数控设备综合效率提升的分析与应用

刘泉

清远市意智数控设备有限公司，广东清远，511500

0 引言

随着计算机技术和制造业的快速发展，企业的数控设备也在快速升级，制造业经历了根本性的改革，为生产行业的加工提供了有力的保障[1]。我们应当持续完善、健全各项加工工艺及其流程，提升数控设备的加工质量、效率，给企业更多的支持，保障企业能够更为健康、可持续性地发展[2]。增强数控设备的精确度是鉴于制造业相关的规定、要求，从多个角度考虑问题，提升系统的质量、效率，整合系统中的各个设备，促进目标实现，并在市场竞争中采取主动，对企业的良好发展有着积极作用。

1 问题分析

1.1 客观问题

对箱体类零件加工的重点设备DMU80P、DMU60P的日常工作数据进行统计，设备连续工作20个工作日，共计316小时，对工作数据同步的视频进行检测、观察，并对停机中的1160条信息进行研究、分析，指出影响设备停顿的时间为189.8小时。其中停机损失占总停机损失的60.1%，主要包括测量、换型、设备故障、生产准备等；计划内停机占总停机损失的11.5%，主要包括开会生产安排、正常交接班、停机保养等；速度损失占总停机损失的28.3%，主要包括测量、打点检查、倒压板、吹铝屑、程序运行等。详情如表1所示。

表1 设备停机损失具体数据

1.2 主观问题

（1）公司应用传统的制造、生产方法，对数控设备相关的工作原理、自动控制并未掌握，进而较难对数控设备进行全方位的管理，这是影响到数控设备质量、效率的一个问题[3]。

（2）一般系统通常有着较小的内存容量，从而导致许多加工程序不能存储加工程序，频繁的零件准备工作需要花费大量的时间，这会对数控设备的效率产生直接影响。

（3）数控加工的主体是员工，并未经过十分专业的技术教育、培训，对数控设备的相关特点缺少掌握，员工的总体素质、技术影响了数控设备加工质量与效率的优化[4]。

（4）CAD和其他工程图纸有助于提高数控设备加工的效率，程序员必须熟练使用CAD软件，同时具有复杂工艺经验和实际加工经验[5]。

2 解决措施

2.1 客观问题的解决措施

在提升数控设备的总体质量、效率期间，需要降低机械停机总时，提升主轴的使用总时、零件加工的切削质量与效率，并保障产品总的合格率。

2.1.1 提升设备的使用性

（1）降低设备非计划停机等待总时：对于箱体类零件，其工艺较多，加工需要的周期较久，对于复杂箱体，其加工工序会超出200道，因此，在进行加工期间，部分工序间会彼此干涉而引发停机等待。为避免出现该现象，需要不断细化生产计划，参照现场具体的加工状态，借助班组的形式，每个星期需要预先三周对生产任务进行调节、核实，对于周计划，其相关流程如下：由生产厂长分配生产任务，即工段生产任务、单元生产任务，由调试工根据生产任务对各个设备进行调试，并根据各个设备的实际加工条件来对生产任务进行平衡，单元长或者工段长对设备生产任务进行汇总，然后对单元内生产计划进行平衡，工段计划员对各个单元班组的生产计划进行汇总，之后由整个工段来平衡各个单元生产计划，生产厂长汇总工段生产计划后，对整个生产安排进行平衡[6]。通过这种方法能够对生产计划进行细化，能够最大程度避免非计划所引发的停机。

（2）降低设备故障所引发的非计划停机：对于零件产出，其基础是使用设备，而伴随着设备能够使用更久的年限，会无法避免地引发程度不一的故障，进而降低总体的质量、效率。为降低设备故障发生的概率，并减少设备的维修频次及其时间，可以联合设备部门来对数控设备进行定期保养，保养流程按照TPM七步法进行，即设备初清洁、发生源与困难部位的对策措施、制定一级点检表与二级保养制度、负责人带领成员进行检查、建立自检标准、整理整顿并定制各个场所的标准、建立员工自主保养意识[7]。这种方法能够在源头上清洁设备，制订出检查规范与标准，还可以对设备具有的“隐疾”进行预防，进而可以尽量减少发生设备故障的概率，提升设备运转的时间[8]。

2.1.2 降低准备时间

对于准备时间，其是在对零件进行切换期间准备好夹具、程序、调节、测量、三次检查等需要的时间。在进行切换期间，这样的步骤是必需的，这样的步骤仅可以逐步减少，但是，不可以全部清除，为了缩短切换过程的准备时间，需要对现场处理过程进行分析，以缩短切换需要的准备时间[9]。

（1）降低夹具准备需要的时间：夹具能够对零件位置进行定位、夹紧，可以保障零件夹紧的一致性、加工更为稳定。传统夹具较为专业，因此，在切换工序期间，需要把其压紧、找正，同时，还需要保障夹具、程序间能够统一。除此之外，在装夹夹具的过程中，还需要考虑是否存在加工干涉与盲区的情况，这些现象会延长夹具的调整时间。为解决该类问题，本文以夹具行业总体的发展作为基础，对箱体的加工情况进行考量，应用零点定位系统，在加工箱体类零件的设备中，装上具有更为理想通用性、互换性的底座，并设定好统一的加工零点，保障夹具在进行切换期间可以无差别，不仅能够有效提高夹具装夹的准确性，同时还能够极大地缩短夹具准备时间[10]。

（2）减少刀具准备时间：在数控设备中，刀具在进行加工期间是无可或缺的构成。箱体加工大多都是孔系加工，但是，由于被加工孔系的标准存在差异，所以刀具的尺寸会存在一定的标准差，使得加工过程中需要配备多种类型的刀具，且有长有短，在进行工序切换期间，需要许多规格不一的刀具，因此，刀具需要较久的准备时间，进而使设备长期处在停机等待的状态下。就目前而言，数控设备尽管已经能够进行刀具配送，但是在进行刀具切换期间，切换需要的时间依旧具有较大的占比[11]。针对这种情况，可以根据设备所加工零件工序以及加工特征来优化刀具的选用，然后再对刀具的使用频率以及种类来划分刀具，其中，使用较多、具有较为理想通用性的即I类；使用较少、具有较为理想专用性，仅适用当道工序的刀具分为II类。在设备旁建立II级刀具库，同时对II级刀具库中的刀具进行寿命管理，进而实施参数标记，在使用II类刀具时便可以直接从II级刀具库中进行刀具更换与参数提取，这样能够最大程度地缩短替换刀具的时间[12]。

（3）减少程序准备时间：在加工零件的过程中，需要根据工序加工尺寸要求来选择对应的代码，即根据位置、形状选取相应的代码，对孔进行钻削、铣削等，从而保障产品能够符合尺寸要求。孔系加工因为产品具有相应的差异性，每组孔系的位置、尺寸均不尽相同，所以，程序的准确性与加工水平、质量间紧密相连。为减少程序编制、调用等发生错误的概率，需要全尺寸对首件加工零件进行检查，在合格后，再参照程序固化流程进行固化，之后在应用程序期间就可以应用分布式数控网络把程序逐步传输到需要加工的设备，不仅能够提高产品加工的质量，同时能够尽可能降低程序编制错误[12]。

（4）减少计量等待时间：在对程序检验过程中，计量属于一种检测方法，能够对加工工序中的位置及几何公差进行检验，为降低工序测量时间，可以与检测人员共同商定来对零点定位系统进行确定。利用数字化编程方式对需要检测的零件以及托盘一共计量，因此需要对数字化检测流程进行提前编制，即零件加工完成后，将零件连同计量单一同计量，由检测人员根据图样编制检测程序，然后利用程序对其进行检测，最终输出检测结果。测量过程中对加工内容进行自动检测，然后将检测结果快速输出，是能够将计量等待时间有效缩短，效率提升约为4倍[13]。

（5）减少三检等待时间：所谓三检就是通过手工进行校检、自检、专职检测，对加工有关的尺寸进行检测，比如，形状、孔径等。箱体零件具有十分复杂的孔系，且尺寸也十分多样，每道工序具有200～400个检测尺寸，工作总量较多，且需要的时间较久，在进行测量期间，还需要记好实际值，较易引发尺寸遗落，因此，为保障尺寸更为完整，可以编制出电子三检单来对检测内容进行固化，是能够将尺寸遗漏问题有效消除的[14]。

2.1.3 降低切削加工需要的时间

对于箱体零件，其加工具有三大阶段，即：粗加工、半成品加工、精加工，据统计，超出85%的箱体零件加工是加工中心进行的，因为产品总数逐步增多和加工能力的不断提高，再加上加工环境、条件等方面的原因，无法满足产品方面的需求。对其原因进行研究、分析，是由于单工序加工时间过程所导致的零件加工周期变长，所以想要将单工序加工效率提升，就需要将单工序切削时间缩短，在加工过程中，一是要提高切削参数与刀具的匹配程度，二是要减少程序中的空走刀，最终减少NC程序中的中断点（M0），以保证加工过程的连续性。只有这样才能够确保加工连续性，并降低整个加工时间，最终将加工效率提高。

（1）提高匹配度：通常情况下，数控设备通常选择硬质合金为刀具材料，有着刚性更为理想、切削率更高等方面的特点，但是，其与切削参数间的匹配程度较低，使切削率较低，会产生浪费情况，对产品的产出效率造成影响。所以需要积极与刀具生产厂商间进行交流、沟通，以选取与加工材料间彼此契合的切削参数，来确保产品更为顺利地被产出。

（2）降低发生程序空走刀的概率：对各项加工程序进行研究、分析，发现空走刀的现象比较多，在数控加工过程中，空走刀是不可避免的切削轨迹，换刀、进退刀、避让高点、立卧转换等都会产生空走刀，会产生一定的动作浪费。针对这种情况，首先需要调出一把刀具，把可以加工的位置进行加工，再进行刀具切换；其次在编制数控程序时，可以将安全距离缩短，从而降低移动浪费；最后可以集中立、卧加工内容，先进行卧式加工，之后，进行立式加工，进而减少立、卧间彼此转换的总次数。

2.2 主观问题的解决措施

培训设计人员、技术人员和编程人员了解和掌握数控设备的性能、选取刀具、金属切削参数、现代化加工软件等，使得员工可以为各自的工作领域找到数控机床的高速高效特性。如果没有高效的机床操作人员，就无法实现最为理想的加工方式，无法保障产品总的合格率，会降低数控机床的质量、效率，减短其可以使用的年限，因此，可以构建技术中心，引导员工掌握数控设备相关内容，并讨论数控设备相关问题，同时也可以为数控设备实际操作以及相关问题设立一个专门的技术中心。

3 结语

在现代制造企业生产管理过程中，提高数控设备综合利用率是所有企业都重点关注的问题，这不仅能够减少时间浪费，同时还能够提高经济效益，为企业带来利润与竞争力，所以需要不断开发数控设备的潜能，从而推动企业的良好发展。