近年來，隨著太鋼150萬不銹鋼技改投入力度的加大，太鋼設備安裝公司先后購置了多臺價格昂貴的大型數控加工設備。這些新設備功能強、效率高、誤差小，在一定程度上改變了公司數控加工能力不足的被動局面，對非標設備制作質量有了一定的提高。但一年多來對這些新設備的應用并不理想，機床加工效率較低，主軸切削運轉率不足40％，也就是說，在每天的大部分工作時間內，機床并未在切削工件，數控機床潛在的加工能力并未得到充分發揮。如何使用好這些價格昂貴的數控設備，提高設備利用率和實現高效率加工，已成為我們不能回避和必須認真解決的問題。應用多零件加工數控技術是提升數控設備應用水平的有效途徑之一。
1 多零件加工技術及其應用現狀
在多品種、大批量生產模式的數控加工中，應用多零件加工技術，可以較大幅度地降低加工過程中的生產輔助時間，提高主軸切削運轉率，從而提高數控設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，降低生產成本。所謂多零件加工，就是利用數控機床固有的加工能力和功能，實現多個相同或不同工件一次同時裝夾后連續完成自動加工。
多零件加工技術在工業發達國家，特別是宇航、汽車制造業數控加工中得到了較廣泛的應用，包括采用帶有轉動工作平臺、可安裝立碑式夾具的四五坐標聯動加工中心或帶有較大臺面可翻轉工作臺的臥式加工中心機床。在國內，包括太鋼設備安裝公司在內的一些制造企業對多零件加工技術已有一定程度的應用，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，并未實現自動化連續加工，其目的僅是為了實現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，國內還未見成功應用的記錄和實例，可以認為，在該領域開展相關研究，掌握并應用好此技術，是提高數控設備利用率和加工效率的又一個重要技術途徑。
根據太鋼設備安裝公司新購置的2臺高速加工中心數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的應用研究，并已成功地將之應用于連鑄機非標件、冷軋機等非標件的加工。
2 實現多零件數控加工的關鍵問題
在一臺加工中心數控機床上成功實現多零件加工，需要解決以下關鍵問題。
2.1 編制規范化的典型工藝規程
目前，太鋼設備安裝公司結構件的數控加工項目多，批量多，結構復雜，形狀差別大，抽象總結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，必須結合機加零件結構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范化。確定基本標準化的工藝方案，編制加工內容統一的數控程序，采用統一規范、合理的切削參數(如使用規定的程序號、工件坐標系、刀具號、刀庫配置數據、種類及規格統一的刀具，統一規范的進給率、主軸轉速等)是實現多零件加工的基本工作，歸納起來說，編制規范化的典型工藝規程是成功實現多零件加工的基礎。
2.2 實現多零件合理布局
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鍵，也是實現多零件加工的前提。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 解決自動連續運行和工件坐標系自動設置
多零件數控加工必須實現加工程序的自動連續運行，按照已規定好的內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化更改時不會造成混亂。同時，必須實現三坐標和五坐標加工程序間的連續自動運行。此外，還必須實現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定。這是實現多零件連續自動加工的關鍵。
2.4 確定合理的加工參數
結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，減少加工過程中的人為干預，最終達到自動化加工的目的，這是保證產品質量和降低設備故障率，實現多零件加工的重要環節。
3 多零件數控加工的技術實踐
3.1 加工試驗
某連鑄件共有結構相近的機加零件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來提高機床的主軸切削運轉率。
按正常的加工方法，對其中一項零件172A3401--2的數控加工時間進行現場統計。其中，平均主軸切削運轉率為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方式來減少裝夾時間和毛料、刀具配套時間，縮短生產輔助周期。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量越多，平均每件零件發生的準備工時越少。
3.2 具體應用
通過分析，總結完善現有同類型零件的加工方案和典型零件的試加工，并在多零件數控加工技術試驗結果基礎上，最后選定連鑄機扇形段結構件開展和實施如下相關技術工作：
3.2.1 確定零件的加工方案和加工組
選定的12個扇形段結構件，將在2臺HPS-_4B臥式高速加工中心機床上實施多零件數控加工技術。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 確定連續自動加工方法
目前，數控設備實現連續自動加工的方法有兩種：一是通過各子程序首尾串聯；二是通過一條主程序調用各子程序。結合太鋼設備安裝公司的技術水平和數控加工的實際情況，選用后一種加工方法。同時，利用數控控制系統的通用功能，完成工件坐標系的分配和設置，即通過FANUCl5M提供的可編程工件坐標系設置功能(G54～G59)，結合零件的
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，通過系統的宏變量功能完成工件坐標系的自動設置。
3.2.3 確定合理的切削參數
確定合理的切削參數的前提是同一規格的刀具在相同的加工深度和寬度的條件下，其轉速和迸給速度的統計數值的離散程度低，為此，我們選用整體硬質合金銑刀，按有關的技術說明和數據并經試切完善，總結出合理的切削參數。
3.2.4 編程和試制生產
按照統一的刀具目錄表、工件坐標系分配表、加工子程序分配表及加工內容，結合典型的工藝規程，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化、完善和經過2個月的穩定生產，對HPS—4B機床的加工能力進行了統計。
不難看出，主軸切削運轉率明顯提高，從過去的47．4％提高到現在的77.4％，工件裝夾時問降低幅度較大，由原來的145 min降為現在的12 min。這說明，運用多零件加工技術后，數控加工效率有了較大提高。
4 結語
多零件數控加工技術已成功地應用到太鋼設備安裝公司結構零件的大批量生產中，提高了設備的利用率和加工效率，使生產制造能力有了很大提高，并改善了產品質量，取得了良好的技術和經濟效益。
同時，在研究和應用這項技術中，進一步利用和發揮了數控機床潛在的功能，如加工程序模塊的調用技術、宏指令功能、變量傳輸、高速加工、可編程工件坐標系設置等。我們將繼續開展多零件加工技術的研究和推廣應用，挖掘現有設備的加工潛力，提高數控制造技術水平和加工能力。
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