高效数控加工技术解决方案

高效数控加工技术解决方案

高效数控加工是数控加工领域的必然发展趋势，是继高速切削、高速加工之后悄然兴起的新观点。高效数控加工体现的是高的加工效能、加工性能、加工效率，也可以被描述为对整个加工制造流程的优化处理，目的是实现最低的成本投入与更高的生产产出。高效数控加工不是过分强调最快的切削速度或最高的加工质量，而是提高单位时间的金属去除率，降低加工时间达到降低成本的目的。

目前，在高效数控加工领域存在2个努力的方向。第一，高效刀具的研制和加工工艺的深入研究与应用，通过修改和调整工艺参数达到在同等机床类型条件下，尽可能地减少加工时间，着重发挥机床的潜能，但这种方式受机床设备本身性能约束，当工艺参数或刀具已经将加工效率提到极致的时候，只有更换加工设备才能够进一步提高加工效率。第二，高效加工机床设备的研制和应用。通过研制与开发更高性能的机床设备、辅助功能设备，提升机床本身固有能限，可以选择更高指标工艺参数和刀具，从根本上提升零件的加工效能比，实现零件的高效加工。

高效数控加工特点

1 大扭矩重载加工设备

在能源、运输领域，重载大型加工设备发挥着高效加工的重要作用，如大型水轮机叶片、大型船用螺旋桨叶片、发动机曲轴、柴油机缸体、风电齿轮箱、工程机械等大型零部件。该类零部件的特

点是：工件尺寸大，自重大，如传动发动机曲轴最重可达上百吨，毛坯余量较大。再如难加工材料的大扭矩加工，航空领域飞机的关键结构件、连接件等钛合金和高强度合金钢的加工，为了提高加工效率，只有选择重载大扭矩加工机床，才能实现高金属去除率的高效加工。

2 轻质合金高效加工设备

在航空航天、高速机车等铝合金零部件的加工领域，该类零部件的特点是被去除材料占整个坯料的70%～95%，如此高的切削比重，需要主轴转速在6000～40000r/min，切削速度2000～5000m/min，金属去除率30～40kg/h，主轴功率达到30～80kW，来满足该类零部件的高效加工。

3 高自动化辅助设备和加工工具

这里的加工工具不仅仅指切削刀具，还包括较高自动化程度、高定位性能的工艺工装卡具，性能稳定的扩展功能附件（扩展铣头、复合刀具等），物料输送装置，高自由度机器人集成系统等，这些辅助设备及加工工具是保证机床高效加工的前提条件，只有这些条件具备了，才能真正减少加工准备时间。

高效数控加工当前发展现状

高效数控加工的实现必须依托于高性能的机床设备、高性能的加工工具及完备的辅助系统来实现。为了满足高效加工技术的需要，加工刀具是必不可少的环节，同时与之相应的机床加工设备也显得更为重要。在当前的国际制造领域内，仍然是国外发达国家

掌握着高效加工工具和高效加工设备的核心技术，包括机床主机与辅助功能设备的设计、分析、装配制造，关键零部件的制造与应用（如丝杠、大扭矩主轴、高速电主轴、力矩电机、直线导轨、光栅尺、自动转台），高档数控系统的开发与应用，特别是五轴联动及多轴控制系统的开发与可靠应用等等。

在重载机床领域比较出色的国外机床制造商，如Schiess、Couburg、Siegen等，随着中国制造业对重载机床的需求日益旺盛，上述厂商的产品依然占据着举足轻重的地位，他们的产品和技术仍然属于国际领先。随着市场需求的变化，国内重型机床行业竞争格局相继发生变化，生产厂家由原来的几家发展到几十家，且产品技术水平发展很快，与国外的产品相比，差距越来越小。我国重型机床行业的发展进步受到世界同行的高度重视，较知名的国内厂商有沈阳机床、武汉重型、齐一、齐二、北一、上重、济二等十多家，其中齐二已经开发出世界上最大的落地铣镗加工中心，主轴直径达到320mm，可以实现更大的加工扭矩。

在高速及五轴加工领域比较出色的国外机床制造商，如美国的MAG、HAAS、英格索尔等，德国的兹默曼、Chiron、DMG、Hermle、SPINNER等，西班牙的尼古拉斯·克雷亚、ZAYER等，意大利的JOBS、FPT等，日本的MAZAK、OKUMA、MITSHUI SEIKI、MAKINO等；这些国外发达国家的机床都能保证较稳定的可靠性、加工精度以及较高的加工性能。而国内高速及五轴机床基本还处于起步阶段，虽然机床总量较大，但基本属于中低端产品，主要体现在设计分析手段

落后，加工制造工艺落后，整机可靠性不高，机床加工性能不够稳定，大型机床温度补偿及振动抑制手段落后等。

当前行业存在问题

虽然我国的整体制造业水平有了较大幅度的提升，但与国际一流强国之间还有着较大的差距，主要表现在以下方面。

（1）自主创新能力不够。

国内高效数控加工设备生产企业仍然处于发展的初级阶段，依然以仿造为主，而且只模仿了外形，缺少内在。即使能够保证在外形上、结构上的一致，但设计思想、制造工艺和装配工艺难以模仿，多数情况下不能制造出真正高性能的加工设备。

（2）高端设备过分依赖进口。

真正能够稳定运行的高效加工设备以国外设备为主，仍然是国外发达国家引领高效加工的技术潮流，同时发达国家之间总能够保证知识共享、技术共享，而对发展中国家仍然采取技术封锁或限制，以至于我国在研究起点较低、发展时间较晚的状况下，只能自己靠自己，发展之路仍然漫长。

（3）关键功能部件水平普遍较低。

加工设备要保证其高效性，首先用于设备的关键部件必须具备较高的性能。丝杠、导轨、主轴、光栅尺、齿轮齿条、蜗轮蜗杆等，这些关键部件虽然在国内都能够生产，但也仅限于生产，没有真正掌握该类零部件的核心技术，核心技术仍然被发达国家掌握。暂不考虑产品的高附加值问题，一旦发生国别间的贸易纠纷或经

济封锁，这些只限于“生产”的“制造”就会迅速萎靡，这样就会直接影响到国家的工业基础，后果将不堪设想。

(4)加工工艺及装配工艺落后。

曾经有位国外机床企业的经理对我们说过，“即使我把所有的机床图纸都交给你们，你们也做不出跟我们一样好的设备”。暂不谈这句话的用意，但这句话的确表明了一个事实：我们的制造工艺和装配工艺比较落后。在高档机床的设计与制造方面，我们忽视了加工工艺和装配工艺的作用，同时也忽视了对这些工艺的研究。

（5）研究体系力量薄弱。

国内制造企业基础研究储备不足，研发力量薄弱，没有可持续发展和可继承的研究储备机制，很少能提供真正的核心研究成果；基础研究与当前国际发展趋势严重脱节，过多地依赖于“拿来主义”，严重影响了基础理论与实际应用的结合。国内还存在对专业人才的重视程度不够、人才培养机制仍不够健全、缺少可持续发展的人才竞争机制，不能持续发挥人才的特长等问题。人才是企业最宝贵的财富，然而技术人才往往不被重视，导致人才流失或相关技术断档。

关于高效加工解决方案的几点建议

从企业长期发展的角度来讲，以下几点应该注意：

（1）应该更注重专业化方向的发展，做到在制造业的某个专业领域内的技术领先，加强精益化管理思想培养。