近年来，随着太钢150万不锈钢技改投入力度的加大，太钢设备安装公司先后购置了多台价格昂贵的大型数控加工设备。这些新设备功能强、效率高、误差小，在一定程度上改变了公司数控加工能力不足的被动局面，对非标设备制作质量有了一定的提高。但一年多来对这些新设备的应用并不理想，机床加工效率较低，主轴切削运转率不足40％，也就是说，在每天的大部分工作时间内，机床并未在切削工件，数控机床潜在的加工能力并未得到充分发挥。如何使用好这些价格昂贵的数控设备，提高设备利用率和实现高效率加工，已成为我们不能回避和必须认真解决的问题。应用多零件加工数控技术是提升数控设备应用水平的有效途径之一。
1 多零件加工技术及其应用现状
在多品种、大批量生产模式的数控加工中，应用多零件加工技术，可以较大幅度地降低加工过程中的生产辅助时间，提高主轴切削运转率，从而提高数控设备利用率和加工效率。同时，对于外形轮廓复杂的板料类零件，还可以利用套裁排料的方法，提高材料的利用率，降低生产成本。所谓多零件加工，就是利用数控机床固有的加工能力和功能，实现多个相同或不同工件一次同时装夹后连续完成自动加工。
多零件加工技术在工业发达国家，特别是宇航、汽车制造业数控加工中得到了较广泛的应用，包括采用带有转动工作平台、可安装立碑式夹具的四五坐标联动加工中心或带有较大台面可翻转工作台的卧式加工中心机床。在国内，包括太钢设备安装公司在内的一些制造企业对多零件加工技术已有一定程度的应用，但一般还只限于在同一块毛料上，一次加工出多个尺寸较小的同一零件，在加工中，只是由操作人员简单地重复每条加工程序，并未实现自动化连续加工，其目的仅是为了实现零件的套裁和解决因毛料尺寸小无法装夹找正的问题。
但是，对多个不同零件，特别是大型零件的多零件加工，国内还未见成功应用的记录和实例，可以认为，在该领域开展相关研究，掌握并应用好此技术，是提高数控设备利用率和加工效率的又一个重要技术途径。
根据太钢设备安装公司新购置的2台高速加工中心数控机床工作台尺寸较大的特点，我们开展了多零件加工技术的应用研究，并已成功地将之应用于连铸机非标件、冷轧机等非标件的加工。
2 实现多零件数控加工的关键问题
在一台加工中心数控机床上成功实现多零件加工，需要解决以下关键问题。
2.1 编制规范化的典型工艺规程
目前，太钢设备安装公司结构件的数控加工项目多，批量多，结构复杂，形状差别大，抽象总结出某类零件的加工特点和共性，编写出通用性强的典型零件加工指令难度很大。但是，为开展多零件加工技术，必须结合机加零件结构特点和加工机床的功能，对典型零件加工指令的编制进行规范化。确定基本标准化的工艺方案，编制加工内容统一的数控程序，采用统一规范、合理的切削参数(如使用规定的程序号、工件坐标系、刀具号、刀库配置数据、种类及规格统一的刀具，统一规范的进给率、主轴转速等)是实现多零件加工的基本工作，归纳起来说，编制规范化的典型工艺规程是成功实现多零件加工的基础。
2.2 实现多零件合理布局
通常，不同零件毛料的外形尺寸各不相同，特别是真空铣具的几何尺寸很大，如何实现工件在机床工作台上的合理分布，利用好机床的有限资源是提高加工效率的关键，也是实现多零件加工的前提。在这里必须考虑和解决的问题有：在充分利用机床工作台有效几何尺寸的前提下，结合不同零件加工特点的分析，合理确定和定义加工工艺相近的若干个零件作为一个“加工组”，并合理布局零件在机床工作台面上的位置。同时，要充分利用系统控制功能和基于高加工效率原则来合理划分，确定加工路线和工作流程。
2.3 解决自动连续运行和工件坐标系自动设置
多零件数控加工必须实现加工程序的自动连续运行，按照已规定好的内容和程序号进行加工，只有这样，才能保证在试制期间，特别是以后加工程序优化更改时不会造成混乱。同时，必须实现三坐标和五坐标加工程序间的连续自动运行。此外，还必须实现不同零件加工程序的自动连接和不同零件加工时工件坐标系的自动设定。这是实现多零件连续自动加工的关键。
2.4 确定合理的加工参数
结合机床和零件的加工特点，在每一个工序、每一个工位确定好每一把刀的切削参数，减少加工过程中的人为干预，最终达到自动化加工的目的，这是保证产品质量和降低设备故障率，实现多零件加工的重要环节。
3 多零件数控加工的技术实践
3.1 加工试验
某连铸件共有结构相近的机加零件30项，毛料均为板材，尺寸为700mmX420mm至2 200mmx670mm不等，厚度为48Inln和76lnln两种规格，加工机床为HPs__4B卧式高速铣加工中心，配有台面尺寸为4 032mm*2 032 mm两个工作台。经分析认为，无论是零件类型还是加工机床，均适合用多零件加工技术来提高机床的主轴切削运转率。
按正常的加工方法，对其中一项零件172A3401--2的数控加工时间进行现场统计。其中，平均主轴切削运转率为47.4％；非切削时间占整个加工时问的52．6％。
因此，要提高生产效率，一方面要不断地完善工艺方法和加工程序，提高有效的切削效率；另一方面要通过改变生产方式来减少装夹时间和毛料、刀具配套时间，缩短生产辅助周期。为此，在装夹零件方面做了如下两个试验：
实验一：同时装夹准备2件零件，共用了175 min。平均装夹每件零件用87.5 min，比装夹1件零件少用了57.5 min。
实验二：同时装夹准备3件零件，共用了180 min。平均装夹每件零件用60 min，比装夹1件零件少用了85 min。所以，在机床工作台允许的前提下，一次装夹同类型零件的数量越多，平均每件零件发生的准备工时越少。
3.2 具体应用
通过分析，总结完善现有同类型零件的加工方案和典型零件的试加工，并在多零件数控加工技术试验结果基础上，最后选定连铸机扇形段结构件开展和实施如下相关技术工作：
3.2.1 确定零件的加工方案和加工组
选定的12个扇形段结构件，将在2台HPS-_4B卧式高速加工中心机床上实施多零件数控加工技术。每台机床承担6个，其中一个工作台利用通用平台装夹加工第一个面，另一个平台装夹具加工第二个面，考虑到程序组织和机床硬件的实际情况，12个零件每3个作为1个alto组。其中毛料厚度及零件厚度相近，且与其他零件差别较大的零件安排为1个加工组。
3.2.2 确定连续自动加工方法
目前，数控设备实现连续自动加工的方法有两种：一是通过各子程序首尾串联；二是通过一条主程序调用各子程序。结合太钢设备安装公司的技术水平和数控加工的实际情况，选用后一种加工方法。同时，利用数控控制系统的通用功能，完成工件坐标系的分配和设置，即通过FANUCl5M提供的可编程工件坐标系设置功能(G54～G59)，结合零件的
分组情况，将不同的零件所使用的不同工件坐标系固定下来。同时，通过系统的宏变量功能完成工件坐标系的自动设置。
3.2.3 确定合理的切削参数
确定合理的切削参数的前提是同一规格的刀具在相同的加工深度和宽度的条件下，其转速和迸给速度的统计数值的离散程度低，为此，我们选用整体硬质合金铣刀，按有关的技术说明和数据并经试切完善，总结出合理的切削参数。
3.2.4 编程和试制生产
按照统一的刀具目录表、工件坐标系分配表、加工子程序分配表及加工内容，结合典型的工艺规程，分别编制12个扇形段加工指令，并分别编写4个加工组零件的加工运行主程序。同时，对第一次装夹和第二次装夹分别编制1条主程序，这样共编制加工组运行主程序8条。在此基础上，以零件加工组为单位进行试切加工。试切零件4组12件，一次成功8件，一次试切成功率66.7％。通过试切加工过程中的工艺优化、完善和经过2个月的稳定生产，对HPS—4B机床的加工能力进行了统计。
不难看出，主轴切削运转率明显提高，从过去的47．4％提高到现在的77.4％，工件装夹时问降低幅度较大，由原来的145 min降为现在的12 min。这说明，运用多零件加工技术后，数控加工效率有了较大提高。
4 结语
多零件数控加工技术已成功地应用到太钢设备安装公司结构零件的大批量生产中，提高了设备的利用率和加工效率，使生产制造能力有了很大提高，并改善了产品质量，取得了良好的技术和经济效益。
同时，在研究和应用这项技术中，进一步利用和发挥了数控机床潜在的功能，如加工程序模块的调用技术、宏指令功能、变量传输、高速加工、可编程工件坐标系设置等。我们将继续开展多零件加工技术的研究和推广应用，挖掘现有设备的加工潜力，提高数控制造技术水平和加工能力。
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本文标题：多零件加工数控技术的研究与应用
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