數(shù)控機(jī)床適用于多品種、小批量、形狀復(fù)雜、精度要求嚴(yán)格的零件制造。國內(nèi)自20世紀(jì)80年代起即步入了數(shù)控機(jī)床及相關(guān)技術(shù)的廣泛應(yīng)用階段，經(jīng)過近30年的應(yīng)用實(shí)踐，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)逐漸成為各行業(yè)產(chǎn)品制造的主要技術(shù)手段，形成了各具特色的產(chǎn)品生產(chǎn)線，生產(chǎn)制造觀念和思維模式得到了根本改變和提升。在數(shù)控機(jī)床快速普及、高速加工技術(shù)逐步廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為型號產(chǎn)品研制過程中的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，其應(yīng)用水平已經(jīng)直接關(guān)系到產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)和及時(shí)交付。切削加工是航空產(chǎn)品制造過程中工作量最大的專業(yè)之一，也是數(shù)控機(jī)床的主要應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，航空制造企業(yè)在相繼引進(jìn)多種類型、數(shù)量不等的數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，也配備了層次不同的數(shù)控車間所必須的軟件工具，大大提升了企業(yè)的制造水平。從發(fā)展過程看，航空產(chǎn)品關(guān)鍵零件的切削加工經(jīng)歷了2個(gè)轉(zhuǎn)折、跨越了4個(gè)臺階，即從普通加工到數(shù)控加工、從低速到高速加工的轉(zhuǎn)折；數(shù)控機(jī)床主軸的額定轉(zhuǎn)速跨越了6000r/min、12000r/min、18000r/min、24000r/min四個(gè)臺階。
      數(shù)控機(jī)床的配備和應(yīng)用主要是隨著航空產(chǎn)品研制與生產(chǎn)的需求而進(jìn)行的，由于產(chǎn)品生產(chǎn)周期緊、任務(wù)重，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用一直是處于邊生產(chǎn)、邊摸索的狀態(tài)，絕大多數(shù)的企業(yè)為保證生產(chǎn)任務(wù)周期，在數(shù)控機(jī)床功能充分應(yīng)用、工藝過程優(yōu)化、切削參數(shù)合理選擇等方面無暇投入較大的精力，造成數(shù)控機(jī)床利用效率偏低、零件加工周期較長。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用狀態(tài)在不同企業(yè)之間存在著較大的差異，有些企業(yè)通過信息化建設(shè)工程在少量典型件生產(chǎn)線初步應(yīng)用了DNC技術(shù)和MES系統(tǒng)，但大多數(shù)情況下，數(shù)控設(shè)備處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。隨著產(chǎn)品類型和生產(chǎn)批量的增加，工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過程的管理日趨復(fù)雜，工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、作業(yè)計(jì)劃管理、生產(chǎn)線現(xiàn)場信息傳送與獲取難度增加，造成數(shù)控機(jī)床的整體效率難以充分發(fā)揮，生產(chǎn)線現(xiàn)場運(yùn)行效率難以及時(shí)滿足產(chǎn)品交付周期需求。制約產(chǎn)品交付周期的主要問題通常表現(xiàn)為：①數(shù)控工藝技術(shù)水平限制著數(shù)控機(jī)床能力的發(fā)揮和生產(chǎn)能力的提升；②數(shù)控機(jī)床功能利用程度及應(yīng)用方式影響著數(shù)控機(jī)床的使用效能；③數(shù)控車間集成技術(shù)應(yīng)用程度制約著數(shù)控機(jī)床規(guī)模效應(yīng)的發(fā)揮。上述這些制約因素導(dǎo)致航空制造企業(yè)數(shù)控機(jī)床利用率偏低、產(chǎn)品制造周期長、生產(chǎn)成本高、批生產(chǎn)能力低。

      數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)與主要環(huán)節(jié)

      數(shù)控機(jī)床應(yīng)用涉及的基礎(chǔ)是數(shù)控工藝技術(shù)?，F(xiàn)階段人們提及的數(shù)控工藝，在狹義上是指數(shù)控切削加工工藝。概括起來講，數(shù)控工藝技術(shù)是以切削加工技術(shù)為核心，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造軟件工具、數(shù)控機(jī)床以及數(shù)控測量設(shè)備等完成工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控程序編制、工件加工、尺寸測量等工作過程的方法、數(shù)據(jù)、文件等的集合，它涉及知識集（切削原理、數(shù)學(xué)計(jì)算方法、軟件技術(shù)基礎(chǔ)）、資源集（軟件工具和數(shù)據(jù)庫、工裝工具與儀器）、數(shù)據(jù)集（工藝文件、數(shù)控程序）[1]。上述這些技術(shù)與工具是數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的主要技術(shù)基礎(chǔ)和基本條件。數(shù)控機(jī)床應(yīng)用主要涉及工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)控加工在線控制、數(shù)控車間或生產(chǎn)線系統(tǒng)集成、數(shù)控加工成本控制4個(gè)環(huán)節(jié)。

     （1）工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。
      工藝數(shù)據(jù)包括工藝規(guī)程、數(shù)控程序、測量指令等。其中，數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的直接數(shù)據(jù)。復(fù)雜零件的數(shù)控程序設(shè)計(jì)流程主要包括數(shù)模分析（結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，分析型面特點(diǎn)、精度要求、初步確定加工走刀方式等，并完成工藝規(guī)程設(shè)計(jì)）、編程準(zhǔn)備（定義毛坯、加工區(qū)邊界、刀具數(shù)據(jù)、程序命名等）、程序編制（選擇合適的加工方法，給定進(jìn)刀、走刀、退刀方式及其工藝參數(shù)，生成刀具運(yùn)動軌跡）、模擬檢查（參照工件CAD模型檢查刀具運(yùn)動軌跡的正確性，對刀具軌跡中出現(xiàn)的位置突變、過切或欠切、運(yùn)動軌跡異常等進(jìn)行處理與修正）、后置處理（將刀位軌跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床可接受的數(shù)控指令代碼）、現(xiàn)場加工這樣幾個(gè)過程。
      工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備過程有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：工藝優(yōu)化和數(shù)控加工仿真。工藝優(yōu)化包括切削參數(shù)優(yōu)化、工藝路線優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工變形控制。切削參數(shù)優(yōu)化主要是以提高單位時(shí)間金屬去除率和保證加工質(zhì)量為目標(biāo)，選擇和確定合理的工藝參數(shù)，通常通過切削試驗(yàn)、工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性分析計(jì)算和典型驗(yàn)證試驗(yàn)獲得；加工變形控制是借助數(shù)值分析、經(jīng)驗(yàn)積累、工藝系統(tǒng)動態(tài)特性分析控制等滿足工件的加工精度要求；工藝路線優(yōu)化則以降低制造成本、減少非加工時(shí)間為目標(biāo)，對工件的加工過程進(jìn)行精化設(shè)計(jì)。
       數(shù)控加工仿真是在計(jì)算機(jī)上模擬刀具運(yùn)動、切削加工過程，包括幾何仿真、物理仿真、加工過程仿真。幾何仿真是基于理想幾何圖形通過數(shù)學(xué)計(jì)算來檢驗(yàn)數(shù)控程序是否正確，不考慮切削參數(shù)、切削力等因素對切削加工的影響，如刀位軌跡檢查、數(shù)控程序仿真檢查；物理仿真將整個(gè)工藝系統(tǒng)或部分工藝系統(tǒng)元素視為彈塑性實(shí)體，對物理特性及其變化特征進(jìn)行模擬，如切削加工中刀具受力變形、工件受力變形、加工振動分析等；加工過程仿真是將幾何形體與物理性質(zhì)的變化集成在一起，對加工過程（工序、工步及其具體加工狀態(tài)和結(jié)果）進(jìn)行較為真實(shí)模擬的一種仿真形式。目前幾何仿真技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在數(shù)控程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛，而其他兩種仿真主要在工藝研究中有初步應(yīng)用，能夠提供給生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用的成熟產(chǎn)品很少。

     （2）數(shù)控加工在線控制。
      數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用過程中有大量的數(shù)據(jù)需要傳送和管理，這些數(shù)據(jù)包括數(shù)控程序、刀具裝調(diào)數(shù)據(jù)、工件定位調(diào)整數(shù)據(jù)、加工狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備故障信息等。當(dāng)數(shù)控機(jī)床作為獨(dú)立設(shè)備使用時(shí)，這些數(shù)據(jù)只能通過人工進(jìn)行組織和管理，不僅效率低下，而且易于產(chǎn)生錯(cuò)誤，嚴(yán)重制約數(shù)控機(jī)床的有效運(yùn)行；數(shù)控機(jī)床集成組成生產(chǎn)線時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸與管理不僅包括上述數(shù)據(jù)，還包括作業(yè)指令、資源配置、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，更需要對數(shù)據(jù)的有效組織。數(shù)控加工在線控制主要包括網(wǎng)絡(luò)化連接、自適應(yīng)控制、生產(chǎn)線運(yùn)行管理。
      網(wǎng)絡(luò)化連接是通過串/并行接口、網(wǎng)絡(luò)接口、嵌入式模塊等實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床與上層控制計(jì)算機(jī)的連接，為數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)采集、加工狀態(tài)監(jiān)測等提供支持，也為數(shù)控機(jī)床集成化連接運(yùn)行提供支持。應(yīng)注意的是，只有通過采集數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的I/O信號才能真正實(shí)時(shí)反映機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，這是實(shí)現(xiàn)制造過程工況監(jiān)測、設(shè)備工況診斷與故障診斷的基礎(chǔ)，因此數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時(shí)應(yīng)能夠及時(shí)監(jiān)測到這些I/O信號，以對加工過程實(shí)現(xiàn)有效控制[2]。自適應(yīng)控制在工件加工過程中監(jiān)測某些物理量（如切削功率、切削扭矩），根據(jù)切削實(shí)際情況按設(shè)定的規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整程序設(shè)定的切削參數(shù)，使切削在相對穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行，目前已有少量的商品化系統(tǒng)提供了基本的調(diào)整與控制功能。
      生產(chǎn)線運(yùn)行管理主要是作業(yè)計(jì)劃的建立與發(fā)送、生產(chǎn)過程跟蹤、制造數(shù)據(jù)管理。目前大家關(guān)注較多的是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線運(yùn)行的正向管理功能，即以作業(yè)下達(dá)、生產(chǎn)執(zhí)行這樣的順序運(yùn)行，但MES在國內(nèi)的應(yīng)用尚處于研究、試用階段。

     （3）數(shù)控車間或生產(chǎn)線系統(tǒng)集成。
      目前航空產(chǎn)品都已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以向生產(chǎn)現(xiàn)場提供設(shè)計(jì)圖紙和數(shù)字化模型，為數(shù)字化制造的實(shí)現(xiàn)提供了基本條件。數(shù)控車間或生產(chǎn)線系統(tǒng)集成是在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境與在線控制技術(shù)支持下，將獨(dú)立的數(shù)控設(shè)備組成生產(chǎn)系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程所涉及的制造數(shù)據(jù)進(jìn)行集成化管理和控制，以實(shí)現(xiàn)信息流、物質(zhì)流、能量流的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。針對車間層次的數(shù)控機(jī)床應(yīng)用，系統(tǒng)集成涉及較為廣泛的基礎(chǔ)技術(shù)和環(huán)境建設(shè)，其重點(diǎn)是集成的工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備平臺、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與運(yùn)行管理、制造資源的及時(shí)配送和數(shù)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。集成的工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備平臺主要功能是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型，完成零件工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、數(shù)控加工程序設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)程序設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)要求等，按生產(chǎn)現(xiàn)場質(zhì)量體系要求生成有關(guān)工藝文件。

      生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與運(yùn)行管理主要是根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃編制車間的班次作業(yè)計(jì)劃，使數(shù)控機(jī)床及有關(guān)生產(chǎn)資源均衡協(xié)調(diào)工作，對生產(chǎn)運(yùn)行過程的數(shù)據(jù)、工件、在用資源進(jìn)行有效管理。MES是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與運(yùn)行管理的主要工具。制造資源的及時(shí)配送是消除數(shù)控機(jī)床停工、保證車間生產(chǎn)線有效運(yùn)行的基礎(chǔ)，基本原則是在需要的時(shí)間將需要的資源送達(dá)現(xiàn)場。制造資源包括加工需要的數(shù)據(jù)、工裝、工件及輔助物資等。數(shù)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)是以網(wǎng)絡(luò)化連接為基礎(chǔ)，對加工過程進(jìn)行跟蹤，對設(shè)備的有效運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量控制和生產(chǎn)效率評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

     （4）數(shù)控加工成本控制。
      生產(chǎn)費(fèi)用通常包括：（a）材料費(fèi)用C材；（b）機(jī)床費(fèi)用C機(jī)；（c）工資費(fèi)用C工；（d）換刀費(fèi)用C 換；（e）刀具費(fèi)用C刀。生產(chǎn)一個(gè)工件的總費(fèi)用為：C總=C材+（C機(jī)+C工）（t準(zhǔn)+t機(jī)）+（C換+C刀）（t機(jī)/T）。其中，t準(zhǔn)為機(jī)床準(zhǔn)備時(shí)間，t機(jī)為機(jī)床工作時(shí)間，T為刀具壽命。在同一生產(chǎn)環(huán)境下，C材、C機(jī)、C工、C換是相對固定的，而刀具費(fèi)用C刀則是變化的，也是對數(shù)控加工成本影響最大的可變因素。適當(dāng)選擇高質(zhì)量刀具，雖然增加刀具成本，但可使刀具壽命增加，也可以選擇更高的工藝參數(shù)而使工件在機(jī)床上的加工時(shí)間縮短，從上式中可以看出，生產(chǎn)工件的總費(fèi)用會下降，這也是充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床效率應(yīng)考慮的一個(gè)基本原則。
      數(shù)控機(jī)床增效的主要途徑從宏觀上講，產(chǎn)品制造過程主要考慮的是產(chǎn)品加工質(zhì)量、制造周期、生產(chǎn)成本，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中同樣也是考慮這樣三方面因素。數(shù)控機(jī)床本身價(jià)值較高，提高數(shù)控機(jī)床效率，是充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床效能、降低生產(chǎn)成本、縮短制造周期、加快投資回報(bào)的基本途徑。航空工業(yè)從數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于產(chǎn)品制造過程開始，就不斷探索提高數(shù)控機(jī)床應(yīng)用水平、提供機(jī)床利用率的技術(shù)和管理途徑，在數(shù)控工藝基礎(chǔ)技術(shù)研究、數(shù)控軟件工具開發(fā)與應(yīng)用、數(shù)控設(shè)備控制技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、數(shù)控工藝綜合技術(shù)等方面開展了大量的研究和工程應(yīng)用工作，主要有：薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工變形控制技術(shù)、高速銑削工藝技術(shù)、切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫、CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)、專用CAM系統(tǒng)及后置處理模塊開發(fā)、CIMS應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)、高效數(shù)控加工技術(shù)等，通過這些工作，使工藝技術(shù)水平和數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用水平不斷提高和完善。
      數(shù)控機(jī)床增效的核心是充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能、縮短產(chǎn)品占用機(jī)床周期、提高數(shù)控設(shè)備的產(chǎn)品產(chǎn)出能力，應(yīng)當(dāng)從提高設(shè)備利用率、工件加工效率、零件合格率三個(gè)方面入手，涉及技術(shù)和管理兩條主線。設(shè)備利用率是指該數(shù)控機(jī)床在考察統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)加工產(chǎn)品時(shí)間所占的比例，它涉及數(shù)控機(jī)床投入運(yùn)行的時(shí)間、運(yùn)行期間用于產(chǎn)品加工的時(shí)間、產(chǎn)品加工期間刀具的有效切削時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的有效工作時(shí)間受生產(chǎn)過程因素影響較大，具有較大的提升空間。提高設(shè)備利用率主要考慮的技術(shù)和管理因素是：工藝過程優(yōu)化、數(shù)控程序優(yōu)化、生產(chǎn)資源優(yōu)化使用、建立生產(chǎn)過程管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理軟件工具環(huán)境，其核心是減少非加工時(shí)間、減少加工輔助時(shí)間。
      工件加工效率單位周期實(shí)際完成加工工作量同單位周期理想加工工作量的比值，反映了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)出能力的高低，其核心是單位時(shí)間金屬材料去除率。但材料去除率主要受工藝系統(tǒng)的限制較大，提升的幅度隨數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、工件特點(diǎn)、刀具系統(tǒng)不同而有較大的差異。綜上，提高工件加工效率主要考慮的技術(shù)和管理方法是：采用切削試驗(yàn)、動態(tài)性能測試等手段對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，充分考察分析切削過程的受力狀態(tài)、刀具磨損情況、工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使粗加工過程盡快去除余量、精加工過程嚴(yán)格保證加工精度和表面質(zhì)量。其中工藝參數(shù)優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)工件穩(wěn)定加工、保證加工質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。
      零件合格率是對加工結(jié)果的評價(jià)，提高零件合格率的直接作用是減少和消除了零件返工造成的資源浪費(fèi)及加工周期的延長。提高零件合格率的主要途徑是按照質(zhì)量管理體系要求，對數(shù)控程序、加工工藝、工藝裝備進(jìn)行規(guī)范化管理和控制，借助在線測量、數(shù)據(jù)集成管理、狀態(tài)及過程信息采集等技術(shù)手段監(jiān)控工件的加工過程。針對數(shù)控機(jī)床的不同應(yīng)用方式和工件加工過程，數(shù)控機(jī)床增效的途徑可以歸納為3個(gè)主要層次：單臺設(shè)備、加工單元、車間生產(chǎn)系統(tǒng)，這3個(gè)層次對應(yīng)的是工序增效、產(chǎn)品增效、集成增效。數(shù)控加工過程中，單臺設(shè)備完成的是工序加工。在單臺設(shè)備增效這個(gè)層次上，重點(diǎn)是圍繞工藝系統(tǒng)、發(fā)揮設(shè)備能力來提高數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用效率，實(shí)現(xiàn)的是工件局部工序加工效率提高，即局部增效。從技術(shù)上，要著重解決這樣一些問題：工藝參數(shù)優(yōu)化和工藝數(shù)據(jù)庫建設(shè)（工藝試驗(yàn)、仿真計(jì)算、典型加工結(jié)構(gòu)的工藝方法等，核心目標(biāo)是提高單位時(shí)間金屬去除率）、設(shè)備功能的充分應(yīng)用（檢測功能、刀具與刀庫管理、宏指令編程、固定循環(huán)編程、子程序調(diào)用、參數(shù)化與結(jié)構(gòu)化編程等）和專用程序開發(fā)應(yīng)用（專用數(shù)控程序設(shè)計(jì)工具、后置處理、幾何與物理仿真、工藝文件編制等）。針對單臺設(shè)備著重解決上述問題，是數(shù)控機(jī)床增效的第一個(gè)途徑，也是數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的基礎(chǔ)和核心。
      數(shù)控機(jī)床增效的第2個(gè)途徑，是針對生產(chǎn)單元的產(chǎn)品增效。從制造過程來講，加工單元是一組工序的集合，由多臺設(shè)備協(xié)調(diào)，完成的是整個(gè)零件的加工，其核心是在單臺層次局部工序增效的基礎(chǔ)上，減少數(shù)控機(jī)床的非加工時(shí)間和輔助時(shí)間。這個(gè)層次要著重解決以下問題：工藝優(yōu)化（工藝路線、裝夾方案、余量分配、刀具結(jié)構(gòu)、工件測量等）、數(shù)控程序優(yōu)化（典型結(jié)構(gòu)、運(yùn)動軌跡、加工狀態(tài)穩(wěn)定控制等）、零件工藝方法（典型工藝、精度控制、高效工裝、工藝數(shù)據(jù)庫）、數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化連接與數(shù)據(jù)集成管理（DNC、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；工藝流程指令、數(shù)控程序、工序狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)等）。
      數(shù)控機(jī)床增效的第3個(gè)途徑，是針對車間批量生產(chǎn)狀態(tài)，圍繞生產(chǎn)過程，對單臺數(shù)控機(jī)床負(fù)荷進(jìn)行平衡，對生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化，完成批量產(chǎn)品制造過程，實(shí)現(xiàn)車間綜合增效。其核心是在單元層次產(chǎn)品增效的基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)流程、制造資源、生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效控制和管理。在這個(gè)層次上，涉及更為廣泛的技術(shù)和管理內(nèi)容，主要是：工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與管理（工藝規(guī)程、數(shù)控程序、質(zhì)量數(shù)據(jù)、現(xiàn)場狀態(tài)數(shù)據(jù)等）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（作業(yè)計(jì)劃、運(yùn)行調(diào)度、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等）、制造資源管理（設(shè)備、工裝、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、人員的數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)）、網(wǎng)絡(luò)化分布式管理與控制（數(shù)據(jù)傳送與采集、作業(yè)指令、現(xiàn)場信息、數(shù)控設(shè)備等）。
     概括起來，實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)主要增效途徑的支撐技術(shù)可以劃分為4個(gè)技術(shù)集，即工藝基礎(chǔ)技術(shù)、工藝綜合技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和設(shè)備控制技術(shù)。工藝基礎(chǔ)技術(shù)主要是一些單項(xiàng)技術(shù)，解決數(shù)控機(jī)床應(yīng)用中的單項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵，提升單臺數(shù)控機(jī)床的使用效能，提高工序加工效率；工藝綜合技術(shù)圍繞工件加工過程，優(yōu)化工藝，提高工件加工效率；系統(tǒng)集成技術(shù)圍繞車間生產(chǎn)過程，著眼于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間與輔助時(shí)間，提高綜合效率；設(shè)備控制技術(shù)是數(shù)控機(jī)床協(xié)同工作和集成應(yīng)用的基礎(chǔ)，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和管理，是掌握生產(chǎn)現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)的主要途徑。
      數(shù)控機(jī)床應(yīng)用需要的是綜合性技術(shù)，上述4個(gè)技術(shù)集從不同層次上解決不同的問題，應(yīng)針對車間自身的特點(diǎn)和需求，選擇不同的技術(shù)集來支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的應(yīng)用，使數(shù)控機(jī)床充分發(fā)揮其應(yīng)有的效能。數(shù)控機(jī)床應(yīng)用效率評估方法數(shù)控機(jī)床在航空產(chǎn)品制造中一直發(fā)揮著重要作用，多年來，相關(guān)研究單位、高等院校和生產(chǎn)企業(yè)在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用和數(shù)控工藝技術(shù)研究方面進(jìn)行了不同層次的研究應(yīng)用，在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用效率評估方面，形成了航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率與測評”（HB7804-2006），比較詳細(xì)地規(guī)定了多種效率指標(biāo)的計(jì)算評估方法，為數(shù)控機(jī)床應(yīng)用狀態(tài)分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供了基本依據(jù)[3]。效率的基本含義是指單位時(shí)間內(nèi)所完成的工作量，對于數(shù)控機(jī)床應(yīng)用，效率越高，意味著數(shù)控機(jī)床能力的利用程度越高。標(biāo)準(zhǔn)中用數(shù)控設(shè)備綜合效率這樣的概念，來表征數(shù)控機(jī)床能力的利用程度?；诠芾斫?jīng)濟(jì)學(xué)中企業(yè)生產(chǎn)分析和企業(yè)戰(zhàn)略能力分析的原理和方法[4]，數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率可用下式表達(dá)：
      數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率= 實(shí)際的設(shè)備能力/ 核定的設(shè)備能力。………………………………（1）
      進(jìn)一步分析生產(chǎn)過程，可以得到一定周期（制度工作時(shí)間）內(nèi)的設(shè)備能力：
      實(shí)際的設(shè)備能力= 有效工作時(shí)間×實(shí)際單位時(shí)間零件加工量×合格零件數(shù)，……………… （2）
      核定的設(shè)備能力= 制度工作時(shí)間×理想單位時(shí)間零件加工量×零件總數(shù)?！?）將（2）、（3）式代入（1）式，我們就得到：
      數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率=（有效工作時(shí)間/制度工作時(shí)間）×（實(shí)際單位時(shí)間零件加工量/理想單位時(shí)間零件加工量）×（合格零件數(shù)/零件總數(shù)）?！?）
      顯然，表達(dá)式（4）中，每個(gè)括號中的項(xiàng)都是實(shí)際量與理想量的比值，將其分別定義為設(shè)備利用率、零件加工率、零件合格率，這樣，數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率可簡化表示為：
      數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率= 設(shè)備利用率×零件加工率×零件合格率?！?）
       公式（5）就是“數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率與測評”（HB7804-2006）標(biāo)準(zhǔn)中效率測評體系的基本理論依據(jù)。設(shè)備利用率反映了數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)，零件加工率反映了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)出能力，零件合格率反映了工件加工的穩(wěn)定狀態(tài)。
      應(yīng)用HB7804-2006進(jìn)行數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率測評需要注意：（1）制度工作時(shí)間是所考察的周期內(nèi)數(shù)控設(shè)備的班次工作時(shí)間總和，而不是被加工工件的工時(shí)；（2）有效工作時(shí)間是所考察的周期內(nèi)數(shù)控設(shè)備用于加工的時(shí)間，是所考察周期內(nèi)所有工件在該設(shè)備上加工時(shí)間的總和；（3）理想單位時(shí)間零件加工量是該設(shè)備能力所能允許的最大加工量，即該設(shè)備功率、扭矩、速度等接近或處于額定極限值時(shí)所能完成的加工量；難以確定時(shí)，可以根據(jù)社會平均能力設(shè)定理想加工量基準(zhǔn)值，但這樣得到的零件加工量只是相對比較值；（4）為了分析數(shù)控加工中其他因素對效率的影響，有效工作時(shí)間能進(jìn)行更為細(xì)致的劃分，如數(shù)控程序運(yùn)行、加工準(zhǔn)備、輔助調(diào)整等。

       工藝方案優(yōu)化評估

       提高數(shù)控設(shè)備綜合應(yīng)用效率的技術(shù)基礎(chǔ)和核心是選擇優(yōu)化的工藝方案（重點(diǎn)是工藝參數(shù)、工藝過程）。針對單臺設(shè)備，核心是工藝參數(shù)優(yōu)化；而針對加工單元或車間批量生產(chǎn)狀態(tài)，則其核心是工藝參數(shù)優(yōu)化、工藝過程優(yōu)化。
      零件制造過程所遵循的基本原則是保證質(zhì)量、降低成本、提高效率。對于工藝方案的評價(jià)，可以通過工件/工序加工周期、加工成本、工件加工結(jié)果、資源消耗綜合進(jìn)行。根據(jù)決策論的基本理論[5]，我們選擇數(shù)控車間加工過程中最富于變化且易于統(tǒng)計(jì)測量的工件加工時(shí)間效率、刀具成本效率、表面粗糙度效率、能源效率四個(gè)因素作為狀態(tài)變量，建立工藝方案優(yōu)化評估模型：
E=PT（BT/T）+PC（BC/C）+ PQ（BQ/Q）+ Ps（Bs/S），……………………………………（6）
      其中，E為期望效率損益值，PT、PC、PQ、Ps為相應(yīng)參數(shù)量的狀態(tài)概率（參數(shù)量的重要程度，其值為0～100%）；BT、BC、BQ、Bs為相應(yīng)參數(shù)量的基準(zhǔn)值；T為加工時(shí)間，用分鐘（或小時(shí)）表示；C為刀具成本；Q為表面質(zhì)量，可用表面粗糙度簡化表示；S為能源消耗，可用消耗的電能簡化表示。目標(biāo)評估分為單項(xiàng)評定（目標(biāo)項(xiàng)狀態(tài)概率為100%，其余為0，此時(shí)E=1，可求得相應(yīng)參數(shù)量基準(zhǔn)值BT、BC、BQ、Bs）和綜合評定（狀態(tài)概率可按不同參數(shù)量影響程度給出，等概率時(shí)可各取1/4）。E值越大，工藝優(yōu)化程度越好。利用公式（6）給出的評估模型，可以對確定的工藝參數(shù)、工藝規(guī)程做出定量的比較性評估，從而選擇出最優(yōu)的工藝方案進(jìn)行工件制造。

      結(jié)束語

      數(shù)控機(jī)床應(yīng)用效率的提升是一個(gè)持續(xù)進(jìn)行的連續(xù)不斷的過程，應(yīng)該在滿足質(zhì)量、速度、成本要求的前提下追求數(shù)控機(jī)床應(yīng)用效率的最大化。數(shù)控機(jī)床增效包含綜合應(yīng)用效率提升和機(jī)床效能充分利用兩個(gè)方面，總的目標(biāo)是提升數(shù)控機(jī)床能力利用程度。選擇合理的工藝參數(shù)和工藝過程，是提高數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用效率的技術(shù)基礎(chǔ)；降低數(shù)控機(jī)床的輔助時(shí)間增加有效工作時(shí)間，是提高數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用效率的管理保障。工藝方案優(yōu)化評估模型定量給出了工藝方案優(yōu)劣的數(shù)值描述，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用效率測評體系則定量描述了數(shù)控機(jī)床應(yīng)用狀態(tài)。
      隨著數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床功能越來越完善，數(shù)控制造技術(shù)也不斷提升。在計(jì)算幾何、彈塑性理論、人工智能等基礎(chǔ)學(xué)科技術(shù)支持下，數(shù)控制造過程逐步形成了制造信息數(shù)字化、過程控制智能化、加工設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行狀態(tài)可視化的發(fā)展趨勢[6]，數(shù)控制造理論體系逐步建立，關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用平臺逐步成熟，數(shù)控機(jī)床成為數(shù)字化制造環(huán)境中的關(guān)鍵組成要素。數(shù)控機(jī)床綜合應(yīng)用效率的提高，將為數(shù)字化制造系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。