一提到工業(yè)，最基礎的就是制造。

　　而所謂制造就是把各種各樣的東西從原材料變成零件再裝配成產(chǎn)品。在傳統的金屬加工領(lǐng)域，零件的制造就是火星四濺的鑄鍛焊以及硬碰硬的車(chē)銑刨磨鉗，我們生活中見(jiàn)到的任何一個(gè)稍微有些形狀的金屬，在我們見(jiàn)到之前，都已經(jīng)在工廠(chǎng)經(jīng)歷了多次鐵與火的淬煉。既然金屬零件是機器制造的，那么機器又是如何制造的呢？原來(lái)，它是通過(guò)機床完成的。

 

（一）從機床到數控機床，機器不再無(wú)腦干活　　

　　機床是其他機器的“母機”。

　　煉鋼廠(chǎng)出產(chǎn)的鋼鐵并不是我們在生活中見(jiàn)到的各種奇奇怪怪的形狀，而是板材、管材、鑄錠等等形狀比較規則的材料，這些材料要加工成各種形狀的零件就需要使用機床進(jìn)行切削；還有一些精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件，就要在機床上用精細繁復的工藝切出來(lái)或者磨出來(lái)。

　　和所有的機器一樣，最初的機床包括動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和執行裝置，靠電機轉動(dòng)輸入動(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng)裝置帶著(zhù)被加工的工件或者刀具進(jìn)行相對運動(dòng)，至于在哪兒下刀、切多少、多快速度切等等問(wèn)題，則由人在加工過(guò)程中直接進(jìn)行控制。

　　由于傳統機床使用的電機的轉速在工作時(shí)基本上是不變的，為了實(shí)現不同的切削速度，傳統的機床設計了極為復雜的傳動(dòng)系統。這種復雜度的機械在現今的設計中已經(jīng)不多見(jiàn)了。

 

　　而隨著(zhù)伺服電機（伺服電機就是可以在一定范圍內精確控制電機的位置和轉速的電機）技術(shù)的發(fā)展及其在數控機床上的應用，直接控制電機的轉速變得方便快捷效率高，而且基本上是無(wú)級變速，傳動(dòng)系統的結構大大簡(jiǎn)化，甚至出現了很多環(huán)節電機直接連接到執行機構上，而省略了傳動(dòng)系統。

　　這種“直接驅動(dòng)”的模式是現在機械設計領(lǐng)域的一大趨勢。

　　結構的簡(jiǎn)化還不夠，要實(shí)現各種各樣的形狀的零件的加工，還需要讓機床可以高效、準確的控制多臺電機合作完成整個(gè)加工過(guò)程。

　　這就要讓機床成為有“腦子”的數控機床了。而這個(gè)腦子就是數控系統，數控系統的水平高低決定了數控機床能干多復雜、多精密的活兒，也決定了這臺機床和他的操作者的身價(jià)。

（二）數控系統能干嘛？處理信息并控制動(dòng)力　

　　數控系統（Numerical Controller System）是數控機床的大腦。

　　對于一般數控機床而言，往往包含人機控制界面、數控系統、伺服驅動(dòng)裝置、機床、檢測裝置等等，操作人員在一些計算機輔助制造軟件的幫助下，將加工過(guò)程所需的各種操作（如主軸變速等步驟以及工件的形狀尺寸）用零件程序代碼表示，并通過(guò)人及控制界面輸入到數控機床，之后由數控系統對這些信息進(jìn)行處理和運算，并按零件程序的要求控制伺服電機，實(shí)現刀具與工件的相對運動(dòng)，以完成零件的加工。

　　數控系統完成諸多信息的存儲和處理的工作，并將信息的處理結果以控制信號的形式傳給后續的伺服電機，這些控制信號的工作效果依賴(lài)于兩大核心技術(shù)：一個(gè)是曲線(xiàn)曲面的插補運算，一個(gè)是機床多軸的運動(dòng)控制。

（三）零件形狀太“自由”？靠插補運算搞定

　　如果運動(dòng)軌跡可以用解析式表達，則整個(gè)運動(dòng)就可以分解為幾個(gè)坐標的獨立運動(dòng)的合成運動(dòng)，就可以直接控制電機生成了。

　　但是制造過(guò)程中很多零件的形狀可以說(shuō)是十分“自由”的，既不圓、也不方，甚至都不知道是什么形狀，例如汽車(chē)、輪船、飛機、模具、藝術(shù)品等產(chǎn)品常遇到不能用解析式描述的曲線(xiàn)曲面，這類(lèi)曲線(xiàn)曲面稱(chēng)為自由曲線(xiàn)（Free Form Curves）或自由曲面。

 

　　要切出來(lái)這些“自由”的形狀，刀具和工件之間的相對運動(dòng)也相應的十分復雜。具體到操作中，就是要控制工件臺、刀具都按照設計好的位置-時(shí)間曲線(xiàn)進(jìn)行運動(dòng)，控制這二者在規定的時(shí)間以指定的姿態(tài)到達指定的位置。

　　機床可以在工件和刀具之間很好地完成直線(xiàn)段、圓弧或其他的有解析式的樣條曲線(xiàn)的相對運動(dòng)，而這種復雜的“自由”運動(dòng)又該怎么完成呢？答案是依靠插補運算。

 

　　所謂插補，就是按照一定方法確定數控機床上刀具的運動(dòng)軌跡的過(guò)程。根據給定的速度和軌跡，在軌跡的已知點(diǎn)之間，增加一些新的中間點(diǎn)，并控制工件臺和刀具通過(guò)這些中間點(diǎn)，進(jìn)而就能完成整個(gè)運動(dòng)。

　　而這些中間點(diǎn)之間，則通過(guò)線(xiàn)段、圓弧或者樣條曲線(xiàn)等來(lái)連接。相當于用數段微小的線(xiàn)段和圓弧去逼近要求的曲線(xiàn)和曲面，這就是插補的本質(zhì)。

　　流行的插補算法包括逐點(diǎn)比較法數控車(chē)市場(chǎng)發(fā)展潛力巨大，臥式數控車(chē)床國內年需求量在 5 萬(wàn)臺以上，其中中高端數控車(chē)年需求量在 1.5 萬(wàn)臺以上。優(yōu)裝備現有 T5 系列臥式數控車(chē)床產(chǎn)品，已進(jìn)入產(chǎn)品成熟發(fā)展期，交期周期競爭力不強，急需響應市場(chǎng)需求，重回市場(chǎng)領(lǐng)頭地位。2021 年以來(lái)數控車(chē)市場(chǎng)需求呈上升趨勢，經(jīng)市場(chǎng)調研發(fā)現，客戶(hù)對快速交貨的需求日益強烈，中小規格數控車(chē)訂單大部分要求現貨或1-2 月交貨，但優(yōu)裝備 T5 數控車(chē)產(chǎn)品響應市場(chǎng)速度慢、交付周期長(cháng)，不能完全滿(mǎn)足市場(chǎng)預期，急需提升產(chǎn)品交付能力，助力公司發(fā)展。

 

 

  

     1.選定標桿企業(yè)

  

     目前數控車(chē)有多種分類(lèi)方式，最普遍的按產(chǎn)品性能可分為高、中、中低三大類(lèi)。

  

     高端產(chǎn)品高精度、高性能，代表品牌為哈挺，馬扎克，大隈，德馬吉等，同規格產(chǎn)品價(jià)格約 50萬(wàn)以上，以德日美進(jìn)口品牌為主。

  

     中端產(chǎn)品穩定性好、價(jià)格適中，代表品牌為臺灣友嘉、韓國迪恩、韓國威亞、海德曼、海天精工等，同規格產(chǎn)品價(jià)格 25 萬(wàn)以上為主，以臺韓品牌為主。

  

     中低端產(chǎn)品性?xún)r(jià)比高，代表品牌為寶雞，西格馬，魯南精工等，同規格產(chǎn)品價(jià)格約 15 萬(wàn)以上，以本土品牌為主。

  

     優(yōu)裝備通過(guò)產(chǎn)品相似度、行業(yè)認可度、工藝技術(shù)水平、信息獲取難易等多維度選擇標桿對象。

  

     結合市場(chǎng)競爭現狀及標桿企業(yè)先進(jìn)做法，優(yōu)裝備選擇一家中國臺灣地區公司為對標對象。

 

 

  

     2.標桿企業(yè)先進(jìn)做法

     

     這家中國臺灣地區機床企業(yè)的一款數控斜車(chē)主要面向中、高端客戶(hù)群體，與優(yōu)裝備 T5 系列數控車(chē)對比，目標市場(chǎng)一致、為中高端暢銷(xiāo)產(chǎn)品、市場(chǎng)認可度較高，產(chǎn)品結構相近。整機供貨周期約為 60 天，在市場(chǎng)上具備較強的貨期優(yōu)勢，擁有穩定供應鏈體系和制造體系。優(yōu)裝備與該企業(yè)對標，易于開(kāi)展工藝改善。

 

 

  

     3.對標提升方向

     

     優(yōu)裝備通過(guò)采集當期典型客戶(hù)交貨周期，得出從合同訂單簽訂到產(chǎn)品包裝入庫、發(fā)貨到客戶(hù)的整個(gè)整機供貨周期約為 90 天，以此為依據設立改善目標。

     

     改善目標 : 產(chǎn)品交貨期由 90 天縮短到 60 天、達到與標桿對象相同的水平，改善該關(guān)鍵指標將有助于提升公司主導產(chǎn)品核心競爭力。

 

 

  

     二、制定方案并實(shí)施改善

     

     通過(guò)集思廣益，頭腦風(fēng)暴并結合標桿企業(yè)做法，優(yōu)裝備收集產(chǎn)生解決思路、制定了具體的工藝方案并實(shí)施了工藝改善、全面提升了產(chǎn)品交付能力。

     

     1.收集數據確定關(guān)鍵因素

     

     通過(guò)網(wǎng)絡(luò )、樣本、典型客戶(hù)供貨周期采集等多維度數據收集，優(yōu)裝備分析出提升機床交貨期Y 的關(guān)鍵因素。

     

     T5 機床交貨期 Y=Y1（主要外購件貨期）+Y2（機加大件及關(guān)鍵件貨期）+Y3（裝配周期）+ 其他（見(jiàn)表 1）。

 

 

  

     2.分析差距查找裝配工藝可能因子

     

     通過(guò)分析人、機、料、法、環(huán)、測等影響產(chǎn)品交貨周期因素，進(jìn)一步梳理出可能影響交貨周期的可能因子。

     

     篩選主要因子后，優(yōu)裝備進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn) CTQ重要度評分，進(jìn)一步明確工藝精益改善點(diǎn)，具體如表 2。

 

 

  

     可見(jiàn)，完成導軌絲杠外購件貨期、機加大件貨期等 7 大因子改善即可完成 83% 以上的改善任務(wù)。

     

     3.制定改善方案并實(shí)施工藝改進(jìn)

     

     針對以上 7 大項目進(jìn)行快速改善措施判斷，確定出刮研面過(guò)大、員工對新產(chǎn)品裝配不熟練、裝配作業(yè)指導書(shū)不完善等三項適合實(shí)施快速改善，并制定了快速改善措施計劃（見(jiàn)表 3）。

 

 

  

     （1）制定快速改善措施

     

     ①針對刮研量大刮研時(shí)間長(cháng)，設立改進(jìn)措施為 : 設計更改圖紙，減少刮研面積 ; 控制零件尺寸鏈誤差;利用現場(chǎng)設備提高刮研效率。

 

 

  

     ②針對員工對新產(chǎn)品裝配不熟練，設立改進(jìn)措施 : 為對車(chē)間員工加強標準作業(yè)培訓 ; 組織開(kāi)展員工裝配技能大賽。

     ③針對裝配作業(yè)指導書(shū)不完善，設立改進(jìn)措施為 : 優(yōu)化裝配作業(yè)指導書(shū)，使用平尺檢驗精度 ; 增加過(guò)程質(zhì)量控制、增加裝配過(guò)程質(zhì)量控制點(diǎn)。

     

     （2）制定具體改善實(shí)施

     

     針對主要外購件貨期、機加大件及關(guān)鍵件貨期、裝配周期制定具體改善措施如表 4。

 

 

  

     ①針對訂貨周期長(cháng)物料情況，根據合同情況及年度生產(chǎn)大綱制定滾動(dòng)的安全庫存 ; 掌握外購件當前的采購周期，綜合考慮訂貨節點(diǎn) ; 對訂貨周期長(cháng)物料及特配物料形成滾動(dòng)采購計劃，采取提前備貨及供應商備貨 ; 制定供應商考核制度，選擇最優(yōu)供應商，采

用一主一次，有計劃拓展供應鏈維度，儲備制造潛力。

   

 

  

     ②針對機加大件及關(guān)鍵件貨期問(wèn)題，根據生產(chǎn)大綱對機加大件進(jìn)行排查，建立內外部安全庫存預警機制，統籌內配及外協(xié)機加件成套率 ; 對于機加關(guān)鍵零件供應商加工工藝定期檢查，優(yōu)化機加關(guān)鍵零件加工工藝，保證加工件質(zhì)量與效率。

 

     ③針對裝配周期問(wèn)題，通過(guò)準確測時(shí)規范各序作業(yè)內容，平衡序間作業(yè)能力 , 形成流式線(xiàn)生產(chǎn) ; 通過(guò)優(yōu)化設計結構，縮短裝配時(shí)間 ; 通過(guò)優(yōu)化工藝方法，補增量產(chǎn)所需工裝工具，提升裝配效率，縮短裝配時(shí)間。

 

 

  

     三、項目成果

  

     《提高 T5 臥式數控車(chē)床交付能力》項目，著(zhù)眼于縮短產(chǎn)品交貨期，提升產(chǎn)品交付能力問(wèn)題，組建 T5 產(chǎn)品標桿團隊，運用標桿管理 “八步法”，從源頭上解決物料齊套性差和裝配周期長(cháng)等難題，取得卓越成果。

  

     1.硬性收益

 

     縮短機床交貨期，減少運營(yíng)成本 ; 解決新產(chǎn)品響應市場(chǎng)速度慢、交付周期長(cháng)問(wèn)題。

  

     2.潛在收益

  

    通過(guò)項目的實(shí)施，優(yōu)化了機床作業(yè)標準，提升產(chǎn)品一致性，提升產(chǎn)品競爭力 ; 提升團隊信心與凝聚力，培養了管理、技術(shù)、工藝人才。全面進(jìn)行成果復制推廣，提高機床制造質(zhì)量。、數字增量法等，而利用Nurbs樣條曲線(xiàn)進(jìn)行插補因為其效率高、精度好而得到了高端數控機床的青睞。

（四）刀的姿態(tài)不對無(wú)法加工？五坐標聯(lián)動(dòng)分分鐘搞定　

　　加工復雜曲面不光要理論上可以加工，還需要考慮刀具和被加工的表面之間的相對位置關(guān)系。

　　一方面如果刀具的姿態(tài)不合適會(huì )導致加工的表面質(zhì)量低下；另一方面刀具還會(huì )和加工好的零件結構互相干涉，不調整刀具的相對姿態(tài)根本沒(méi)有辦法加工。這就需要賦予數控機床更多的運動(dòng)自由度，使之更為靈巧。

　　由于我們所處的三維空間的相對運動(dòng)只包含六個(gè)自由度（3個(gè)平動(dòng)自由度以及3個(gè)轉動(dòng)自由度），五坐標聯(lián)動(dòng)就是使數控機床在具有空間上x(chóng)、y、z三個(gè)方向的平動(dòng)自由度外，又增加了兩個(gè)方向的轉動(dòng)的自由度，再加上刀具本身的用于切削的轉動(dòng)自由度，這樣刀具和工件之間的相對運動(dòng)就有了全部的六個(gè)自由度，使得刀具和工件之間可以呈現任意的相對位置和相對姿態(tài)。

（五）國產(chǎn)數控系統：逐漸邁向高端市場(chǎng)　

　　中國是當今世界機床制造大國，數控系統在性能、功能和成套化應用方面均取得了長(cháng)足進(jìn)步。

　　其中，低檔數控系統幾乎完全取代了進(jìn)口，中檔數控系統在系列化、商品化和產(chǎn)業(yè)化方面成效顯著(zhù)。高檔數控系統已突破實(shí)現了五軸聯(lián)動(dòng)功能，并在六軸數控砂帶磨床、五軸葉片銑床和車(chē)銑復合機床等設備上得到了示范應用。

　　此外，中國企業(yè)針對零件（如手機殼）的大批量、表面光潔度高等特點(diǎn)，各自開(kāi)發(fā)了多款專(zhuān)用系統和小型高速加工中心，大大降低了生產(chǎn)成本，該市場(chǎng)現已基本被國產(chǎn)系統和主機占領(lǐng)。

　　不過(guò)，還是應該看到，國際上的數控系統已經(jīng)有很多成熟的高端產(chǎn)品，與世界機床強國相比，中國的機床產(chǎn)品在全球機床市場(chǎng)的競爭力差距依然很大