数控机床使用与加工的探究

【摘 要】本文以提升数控机床加工效能的重要性为切入点，分析数控机床使用与加工存在的问题，提出要充分借助网络信息的作用、利用节能型自动化技术、对数控机床操作流程规范化处理、提高数控机床技术应用人员的技能水平、控制机床加工误差、使用先进的工装夹具刀具，以提高数控机床使用与加工技术水平。

【关键词】数控机床 使用与加工 探究

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）10B-0152-03

近年来，随着航空、高铁、汽车等制造行业的迅速发展，我国数控机床制造业也取得了快速发展。过去 5 年我国数控机床产量的年均复合增长率为 37.39%，过去 10 年年均复合增长率为 29.94%。2016 年我国數控金属切削机床产量为 78 万台，数控机床技术在高速化、复合化、精密化、多轴化等方面取得显著进步和一系列突破。掌握数控机床应用与加工的方法和技巧，有助于发挥数控机床优势，提升机械加工质量与效率，并能延长机床使用寿命。

一、提升数控机床加工效能的重要性

随着我国工业化水平提高，国民经济中制造业比重不断提升，并已成为我国核心支柱产业，在推动社会主义现代化建设和提高人民生活水平过程中发挥重要作用。我国机械制造行业中数控机床是重要的核心装备，提高数控机床加工效能可以提升机械制造效率。数控机床本身自动化水平高，实际生产效率也高，并有较高的稳定性与精确性，利用数控机床可生产普通机床无法生产的精密零件。数控机床在实际应用中可以节省工序，降低生产成本尤其是人力成本，促进加工效率提升，增加机械企业的生产效益，因此研究数控机床使用与加工的方法和技巧具有重要的现实意义。

另外，数控机床生产水平对企业健康发展有重要影响。具体体现在两个方面：第一，自动化生产水平会直接影响企业产品的产量和质量，这种影响最终会体现在企业的盈利与收入上，因此对于企业的资金投入来说也会形成一定影响。第二，数控机床生产直接影响安全生产环境，设备落后、老旧和管理问题是导致企业事故多发的重要原因。而数控机床生产可以降低人员参与，从而提升作业的安全性，这是符合我国绿色生产和安全生产的总体趋势。对数控机床设备进行长效管理是促进企业长远发展的重要条件，企业要想在市场中获取更大的生存空间，除了要及时进行技术管理创新，还应该重视对先进设备的引进以及管理，从而在硬件水平上不断刺激形成最佳的工作状态，提高自动化生产的总体效益。

二、数控机床使用与加工存在的问题

目前我国数控机床应用范围较广，企业在数控机床的使用与加工过程中常受到一些人为因素的影响，容易出现各种降低数控机床加工效能的问题。笔者将这些影响因素归纳如下。

（一）数控机床应用水平低

首先，虽然我国机械领域中数控机床广泛应用，数控机床已成为企业生产经营的关键设备，但多数数控机床先进性不足。目前我国生产的数控机床大部分为中低端机床，高端数控机床基本是靠进口，高端数控机床占比只有约 6%，中端的约 30%。其次，我国机械加工企业数控机床设备老化严重，数控机床及数控系统更新力度不高，很多企业的数控机床和先进的数控机床之间的差距逐渐拉大。再次，我国大部分企业数控机床的使用率不高，在两班制工作下使用率一般在 30% 左右，与发达国家的 60% 以上使用率还有较大差距。最后，我国的数控机床技术人员操作水平普遍偏低，生产的产品质量与国外相比存在差距，要花费时间、精力修复产品。同时，数控机床维修保养不到位，影响数控机床运行寿命，降低生产质量与效率。

（二）机床数据设置不合理

数控机床数控系统的数据文件主要有系统文件、MTB （机床制造厂）文件、用户文件。系统文件即数控系统开发企业提供的数控系统（CNC）及伺服控制软件，MTB 文件包括 PMC 程序、机床厂家编辑的宏程序执行器等，用户文件即在 MDI 面板上设定的各种不同的机床数据。机床数据主要有 CNC 参数、PMC 参数、螺距误差补偿值、用户宏变量值、刀具补偿值。虽然机床系统有许多参数在系统配置完成后一般不允许调整，但有一些参数需要根据机床的使用情况进行及时调整，比如，螺距误差补偿值、用户宏变量值、刀具补偿值。另外，数控机床生产时要合理设置换刀次数，减少加工过程中换刀时间，降低因为不当操作出现磨损的可能，有效降低数控机床维护次数与成本。但企业在运行数控机床时存在换刀次数与设置不合理的情况，使得机床出现严重磨损的现象，影响机械加工效率。此外，机床存在不同程度磨损情况，也会增加维护费用，对企业效益产生影响。

（三）数控加工工艺不够合理、先进

数控机床具有高精度、高效率、高度自动化和柔性好等特点。数控机床加工的零件通常有：多品种、小批量生产的零件或新产品试制的零件;形状复杂，加工精度要求高的零件;表面粗糙度值小的零件;轮廓形状复杂的零件;具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件;必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件;价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件;需要最短生产周期的急需零件 ;在通用机床加工时极易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦质量失控会造成重大经济损失的零件。因此，数控加工工艺与传统机床加工工艺有较大的差别。数控加工工艺设计十分严密，内容相当复杂;数控加工工艺更加具有复合性，是各种工艺的集大成者。如果数控加工工艺不够先进合理，那么就会大大降低数控机床的生产效率和企业的效益。

（四）数控加工程序质量不高

数控机床运行模式受到数控程序的影响，数控机床按数控程序的指令运行。随着计算机与电子信息技术发展与完善，数控编程的优劣直接影响到机床加工质量与企业生产效率。目前由于大多数控编程员的水平不高，存在较多知识缺陷。比如，对数控机床的性能特点了解不全面，导致无法充分发挥数控机床性能;对数控 G 指令的走刀路线不熟悉，特别是在缺省某些数值时的走刀路线不熟悉，导致不能选择最佳的数控 G 指令;不懂得根据不同的加工材料、加工精度、加工刀具选择比较合理的切削参数;对零件材料加工性能不是很熟悉。使得所编写出来的数控加工程序质量不是很高，或者数控程序编写不规范，程序较为复杂，不利于调试与使用，也会对机床运行效率及加工质量产生影响。

三、提升数控机床使用与加工技术水平的措施

（一）充分借助网络信息的作用

在提升数控机床应用水平的过程中，不能盲目，应该对市场进行分析，结合实际情况，尽量采用低投资、高效率的数控机床技术，满足时代发展的需要。当前信息技术搭载计算机技术、大数据技术展现出重要的社会功能和商业价值，因此对于机械生产自动化水平的提升来说同样可以借助网络信息的力量，通过对自身模式进行转型，提高产品的生产质量，并依靠网络化的影响，促进产品生产的多元化发展。利用智能监测技术等捕捉生产中的干扰因素控制生产流程以及故障发生率。使用信息技术对数据进行分析，以便更好地维护设备并保障生产安全。

（二）利用节能型自动化技术

能源消耗问题已经成为影响国家可持续发展的重要问题，为有效改善这种情况，在促进数控机床生产水平提高的同时，还应该重视节能。对技术和设备进行改进时，除了改善生产速率和生产质量，还应该重视技术的节能减排。对于机械制造行业来说，对产品生产设备的选择，通常会使用通用设备，可通用设备在使用过程中存在流程复杂的问题，这对简单产品的生产势必会造成能源的浪费。因此我国在设备的改进过程中，应该做好产品的分类处理工作，提高设备的针对性，并通过对市场的调查，不断开发特色设备。重视对优秀人才的引进，尤其是专业的节能人才，要充分借助他们的创新思维，完善制造业的产业链结构。

（三）对数控机床操作流程规范化处理

相对于传统的数控机床设备，目前使用的设备操作更加复杂，功能也更加多。另外，随着相关工艺的发展，多种生产模式的多元化发展也是目前数控机床机械加工的重要趋势。因此为进一步提升数控机床机械加工的效率，需要科学合理地规范整个数控机床加工的流程，严格遵循生产企业的操作規范进行相关操作。相关的管理人员应该提升管理水平，不断发挥机床的优势和功能，从整体上提升生产质量和生产效率。

（四）提高数控机床技术应用人员的技能水平

数控机床技术应用人员包括数控工艺员、数控编程员、数控机床操作工、数控机床维修维护工，数控机床技术应用人员的技能水平也是影响数控机床加工效率的主要因素。好的数控加工工艺应该是一般的生产工人就能依此生产出合格的产品的工艺。产品的质量主要由机床精度和加工工艺来保障，生产工人只要规范操作就可以顺利生产。如果数控加工还要像普通加工一样完全凭生产工人的个人技术来保障产品的质量，那是不可想象的。好的编程是切削时间最短、空走刀行程最短、换刀次数最少、刀具的寿命最长，经济效益最高。在整个数控生产的过程中，数控机床技术应用人员会分立在整个数控生产的各个阶段，从机床维护、工艺设计、程序编程到加工操作，因此数控机床技术应用人员的技术水平直接影响对设备的利用水平，影响生产加工效率。技术人员要按照目前数控机床加工的工作特征，研究数控机床技术设备，充分考虑设备的可操作性，综合考虑经济成本进行生产，不断更新自身的知识储备，不断提升工作能力，为企业发展提供更大的助力。

（五）控制机床加工误差

在机床加工中，要特别注意控制加工误差，比如，滚珠丝杠与螺母之间的间隙会对工作台的精度产生一定的影响。实际上，在数控机床运转时，滚珠丝杠与螺母之间的间隙误差值等于工作台的进给误差值。此外，丝杠螺母副的间隙也会对丝杠螺母副的刚度造成一定的影响，进而影响工作台的进给精度。要消除滚珠丝杠与螺母之间的误差间隙就要测量出因间隙而产生的偏差基数，这其中也会涉及对数控机床各轴的原始误差。一般来说，间隙误差采用激光干涉仪进行测量。通过反复测定，确定偏差基数以后，将这一基数输入到程序控制中，进而能够通过程序控制的手段降低偏差数据的数值。另外，在滚珠丝杠与螺母之间施加预紧力，也能够在一定程度上消除间隙的产生，如在双螺母预紧的滚珠丝杠副中，当预紧力等于最大轴向力的 1/3 时，其间隙可基本消除，而且对滚珠丝杠副的寿命影响不大。因此，在加工中，对各种产生误差的可能因素都要加强控制，调节好各种参数，使加工过程更合理，减小误差。

（六）使用先进的工装夹具刀具

目前市场上已经开发出许多先进的气压、液压工装夹具，有标准的、非标的、定制的，这些工装夹具给工件的安装与拆卸带来很大的方便。同样，先进的数控机夹刀具具有耐高温、耐磨损、加工精度高、容易安装更换的特点，在高温、高速切削的状态还能保持良好的加工切削性能和加工精度。因此，使用先进的工装夹具刀具，既能显著提高数控机床的加工效率又能保障产品加工质量，并能降低操作工人的劳动强度。

综上所述，数控机床在使用过程中会涉及管理、技术、人员以及调度等多方面因素，这些因素都会不同程度地影响数控机床的加工效能。因此需要根据目前数控机床加工的特点，规范操作流程，不断提升人员技术水平，为企业创造更多的效益，助力我国工业发展。

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【基金项目】2015 年度广西职业教育教学改革研究立项项目《技能大赛背景下数车一体化课程改革的研究与实践——以广西玉林农业学校数控专业理实一体化教学为例》（GXZZJG2015B122）。

【作者简介】甘成君（1976— ） ，男，广西桂平人，大学本科毕业，高级实验师，高级“双师型”教师，广西第一期中职名师工程班结业，长期从事学校实训基地建设、实训教学与改革、校企合作、数控加工、汽车维修等方向的教学与研究。

（责编 卢建龙）