數控機床能否作專機用于大批量生產?一般設計、工藝手冊等資料大多是否定的，例如《機械加工工藝手冊》對有關各類機床加工范圍的劃分如圖1所示。

 

                      圖1

  

由圖1可見，數控機床一般適用于加工復雜程度高而批量不大的場合：專用機床適用于大批量生產而復雜程度不很高的場合。

 

有關資料中還介紹了利用“數控加工適宜性評分表”來決策是否選用數控機床的方法，其中，當工件批量大于100件時，評分明顯下降，可見其批量局限性之大。

 

然而，當我們注意到簡易型數控機床與數控機床存在較大差異，而專用機床與普通機床、數控機床并無不可逾越之界線時，結論與上述圖表可能大相徑庭。我廠前輪轂生產線簡易數控機床專機化使用7年來的實踐，充分證明了簡易數控機床完全可以用于大批量生產，并且不失為使簡易數控機床獲取較高經濟效益的重要途徑之一。前輪轂生產線于1993年7月利用原有普通車床作了數控改造后，生產能力并未因此提高，廢品率與普通車床相當甚至更高，僅僅只降低了勞動強度，效果遠不如人意。其原因可以原第10工序為例分析如下。工序示意如圖2。

 

               圖2

 

由于受數控機床適用范圍理論影響，該工序內容高度集中，包含諸多階梯內外圓粗、精車和多處內、外圓倒角以及軸向深槽和徑向切槽等工步。理論上認為這樣的工序使用數控機床可以顯著提高效率，提高精度和精度一致性，能實現多臺機床一人看管，降低操作者的技術等級要求。但實際情況幾乎恰恰相反:

 

實際切削時間586s，比原來普通車床手工操作約慢120s：

 

精車孔徑實際誤差可達0.06mm，而公差為0.03mm，廢品率<2.5%：

 

切削圓周深槽(寬×深=6.5mm×15mm)經常失步，嚴重阻礙了正常生產。由于失步改變了坐標位置，尺寸很不穩定，常需返工。

 

工序復雜導致刀具多且形狀復雜，難于刃磨和裝調，每班需4名經驗豐富、技術水平較高的操作者開4臺機床，才能滿足生產流通速度，而班組實際情況不能適應。

 

理論與實際的巨大差異，其原因主要在于簡易數控機床與一般數控機床的差異。簡易數控機床大多是利用原普通機床改裝，除了加裝機床數控系統和少許改裝進給系統外，其余并無改變，因此原機床的機械性能基本不變，切削用量亦不能加大，單一工步并不能提高效率。此外，當時的簡易數控機床所配置的步進電動機負載能力偏小，切削阻力稍大即頻繁失步，因此不得不降低進給速度。如切槽工步進給速度被迫降到原普通機床的1/3，盡管工步間自動轉換比普通機床快，但仍入不敷出，總的效率較低。

 

簡易數控機床一般選配開環控制系統，實際進給量無反饋亦無動態調整，對失步毫無察覺，其進給精度與采用閉環控制的數控機床比較，存在著質的差異。此外，用普通機床改裝的簡易數控機床進給系統剛性遠不如數控機床，因此，對于材料硬度差異、毛坯余量大小、刀具鋒利程度等因素比較敏感，尺寸離散程度較大。對于較小公差帶，其實際工序能力往往不足，故不能簡單地使用于精度要求高的場合。

 

簡易數控機床因其簡陋或改裝質量差、工作環境差等因素影響，故障率高于一般數控機床。若工序內容過于集中，任何一工步發生故障停機處理，都使整道工序受阻，對生產線流通影響較大。在質量方面影響亦大，例如上工步只要失步一兩個脈沖當量，后續精車就難免報廢。一般來說，需控制的動作轉換次數與故障率成正比。例如回轉刀架使用4個轉位比僅使用一個轉位的故障高約4倍。因此，簡易數控機床并不適用于工序內容復雜的場合。

 

認識到簡易數控機床與數控機床的較大差異，為我們在觀念上突破其適用范圍提供了依據。怎樣才能使簡易數控機床獲取較高的經濟效率?最基本的辦法之一是揚其長，避其短，而簡易數控機床專機化使用恰能比較有效地做到這一點。

 

首先，簡易數控機床的價格不但遠遠低于一般數控機床，甚至還遠低于專用機床。利用原有普通機床改裝，一臺機床的追加投資僅約2萬元。因此，簡易數控機床作專機使用具有很好的經濟性和性能價格比。

 

其次，專機生產線往往只能生產一種產品，若要改換產品，要么須對原機床的夾具和動力部分作較大改動，要么另搞一條專機生產線，其轉換周期長，成本高，很難適應當今以銷定產的市場要求。而簡易數控機床組成的生產線，工藝柔性與數控機床幾乎相同，可以隨需應變。例如前輪轂生產線，數控系統中同時儲存了兩種型號的前輪轂、后輪殼的加工程序，零件品種轉換時，只需調出相應加工程序，換少許刀具即可。對于試制產品的小批量生產，只要補輸入加工程序，亦能很快地實現。7年來，這條生產線不僅很好地完成了原定的任務，還在外協件(相同零件或不同零件如后輪殼)配套缺口大的關鍵時刻發揮了重要作用。由此可見，簡易數控機床作專機使用具有一般專用機床無法比擬的工藝柔性，能較好地適應市場要求。

 

簡易數控機床專機化使用對于避其短也很有好處。

 

專機化使用的具體特點之一是各工序加工內容比較單一，切削時間大致相等，使每一臺機床閑置等待時間較少，從而充分發揮全線的生產能力。這就意味著原來過于集中的工序內容需要化整為零，使每道工序都比較簡單。這與現有理論幾乎背道而馳，但正因為如此，可以有效地避免簡易數控機床的許多短處:

 

粗車、半精車與精車分離后，尺寸公差一下就擴大了幾倍或十幾倍，對于簡易數控機床，毫不費力即可達到尺寸精度和精度一致性要求。此外，因刀具少且裝調方便，操作者省去了用顯微鏡對刀的麻煩和時間。由于操作簡易，質量穩定，一人看管2臺機床輕松自如，一舉提高功效近一倍。

 

而精車工序獨立后，機床進給系統受力輕微，精度一致性顯著提高。由于不轉刀架以及動作轉換極少從而減少了誤差源，離散程度下降，工序能力指數提高。在此以該工序精車?52mm孔徑質量為例。

 

由此可見，盡管簡易數控機床精度不如一般數控機床，但通過一些特殊措施改善它的工作條件后，其精度水平是可以滿足一般精加工要求的。這一特點具有很大的經濟意義:如果為精車工序配置一臺數控機床的話，其精度也只能大致如此，而成本卻要高出20倍以上。

 

由于工序內容簡單，需控制的動作轉換數大大減少，故障率明顯降低，保證了生產線得以正常運行。同時，專機化有效地加快了零件流通，對機床布置、現場管理和安全文明生產十分有利。過去因各工序不平衡，某些工序經常發生工件大量堆積，對暢通道路、清掃鐵屑、質量檢驗、均衡生產等均有影響。專機化后，現場阻滯現象明顯減少。

 

簡易數控機床專機化使用對于前輪轂生產線最顯著的好處是大幅度提高了生產效率，獲得了很好的經濟效益。專機化改進后，實際布置了兩條并行的前輪轂生產線(便于操作者一人看管2臺相同工序的機床并提高生產流通的穩定性)，實際月產量從原來3700件上升到5700件，目前已達到了7000件。設生產線為獨立核算經濟實體，以零件加工費為其收入。由于人力、物力和管理費用近似于不變(實際上操作人員減少而機床略有增加，費用大體相抵消)，而生產能力提高，凈增產品的加工費可視為直接經濟效益。7年來，實際年產量平均約70000件(受計劃限制)。改進前月產3700件，年產為3700×12=44400(件)，由此得實際年增產為70000-44400=25600(件)。每件加工費為20.63元，年增收加工費為20.63×25600=528128.00(元)。此外，因兩道工序實際廢品率合計下降了1.1%，每年可減少廢品70000×1.1%=770(件)，每件價值72.63元，年減少廢品損失72.63×770=55925.1(元)。合計年增收入58.4萬元。扣除追加投資52萬元，實際效益累計已達350萬元。

 

實踐充分證明，簡易數控機床專機化使用在提高生產效率、產品質量和經濟效益等方面效果顯著。因此，簡易數控機床完全可以作專機用于大批量生產。以此反思，專用機床設計是否也可以運用數控技術提高其工藝柔性從而提高其使用性能? 【MechNet】