‘?dāng)?shù)控機(jī)床'之選型風(fēng)險(xiǎn)控制淺析
數(shù)控機(jī)床是一種先進(jìn)的加工設(shè)備，它以高精度、高可靠性、高效率、可加工復(fù)雜曲面工件等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。但若選型不當(dāng)，則不能發(fā)揮其應(yīng)有的效益，且使資金大量積壓，從而產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。廣義的選型主要包括機(jī)型選擇、數(shù)控系統(tǒng)選擇、機(jī)床精度選擇、主要特征規(guī)格選擇等。其中機(jī)型選擇和數(shù)控系統(tǒng)選擇風(fēng)險(xiǎn)最大，機(jī)床精度和主要特征規(guī)格選擇次之，故要減少選型風(fēng)險(xiǎn)，可從以下幾方面著手。
一、機(jī)型選擇
在滿足加工工藝要求的前提下設(shè)備越簡(jiǎn)單風(fēng)險(xiǎn)越小，車削加工中心和數(shù)控車床都可以加工軸類零件，但一臺(tái)滿足同樣加工規(guī)格的車削中心價(jià)格要比數(shù)控車床貴幾倍，如果沒有進(jìn)一步工藝要求，肯定選擇數(shù)控車床風(fēng)險(xiǎn)較小。同樣在經(jīng)濟(jì)型和普通型數(shù)控車床中要盡量選擇經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。在加工箱體、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(jià)格相差約一半（不包括氣源、刀庫(kù)等配套費(fèi)用），所以模具加工中只有非常頻繁地?fù)Q刀具的工藝才選用加工中心，固定一把刀具長(zhǎng)時(shí)間銑削的，選用數(shù)控銑床。目前很多加工中心都在作數(shù)控銑床使用。數(shù)控車床能加工的零件普通車床往往也能加工，但數(shù)控銑床能加工的零件普通銑床大多不能加工，故在既有軸類零件又有箱體、型腔類零件的綜合機(jī)加工企業(yè)中應(yīng)優(yōu)先選擇數(shù)控銑床。
二、數(shù)控系統(tǒng)選擇
在選購(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí)，同一種機(jī)床本體可配置多種數(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(jià)格構(gòu)成。目前數(shù)控系統(tǒng)種類、規(guī)格極其繁多，進(jìn)口系統(tǒng)主要有日本FANUC、德國(guó)SINUMERIK、日本MITSUBISHI、法國(guó)NUM、意大利FIDIA、西班牙FAGOR、美國(guó)A-B等。國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)主要有廣州系統(tǒng)、航天系統(tǒng)、華中系統(tǒng)、遼寧藍(lán)天系統(tǒng)、南京大方系統(tǒng)、北方凱奇系統(tǒng)、清華系統(tǒng)、KND系統(tǒng)等，每家公司都有一系列各種規(guī)格的產(chǎn)品。減少數(shù)控系統(tǒng)選型風(fēng)險(xiǎn)的基本原則是：性能價(jià)格比大，使用維修方便，系統(tǒng)的市場(chǎng)壽命長(zhǎng)。因此不能片面追求高水平、新系統(tǒng)。而應(yīng)該以滿足主機(jī)性能為主，對(duì)系統(tǒng)性能和價(jià)格等作一個(gè)綜合分析，選用合適系統(tǒng)。同時(shí)應(yīng)逐漸少選傳統(tǒng)的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)或PC嵌入NC結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，因?yàn)檫@類系統(tǒng)的功能擴(kuò)展、改變和維修都必須借助于系統(tǒng)供應(yīng)商。應(yīng)盡可能選用NC嵌入PC結(jié)構(gòu)或SOFT結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部1/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口，就像計(jì)算機(jī)上可以安裝各種品牌的聲卡、顯卡和對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序一樣，用戶可以在WINDOWSNT平臺(tái)上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的功能，構(gòu)成各種類型的數(shù)控系統(tǒng)。另外數(shù)控系統(tǒng)中基本功能以外還有很多選擇功能，用戶可以根據(jù)自己的工件加工要求、測(cè)量要求、程序編制要求等，額外再選擇一些功能列入訂貨合同附件中，特別是實(shí)時(shí)傳輸?shù)腄NC功能等。
三、精度選擇
數(shù)控機(jī)床精度等級(jí)的選擇取決于典型零件的加工精度。一般數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)項(xiàng)目都有20~30項(xiàng)，但其最有特征的項(xiàng)目是：?jiǎn)屋S定位精度、單軸重復(fù)定位精度、兩軸以上聯(lián)動(dòng)加工出來(lái)試件的圓度。定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸各運(yùn)動(dòng)部件的綜合精度。單軸定位精度是指在該軸行程內(nèi)任意一個(gè)點(diǎn)定位時(shí)的誤差范圍，它直接反映了機(jī)床的加工精度能力，而重復(fù)定位精度則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)。以上兩個(gè)指標(biāo)中，重復(fù)定位精度尤為重要。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(duì)進(jìn)給傳動(dòng)鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進(jìn)行穩(wěn)定的補(bǔ)償。如絲杠的螺距誤差和累計(jì)誤差可以用螺距補(bǔ)償功能補(bǔ)償，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向死區(qū)可用反向間隙補(bǔ)償來(lái)消除。
但電控方面誤差補(bǔ)償功能不可能補(bǔ)償隨機(jī)誤差（如傳動(dòng)鏈各環(huán)節(jié)的間隙、彈性變形和接觸剛度等因素變化產(chǎn)生的誤差），它們往往隨著工作臺(tái)的負(fù)載大小、移動(dòng)距離長(zhǎng)短、移動(dòng)定位速度的快慢等反映出不同的運(yùn)動(dòng)量損失。在一些開環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，測(cè)量元件以后的機(jī)械驅(qū)動(dòng)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，例如滾珠絲杠熱伸長(zhǎng)引起的工作臺(tái)實(shí)際定位位置漂移等。所以重復(fù)定位精度的合理選擇可大大減少精度選擇風(fēng)險(xiǎn)。銑削圓柱面精度或銑削空間螺旋槽（螺紋）精度是綜合評(píng)價(jià)該機(jī)床有關(guān)數(shù)控軸（兩軸或三軸）伺服跟隨運(yùn)動(dòng)特性和數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能的指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)采用測(cè)量加工出的圓柱面的圓度。在數(shù)控銑床試切件中還有銑斜方形四邊加工，這也是判斷兩個(gè)可控軸在直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)精度的一種方法。對(duì)于數(shù)控銑床，兩軸以上聯(lián)動(dòng)加工出來(lái)試件的圓度指標(biāo)也不容忽略。定位精度要求較高的機(jī)床還必須注意它的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用半閉環(huán)方式還是全閉環(huán)方式，注意使用檢測(cè)元件的精度及穩(wěn)定性。如機(jī)床采用半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)方式，則精度穩(wěn)定性要受到一些外界因素影響，如傳動(dòng)鏈中滾珠絲杠受工作溫度變化造成絲杠伸長(zhǎng)，對(duì)工作臺(tái)實(shí)際定位位置造成漂移影響，使加工件的加工精度受到影響。
四、數(shù)控機(jī)床主要特征規(guī)格選擇
數(shù)控機(jī)床的主要特征規(guī)格應(yīng)根據(jù)確定的典型工件族加工尺寸范圍而選擇。數(shù)控機(jī)床的最主要規(guī)格是幾個(gè)數(shù)控軸的行程范圍和主軸電機(jī)功率。機(jī)床的三個(gè)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(gè)坐標(biāo)X、Z反映允許回轉(zhuǎn)體的大小。一般情況下加工件的輪廓尺寸應(yīng)在機(jī)床的加工空間范圍之內(nèi)，如典型工件是450mm×450mm×450mm的箱體，那么應(yīng)選取工作臺(tái)面尺寸為500mm×500mm的加工中心，選用工作臺(tái)面比典型工件稍大一些是考慮到安裝夾具所需的空間。機(jī)床工作臺(tái)面尺寸和三個(gè)直線坐標(biāo)行程都有一定比例關(guān)系，如上述工作臺(tái)500mm×500mm的機(jī)床，X軸行程一般為700~800mm,，Y軸為500~700mm，Z軸為500~600mm。因此，工作臺(tái)面的大小基本上確定了加工空間的大小。個(gè)別情況下也可以有工件尺寸大于坐標(biāo)行程，這時(shí)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(tái)的允許承載能力，以及工件是否與機(jī)床換刀空間干涉、與機(jī)床防護(hù)罩等附件干涉等一系列問(wèn)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。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1~2級(jí)。目前一般加工中心主軸轉(zhuǎn)速在4000~8000r/min，高速型機(jī)床立式機(jī)床可達(dá)2萬(wàn)~7萬(wàn)r/min，臥式機(jī)床1萬(wàn)~2萬(wàn)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(gè)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直流或交流可調(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)在低速切削中扭矩受到限制，即調(diào)速電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出功率下降，為了確保低速輸出扭矩，必須采用大功率電機(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)床大幾倍。當(dāng)?shù)湫凸ぜ嫌写罅康牡退偌庸r(shí)，必須對(duì)機(jī)床的低速輸出扭矩進(jìn)行校核。
本文經(jīng)由快走絲，中走絲，線切割
來(lái)源：蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)數(shù)控科技有限公司機(jī)床分公司
