近年來，隨著太鋼150萬不銹鋼技改投入力度的加大，太鋼設(shè)備安裝公司先后購置了多臺價格昂貴的大型數(shù)控加工設(shè)備。這些新設(shè)備功能強、效率高、誤差小，在一定程度上改變了公司數(shù)控加工能力不足的被動局面，對非標設(shè)備制作質(zhì)量有了一定的提高。但一年多來對這些新設(shè)備的應(yīng)用并不理想，機床加工效率較低，主軸切削運轉(zhuǎn)率不足40％，也就是說，在每天的大部分工作時間內(nèi)，機床并未在切削工件，數(shù)控機床潛在的加工能力并未得到充分發(fā)揮。如何使用好這些價格昂貴的數(shù)控設(shè)備，提高設(shè)備利用率和實現(xiàn)高效率加工，已成為我們不能回避和必須認真解決的問題。應(yīng)用多零件加工數(shù)控技術(shù)是提升數(shù)控設(shè)備應(yīng)用水平的有效途徑之一。
1 多零件加工技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀
在多品種、大批量生產(chǎn)模式的數(shù)控加工中，應(yīng)用多零件加工技術(shù)，可以較大幅度地降低加工過程中的生產(chǎn)輔助時間，提高主軸切削運轉(zhuǎn)率，從而提高數(shù)控設(shè)備利用率和加工效率。同時，對于外形輪廓復雜的板料類零件，還可以利用套裁排料的方法，提高材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。所謂多零件加工，就是利用數(shù)控機床固有的加工能力和功能，實現(xiàn)多個相同或不同工件一次同時裝夾后連續(xù)完成自動加工。
多零件加工技術(shù)在工業(yè)發(fā)達國家，特別是宇航、汽車制造業(yè)數(shù)控加工中得到了較廣泛的應(yīng)用，包括采用帶有轉(zhuǎn)動工作平臺、可安裝立碑式夾具的四五坐標聯(lián)動加工中心或帶有較大臺面可翻轉(zhuǎn)工作臺的臥式加工中心機床。在國內(nèi)，包括太鋼設(shè)備安裝公司在內(nèi)的一些制造企業(yè)對多零件加工技術(shù)已有一定程度的應(yīng)用，但一般還只限于在同一塊毛料上，一次加工出多個尺寸較小的同一零件，在加工中，只是由操作人員簡單地重復每條加工程序，并未實現(xiàn)自動化連續(xù)加工，其目的僅是為了實現(xiàn)零件的套裁和解決因毛料尺寸小無法裝夾找正的問題。
但是，對多個不同零件，特別是大型零件的多零件加工，國內(nèi)還未見成功應(yīng)用的記錄和實例，可以認為，在該領(lǐng)域開展相關(guān)研究，掌握并應(yīng)用好此技術(shù)，是提高數(shù)控設(shè)備利用率和加工效率的又一個重要技術(shù)途徑。
根據(jù)太鋼設(shè)備安裝公司新購置的2臺高速加工中心數(shù)控機床工作臺尺寸較大的特點，我們開展了多零件加工技術(shù)的應(yīng)用研究，并已成功地將之應(yīng)用于連鑄機非標件、冷軋機等非標件的加工。
2 實現(xiàn)多零件數(shù)控加工的關(guān)鍵問題
在一臺加工中心數(shù)控機床上成功實現(xiàn)多零件加工，需要解決以下關(guān)鍵問題。
2.1 編制規(guī)范化的典型工藝規(guī)程
目前，太鋼設(shè)備安裝公司結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工項目多，批量多，結(jié)構(gòu)復雜，形狀差別大，抽象總結(jié)出某類零件的加工特點和共性，編寫出通用性強的典型零件加工指令難度很大。但是，為開展多零件加工技術(shù)，必須結(jié)合機加零件結(jié)構(gòu)特點和加工機床的功能，對典型零件加工指令的編制進行規(guī)范化。確定基本標準化的工藝方案，編制加工內(nèi)容統(tǒng)一的數(shù)控程序，采用統(tǒng)一規(guī)范、合理的切削參數(shù)(如使用規(guī)定的程序號、工件坐標系、刀具號、刀庫配置數(shù)據(jù)、種類及規(guī)格統(tǒng)一的刀具，統(tǒng)一規(guī)范的進給率、主軸轉(zhuǎn)速等)是實現(xiàn)多零件加工的基本工作，歸納起來說，編制規(guī)范化的典型工藝規(guī)程是成功實現(xiàn)多零件加工的基礎(chǔ)。
2.2 實現(xiàn)多零件合理布局
通常，不同零件毛料的外形尺寸各不相同，特別是真空銑具的幾何尺寸很大，如何實現(xiàn)工件在機床工作臺上的合理分布，利用好機床的有限資源是提高加工效率的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)多零件加工的前提。在這里必須考慮和解決的問題有：在充分利用機床工作臺有效幾何尺寸的前提下，結(jié)合不同零件加工特點的分析，合理確定和定義加工工藝相近的若干個零件作為一個“加工組”，并合理布局零件在機床工作臺面上的位置。同時，要充分利用系統(tǒng)控制功能和基于高加工效率原則來合理劃分，確定加工路線和工作流程。
2.3 解決自動連續(xù)運行和工件坐標系自動設(shè)置
多零件數(shù)控加工必須實現(xiàn)加工程序的自動連續(xù)運行，按照已規(guī)定好的內(nèi)容和程序號進行加工，只有這樣，才能保證在試制期間，特別是以后加工程序優(yōu)化更改時不會造成混亂。同時，必須實現(xiàn)三坐標和五坐標加工程序間的連續(xù)自動運行。此外，還必須實現(xiàn)不同零件加工程序的自動連接和不同零件加工時工件坐標系的自動設(shè)定。這是實現(xiàn)多零件連續(xù)自動加工的關(guān)鍵。
2.4 確定合理的加工參數(shù)
結(jié)合機床和零件的加工特點，在每一個工序、每一個工位確定好每一把刀的切削參數(shù)，減少加工過程中的人為干預，最終達到自動化加工的目的，這是保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低設(shè)備故障率，實現(xiàn)多零件加工的重要環(huán)節(jié)。
3 多零件數(shù)控加工的技術(shù)實踐
3.1 加工試驗
某連鑄件共有結(jié)構(gòu)相近的機加零件30項，毛料均為板材，尺寸為700mmX420mm至2 200mmx670mm不等，厚度為48Inln和76lnln兩種規(guī)格，加工機床為HPs__4B臥式高速銑加工中心，配有臺面尺寸為4 032mm*2 032 mm兩個工作臺。經(jīng)分析認為，無論是零件類型還是加工機床，均適合用多零件加工技術(shù)來提高機床的主軸切削運轉(zhuǎn)率。
按正常的加工方法，對其中一項零件172A3401--2的數(shù)控加工時間進行現(xiàn)場統(tǒng)計。其中，平均主軸切削運轉(zhuǎn)率為47.4％；非切削時間占整個加工時問的52．6％。
因此，要提高生產(chǎn)效率，一方面要不斷地完善工藝方法和加工程序，提高有效的切削效率；另一方面要通過改變生產(chǎn)方式來減少裝夾時間和毛料、刀具配套時間，縮短生產(chǎn)輔助周期。為此，在裝夾零件方面做了如下兩個試驗：
實驗一：同時裝夾準備2件零件，共用了175 min。平均裝夾每件零件用87.5 min，比裝夾1件零件少用了57.5 min。
實驗二：同時裝夾準備3件零件，共用了180 min。平均裝夾每件零件用60 min，比裝夾1件零件少用了85 min。所以，在機床工作臺允許的前提下，一次裝夾同類型零件的數(shù)量越多，平均每件零件發(fā)生的準備工時越少。
3.2 具體應(yīng)用
通過分析，總結(jié)完善現(xiàn)有同類型零件的加工方案和典型零件的試加工，并在多零件數(shù)控加工技術(shù)試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，最后選定連鑄機扇形段結(jié)構(gòu)件開展和實施如下相關(guān)技術(shù)工作：
3.2.1 確定零件的加工方案和加工組
選定的12個扇形段結(jié)構(gòu)件，將在2臺HPS-_4B臥式高速加工中心機床上實施多零件數(shù)控加工技術(shù)。每臺機床承擔6個，其中一個工作臺利用通用平臺裝夾加工第一個面，另一個平臺裝夾具加工第二個面，考慮到程序組織和機床硬件的實際情況，12個零件每3個作為1個alto組。其中毛料厚度及零件厚度相近，且與其他零件差別較大的零件安排為1個加工組。
3.2.2 確定連續(xù)自動加工方法
目前，數(shù)控設(shè)備實現(xiàn)連續(xù)自動加工的方法有兩種：一是通過各子程序首尾串聯(lián)；二是通過一條主程序調(diào)用各子程序。結(jié)合太鋼設(shè)備安裝公司的技術(shù)水平和數(shù)控加工的實際情況，選用后一種加工方法。同時，利用數(shù)控控制系統(tǒng)的通用功能，完成工件坐標系的分配和設(shè)置，即通過FANUCl5M提供的可編程工件坐標系設(shè)置功能(G54～G59)，結(jié)合零件的
分組情況，將不同的零件所使用的不同工件坐標系固定下來。同時，通過系統(tǒng)的宏變量功能完成工件坐標系的自動設(shè)置。
3.2.3 確定合理的切削參數(shù)
確定合理的切削參數(shù)的前提是同一規(guī)格的刀具在相同的加工深度和寬度的條件下，其轉(zhuǎn)速和迸給速度的統(tǒng)計數(shù)值的離散程度低，為此，我們選用整體硬質(zhì)合金銑刀，按有關(guān)的技術(shù)說明和數(shù)據(jù)并經(jīng)試切完善，總結(jié)出合理的切削參數(shù)。
3.2.4 編程和試制生產(chǎn)
按照統(tǒng)一的刀具目錄表、工件坐標系分配表、加工子程序分配表及加工內(nèi)容，結(jié)合典型的工藝規(guī)程，分別編制12個扇形段加工指令，并分別編寫4個加工組零件的加工運行主程序。同時，對第一次裝夾和第二次裝夾分別編制1條主程序，這樣共編制加工組運行主程序8條。在此基礎(chǔ)上，以零件加工組為單位進行試切加工。試切零件4組12件，一次成功8件，一次試切成功率66.7％。通過試切加工過程中的工藝優(yōu)化、完善和經(jīng)過2個月的穩(wěn)定生產(chǎn)，對HPS—4B機床的加工能力進行了統(tǒng)計。
不難看出，主軸切削運轉(zhuǎn)率明顯提高，從過去的47．4％提高到現(xiàn)在的77.4％，工件裝夾時問降低幅度較大，由原來的145 min降為現(xiàn)在的12 min。這說明，運用多零件加工技術(shù)后，數(shù)控加工效率有了較大提高。
4 結(jié)語
多零件數(shù)控加工技術(shù)已成功地應(yīng)用到太鋼設(shè)備安裝公司結(jié)構(gòu)零件的大批量生產(chǎn)中，提高了設(shè)備的利用率和加工效率，使生產(chǎn)制造能力有了很大提高，并改善了產(chǎn)品質(zhì)量，取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟效益。
同時，在研究和應(yīng)用這項技術(shù)中，進一步利用和發(fā)揮了數(shù)控機床潛在的功能，如加工程序模塊的調(diào)用技術(shù)、宏指令功能、變量傳輸、高速加工、可編程工件坐標系設(shè)置等。我們將繼續(xù)開展多零件加工技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，挖掘現(xiàn)有設(shè)備的加工潛力，提高數(shù)控制造技術(shù)水平和加工能力。
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本文標題：多零件加工數(shù)控技術(shù)的研究與應(yīng)用
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