楊少勇，李 賀

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

實現(xiàn)設(shè)備的數(shù)字化制造。其內(nèi)容涵蓋三維建模、軟件編程、刀具管理、機外對刀以及程序的入庫管理等部分，實現(xiàn)從建模到最終零件合格以及程序入庫的全過程管控。針對前期DMC現(xiàn)場數(shù)控設(shè)備使用效率監(jiān)控檢測設(shè)備利用率不足50%的現(xiàn)狀，實施數(shù)字化制造后設(shè)備利用率提升到發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)(70%以上)。實現(xiàn)數(shù)字化制造后減少校車時間，校車時間較手工編程校車時間大幅縮短，達(dá)到國內(nèi)同行先進管理模式的標(biāo)準(zhǔn)校車時間要求，30分鐘內(nèi)做到無縫連接。數(shù)控程序唯一可控，所有的加工程序均入庫管理，程序的調(diào)用及其修改變動都能有據(jù)可查。

2 車間現(xiàn)狀分析

2.1 數(shù)控機床精度間隙誤差大，加工零件長和寬尺寸變化誤差不一致

通過試切削零件，長和寬沒有同步變化，不能通過更改刀具半徑補償?shù)姆绞绞沽慵_(dá)到合格。試切結(jié)果沒有加工出合格的零件，必須返回去更改三維圖，人為的把原有設(shè)計尺寸改錯，通過改錯的方式來滿足機床的精度誤差使零件尺寸合格，然后再把三維圖導(dǎo)入編程軟件進行編程工作，這樣反復(fù)的更改，比手工直接在機床上更改程序效率還低，達(dá)不到數(shù)字化制作的目的，反復(fù)更改程序的過程中機床仍然是處于停機等待狀態(tài)，現(xiàn)場操作員反饋機床并不是每次精度誤差變化都一樣，可能過一段時間或者下次切削加工時，精度誤差大小又變?yōu)槠渌叽?，所以這次更改好的程序下次仍然不能拿來使用，都必須重新更改重新編制，達(dá)不到數(shù)字化生產(chǎn)不停機的目的。幾臺機床之間的精度誤差也不一樣，這臺加工的程序不能用在另外一臺機床上面去加工，這樣就達(dá)不到提前編程和程序儲存歸檔的目的。

2.2 數(shù)控機床利用率低，MDC軟件監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示處于50%左右

目前，車間數(shù)控機床加工零件從開始到結(jié)束簡單的可分為以下幾大步；領(lǐng)取圖紙、識圖→刀具(準(zhǔn)備刀具、安裝刀具)→程序(編制程序、校車時修改程序)→校車(工裝夾具量具準(zhǔn)備、對刀、調(diào)試尺寸)→批量加工→結(jié)束，現(xiàn)在的加工方式是按照以上步驟，做完一項接著做下一項，每個步驟都是由校車人員鏈條式的方式來完成，在領(lǐng)圖紙、準(zhǔn)備刀具、編程這些過程當(dāng)中機床都是處于停機時間，根據(jù)車間目前狀況，各類機床之間以及同一類型機床上的操作工人，各用個的操作習(xí)慣、加工方法及編程習(xí)慣等，每個工人的識圖能力、技術(shù)水平、加工時間包括輔助加工時間參差不齊，輔助加工時間在4小時～24小時不等，復(fù)雜類零件甚至更長。

2.3 刀具、量具、原材料準(zhǔn)備

現(xiàn)階段的生產(chǎn)模式均是讓數(shù)控機床停下來鏈條式的去準(zhǔn)備刀、量具，準(zhǔn)備的過程當(dāng)中遇到問題才反饋，因缺乏刀具、量具生產(chǎn)中斷的情況時有發(fā)生，充分體現(xiàn)了前期的準(zhǔn)備不足，生產(chǎn)無法流暢進行，如每加工一類零件生產(chǎn)準(zhǔn)備階段對于自制光面塞規(guī)加工均需要耗費時間約1小時左右，并且再次加工該類零件時，需再一次進行重復(fù)自制光面塞規(guī)的工作，生產(chǎn)資源的嚴(yán)重浪費。同時，現(xiàn)在無論是生產(chǎn)刀具、輔助夾具等均是按照機床配置或小范圍團體配置，也存在資源配置重復(fù)的現(xiàn)象。

2.4 手工編程差異化與不受控

不同操作者由于技能高低、思維模式不同、對機床設(shè)備性能掌握程度也各不相同。多方面的因素導(dǎo)致同一零件編制的數(shù)控加工程序千差萬別，零件實際加工的時間也就大相徑庭，操作人員只會根據(jù)各自最為熟悉的工作方式編程校車，所以導(dǎo)致每次加工同一類零件時不同的操作人員都要進行零件程序的再次編制，加工過程中的數(shù)控程序不受控。中等復(fù)雜的零件編程的時間至少都在一小時以上，再一次增加了機床的停機時間，并且不同操作人員用各自的編程方式校車，根本無法知曉是否選用最優(yōu)的加工流程及最合適的切削參數(shù)，恰好這些細(xì)節(jié)方面是不易被基層管理者發(fā)現(xiàn)的，嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率提高。

2.5 校車問題

生產(chǎn)現(xiàn)場操作員工普遍的校車模式是編程、校車同時進行，而不能單獨分開進行或提前編制程序，主要是由于編制一段程序后需要進行校車試驗確定程序的正確性，此種校車方式效率極低，更有甚者是準(zhǔn)備刀具、編程、校車同時開展，嚴(yán)重背離了統(tǒng)籌安排計劃。

傳統(tǒng)加工模式必須按部就班的每個緩解逐一實現(xiàn)后才能進行下一步操作，所有的過程中機床都處于停機狀態(tài)。數(shù)字化加工模式中，計劃的接收、刀具的準(zhǔn)備以及數(shù)控程序的編制都是在機外并列進行完成，只要能確保計劃任務(wù)的提前下達(dá)，編程人員在機床空閑之前有足夠的編程處理時間驗證程序的準(zhǔn)確性并優(yōu)化加工路徑，校車加工所占用的時間將大大減少，實現(xiàn)機床利用率的提升。

3 實施零件數(shù)字化制造

零件數(shù)字化制造流程的核心思想是做到?jīng)Q策在前。無論是項目計劃還是刀具、量具等每一項輔助加工工作都必須提前準(zhǔn)備，機床只在安裝刀具和裝夾零件的時候停止運行。數(shù)字化的生產(chǎn)流程為：3D零件模型設(shè)計→計算機NC編程→計算機仿真→刀具、量具、輔料準(zhǔn)備→機外對刀→校車→首件加工及檢驗→批量加工；其中的“3D零件模型設(shè)計→計算機NC編程→計算機仿真”在上流程中統(tǒng)稱為“軟件編程”。此流程最大優(yōu)勢在于“軟件編程”和“刀具、量具、輔料準(zhǔn)備”等均在機外策劃，機床空閑時直接進行校車，大大節(jié)省了現(xiàn)有長時間的前期準(zhǔn)備，使生產(chǎn)過程一直處于校車→批量加工的無縫鏈接。軟件編程模式在計算機數(shù)控編程完成，仿真模擬無誤后輸出刀具報表、零件報表。其中刀具報表里包括了裝刀長度數(shù)值(刀具伸出刀桿長度)、刀具處于刀庫中的刀位號、刀具直徑大小值、刀具材質(zhì)、刀具刃口長度值、刀具類型、刀具注釋、刀具圓角等等實際需求的刀具規(guī)格的所有數(shù)據(jù)。零件報表里包括了零件毛坯大小、零件裝夾方位、以及對刀零點等位置等。通過報表，可以指導(dǎo)刀具管理員、校車人員、操作人員等為輔助加工提前做準(zhǔn)備，由以前的編程、刀具、校車做完一項在接著做另一項的串行工作方式，改為現(xiàn)在的編程、刀具、校車同時進行的并行的工作方式。很大程度的提高了機床的有效利用率，杜絕了停機等待。

3.1 實施機外軟件編程

數(shù)控機床處于運行加工時，進行下一個代加工零件的CAD三維圖繪制，CAM計算機數(shù)控編程，CAD軟件選用Inventor軟件，CAM編程軟件選用GibbsCAM，GibbsCAM是Cimatron公司旗下的一款面向零件加工的CAM軟件，尤其是車銑復(fù)合領(lǐng)域的CAM加工方案，它除了車銑復(fù)合之外，還支持2軸到5軸銑削、車削、聯(lián)動銑削多任務(wù)加工和線切割。2008年6月進入中國市場，公司于2009年7月購進該軟件，利用CAM軟件可以進行任意多軸聯(lián)動，實現(xiàn)對各種復(fù)雜零件曲面的加工，隨著時代和社會經(jīng)濟浪潮的發(fā)展，宇航產(chǎn)品出現(xiàn)了多樣化、復(fù)雜化的局面，針對曲面加工，目前利用CAM軟件編程實現(xiàn)多軸聯(lián)動的曲面加工已經(jīng)成為必不可少的加工手段之一。數(shù)控編程員根據(jù)所編制的數(shù)控程序，運用GibbsCAM軟件輸出刀具清單，對刀工根據(jù)刀具列表清單進行裝刀，機外對刀。

3.2 實施機外對刀

操作人員領(lǐng)取刀具清單表，用Zoller對刀儀進行機外對刀，如圖1所示。全自動對刀儀是加工中心及各種數(shù)控機床、專用機床必備的測量儀器，它可以在機外對刀具切削刃徑向和軸向坐標(biāo)尺寸進行測量、調(diào)整，把測量得到的刀具數(shù)據(jù)通過傳輸軟件傳入機床刀具數(shù)據(jù)面板，從而減少機床的試切次數(shù)和停機調(diào)整時間，保證機床的加工質(zhì)量。在刀具準(zhǔn)備領(lǐng)域，刀具預(yù)調(diào)和測量設(shè)備通常是加工鏈中的一部分。在對切削刀具進行預(yù)調(diào)和測量的同時并不影響CNC機床的運轉(zhuǎn)。測量結(jié)果既可以自動從刀具測量儀傳輸?shù)綑C床，也可以由操作人員手動輸入機器控制系統(tǒng)。使用全自動對刀儀可以大大減少機床調(diào)試時間，提高加工效率，刀具經(jīng)過預(yù)調(diào)整后還可以明顯地提高加工質(zhì)量和合格率。

圖1 機外對刀

3.3 首件加工

操作人員領(lǐng)取已經(jīng)通過對刀儀檢測的刀具，按照刀具表順序安裝在數(shù)控機床上，輸入刀具數(shù)據(jù)和調(diào)取數(shù)控加工程序，直接進行加工，首件檢測合格后即可批量加工。

4 實施前后效能分析

車間在2020年3月24日刀具庫房建設(shè)完成，并投入使用，零件數(shù)字化制造小組二次開發(fā)編程軟件，編程結(jié)束以后直接輸出刀具清單列表，對刀工根據(jù)刀具列表清單進行裝刀對刀。以前停機安裝一把刀和對一把刀，需要5分鐘時間，現(xiàn)在提前安裝刀具，提前運用機外對刀儀對刀，機床加工結(jié)束停機后，機床操作員直接安裝現(xiàn)成的刀具，輸入刀具數(shù)據(jù)，現(xiàn)在只需要1分鐘20秒的時間，減少了以往的停機準(zhǔn)備刀具以及對刀等工作，通過對比提前機外對刀和停機機內(nèi)對刀能夠在原來的基礎(chǔ)上減少機床停機時間73.3%。

2020年12月，36臺數(shù)控加工中心正式實施零件數(shù)字化制造，機床利用率逐步提升，與去年相比已經(jīng)同比增長了11.8%。

5 結(jié)束語

通過實施零件數(shù)字化制造，消除了多品種小批量零件加工中的斷點，實現(xiàn)了多品種小批量數(shù)字化制造流程的無縫鏈接，有效的縮短了數(shù)控加工過程中的輔助準(zhǔn)備時間，提高加工效率和設(shè)備有效利用率。對實施零件數(shù)字化的設(shè)備進行MDC在線監(jiān)控，數(shù)控設(shè)備有效利用率在前期65.6%的基礎(chǔ)上大幅提升為77.4%,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。