数控机床的选型风险控制

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　　数控机床是一种先进的加工设备，它以高精度、高可靠性、高效率、可加工复杂曲面工件等特点得到广泛应用。但若选型不当，则不能发挥其应有的效益，且使资金大量积压，从而产生风险。广义的选型主要包括机型选择、数控系统选择、机床精度选择、主要特征规格选择等。其中机型选择和数控系统选择风险最大，机床精度和主要特征规格选择次之，故要减少选型风险，可从以下几方面着手。

　　一、机型选择

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　　在满足加工工艺要求的前提下设备越简单风险越小，车削加工中心和数控车床都可以加工轴类零件，但一台满足同样加工规格的车削中心价格要比数控车床贵几倍，如果没有进一步工艺要求，肯定选择数控车床风险较小。同样在经济型和普通型数控车床中要尽量选择经济型数控车床。在加工箱体、型腔、模具零件中，同规格的数控铣床和加工中心都能满足基本加工要求，但两种机床价格相差约一半(不包括气源、刀库等配套费用)，所以模具加工中只有非常频繁地换刀具的工艺才选用加工中心，固定一把刀具长时间铣削的，选用数控铣床。目前很多加工中心都在作数控铣床使用。数控车床能加工的零件普通车床往往也能加工，但数控铣床能加工的零件普通铣床大多不能加工，故在既有轴类零件又有箱体、型腔类零件的综合机加工企业中应优先选择数控铣床。

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　　二、数控系统选择

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　　在选购数控机床时，同一种机床本体可配置多种数控系统。在可供选择的系统中，性能高低差别很大，直接影响到设备价格构成。目前数控系统种类、规格极其繁多，进口系统主要有日本FANUC、德国SINUMERIK、日本MITSUBISHI、法国NUM、意大利FIDIA、西班牙FAGOR、美国A-B等。国产系统主要有广州系统、航天系统、华中系统、辽宁蓝天系统、南京大方系统、北方凯奇系统、清华系统、KND系统等，每家公司都有一系列各种规格的产品。减少数控系统选型风险的基本原则是：性能价格比大，使用维修方便，系统的市场寿命长。因此不能片面追求高水平、新系统。而应该以满足主机性能为主，对系统性能和价格等作一个综合分析，选用合适系统。同时应逐渐少选传统的封闭体系结构的数控系统或PC嵌入NC结构的数控系统，因为这类系统的功能扩展、改变和维修都必须借助于系统供应商。应尽可能选用NC嵌入PC结构或SOFT结构的开放式数控系统，这类系统的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部1/O之间的标准化通用接口，就像计算机上可以安装各种品牌的声卡、显卡和对应的驱动程序一样，用户可以在WINDOWSNT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需的功能，构成各种类型的数控系统。另外数控系统中基本功能以外还有很多选择功能，用户可以根据自己的工件加工要求、测量要求、程序编制要求等，额外再选择一些功能列入订货合同附件中，特别是实时传输的DNC功能等。

　　三、精度选择

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　　数控机床精度等级的选择取决于典型零件的加工精度。一般数控机床精度检验项目都有20~30项，但其最有特征的项目是：单轴定位精度、单轴重复定位精度、两轴以上联动加工出来试件的圆度。定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动部件的综合精度。单轴定位精度是指在该轴行程内任意一个点定位时的误差范围，它直接反映了机床的加工精度能力，而重复定位精度则反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。以上两个指标中，重复定位精度尤为重要。目前数控系统中软件都有丰富的误差补偿功能，能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。如丝杠的螺距误差和累计误差可以用螺距补偿功能补偿，进给传动链的反向死区可用反向间隙补偿来消除。

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　　但电控方面误差补偿功能不可能补偿随机误差(如传动链各环节的间隙、弹性变形和接触刚度等因素变化产生的误差)，它们往往随着工作台的负载大小、移动距离长短、移动定位速度的快慢等反映出不同的运动量损失。在一些开环和半闭环进给伺服系统中，测量元件以后的机械驱动元件，受各种偶然因素影响，也有相当大的随机误差影响，例如滚珠丝杠热伸长引起的工作台实际定位位置漂移等。所以重复定位精度的合理选择可大大减少精度选择风险。铣削圆柱面精度或铣削空间螺旋槽(螺纹)精度是综合评价该机床有关数控轴(两轴或三轴)伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标，评价指标采用测量加工出的圆柱面的圆度。在数控铣床试切件中还有铣斜方形四边加工，这也是判断两个可控轴在直线插补运动时精度的一种方法。对于数控铣床，两轴以上联动加工出来试件的圆度指标也不容忽略。定位精度要求较高的机床还必须注意它的进给伺服系统采用半闭环方式还是全闭环方式，注意使用检测元件的精度及稳定性。如机床采用半闭环伺服驱动方式，则精度稳定性要受到一些外界因素影响，如传动链中滚珠丝杠受工作温度变化造成丝杠伸长，对工作台实际定位位置造成漂移影响，使加工件的加工精度受到影响。

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　　四、数控机床主要特征规格选择

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　　数控机床的主要特征规格应根据确定的典型工件族加工尺寸范围而选择。数控机床的最主要规格是几个数控轴的行程范围和主轴电机功率。机床的三个基本直线坐标(X、Y、Z)行程反映该机床允许的加工空间，在车床中两个坐标X、Z反映允许回转体的大小。一般情况下加工件的轮廓尺寸应在机床的加工空间范围之内，如典型工件是450mm×450mm×450mm的箱体，那么应选取工作台面尺寸为500mm×500mm的加工中心，选用工作台面比典型工件稍大一些是考虑到安装夹具所需的空间。机床工作台面尺寸和三个直线坐标行程都有一定比例关系，如上述工作台500mm×500mm的机床，X轴行程一般为700~800mm,，Y轴为500~700mm，Z轴为500~600mm。因此，工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。个别情况下也可以有工件尺寸大于坐标行程，这时必须要求零件上的加工区域处在行程范围之内，而且要考虑机床工作台的允许承载能力，以及工件是否与机床换刀空间干涉、与机床防护罩等附件干涉等一系列问题。数控机床的主电机功率在同类规格机床上也可以有各种不同配置，一般情况下反映了该机床的切削刚性和主轴高速性能。轻型机床比标准型机床主轴电机功率就可能小1~2级。目前一般加工中心主轴转速在4000~8000r/min，高速型机床立式机床可达2万~7万r/min，卧式机床1万~2万r/min，其主轴电机功率也成倍加大。主轴电机功率反映了机床的切削效率，从另一个侧面也反映了切削刚性和机床整体刚度。在现代中小型数控机床中，主轴箱的机械变速已较少采用，往往都采用功率较大的直流或交流可调速电机直联主轴，甚至采用电主轴结构，这样的结构在低速切削中扭矩受到限制，即调速电机在低转速时输出功率下降，为了确保低速输出扭矩，必须采用大功率电机。所以同规格机床数控机床主轴电机比普通机床大几倍。当典型工件上有大量的低速加工时，必须对机床的低速输出扭矩进行校核。 9 u0 G% k% j) ?" z% W$ j4 j! n* C

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