数控机床技术改造 提高加工效率

      在与航空、航天以及电子等领域的制造企业合作过程中，我们发现，现代复杂产品制造过程中由于零件材料和结构工艺的新特点，对数控机床设备能力和数控加工技术水平提出了更高的要求，企业的数控机床拥有量快速增长，加工设备的数控化率明显提高，数控加工零件比例应用面越来越广泛，但是由于对新型数控机床和先进数控加工技术掌握不够，缺乏合理优化的切削参数、加工工艺数据库和数字化数控车间管理系统，因此，数控机床应用水平不高，数控加工质量和效率都受到影响，尤其是在实际生产过程中数控加工应用的综合效率低，突出表现在数控机床主轴开动率低、加工过程主轴功率利用率低、单位时间的材料去除率低。

　　针对这一涉及行业的共性问题，在“十五”期间，国防科工委就在基础科研中安排了高效数控加工工艺专项。在该专项中，北航研究团队承担了关键技术攻关和应用方面课题，开展了“整体构件高速数控铣削加工关键技术及应用”、“基于切削过程仿真的数控加工工艺优化及应用研究”等研究工作，在数控加工动力学仿真和切削参数优化的应用基础理论和关键技术研究开发上取得了突破，并成功应用于企业生产过程。2007年5月，国家国防科工局启动实施了国防科技工业千台数控机床增效工程，阶段（试点阶段）即有40家企业200台数控铣削加工机床或加工中心列入，第二阶段（推广阶段）将有更多的企业参加进来。北航作为高效数控加工技术研究应用中心技术依托单位，依靠已有的基础研究和技术积累形成的优势，成为该增效工程的总体技术支持单位。

 
图1 典型零件高速数控机床加工效率增长

　　基于多年积累的研究成果和专利等，北航推出了“数控铣削加工动力学仿真系统（SimuCut）”、“数控机床加工动力学特性测试分析系统（DynaCut）”和“数控铣削加工动力学仿真优化数据库系统（DataCut）”等测试、仿真和数据库系统，并面向企业实际生产应用，总结制订了数控加工力学仿真和切削参数优化的应用工作流程和操作规程，累计已向航天、航空、兵器、船舶、电子等行业40余个试点企业和院所无偿提供了SimuCut/DynaCut，进行了增效使能技术专题培训12次，赴企业进行现场指导和技术服务30余次，全力为增效工程提供了总体技术支持，2008年12月，由航空制造工程研究所根据四个集团公司部分试点单位试点机床加工典型零件增效情况统计，材料去除速率（MRR）分别提高到119%~243%，机床主轴功率利用率提高到114%~440%，试点零件平均单件切削加工时间缩短到53%~78%。

　　在取得实际增效的同时，采集整理了在增效工程中产生的仿真优化、实验验证和生产应用三个层次的数控加工切削参数近30000组，建立了初具规模的数控铣削加工切削数据库（DataCut），DataCut除了具有机床、刀具、工件材料和切削参数等常用信息外，还提供“机床+刀具”动力学特性参数和切削过程力学仿真数据，可生成对应每台机床的切削参数数据手册，从而方便使用。

　　千台数控机床增效工程为有效发挥数控机床设备的能力，保证加工质量，提高加工生产率，开辟了一条“产、学、研”结合推广应用新技术的创新途径，实现了从“技术改造”到“改造技术”的新跨越。