數(shù)控機(jī)床選型

1、動態(tài)|數(shù)控機(jī)床的選型 - 隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)選用數(shù)控設(shè)備已是大勢所趨。目前市面上的數(shù)控設(shè)備可謂琳瑯滿目，如何才能既經(jīng)濟(jì)又合理地選擇到適合本企業(yè)的數(shù)控設(shè)備，一直是人們關(guān)注的話題。本文完全從技術(shù)的角度對選型中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了全面的論述。 對一個制造企業(yè)來說，提高生產(chǎn)能力往往從生產(chǎn)管理、制造工藝、生產(chǎn)設(shè)備等方面入手進(jìn)行技術(shù)改造，而這幾部分內(nèi)容又是互為影響和制約的。在技改中對生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控機(jī)床的更新、維修、采購等的選擇上必須考慮到要在什么樣環(huán)境下使用、如何管理、怎樣能達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效果等問題。選擇制造設(shè)備是要為制造某一些產(chǎn)品服務(wù)的，選擇的設(shè)備可能用于產(chǎn)品零件的一部分工序加工、也可能用于全部

2、工序加工。制造水平的高低首先取決于工藝過程的設(shè)計，它將決定用什么方法和手段來加工，從而也決定了對使用設(shè)備的基本要求，這也是對生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)組織和管理的依據(jù)。設(shè)備選擇的基本要求確定后還要根據(jù)市場上能提供什么樣技術(shù)水平的裝備來選擇，針對大部分中小批量生產(chǎn)的制造企業(yè)，選擇數(shù)控機(jī)床來替代舊機(jī)床或增強(qiáng)生產(chǎn)能力已是發(fā)展趨勢。比較普通和數(shù)控兩類機(jī)床的性能，數(shù)控機(jī)床具有加工復(fù)雜形面零件能力強(qiáng)、適應(yīng)多種加工對象（柔性強(qiáng)）；加工質(zhì)量、精度和加工效率高；適應(yīng)cad/cam聯(lián)網(wǎng)、適合制造加工信息集成管理；設(shè)備的利用率高、正常運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。選擇數(shù)控機(jī)床是一個綜合性技術(shù)問題，現(xiàn)在無論國內(nèi)還是國外，都能生產(chǎn)提供多種多樣的

3、設(shè)備。數(shù)控機(jī)床經(jīng)幾十年發(fā)展已演變出一個龐大家族群，能完成各種各樣的加工制造要求。如何從品種繁多、價格昂貴的設(shè)備中選擇適用的設(shè)備，如何使這些設(shè)備在制造中充分發(fā)揮作用而且又能滿足企業(yè)以后的發(fā)展，如何正確、合理地選購與主機(jī)配套的附件、工具、軟件技術(shù)、售后技術(shù)服務(wù)等，使采購的設(shè)備能達(dá)到較好的投入比這些問題都是廣大采購者必須考慮，并逐一要處理好的問題。一、確定典型加工工件“族”確定加工什么樣零件是選擇設(shè)備的第一步。企業(yè)根據(jù)技術(shù)改造和生產(chǎn)發(fā)展需要，確定有哪些零件、那些工序準(zhǔn)備用新的加工設(shè)備來完成，要考慮到產(chǎn)品發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃。用成組技術(shù)把這些零件進(jìn)行分組歸類，確定準(zhǔn)備主要加工對象的典型零件族。在歸類中往往會

4、遇到零件規(guī)格大小相差很多、零件形狀相差較大、各類零件加工工時大大超過設(shè)備滿負(fù)荷工時等問題，因此，要進(jìn)一步選擇確定生產(chǎn)綱領(lǐng)又比較接近要求的典型工件族。典型工件族按外型可以分為菱形類（箱體類）、板類、回轉(zhuǎn)體類（盤、套、軸、法蘭）和異形類等；按加工精度要求又可分普通級和精密級等。典型零件分類清楚了，基本加工設(shè)備也就比較明確了。二、典型零件族的工藝規(guī)程設(shè)計在確定加工零件后還必須用數(shù)控加工工藝的學(xué)觀點(diǎn)對工藝流程進(jìn)行新的規(guī)劃設(shè)計，這里包括對原工藝生產(chǎn)流程的變革、探索實(shí)現(xiàn)新工藝方法的可行性、探索實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代生產(chǎn)管理和物流管理可行性、探索使用先進(jìn)刀具工裝大幅度提高生產(chǎn)效率的可行性、探索在生產(chǎn)線上數(shù)控設(shè)備和其他設(shè)備

5、（普通的、專機(jī)的）的合理配制工藝等，目的是希望得到使用數(shù)控機(jī)床后的最佳工藝制造流程。下面是幾個典型類零件的合理加工工藝。軸類零件：銑端面打中心孔數(shù)控車床（粗加工）數(shù)控磨床（精加工）； 法蘭和盤類件：數(shù)控車床（粗加工）車削中心（精加工）； 型腔模具零件：普通機(jī)床加工外形及基面數(shù)控銑床加工型面高速數(shù)控銑精加工拋光或電腐蝕型面； 板類零件：雙軸銑床或龍門銑床加工大平面立式加工中心上加工各類孔； 箱體零件：立式加工中心上加工底面臥式加工中心上加工四周面各工藝面。在安排工藝流程中考慮下列因素：(1) 選擇最短的加工工藝流程。(2) 數(shù)控機(jī)床有相當(dāng)大適應(yīng)性，但也不是萬能的，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)考慮，典型工件族中每一

6、種零件都有一個經(jīng)濟(jì)批量，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)批量基礎(chǔ)上使用比較先進(jìn)的工藝手段。(3) 盡量發(fā)揮機(jī)床的各種工藝特點(diǎn)，追求最大限度地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的綜合加工能力特長(多工序集中的工藝特點(diǎn))，應(yīng)在生產(chǎn)流程中配置最少的機(jī)床數(shù)量、最少的工藝裝備和夾具。(4) 要考慮生產(chǎn)線或生產(chǎn)車間的各種設(shè)備能力的平衡。作為單臺數(shù)控機(jī)床的選擇或一條生產(chǎn)線的配置，單一的設(shè)備不可能完全包下一個工件的全部加工工序，必然有和其他設(shè)備的工序轉(zhuǎn)接，各設(shè)備之間的生產(chǎn)能力要平衡，滿足生產(chǎn)節(jié)拍的綜合要求，所以安排每臺設(shè)備上的工序數(shù)量、加工工序順序等既要發(fā)揮各臺數(shù)控機(jī)床的特長、滿足精度要求，還要進(jìn)一步應(yīng)考慮各臺機(jī)床上工件轉(zhuǎn)序時工藝基準(zhǔn)的合理使用。(5)

7、在安排數(shù)控加工工藝中經(jīng)常碰到的問題是工序集中與工藝加工漸精原則的矛盾。在數(shù)控機(jī)床的使用上，人們普遍采用將多工序集中在一臺機(jī)床上完成的工藝集中原則，以此來追求提高生產(chǎn)率，縮短零件加工周期，甚至希望工件在一次裝卡中全部加工完畢。但實(shí)際上對一些復(fù)雜的、精度要求較高的工件，由于在加工過程中的熱變形、內(nèi)應(yīng)力引起的工件變形、工夾具夾緊變形、熱處理要求時效等工藝因素和程編者操作因素等，很難一次裝卡完成全部加工。基本工藝準(zhǔn)則中對加工零件的逐步精化要求制約著工序集中的數(shù)量，妥善處理這兩者矛盾是數(shù)控加工工藝的重要內(nèi)容。(6) 在對典型工件族工藝流程的安排中，應(yīng)妥善安排各臺機(jī)床和生產(chǎn)線的手工調(diào)整和檢測等工作，即人工

8、干預(yù)的影響。企業(yè)要根據(jù)自身的技術(shù)裝備能力、技術(shù)水平和技術(shù)改造投入的力度，確定在工藝流程中人工干預(yù)的程度，這決定了對選擇數(shù)控機(jī)床的自動化水平和功能要求。應(yīng)客觀考慮適當(dāng)采用手工調(diào)整來補(bǔ)充企業(yè)要達(dá)到完全自動化的能力，對企業(yè)的工藝能力和設(shè)備水平確切定位。三、數(shù)控機(jī)床主要特征規(guī)格的選擇機(jī)床特征規(guī)格應(yīng)包括機(jī)型、機(jī)床規(guī)格參數(shù)和機(jī)床主電機(jī)功率等。在確定工藝內(nèi)容的前提下，機(jī)型選擇就較明確了。例如，回轉(zhuǎn)體零件加工主要可供選擇設(shè)備有車床、車削中心、數(shù)控磨床等；箱體的加工則應(yīng)以立式或臥式加工中心為主。數(shù)控機(jī)床已發(fā)展成品種繁多、可供廣泛選擇的商品，在機(jī)型選擇中應(yīng)在滿足加工工藝要求的前提下越簡單越好。例如，車削中心和數(shù)控

9、車床都可以加工軸類零件，但一臺滿足同樣加工規(guī)格的車削中心價格要比數(shù)控車床貴幾倍，如果沒有進(jìn)一步工藝要求，選數(shù)控車床應(yīng)是合理的。在加工型腔模具零件中，同規(guī)格的數(shù)控銑床和加工中心都能滿足基本加工要求，但兩種機(jī)床價格相差20%50%，所以在模具加工中要采用常更換刀具的工藝可安排選用加工中心，而固定一把刀具長時間銑削的可選用數(shù)控銑床。數(shù)控機(jī)床的最主要規(guī)格是幾個數(shù)控軸的行程范圍和主軸電機(jī)功率。機(jī)床的三個基本直線坐標(biāo)（x、y、z）行程反映該機(jī)床允許的加工空間，在車床中兩個坐標(biāo)（x、z）反映允許回轉(zhuǎn)體的大小。一般情況下加工工件的輪廓尺寸應(yīng)在機(jī)床的加工空間范圍之內(nèi)，例如，典型工件是450 mm 450 mm

10、450 mm的箱體，那么應(yīng)選取工作臺面尺寸為500mm500 mm的加工中心。選用工作臺面比典型工件稍大一些是出于安裝夾具考慮的。機(jī)床工作臺面尺寸和三個直線坐標(biāo)行程都有一定的比例關(guān)系，如上述工作臺（500 mm 500 mm）的機(jī)床，x軸行程一般為（700800）mm、y軸為（500700）mm、z軸為（500600）mm左右。因此，工作臺面的大小基本上確定了加工空間的大小。個別情況下也允許工件尺寸大于坐標(biāo)行程，這時必須要求零件上的加工區(qū)域處在行程范圍之內(nèi)，而且要考慮機(jī)床工作臺的允許承載能力，以及工件是否與機(jī)床交換刀刀具的空間干涉、與機(jī)床防護(hù)罩等附件發(fā)生干涉等系列問題。數(shù)控機(jī)床的主電機(jī)功率在同

11、類規(guī)格機(jī)床上也可以有各種不同的配置，一般情況下反映了該機(jī)床的切削剛性和主軸高速性能。例如，輕型機(jī)床比標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)床主軸電機(jī)功率就可能小12級。目前一般加工中心主軸轉(zhuǎn)速在(40008000)r/min，高速型機(jī)床立式機(jī)床可達(dá)(2000070000)r/min，臥式機(jī)床(1000020000)r/min，其主軸電機(jī)功率也成倍加大。主軸電機(jī)功率反映了機(jī)床的切削效率，從另一個側(cè)面也反映了切削剛性和機(jī)床整體剛度。在現(xiàn)代中小型數(shù)控機(jī)床中，主軸箱的機(jī)械變速已較少采用，往往都采用功率較大的交流可調(diào)速電機(jī)直聯(lián)主軸，甚至采用電主軸結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)在低速中扭矩受到限制，即調(diào)速電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時輸出功率下降，為了確保低速輸出

12、扭矩，就得采用大功率電機(jī)，所以同規(guī)格機(jī)床數(shù)控機(jī)床主軸電機(jī)比普通機(jī)床大好幾倍。當(dāng)使用單位的一些典型工件上有大量的低速加工時，也必須對選擇機(jī)床的低速輸出扭矩進(jìn)行校核。輕型機(jī)床在價格上肯定便宜，要求用戶根據(jù)自己的典型工件毛坯余量大小、切削能力（單位時間金屬切除量）、要求達(dá)到的加工精度、實(shí)際能配置什么樣刀具等因素綜合選擇機(jī)床。近年來數(shù)控機(jī)床上高速化趨勢發(fā)展很快，主軸從每分鐘幾千轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)，直線坐標(biāo)快速移動速度從（1020）m/min上升到80m/min以上，當(dāng)然機(jī)床價格也相應(yīng)上升，用戶單位必須根據(jù)自己的技術(shù)能力和配套能力做出合理選擇。例如，立式加工中心上主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)（5000080000）r/mi

13、n，除了一些加工特例以外，一般相配套的刀具就很昂貴。一些高速車床都可以達(dá)到（60008000）r/min以上，這時車刀的配置要求也很高。對少量特殊工件僅靠三個直線坐標(biāo)加工不能滿足要求，要另外增加回轉(zhuǎn)坐標(biāo)（a、b、c）或附加工坐標(biāo)(u、)等，目前機(jī)床市場上這些要求都能滿足，但機(jī)床價格會增長很多，尤其是對一些要求多軸聯(lián)動加工要求，如四軸、五軸聯(lián)動加工，必須對相應(yīng)配套的編程軟件、測量手段等有全面考慮和安排。四、機(jī)床精度的選擇典型零件的關(guān)鍵部位加工精度要求決定了選擇數(shù)控機(jī)床的精度等級。數(shù)控機(jī)床根據(jù)用途又分為簡易型、全功能型、超精密型等，其能達(dá)到的精度也是各不一樣的。簡易型目前還用于一部分車床和銑床，其

14、最小運(yùn)動分辯率為0.01mm，運(yùn)動精度和加工精度都在(0.030.05)mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可達(dá)0.001mm以下。這里主要討論應(yīng)用最多的全功能數(shù)控機(jī)床（以加工中心為主）。按精度可分為普通型和精密型，一般數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)項(xiàng)目都有2030項(xiàng)，但其最有特征項(xiàng)目是：單軸定位精度、單軸重復(fù)定位精度和兩軸以上聯(lián)動加工出試件的圓度，如表1所示。表1 數(shù)控機(jī)床精度特征項(xiàng)目其他精度項(xiàng)目與表1內(nèi)容都有一定的對應(yīng)關(guān)系。定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸各運(yùn)動部件的綜合精度。尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該軸在行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，這是衡量該軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。目前數(shù)控系統(tǒng)中軟件

15、都有豐富的誤差補(bǔ)償功能，能對進(jìn)給傳動鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進(jìn)行穩(wěn)定的補(bǔ)償。例如，傳動鏈各環(huán)節(jié)的間隙、彈性變形和接觸剛度等變化因素，它們往往隨著工作臺的負(fù)載大小、移動距離長短、移動定位速度的快慢等反映出不同的瞬時運(yùn)動量。在一些開環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，測量元件以后的機(jī)械驅(qū)動元件，受各種偶然因素影響，也有相當(dāng)大的隨機(jī)誤差影響，如滾珠絲杠熱伸長引起的工作臺實(shí)際定位位置漂移等?？傊?，如果能選擇，那么就選重復(fù)定位精度最好的設(shè)備！銑削圓柱面精度或銑削空間螺旋槽（螺紋）是綜合評價該機(jī)床有關(guān)數(shù)控軸（兩軸或三軸）伺服跟隨運(yùn)動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能的指標(biāo)，評價方法是測量加工出圓柱面的圓度。在數(shù)控機(jī)床試切件中還有銑斜

16、方形四邊加工法，也可判斷兩個可控軸在直線插補(bǔ)運(yùn)動時的精度。在做這項(xiàng)試切時，把用于精加工的立銑刀裝到機(jī)床主軸上，銑削放置在工作臺上的圓形試件，對中小型機(jī)床圓形試件一般取在200300，然后把切完的試件放到圓度儀上，測出其加工表面的圓度。銑出圓柱面上有明顯銑刀振紋反映該機(jī)床插補(bǔ)速度不穩(wěn)定；銑出的圓度有明顯橢圓誤差，反映插補(bǔ)運(yùn)動的兩個可控軸系統(tǒng)增益不匹配；在圓形表面上每一可控軸運(yùn)動換方向的點(diǎn)位上有停刀點(diǎn)痕跡（在連續(xù)切削運(yùn)動中，在某一位置停止進(jìn)給運(yùn)動刀具就會在加工表面上形成一小段多切去金屬的痕跡）時，反映該軸正反向間隙沒有調(diào)整好。單軸定位精度是指在該軸行程內(nèi)任意一個點(diǎn)定位時的誤差范圍，它直接反映了機(jī)床

17、的加工精度能力，所以是數(shù)控機(jī)床最關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。目前全世界各國對這指標(biāo)的規(guī)定、定義、測量方法和數(shù)據(jù)處理等有所不同，在各類數(shù)控機(jī)床樣本資料介紹中，常用的標(biāo)準(zhǔn)有美國標(biāo)準(zhǔn)（nas）和美國機(jī)床制造商協(xié)會推薦標(biāo)準(zhǔn)、德國標(biāo)準(zhǔn)（vdi）、日本標(biāo)準(zhǔn)（jis）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（iso）和我國國家標(biāo)準(zhǔn)(gb)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最低的是日本標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗臏y量方法是使用單組穩(wěn)定數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然后又取出用值把誤差值壓縮一半，所以用它的測量方法測出的定位精度往往比用其他標(biāo)準(zhǔn)測出的相差一倍以上。其他幾種標(biāo)準(zhǔn)盡管處理數(shù)據(jù)上有所區(qū)別，但都反映了要按誤差統(tǒng)計規(guī)律來分析測量定位精度，即對數(shù)控機(jī)床某一可控軸行程中某一個定位點(diǎn)誤差，應(yīng)該反

18、映出該點(diǎn)在以后機(jī)床長期使用中成千上萬次在此定位的誤差，而我們在測量時只能測量有限次數(shù)（一般57次）。為了真實(shí)反映這個定位點(diǎn)周圍一組隨機(jī)分散的點(diǎn)群定位誤差分布范圍，我們采用了誤差統(tǒng)計規(guī)律數(shù)據(jù)處理方法。例如，按老的iso標(biāo)準(zhǔn)推薦3散差處理辦法，我們來測量一臺加工中心機(jī)床上某一個坐標(biāo)精度，如圖1所示。圖1 定位精度曲線若我們對其中的某一定位點(diǎn)在正、反方向趨近該定位點(diǎn)，定位七次（n=7），其每一次實(shí)測數(shù)據(jù)如下：+4m、+2m、+1m、0、-1m、-2m、-4m。按iso標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該定位點(diǎn)散差的平均值為xn=0，其散差3約為7.9m。該點(diǎn)定位誤差分布如圖2所示。圖2 定位誤差分布范圍圖2顯示，在該定位點(diǎn)

19、上，當(dāng)正反方向反復(fù)定位時，將有99.96%的可能性在3=15.8m范圍以內(nèi)。在德國vdi標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定5，將得到比這更大的誤差。因此，這一重復(fù)定位精度為15.8m。從1998年以來，國際上開始試運(yùn)行新標(biāo)準(zhǔn)，按4處理將得到重復(fù)定位精度為10.5m，但該算法反映了95%左右定位點(diǎn)范圍。按日本jis標(biāo)準(zhǔn)處理上述情況，將得到重復(fù)定位精度為4m。從這里看出，jis標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定精度是最松的，而vdi標(biāo)準(zhǔn)要求最為嚴(yán)格。圖1所示的定位精度曲線，實(shí)際上是用整個行程內(nèi)一連串定位點(diǎn)的定位誤差包絡(luò)線構(gòu)成全程定位精度范圍。現(xiàn)在針對數(shù)控機(jī)床，測量定位精度和重復(fù)定位精度一般都用激光測距儀，編制一個測量運(yùn)動程序，讓機(jī)床運(yùn)動部件每間隔

20、（50100）mm移動一個點(diǎn)，往復(fù)運(yùn)動57次，與測距儀相連的計算機(jī)應(yīng)用軟件就會處理出各標(biāo)準(zhǔn)的檢測結(jié)果。從機(jī)床定位精度可估算出該機(jī)床加工時可能達(dá)到的精度，如在單軸上移動加工兩個孔的孔距精度約為單軸在該段定位誤差的12倍（具體誤差值與工藝因素密切相關(guān)）。機(jī)床的定位精度與該機(jī)床的幾何精度相匹配，精密級定位精度的機(jī)床要求該機(jī)床的幾何精度也不能低于同類的坐標(biāo)鏜床。現(xiàn)在有一些用戶對批量生產(chǎn)的典型零件加工，提出設(shè)備工藝能力系數(shù)的考核，要求cpk值1.11.33，這實(shí)質(zhì)上是要求機(jī)床精度相對零件精度允差要有足夠精度儲備，這樣才能滿足批量生產(chǎn)加工精度穩(wěn)定性要求。對定位精度要求較高的機(jī)床，必須關(guān)注它的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是

21、采用半閉環(huán)方式，還是全閉環(huán)方式，必須關(guān)注使用檢測元件的精度及穩(wěn)定性。機(jī)床采用半閉環(huán)伺服驅(qū)動方式時的精度穩(wěn)定性要受到一些外界因素影響，例如，傳動鏈中因工作溫度變化引起滾珠絲杠長度變化，這必然使工作臺實(shí)際定位位置產(chǎn)生漂移影響，進(jìn)而影響加工件的加工精度。圖3是目前常用的進(jìn)給傳動鏈的一般結(jié)構(gòu)。在半閉環(huán)控制方式下，位置檢測元件放在伺服電機(jī)另一端。滾珠絲杠軸向位置主要靠一端固定，另一端可以自由伸長，當(dāng)絲杠伸長時工作臺就一個附加移動量。在一些新型中小數(shù)控機(jī)床上，采用減小導(dǎo)軌負(fù)荷（用直線滾動導(dǎo)軌）、提高絲杠制造精度、絲杠兩端加預(yù)拉伸和絲杠中心通恒溫油冷卻等措施，在半閉環(huán)系統(tǒng)中也得到了較穩(wěn)定的定位精度。圖3 數(shù)

22、控機(jī)床進(jìn)給傳動鏈（半閉環(huán)）五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇隨著市場需求多樣化，機(jī)床制造商往往提供同一種機(jī)床可配置多種數(shù)控的選擇或數(shù)控系統(tǒng)中多種選擇功能的選擇。機(jī)床制造商提供的機(jī)床配置的數(shù)控系統(tǒng)分為主流系統(tǒng)及可適應(yīng)的系統(tǒng)，主流系統(tǒng)相對來說技術(shù)成熟性好一些，但對使用用戶應(yīng)另有要求，例如對名牌系統(tǒng)的質(zhì)量追求、希望在國內(nèi)有較好的售后技術(shù)條件、在用戶單位使用的數(shù)控系統(tǒng)相對集中在幾家等要求，以便使用掌握和維修配件準(zhǔn)備，所以用戶單位都愿意配置自己信得過或比較熟悉的數(shù)控系統(tǒng)。在可供選擇的系統(tǒng)中性能高低差別很大，直接影響到設(shè)備價格構(gòu)成，因此不能片面追求高水平、新系統(tǒng)，而應(yīng)以滿足主機(jī)性能為主，對系統(tǒng)性能和價格等作一個綜合分析，

23、選用合適的系統(tǒng)。目前世界上比較著名的數(shù)控系統(tǒng)有日本的fanuc、德國的sinumerik、法國的num、意大利的fidia、西班牙的fago和美國的a-b等。各大機(jī)床制造廠商也有自己的一些系統(tǒng)，如mazak、okuma等。國內(nèi)也有航天集團(tuán)、機(jī)電集團(tuán)、華中理工大學(xué)、遼寧藍(lán)天、南京大方集團(tuán)、北方凱奇等數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商，每家公司也都有一系列的各種規(guī)格的產(chǎn)品。用戶選擇系統(tǒng)的基本原則是：性能價格比要高、購后的使用維護(hù)要方便、系統(tǒng)的市場壽命要長（不能選淘汰系統(tǒng)，否則使用幾年后將找不到維修備件）等。數(shù)控系統(tǒng)中除基本功能以外還有很多可供選擇的功能。對配在機(jī)床上的系統(tǒng)，由于機(jī)床使用基本要求所需的數(shù)控系統(tǒng)選擇功能已

24、由制造商選配，用戶可以根據(jù)自己的生產(chǎn)管理、測量要求、刀具管理、程序編制要求等，額外再選擇一些功能列入訂貨單中，如dnc接口聯(lián)網(wǎng)要求等。六、自動換刀裝備（atc）、自動交換工作臺（apc）和刀柄的選擇配置1. atc的選擇在具備綜合加工能力的一些數(shù)控機(jī)床上，如加工中心、車削中心和帶交換沖頭的數(shù)控沖床等，自動交換裝置是這些設(shè)備的基本特征附件，它的工作質(zhì)量直接關(guān)系到整機(jī)的質(zhì)量，也是構(gòu)成設(shè)備投資中的重要組成部分（經(jīng)費(fèi)占整機(jī)成本的10%30%）。因此，在選擇主機(jī)設(shè)備時必須得重視所配atc自動換刀裝置的工作質(zhì)量和刀具儲存量。目前加工中心自動換刀裝置的配套較為規(guī)范，以下以加工中心的atc裝置為例來說明其選擇

25、原則?，F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，在加工中心的使用故障中有50%左右與atc裝置有關(guān)，但atc又是提高設(shè)備加工效率的基本部件，因此建議用戶應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的atc，這樣也可以相應(yīng)地降低整機(jī)價格。下面介紹與atc裝置相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)。(1) 刀柄型號刀柄型號取決于機(jī)床主軸裝刀柄孔的規(guī)格?，F(xiàn)在絕大部分加工中心機(jī)床主軸孔都是采用iso規(guī)定的7:24錐孔，常用的有40號、45號、50號等，個別的還有30號和35號。機(jī)床規(guī)格越小，刀柄規(guī)格也應(yīng)選小的，但小規(guī)格刀柄對加工大尺寸孔和長孔很不利，所以對一臺機(jī)床如果有大規(guī)格的刀柄可選擇時，應(yīng)該盡量選擇大的，但刀庫容量和換刀時間都要受到影響

26、。近年來加工中心和數(shù)控銑床都向高速化方向發(fā)展，許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min以上時，7:24錐孔由于離心力作用會有一定漲大，影響刀柄的定位精度。為此，一種觀點(diǎn)是建議采用德國vdi推薦的短錐刀柄hsk系列，另外，在日本已有部分商品的錐面和端面同時接觸的過定位錐面刀柄，但在定心精度和重復(fù)定位精度方面，hsk系列要好一些，目前在國內(nèi)還很少有廠家生產(chǎn)。對同一種錐面規(guī)格的刀柄有日本bt標(biāo)準(zhǔn)、美國cat標(biāo)準(zhǔn)、德國vdi標(biāo)準(zhǔn)等，他們規(guī)定機(jī)械手爪夾持的尺寸不一樣，刀柄的拉緊釘尺寸也不一樣，所以選擇時必須考慮齊全，對已經(jīng)擁有一定數(shù)量數(shù)控機(jī)床的用戶或即將采購一批數(shù)控機(jī)床的用戶，應(yīng)盡可能選擇互

27、相能通用的、單一標(biāo)準(zhǔn)的刀柄系列。(2) 換刀時間換刀時間是指刀柄交換時間，即從主軸上換下用過的刀具、裝上新的刀具的總時間。細(xì)分又有兩種規(guī)定方式，即刀對刀時間（tool to tool）和總換刀時間(chip to chip)，總換刀時間包含了舊刀具加工完畢離開加工區(qū)域到刀具交換完畢主軸上裝上新刀具進(jìn)入新的加工前之間的時間。目前最快的純換刀時間可達(dá)0.7s左右，總換刀時間在312s之間，立式機(jī)床換刀時間一般比臥式的短。換刀時間短意味著機(jī)床生產(chǎn)效率高。(3) 最大刀具重量最大刀具重量是指在自動刀具交換情況下允許的最大刀具重量，錐度40號左右刀柄最大允許重量在78kg，50號刀柄在15kg，一些重型

28、刀具可達(dá)2530kg，但這時換刀速度要減慢。最大刀具直徑和長度主要受刀庫尺寸空間的限制。(4) 刀庫容量一些加工中心機(jī)床上配置的刀庫容量往往有幾種規(guī)格供選擇，有十幾把到40、60、100把等，一些柔性加工單元（fmc）配置中央刀庫后刀具儲存量可達(dá)近千把，刀庫的容量只要能滿足基本需要，一般不宜選得太大，因?yàn)槿萘看?，刀庫成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率也相應(yīng)增加，刀具管理也較為復(fù)雜。在單臺機(jī)床使用中，當(dāng)更換一種新的工件時，操作者要根據(jù)新的工藝資料對刀庫進(jìn)行一次清理，刀庫中無關(guān)的刀具越多，整理工作量也就越大，也就越容易出現(xiàn)人為的差錯。所以用戶一般應(yīng)根據(jù)典型工件的工藝分析，算出需用刀具數(shù)量，進(jìn)而確定刀庫的容量

29、。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)來考慮，一般機(jī)床的刀庫以滿足一種工件一次裝夾所需的全部刀柄數(shù)量作為選擇依據(jù)。根據(jù)國外對中小型加工中心加工典型工件的工藝分析，認(rèn)為中小型機(jī)床刀具儲存量應(yīng)在448把之間，具體如表2所示。表2 所需庫存刀具數(shù)量在納入柔性制造單元的機(jī)床中，考慮到適應(yīng)多工件、多工序同時加工的要求，需要配置大容量的刀庫，此時應(yīng)增加相應(yīng)的刀具管理措施。2. 刀柄和刀具的選擇在主機(jī)和自動換刀裝置（atc）確定后，要選擇所需的刀柄和刀具（刃具）。數(shù)控機(jī)床所用刀柄系列基本都已標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是加工中心所用刀柄，如美國的cat、日本的bt和我國的jt等。數(shù)控機(jī)床加工工件最終要靠的是切削刃具，但刃具

30、和機(jī)床的連接、在自動交換刀具時提供給機(jī)械手的夾持部位等都要靠刀柄來解決，所以選擇刀具實(shí)質(zhì)上是包括刃具和刀柄的配置。刃具選擇取決于加工工藝要求，刃具確定后還必須配置相應(yīng)刀柄，例如，工藝要求鉆一個直徑6mm的小孔，則刃具選用直徑6mm直柄麻花鉆頭，然后還要選用一個能夾持鉆頭的刀柄。現(xiàn)在有一部分刀柄本身也配置專用的刃具，如精鏜刀柄等?？傊?，這些附件絕大部分都已標(biāo)準(zhǔn)化，由專業(yè)化生產(chǎn)廠供貨，機(jī)床用戶要根據(jù)具體加工對象合理選用。由于刀柄可供選擇的范圍很廣，但選多了將加大投資，選少了將影響機(jī)床的開動率，所以應(yīng)慎重對待。對一些總批量超過幾千件、反復(fù)投產(chǎn)的工件加工來說，在工藝安排中可以考慮采用復(fù)合刀具，即利用數(shù)

31、控機(jī)床主切削功率較大、機(jī)床剛度較好的特長，采用復(fù)合刀具進(jìn)行多刀多刃的強(qiáng)力切削，可提高生產(chǎn)率和縮短生產(chǎn)節(jié)拍。但一把復(fù)合刀具價格要貴得多，而且變成專用工具，必須考慮工件有足夠數(shù)量時才經(jīng)濟(jì)。近年在數(shù)控機(jī)床使用的刀具上開發(fā)出了許多新的產(chǎn)品，大大豐富了數(shù)控機(jī)床的加工工藝，例如，萬能垂直銑頭、反刮刀具、去毛刺刀具、增速頭、銑螺紋刀和內(nèi)冷刀具等（詳見產(chǎn)品樣本）。3. 自動交換工作臺自動交換工作臺是在主機(jī)上配置的附件，配置的數(shù)量有2、4、6、10個等，除雙交換工作臺以外，主要用柔性制造單元配置。雙交換工作臺的配置可以大大節(jié)省復(fù)雜零件裝卸定位夾緊的輔助時間，提高機(jī)床開動率，但增加該功能設(shè)備，投資至少要加10萬元

32、以上。多數(shù)量交換工作臺用于柔性制造單元，適用于24小時少人或無人化管理，適應(yīng)多品種工件交替投產(chǎn)加工，這里應(yīng)注意增加質(zhì)量檢查措施，否則投資增長20%50%是不經(jīng)濟(jì)的。七、機(jī)床選擇功能及附件的選擇在選購數(shù)控機(jī)床時，除滿足基本要求的功能及基本件外，還應(yīng)充分考慮選擇件選擇功能及附件。選擇原則是：全面配置，充分發(fā)揮主機(jī)的最大潛力，遠(yuǎn)近期效益綜合考慮。對一些價格增加不多，但對使用帶來很多方便的，應(yīng)盡可能配置齊全。附件配套要保證機(jī)床到現(xiàn)場后能立即投入使用，切忌花幾十萬元甚至幾百萬購買的一臺機(jī)床，到貨后因缺乏一個幾十元或幾百元的附件而長期不能使用的情況的發(fā)生。對數(shù)控系統(tǒng)選擇功能應(yīng)以實(shí)用為主，不一定選太多，尤其

33、是納入批量生產(chǎn)線中的設(shè)備，應(yīng)越簡單越好，對多品種、小批量生產(chǎn)方式的機(jī)床要加強(qiáng)編程功能的選擇，如隨機(jī)程序編制（后臺編程）、運(yùn)動圖形顯示、人機(jī)對話程序編制（gps）、宏程序編程等，雖然可加快程序編制速度，但費(fèi)用也要相應(yīng)增加。另一種配置方案是簡化配置數(shù)控系統(tǒng)程序編制的功能，單獨(dú)另外配置自動編程機(jī)及與數(shù)控系統(tǒng)的通信接口，程序處理都事先在編程機(jī)上做完成任務(wù)，然后花幾分鐘時間，送入數(shù)控系統(tǒng)，這樣做能進(jìn)一步提高機(jī)床開動率。在提高加工質(zhì)量和工作可靠性上也發(fā)展了許多附件，如自動測量裝置、接觸式測頭及相應(yīng)測量軟件、刀具長度和磨損檢測、機(jī)床熱變形補(bǔ)償軟件等附件，這些附件選用原則是要求工作可靠、不片面追求新穎。對一些

34、輔助功能附件，如冷卻、防護(hù)和排屑等裝置主要根據(jù)今后在現(xiàn)場使用要求和工藝要求而定，例如，考慮以后加工大裕量鑄鐵件的要求，則要選用高密封防護(hù)罩、大流量淋浴式冷卻方式、紙質(zhì)冷卻液過濾器裝置等。總之，要選擇與生產(chǎn)能力相適應(yīng)的輔件。八、技術(shù)服務(wù)數(shù)控機(jī)床作為一種高科技產(chǎn)品，包含了多學(xué)科的專業(yè)內(nèi)容，對這樣復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備，要應(yīng)用好、維修好單靠應(yīng)用單位自身努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且也很難做到，必須依靠和利用社會上的專業(yè)隊伍。因此，在選購設(shè)備時還應(yīng)綜合考慮選購其圍繞設(shè)備的售前、售后技術(shù)服務(wù)，其宗旨就是要使設(shè)備盡快盡量地發(fā)揮作用。對一些新的數(shù)控機(jī)床用戶來說，最困難的不是缺乏資金購買設(shè)備，而是缺乏一支高素質(zhì)的技術(shù)隊伍，因

35、此新用戶從開始選擇設(shè)備時起，包括以后的設(shè)備到貨安裝驗(yàn)收、設(shè)備操作、程序編制、機(jī)械和電氣維修等，都需要人才和技術(shù)支持。這些條件在短時間內(nèi)由用戶解決是很困難的，當(dāng)前，各機(jī)床制造商已普遍重視商品的售前、售后服務(wù)，協(xié)助用戶對典型工件作工藝分析、進(jìn)行加工可行性工藝試驗(yàn)以及承擔(dān)成套技術(shù)服務(wù)，包括工藝裝備研制、程序編制、安裝調(diào)試、試切工件，直到全面投入生產(chǎn)后快速響應(yīng)保修服務(wù)，為用戶舉辦各類技術(shù)人員培訓(xùn)等?？傊仓匾暭夹g(shù)隊伍建設(shè)、重視職工素質(zhì)提高的企業(yè)，數(shù)控機(jī)床就能得到合理使用。所以在選擇機(jī)床時，建議用戶花一部分資金選購針對自己短缺的技術(shù)服務(wù)，使設(shè)備盡快發(fā)揮作用?！巨D(zhuǎn)自cad世界】-來源：控制工程（中國）1

36、數(shù)控機(jī)床的選型 數(shù)控機(jī)床的選型 隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)選用數(shù)控設(shè)備已是大勢所趨。目前市面上的數(shù)控設(shè)備可謂琳瑯滿目，如何才能既經(jīng)濟(jì)又合理地選擇到適合本企業(yè)的數(shù)控設(shè)備，一直是人們關(guān)注的話題。本文完全從技術(shù)的角度對選型中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了全面的論述。 對一個制造企業(yè)來說，提高生產(chǎn)能力往往從生產(chǎn)管理、制造工藝、生產(chǎn)設(shè)備等方面入手進(jìn)行技術(shù)改造，而這幾部分內(nèi)容又是互為影響和制約的。在技改中對生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控機(jī)床的更新、維修、采購等的選擇上必須考慮到要在什么樣環(huán)境下使用、如何管理、怎樣能達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效果等問題。 選擇制造設(shè)備是要為制造某一些產(chǎn)品服務(wù)的，選擇的設(shè)備可能用于產(chǎn)品零件的一部分工序加工、也可能

37、用于全部工序加工。制造水平的高低首先取決于工藝過程的設(shè)計，它將決定用什么方法和手段來加工，從而也決定了對使用設(shè)備的基本要求，這也是對生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)組織和管理的依據(jù)。設(shè)備選擇的基本要求確定后還要根據(jù)市場上能提供什么樣技術(shù)水平的裝備來選擇，針對大部分中小批量生產(chǎn)的制造企業(yè)，選擇數(shù)控機(jī)床來替代舊機(jī)床或增強(qiáng)生產(chǎn)能力已是發(fā)展趨勢。 比較普通和數(shù)控兩類機(jī)床的性能，數(shù)控機(jī)床具有加工復(fù)雜形面零件能力強(qiáng)、適應(yīng)多種加工對象（柔性強(qiáng)）；加工質(zhì)量、精度和加工效率高；適應(yīng)cad/cam聯(lián)網(wǎng)、適合制造加工信息集成管理；設(shè)備的利用率高、正常運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。 選擇數(shù)控機(jī)床是一個綜合性技術(shù)問題，現(xiàn)在無論國內(nèi)還是國外，都能生產(chǎn)提

38、供多種多樣的設(shè)備。數(shù)控機(jī)床經(jīng)幾十年發(fā)展已演變出一個龐大家族群，能完成各種各樣的加工制造要求。如何從品種繁多、價格昂貴的設(shè)備中選擇適用的設(shè)備，如何使這些設(shè)備在制造中充分發(fā)揮作用而且又能滿足企業(yè)以后的發(fā)展，如何正確、合理地選購與主機(jī)配套的附件、工具、軟件技術(shù)、售后技術(shù)服務(wù)等，使采購的設(shè)備能達(dá)到較好的投入比這些問題都是廣大采購者必須考慮，并逐一要處理好的問題。 一、確定典型加工工件“族” 確定加工什么樣零件是選擇設(shè)備的第一步。企業(yè)根據(jù)技術(shù)改造和生產(chǎn)發(fā)展需要，確定有哪些零件、那些工序準(zhǔn)備用新的加工設(shè)備來完成，要考慮到產(chǎn)品發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃。用成組技術(shù)把這些零件進(jìn)行分組歸類，確定準(zhǔn)備主要加工對象的典型零件族

39、。在歸類中往往會遇到零件規(guī)格大小相差很多、零件形狀相差較大、各類零件加工工時大大超過設(shè)備滿負(fù)荷工時等問題，因此，要進(jìn)一步選擇確定生產(chǎn)綱領(lǐng)又比較接近要求的典型工件族。典型工件族按外型可以分為菱形類（箱體類）、板類、回轉(zhuǎn)體類（盤、套、軸、法蘭）和異形類等；按加工精度要求又可分普通級和精密級等。典型零件分類清楚了，基本加工設(shè)備也就比較明確了。 二、典型零件族的工藝規(guī)程設(shè)計 在確定加工零件后還必須用數(shù)控加工工藝的學(xué)觀點(diǎn)對工藝流程進(jìn)行新的規(guī)劃設(shè)計，這里包括對原工藝生產(chǎn)流程的變革、探索實(shí)現(xiàn)新工藝方法的可行性、探索實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代生產(chǎn)管理和物流管理可行性、探索使用先進(jìn)刀具工裝大幅度提高生產(chǎn)效率的可行性、探索在生產(chǎn)線

40、上數(shù)控設(shè)備和其他設(shè)備（普通的、專機(jī)的）的合理配制工藝等，目的是希望得到使用數(shù)控機(jī)床后的最佳工藝制造流程。下面是幾個典型類零件的合理加工工藝。 軸類零件：銑端面打中心孔數(shù)控車床（粗加工）數(shù)控磨床（精加工）； 法蘭和盤類件：數(shù)控車床（粗加工）車削中心（精加工）； 型腔模具零件：普通機(jī)床加工外形及基面數(shù)控銑床加工型面高速數(shù)控銑精加工拋光或電腐蝕型面； 板類零件：雙軸銑床或龍門銑床加工大平面立式加工中心上加工各類孔； 箱體零件：立式加工中心上加工底面臥式加工中心上加工四周面各工藝面。 在安排工藝流程中考慮下列因素： (1)選擇最短的加工工藝流程。 (2)數(shù)控機(jī)床有相當(dāng)大適應(yīng)性，但也不是萬能的，從經(jīng)濟(jì)觀

41、點(diǎn)考慮，典型工件族中每一種零件都有一個經(jīng)濟(jì)批量，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)批量基礎(chǔ)上使用比較先進(jìn)的工藝手段。 作者： 數(shù)控專家 2006-10-10 15:46 回復(fù)此發(fā)言 2數(shù)控機(jī)床的選型 (3)盡量發(fā)揮機(jī)床的各種工藝特點(diǎn)，追求最大限度地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的綜合加工能力特長(多工序集中的工藝特點(diǎn))，應(yīng)在生產(chǎn)流程中配置最少的機(jī)床數(shù)量、最少的工藝裝備和夾具。 (4)要考慮生產(chǎn)線或生產(chǎn)車間的各種設(shè)備能力的平衡。作為單臺數(shù)控機(jī)床的選擇或一條生產(chǎn)線的配置，單一的設(shè)備不可能完全包下一個工件的全部加工工序，必然有和其他設(shè)備的工序轉(zhuǎn)接，各設(shè)備之間的生產(chǎn)能力要平衡，滿足生產(chǎn)節(jié)拍的綜合要求，所以安排每臺設(shè)備上的工序數(shù)量、加工工序順序等

42、既要發(fā)揮各臺數(shù)控機(jī)床的特長、滿足精度要求，還要進(jìn)一步應(yīng)考慮各臺機(jī)床上工件轉(zhuǎn)序時工藝基準(zhǔn)的合理使用。 (5)在安排數(shù)控加工工藝中經(jīng)常碰到的問題是工序集中與工藝加工漸精原則的矛盾。在數(shù)控機(jī)床的使用上，人們普遍采用將多工序集中在一臺機(jī)床上完成的工藝集中原則，以此來追求提高生產(chǎn)率，縮短零件加工周期，甚至希望工件在一次裝卡中全部加工完畢。但實(shí)際上對一些復(fù)雜的、精度要求較高的工件，由于在加工過程中的熱變形、內(nèi)應(yīng)力引起的工件變形、工夾具夾緊變形、熱處理要求時效等工藝因素和程編者操作因素等，很難一次裝卡完成全部加工?；竟に嚋?zhǔn)則中對加工零件的逐步精化要求制約著工序集中的數(shù)量，妥善處理這兩者矛盾是數(shù)控加工工藝的

43、重要內(nèi)容。 (6)在對典型工件族工藝流程的安排中，應(yīng)妥善安排各臺機(jī)床和生產(chǎn)線的手工調(diào)整和檢測等工作，即人工干預(yù)的影響。企業(yè)要根據(jù)自身的技術(shù)裝備能力、技術(shù)水平和技術(shù)改造投入的力度，確定在工藝流程中人工干預(yù)的程度，這決定了對選擇數(shù)控機(jī)床的自動化水平和功能要求。應(yīng)客觀考慮適當(dāng)采用手工調(diào)整來補(bǔ)充企業(yè)要達(dá)到完全自動化的能力，對企業(yè)的工藝能力和設(shè)備水平確切定位。 三、數(shù)控機(jī)床主要特征規(guī)格的選擇 機(jī)床特征規(guī)格應(yīng)包括機(jī)型、機(jī)床規(guī)格參數(shù)和機(jī)床主電機(jī)功率等。在確定工藝內(nèi)容的前提下，機(jī)型選擇就較明確了。例如，回轉(zhuǎn)體零件加工主要可供選擇設(shè)備有車床、車削中心、數(shù)控磨床等；箱體的加工則應(yīng)以立式或臥式加工中心為主。 數(shù)控機(jī)

44、床已發(fā)展成品種繁多、可供廣泛選擇的商品，在機(jī)型選擇中應(yīng)在滿足加工工藝要求的前提下越簡單越好。例如，車削中心和數(shù)控車床都可以加工軸類零件，但一臺滿足同樣加工規(guī)格的車削中心價格要比數(shù)控車床貴幾倍，如果沒有進(jìn)一步工藝要求，選數(shù)控車床應(yīng)是合理的。在加工型腔模具零件中，同規(guī)格的數(shù)控銑床和加工中心都能滿足基本加工要求，但兩種機(jī)床價格相差20%50%，所以在模具加工中要采用常更換刀具的工藝可安排選用加工中心，而固定一把刀具長時間銑削的可選用數(shù)控銑床。 數(shù)控機(jī)床的最主要規(guī)格是幾個數(shù)控軸的行程范圍和主軸電機(jī)功率。機(jī)床的三個基本直線坐標(biāo)（x、y、z）行程反映該機(jī)床允許的加工空間，在車床中兩個坐標(biāo)（x、z）反映允許

45、回轉(zhuǎn)體的大小。一般情況下加工工件的輪廓尺寸應(yīng)在機(jī)床的加工空間范圍之內(nèi)，例如，典型工件是450mm450mm450mm的箱體，那么應(yīng)選取工作臺面尺寸為500mm500mm的加工中心。選用工作臺面比典型工件稍大一些是出于安裝夾具考慮的。機(jī)床工作臺面尺寸和三個直線坐標(biāo)行程都有一定的比例關(guān)系，如上述工作臺（500mm500mm）的機(jī)床，x軸行程一般為（700800）mm、y軸為（500700）mm、z軸為（500600）mm左右。因此，工作臺面的大小基本上確定了加工空間的大小。個別情況下也允許工件尺寸大于坐標(biāo)行程，這時必須要求零件上的加工區(qū)域處在行程范圍之內(nèi)，而且要考慮機(jī)床工作臺的允許承載能力，以及工

46、件是否與機(jī)床交換刀刀具的空間干涉、與機(jī)床防護(hù)罩等附件發(fā)生干涉等系列問題。 數(shù)控機(jī)床的主電機(jī)功率在同類規(guī)格機(jī)床上也可以有各種不同的配置，一般情況下反映了該機(jī)床的切削剛性和主軸高速性能。例如，輕型機(jī)床比標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)床主軸電機(jī)功率就可能小12級。目前一般加工中心主軸轉(zhuǎn)速在(40008000)r/min，高速型機(jī)床立式機(jī)床可達(dá)(2000070000)r/min，臥式機(jī)床(1000020000)r/min，其主軸電機(jī)功率也成倍加大。主軸電機(jī)功率反映了機(jī)床的切削效率，從另一個側(cè)面也反映了切削剛性和機(jī)床整體剛度。在現(xiàn)代中小型數(shù)控機(jī)床中，主軸箱的機(jī)械變速已較少采用，往往都采用功率較大的交流可調(diào)速電機(jī)直聯(lián)主軸，甚至

47、采用電主軸結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)在低速中扭矩受到限制，即調(diào)速電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時輸出功率下降，為了確保低速輸出扭矩，就得采用大功率電機(jī)，所以同規(guī)格機(jī)床數(shù)控機(jī)床主軸電機(jī)比普通機(jī)床大好幾倍。當(dāng)使用單位的一些典型工件上有大量的低速加工時，也必須對選擇機(jī)床的低速輸出扭矩進(jìn)行校核。輕型機(jī)床在價格上肯定便宜，要求用戶根據(jù)自己的典型工件毛坯余量大小、切削能力（單位時間金屬切除量）、要求達(dá)到的加工精度、實(shí)際能配置什么樣刀具等因素綜合選擇機(jī)床。 作者： 數(shù)控專家 2006-10-10 15:46 回復(fù)此發(fā)言 3數(shù)控機(jī)床的選型 近年來數(shù)控機(jī)床上高速化趨勢發(fā)展很快，主軸從每分鐘幾千轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)，直線坐標(biāo)快速移動速度從（1020）

48、m/min上升到80m/min以上，當(dāng)然機(jī)床價格也相應(yīng)上升，用戶單位必須根據(jù)自己的技術(shù)能力和配套能力做出合理選擇。例如，立式加工中心上主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)（5000080000）r/min，除了一些加工特例以外，一般相配套的刀具就很昂貴。一些高速車床都可以達(dá)到（60008000）r/min以上，這時車刀的配置要求也很高。 對少量特殊工件僅靠三個直線坐標(biāo)加工不能滿足要求，要另外增加回轉(zhuǎn)坐標(biāo)（a、b、c）或附加工坐標(biāo)(u、)等，目前機(jī)床市場上這些要求都能滿足，但機(jī)床價格會增長很多，尤其是對一些要求多軸聯(lián)動加工要求，如四軸、五軸聯(lián)動加工，必須對相應(yīng)配套的編程軟件、測量手段等有全面考慮和安排。 四、機(jī)床精

49、度的選擇 典型零件的關(guān)鍵部位加工精度要求決定了選擇數(shù)控機(jī)床的精度等級。數(shù)控機(jī)床根據(jù)用途又分為簡易型、全功能型、超精密型等，其能達(dá)到的精度也是各不一樣的。簡易型目前還用于一部分車床和銑床，其最小運(yùn)動分辯率為0.01mm，運(yùn)動精度和加工精度都在(0.030.05)mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可達(dá)0.001mm以下。這里主要討論應(yīng)用最多的全功能數(shù)控機(jī)床（以加工中心為主）。 按精度可分為普通型和精密型，一般數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)項(xiàng)目都有2030項(xiàng)，但其最有特征項(xiàng)目是：單軸定位精度、單軸重復(fù)定位精度和兩軸以上聯(lián)動加工出試件的圓度，如表1所示。 表1數(shù)控機(jī)床精度特征項(xiàng)目 其他精度項(xiàng)目與表1內(nèi)容都有一定

50、的對應(yīng)關(guān)系。定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸各運(yùn)動部件的綜合精度。尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該軸在行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，這是衡量該軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)。目前數(shù)控系統(tǒng)中軟件都有豐富的誤差補(bǔ)償功能，能對進(jìn)給傳動鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進(jìn)行穩(wěn)定的補(bǔ)償。例如，傳動鏈各環(huán)節(jié)的間隙、彈性變形和接觸剛度等變化因素，它們往往隨著工作臺的負(fù)載大小、移動距離長短、移動定位速度的快慢等反映出不同的瞬時運(yùn)動量。在一些開環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，測量元件以后的機(jī)械驅(qū)動元件，受各種偶然因素影響，也有相當(dāng)大的隨機(jī)誤差影響，如滾珠絲杠熱伸長引起的工作臺實(shí)際定位位置漂移等?？傊?，如果能選擇，那么就選重復(fù)定位精度

51、最好的設(shè)備！ 銑削圓柱面精度或銑削空間螺旋槽（螺紋）是綜合評價該機(jī)床有關(guān)數(shù)控軸（兩軸或三軸）伺服跟隨運(yùn)動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能的指標(biāo)，評價方法是測量加工出圓柱面的圓度。在數(shù)控機(jī)床試切件中還有銑斜方形四邊加工法，也可判斷兩個可控軸在直線插補(bǔ)運(yùn)動時的精度。在做這項(xiàng)試切時，把用于精加工的立銑刀裝到機(jī)床主軸上，銑削放置在工作臺上的圓形試件，對中小型機(jī)床圓形試件一般取在200300，然后把切完的試件放到圓度儀上，測出其加工表面的圓度。銑出圓柱面上有明顯銑刀振紋反映該機(jī)床插補(bǔ)速度不穩(wěn)定；銑出的圓度有明顯橢圓誤差，反映插補(bǔ)運(yùn)動的兩個可控軸系統(tǒng)增益不匹配；在圓形表面上每一可控軸運(yùn)動換方向的點(diǎn)位上有停刀點(diǎn)痕跡（

52、在連續(xù)切削運(yùn)動中，在某一位置停止進(jìn)給運(yùn)動刀具就會在加工表面上形成一小段多切去金屬的痕跡）時，反映該軸正反向間隙沒有調(diào)整好。 單軸定位精度是指在該軸行程內(nèi)任意一個點(diǎn)定位時的誤差范圍，它直接反映了機(jī)床的加工精度能力，所以是數(shù)控機(jī)床最關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。目前全世界各國對這指標(biāo)的規(guī)定、定義、測量方法和數(shù)據(jù)處理等有所不同，在各類數(shù)控機(jī)床樣本資料介紹中，常用的標(biāo)準(zhǔn)有美國標(biāo)準(zhǔn)（nas）和美國機(jī)床制造商協(xié)會推薦標(biāo)準(zhǔn)、德國標(biāo)準(zhǔn)（vdi）、日本標(biāo)準(zhǔn)（jis）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（iso）和我國國家標(biāo)準(zhǔn)(gb)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最低的是日本標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗臏y量方法是使用單組穩(wěn)定數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然后又取出用值把誤差值壓縮一半，所以用

53、它的測量方法測出的定位精度往往比用其他標(biāo)準(zhǔn)測出的相差一倍以上。 作者： 數(shù)控專家 2006-10-10 15:46 回復(fù)此發(fā)言 4數(shù)控機(jī)床的選型 其他幾種標(biāo)準(zhǔn)盡管處理數(shù)據(jù)上有所區(qū)別，但都反映了要按誤差統(tǒng)計規(guī)律來分析測量定位精度，即對數(shù)控機(jī)床某一可控軸行程中某一個定位點(diǎn)誤差，應(yīng)該反映出該點(diǎn)在以后機(jī)床長期使用中成千上萬次在此定位的誤差，而我們在測量時只能測量有限次數(shù)（一般57次）。為了真實(shí)反映這個定位點(diǎn)周圍一組隨機(jī)分散的點(diǎn)群定位誤差分布范圍，我們采用了誤差統(tǒng)計規(guī)律數(shù)據(jù)處理方法。例如，按老的iso標(biāo)準(zhǔn)推薦3散差處理辦法，我們來測量一臺加工中心機(jī)床上某一個坐標(biāo)精度，如圖1所示。 圖1定位精度曲線 若我

54、們對其中的某一定位點(diǎn)在正、反方向趨近該定位點(diǎn)，定位七次（n=7），其每一次實(shí)測數(shù)據(jù)如下：+4m、+2m、+1m、0、-1m、-2m、-4m。按iso標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該定位點(diǎn)散差的平均值為xn=0，其散差3約為7.9m。該點(diǎn)定位誤差分布如圖2所示。 圖2定位誤差分布范圍 圖2顯示，在該定位點(diǎn)上，當(dāng)正反方向反復(fù)定位時，將有99.96%的可能性在3=15.8m范圍以內(nèi)。在德國vdi標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定5，將得到比這更大的誤差。因此，這一重復(fù)定位精度為15.8m。從1998年以來，國際上開始試運(yùn)行新標(biāo)準(zhǔn)，按4處理將得到重復(fù)定位精度為10.5m，但該算法反映了95%左右定位點(diǎn)范圍。按日本jis標(biāo)準(zhǔn)處理上述情況，將得到重

55、復(fù)定位精度為4m。從這里看出，jis標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定精度是最松的，而vdi標(biāo)準(zhǔn)要求最為嚴(yán)格。 圖1所示的定位精度曲線，實(shí)際上是用整個行程內(nèi)一連串定位點(diǎn)的定位誤差包絡(luò)線構(gòu)成全程定位精度范圍。現(xiàn)在針對數(shù)控機(jī)床，測量定位精度和重復(fù)定位精度一般都用激光測距儀，編制一個測量運(yùn)動程序，讓機(jī)床運(yùn)動部件每間隔（50100）mm移動一個點(diǎn)，往復(fù)運(yùn)動57次，與測距儀相連的計算機(jī)應(yīng)用軟件就會處理出各標(biāo)準(zhǔn)的檢測結(jié)果。 從機(jī)床定位精度可估算出該機(jī)床加工時可能達(dá)到的精度，如在單軸上移動加工兩個孔的孔距精度約為單軸在該段定位誤差的12倍（具體誤差值與工藝因素密切相關(guān)）。機(jī)床的定位精度與該機(jī)床的幾何精度相匹配，精密級定位精度的機(jī)床要

56、求該機(jī)床的幾何精度也不能低于同類的坐標(biāo)鏜床。 現(xiàn)在有一些用戶對批量生產(chǎn)的典型零件加工，提出設(shè)備工藝能力系數(shù)的考核，要求cpk值1.11.33，這實(shí)質(zhì)上是要求機(jī)床精度相對零件精度允差要有足夠精度儲備，這樣才能滿足批量生產(chǎn)加工精度穩(wěn)定性要求。 對定位精度要求較高的機(jī)床，必須關(guān)注它的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是采用半閉環(huán)方式，還是全閉環(huán)方式，必須關(guān)注使用檢測元件的精度及穩(wěn)定性。機(jī)床采用半閉環(huán)伺服驅(qū)動方式時的精度穩(wěn)定性要受到一些外界因素影響，例如，傳動鏈中因工作溫度變化引起滾珠絲杠長度變化，這必然使工作臺實(shí)際定位位置產(chǎn)生漂移影響，進(jìn)而影響加工件的加工精度。圖3是目前常用的進(jìn)給傳動鏈的一般結(jié)構(gòu)。在半閉環(huán)控制方式下，位

57、置檢測元件放在伺服電機(jī)另一端。滾珠絲杠軸向位置主要靠一端固定，另一端可以自由伸長，當(dāng)絲杠伸長時工作臺就一個附加移動量。在一些新型中小數(shù)控機(jī)床上，采用減小導(dǎo)軌負(fù)荷（用直線滾動導(dǎo)軌）、提高絲杠制造精度、絲杠兩端加預(yù)拉伸和絲杠中心通恒溫油冷卻等措施，在半閉環(huán)系統(tǒng)中也得到了較穩(wěn)定的定位精度。 （未完待續(xù)） 圖3數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動鏈（半閉環(huán)） 五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇 隨著市場需求多樣化，機(jī)床制造商往往提供同一種機(jī)床可配置多種數(shù)控的選擇或數(shù)控系統(tǒng)中多種選擇功能的選擇。 機(jī)床制造商提供的機(jī)床配置的數(shù)控系統(tǒng)分為主流系統(tǒng)及可適應(yīng)的系統(tǒng)，主流系統(tǒng)相對來說技術(shù)成熟性好一些，但對使用用戶應(yīng)另有要求，例如對名牌系統(tǒng)的質(zhì)量追求、希望在國內(nèi)有較好的售后技術(shù)條件、在用戶單位使用的數(shù)控系統(tǒng)相對集中在幾家等要求，以便使用掌握和維修配件準(zhǔn)備，所以用戶單位都愿意配置自己信得過或比較熟悉的數(shù)控系統(tǒng)。 在可供選擇的系統(tǒng)中性能高低差別很大，直接影響到設(shè)備價格構(gòu)成，因此不能片面追求高水平、新系統(tǒng)，而應(yīng)以滿足主機(jī)性能為主，對系統(tǒng)性能和價格等作一個綜合分析，選用合適的系統(tǒng)。目前世界上比較著名的數(shù)控系統(tǒng)有日本的fanuc、德國的sinumerik、法國的num、意大利的fidia、西班牙的fago和美國的a-b等。各大機(jī)床制造廠商也有自己的一些系統(tǒng)，如mazak、okuma等。國內(nèi)也有航天集團(tuán)、機(jī)電集團(tuán)、華中理工大學(xué)、遼寧藍(lán)天、南京