信号和标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化。目前，已与计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)有机结合起来，是现代集成制造技术的基础。

2　数控机床不足

数控机床是个复杂的系统，包括机械装置、液压系统，又有电气控制部分和软件程序等。由于其结构较普通机床复杂，所以在很多方面要求也比较高，具体如下：1)投资大，使用费用高；2)整个加工过程采用程序控制，因此，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等；3)对操作人员的素质要求高；4)维修困难，对维护人员的技术要求较高。

3　经济效益

由于数控机床是一种高效能的自动化机床，采用数控机床加工可有效提高产品的效率、精度及质量，尤其是复杂、精密、小批量和多品种的零件加工，能最大限度地发挥出数控加工的优势。

以3台数控机床(CK6130)为例，其经济效益对比见表3和表4。

表3　设备采购费

表4　节约人工成本费用

根据表3和表4中的数据进行计算：21/8.4=2.5 (a)，即2.5a节约的人工成本费用可与采购设备费用持平。另外，提高产品的效率和精度，产生的经济效益也非常可观。所以，就企业长足发展而言，使用数控设备在整体效益上非常明显。

4　结语

数控机床作为一种使用广泛的机电一体化产品，综合运用了电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量和机床机构等方面的最新成果，是一种高效的自动化机床。由于数控机床集高效率、高精度和高柔性于一体，很好地代表了机床的发展方向。随着社会生产力的飞速发展，数控系统与数控机床将向更高的水平和层次迈进。

[1] 方沂.数控机床编程与操作[M].北京：国防工业出版社，1999.

[2] 李雪梅.数控机床[M].北京：电子工业出版社，2013.

责任编辑郑练

OperationalAnalysisinRegardsofCNCLatheandGeneralMachine

XINXiaoye,LUOChunhong,LIUYuehong,WANGHaoyu,ZHANGJiping

(InnerMongoliaNorthHeavyIndustriesGroupCo.,Ltd.,Baotou104030,China)

Withthedevelopmentofsocialeconomy,allkindsofnewequipment,materialandtechnologiesbegintoplaysuccessively,whichtogetherwiththeimpactfrommarketcompetitionforloweringdownthemanufacturingcost,makelotsofenterprisesimproveproductionefficiencyandoperationalprofit.However,theshortageofhighlyskilledworkersandincreasinglaborcostwillundoubtedlybecomethemishapofmanyfirms.Tofindthesolutionfortheaboveproblem,wehaveinvestigatedCNClatheandconventionalrespectively,thebatchproductionhasbeenmadebymeansofmachiningprocessingimplementedbybothCNClatheandtheconventionalone.Then,bothdimensionalandtoleranceanalysisfollowed,itisfoundthattheCNClathehasconsiderableadvantageintermsofproductionefficiency,dimensionalaccuracy,productsquality,operationalsafetyandsoon.

CNClathe,generalmachine,efficiency,cost,analysis

2016-03-29

TH161.21B

辛晓叶(1979-)，女，工程师，主要从事机械工艺技术等方面的研究。