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。

　　（2）注重人才培养，建立良好的人才培养机制，创建良好的人才交流平台，注重专业人才的培养（高级研发人员和高级技工培养）。

　　（3）建立讲实效的人才研发队伍，与高校建立实效的合作关系，优势互补。

　　（4）着重核心技术的发展与储备，增强专利意识和高档专利技术成果的转化。

　　（5）规范行业间企业竞争制度，由不良竞争向企业间协作发展。

　　从技术可持续发展的角度来讲应该注意：

　　（1）着重研究国际领域先进机床、先进数控系统的研究。

　　（2）着重先进切削工艺，先进处理软件、刀库转台等自动化辅助装置的新技术研究。

　　（3）着重关键核心零部件的研发、制造及关键材料的研究。

　　（4）着重发展基于制造商的核心附加值技术及基于用户需求的解决方案的研究，如沈阳机床针对国内航空行业而开发的高效AB双摆头五轴联动加工中心，具备大扭矩摆轴、高功率电主轴，可以实现铝合金的高效加工，通过模块化配置机械主轴可以实现大扭矩钛合金加工工艺需求。

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