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數(shù)控機床如何選型？八個步驟輕松搞定！
閱讀：1289 發(fā)布時間：2015-6-3 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*從技術(shù)的角度對選型中應(yīng)注意的問題進行了全面的論述。
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、怎樣能達到的經(jīng)濟效果等問題。
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)控機床來替代舊機床或增強生產(chǎn)能力已是發(fā)展趨勢。
比較普通和數(shù)控兩類機床的性能，數(shù)控機床具有加工復雜形面零件能力強、適應(yīng)多種加工對象（柔性強）；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、正常運行費用低等特點。
選擇數(shù)控機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)提供多種多樣的設(shè)備。數(shù)控機床經(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*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、那些工序準備用新的加工設(shè)備來完成，要考慮到產(chǎn)品發(fā)展的遠景規(guī)劃。用成組技術(shù)把這些零件進行分組歸類，確定準備主要加工對象的典型零件族。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)備滿負荷工時等問題，因此，要進一步選擇確定生產(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)控加工工藝的學觀點對工藝流程進行新的規(guī)劃設(shè)計，這里包括對原工藝生產(chǎn)流程的變革、探索實現(xiàn)新工藝方法的可行性、探索實現(xiàn)現(xiàn)代生產(chǎn)管理和物流管理可行性、探索使用**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（普通的、專機的）的合理配制工藝等，目的是希望得到使用數(shù)控機床后的*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：
?。?）選擇zui短的加工工藝流程。
?。?）數(shù)控機床有相當大適應(yīng)性，但也不是的，從經(jīng)濟觀點考慮，典型工件族中每一種零件都有一個經(jīng)濟批量，應(yīng)在經(jīng)濟批量基礎(chǔ)上使用比較*的工藝手段。
（3）盡量發(fā)揮機床的各種工藝特點，追求zui大限度地發(fā)揮數(shù)控機床的綜合加工能力特長（多工序集中的工藝特點），應(yīng)在生產(chǎn)流程中配置zui少的機床數(shù)量、zui少的工藝裝備和夾具。
?。?）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)控機床的選擇或一條生產(chǎn)線的配置，單一的設(shè)備不可能*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)控機床的特長、滿足精度要求，還要進一步應(yīng)考慮各臺機床上工件轉(zhuǎn)序時工藝基準的合理使用。
?。?）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)控機床的使用上，人們普遍采用將多工序集中在一臺機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。但實際上對一些復雜的、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。
?。?）在對典型工件族工藝流程的安排中，應(yīng)妥善安排各臺機床和生產(chǎn)線的手工調(diào)整和檢測等工作，即人工干預的影響。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的程度，這決定了對選擇數(shù)控機床的自動化水平和功能要求。應(yīng)客觀考慮適當采用手工調(diào)整來補充企業(yè)要達到*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)控機床主要特征規(guī)格的選擇
機床特征規(guī)格應(yīng)包括機型、機床規(guī)格參數(shù)和機床主電機功率等。在確定工藝內(nèi)容的前提下，機型選擇就較明確了。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)控機床已發(fā)展成品種繁多、可供廣泛選擇的商品，在機型選擇中應(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，但兩種機床價格相差20%～50%，所以在模具加工中要采用常更換*的工藝可安排選用加工中心，而固定一把*長時間銑削的可選用數(shù)控銑床。
數(shù)控機床的zui主要規(guī)格是幾個數(shù)控軸的行程范圍和主軸電機功率。機床的三個基本直線坐標（X、Y、Z）行程反映該機床允許的加工空間，在車床中兩個坐標（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)在機床的加工空間范圍之內(nèi)，例如，典型工件是450 mm ×450 mm ×450 mm的箱體，那么應(yīng)選取工作臺面尺寸為500mm×500 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。機床工作臺面尺寸和三個直線坐標行程都有一定的比例關(guān)系，如上述工作臺（500 mm ×500 mm）的機床，x軸行程一般為（700～800）mm、y軸為（500～700）mm、z軸為（500～600）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)，而且要考慮機床工作臺的允許承載能力，以及工件是否與機床交換刀*的空間干涉、與機床防護罩等附件發(fā)生干涉等系列問題。
數(shù)控機床的主電機功率在同類規(guī)格機床上也可以有各種不同的配置，一般情況下反映了該機床的切削剛性和主軸高速性能。例如，輕型機床比標準型機床主軸電機功率就可能小1～2級。目前一般加工中心主軸轉(zhuǎn)速在（4000～8000）r/min，高速型機床立式機床可達（20000～70000）r/min，臥式機床（10000～20000）r/min，其主軸電機功率也成倍加大。主軸電機功率反映了機床的切削效率，從另一個側(cè)面也反映了切削剛性和機床整體剛度。在現(xiàn)代中小型數(shù)控機床中，主軸箱的機械變速已較少采用，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，所以同規(guī)格機床數(shù)控機床主軸電機比普通機床大好幾倍。當使用單位的一些典型工件上有大量的低速加工時，也必須對選擇機床的低速輸出扭矩進行校核。輕型機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）、要求達到的加工精度、實際能配置什么樣*等因素綜合選擇機床。
近年來數(shù)控機床上高速化趨勢發(fā)展很快，主軸從每分鐘幾千轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)，直線坐標快速移動速度從（10～20）m/min上升到80m/min以上，當然機床價格也相應(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zui高轉(zhuǎn)速可達（50000～80000）r/min，除了一些加工特例以外，一般相配套的*就很昂貴。一些高速車床都可以達到（6000～8000）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加工不能滿足要求，要另外增加回轉(zhuǎn)坐標（A、B、C）或附加工坐標（U、V、W）等，目前機床市場上這些要求都能滿足，但機床價格會增長很多，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)控機床的精度等級。數(shù)控機床根據(jù)用途又分為簡易型、全功能型、超精密型等，其能達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zui小運動分辯率為0.01mm，運動精度和加工精度都在（0.03～0.05）mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可達0.001mm以下。這里主要討論應(yīng)用zui多的全功能數(shù)控機床（以加工中心為主）。
按精度可分為普通型和精密型，一般數(shù)控機床精度檢驗項目都有20～30項，但其zui有特征項目是：單軸定位精度、單軸重復定位精度和兩軸以上聯(lián)動加工出試件的圓度。
定位精度和重復定位精度綜合反映了該軸各運動部件的綜合精度。尤其是重復定位精度，它反映了該軸在行程內(nèi)任意定位點的定位穩(wěn)定性，這是衡量該軸能否穩(wěn)定可靠工作的基本指標。目前數(shù)控系統(tǒng)中軟件都有豐富的誤差補償功能，能對進給傳動鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進行穩(wěn)定的補償。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動量。在一些開環(huán)和半閉環(huán)進給伺服系統(tǒng)中，測量元件以后的機械驅(qū)動元件，受各種偶然因素影響，也有相當大的隨機誤差影響，如滾珠絲杠熱伸長引起的工作臺實際定位位置漂移等?？傊绻苓x擇，那么就選重復定位精度的設(shè)備！
銑削圓柱面精度或銑削空間螺旋槽（螺紋）是綜合評價該機床有關(guān)數(shù)控軸（兩軸或三軸）伺服跟隨運動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補功能的指標，評價方法是測量加工出圓柱面的圓度。在數(shù)控機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運動時的精度。在做這項試切時，把用于精加工的立銑刀裝到機床主軸上，銑削放置在工作臺上的圓形試件，對中小型機床圓形試件一般取在Ф200～Ф300，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床插補速度不穩(wěn)定；銑出的圓度有明顯橢圓誤差，反映插補運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動換方向的點位上有停刀點痕跡（在連續(xù)切削運動中，在某一位置停止進給運動*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)任意一個點定位時的誤差范圍，它直接反映了機床的加工精度能力，所以是數(shù)控機床zui關(guān)鍵技術(shù)指標。目前*各國對這指標的規(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)控機床樣本資料介紹中，常用的標準有美國標準（NAS）和美國機床制造商協(xié)會*標準、德國標準（VDI）、日本標準（JIS）、標準化組織（ISO）和我國國家標準（GB）。在這些標準中規(guī)定zui低的是日本標準，因為它的測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準測出的相差一倍以上。
其他幾種標準盡管處理數(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)控機床某一可控軸行程中某一個定位點誤差，應(yīng)該反映出該點在以后機床*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5～7次）。
五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇
隨著市場需求多樣化，機床制造商往往提供同一種機床可配置多種數(shù)控的選擇或數(shù)控系統(tǒng)中多種選擇功能的選擇。
機床制造商提供的機床配置的數(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、機電集團、華中理工大學、遼寧藍天、南京大方集團、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。對配在機床上的系統(tǒng)，由于機床使用基本要求所需的數(shù)控系統(tǒng)選擇功能已由制造商選配，用戶可以根據(jù)自己的生產(chǎn)管理、測量要求、*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。
3.自動交換工作臺
自動交換工作臺是在主機上配置的附件，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)省復雜零件裝卸定位夾緊的輔助時間，提高機床開動率，但增加該功能設(shè)備，投資至少要加10萬元以上。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)濟的。
七、機床選擇功能及附件的選擇
在選購數(shù)控機床時，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)揮主機的zui大潛力，遠近期效益綜合考慮。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床，到貨后因缺乏一個幾十元或幾百元的附件而*不能使用的情況的發(fā)生。
對數(shù)控系統(tǒng)選擇功能應(yīng)以實用為主，不一定選太多，尤其是納入批量生產(chǎn)線中的設(shè)備，應(yīng)越簡單越好，對多品種、小批量生產(chǎn)方式的機床要加強編程功能的選擇，如隨機程序編制（后臺編程）、運動圖形顯示、人機對話程序編制（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，單獨另外配置自動編程機及與數(shù)控系統(tǒng)的通信接口，程序處理都事先在編程機上做完成任務(wù)，然后花幾分鐘時間，送入數(shù)控系統(tǒng)，這樣做能進一步提高機床開動率。
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、*長度和磨損檢測、機床熱變形補償軟件等附件，這些附件選用原則是要求工作可靠、不片面追求新穎。對一些輔助功能附件，如冷卻、防護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罩、大流量淋浴式冷卻方式、紙質(zhì)冷卻液過濾器裝置等?？傊?，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)控機床作為一種高科技產(chǎn)品，包含了多學科的專業(yè)內(nèi)容，對這樣復雜的技術(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遠不夠的，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)控機床用戶來說，zui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)備到貨安裝驗收、設(shè)備操作、程序編制、機械和電氣維修等，都需要人才和。這些條件在短時間內(nèi)由用戶解決是很困難的，當前，各機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、進行加工可行性工藝試驗以及承擔成套技術(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)人員培訓等。
總之，凡重視技術(shù)隊伍建設(shè)、重視職工素質(zhì)提高的企業(yè)，數(shù)控機床就能得到合理使用。所以在選擇機床時，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。