經(jīng)濟型數(shù)控機床選購要點有哪些

由于目前國內(nèi)生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控機床的規(guī)格、品種多樣，質(zhì)量良莠不齊，價格差別較大，給用戶的選型帶來較多困難，筆者在此介紹一些經(jīng)濟型數(shù)控機床選購時應注意的一些問題。

數(shù)控機床規(guī)格和技術參數(shù)的選用

在選擇數(shù)控機床時，首先應根據(jù)主要加工零件的特性，如尺寸、精度、材料、數(shù)量、工藝流程、熱處理等方面來選擇，特別是零件的結(jié)構(gòu)尺寸是選擇機床規(guī)格的主要參考因素。若零件的尺寸、結(jié)構(gòu)有特殊要求(如長軸類)還應考慮配中心架、尾座等裝備。其次是零件加工精度，機床床身導軌的幾何精度應達國標。重復定位精度，Z軸應<0.01mm，X軸應<0.01mm;定位精度Z軸應<0.02mm，X軸應<0.02mm;精車外圓，圓度應≤0.01mm;圓柱度應≤0.03mm;端面平行度應<0.02mm/300mm;加工粗糙度<0.16μm等。在確定機床規(guī)格時，要從企業(yè)的長遠發(fā)展著眼，使其規(guī)格、精度、性能應留有一定富余，一般情況下，常用經(jīng)濟型數(shù)控機床主要有CK6140、CK6136、CK6132等規(guī)格。

在確定機床規(guī)格及技術參數(shù)后，應考慮卡盤、刀架等的選擇。常用的數(shù)控機床卡盤主要分為普通三爪卡盤、四爪卡盤和液壓三爪卡盤，其中液壓三爪卡盤由于具有效率高、自動定心、自動夾緊、零件裝夾方便的特點，目前已得到廣泛應用。對于經(jīng)濟型數(shù)控機床來講，可以考慮采用，但應配有正、反兩副卡爪。針對長軸類零件的加工，應配有中心架和尾座，尾座還應配有系列變徑套備用。

為提高加工效率，可選擇四刀位電動刀架，若工件結(jié)構(gòu)復雜需要刀具種類較多，應選擇六工位或八工位電動刀架，電動刀架應采用無觸點的霍爾元件控制方式，確保刀架的轉(zhuǎn)位效果和定位精度。

驅(qū)動方式和數(shù)控系統(tǒng)的選擇

常用的經(jīng)濟型數(shù)控機床控制形式主要有兩種方案：一是采用步進電機的開環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)中沒有反饋電路，不帶檢測裝置，控制指令單向傳遞，系統(tǒng)對工作臺的實際偏差不能修正，控制精度取決于步進電機的步進精度和傳動機構(gòu)的精度，其控制精度不高;另一種是采用伺服電機的半閉環(huán)系統(tǒng)，它的檢測元件裝在電機軸或絲杠軸的端部(一般是集成在伺服電機內(nèi))，系統(tǒng)的閉環(huán)控制環(huán)內(nèi)不包括機械傳動環(huán)節(jié)，反饋的僅是進給傳動系統(tǒng)的部分誤差，一般是電機軸或絲杠軸的角位移、角速度經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后成為工作臺的實際位移，由于采用高分辨率的反饋檢測元件(編碼器)，以及傳動部位具有補償功能，可以獲得比較滿意的精度與速度。兩種方案相比，前者經(jīng)濟性好，后者加工精度較高。如何選擇，關鍵要看加工對象的精度要求和企業(yè)允許的采購成本。在經(jīng)濟允許的情況下，應優(yōu)先選用采用伺服系統(tǒng)半閉環(huán)方案的數(shù)控機床。此外，數(shù)控系統(tǒng)的控制精度一定要和驅(qū)動系統(tǒng)、伺服電機以及滾珠絲杠精度匹配，這樣才能實現(xiàn)最佳的組合。數(shù)控系統(tǒng)選擇應在性能、品質(zhì)、可靠性、價格上比較，要突出性價比。經(jīng)濟型數(shù)控機床所配的數(shù)控系統(tǒng)應選用64位DSP處理器為運動控制核心，分辨率應達到μm級，支持標準G代碼且具備三維圖形動態(tài)仿真功能。目前國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家主要有廣州數(shù)控、四維數(shù)控、華中數(shù)控、新方達、高基數(shù)控、珊星數(shù)控、凱恩帝、廣泰數(shù)控等企業(yè)。上述系統(tǒng)均采用高速微處理器，超大規(guī)模定制式集成電路芯片，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、可靠性較高的特點完全可滿足數(shù)控機床的控制要求。若對數(shù)控裝置的精度和性能有較高的要求，也可選用西門子802C(或D)、法那科0系列等較低擋的進口數(shù)控系統(tǒng)，其價格略高于國產(chǎn)同級別產(chǎn)品，性能價格比較高。

在數(shù)控系統(tǒng)的選擇上還應考慮其兼容性，這是因為目前許多復雜零件的加工程序多采用專業(yè)軟件自動編程的方法，因而就需要考慮數(shù)控裝置對不同編程軟件的兼容性，使其能夠基本滿足目前常用編程軟件的需要。

需要強調(diào)的是，許多國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)均具有刀具自動補償功能，在首件試切時，可方便的實現(xiàn)刀具補償?shù)妮斎耄岣吡藢Φ毒群托剩跀?shù)控系統(tǒng)的選擇上應考慮此點。此外，數(shù)控系統(tǒng)應具有滾珠絲杠間隙補償功能，可實現(xiàn)絲杠精度的軟修復。

伺服驅(qū)動器及伺服電機的選擇

進給伺服系統(tǒng)的高性能在很大程度上決定了數(shù)控機床的高效率、高精度，且可以充分發(fā)揮數(shù)控裝置的控制精度。經(jīng)濟型機床所配伺服驅(qū)動器應具備矢量細分技術，以確保驅(qū)動精度的可靠性。除具備完善的過載、過熱、過壓、短路等保護功能外，還應具備掉電相位記憶功能，驅(qū)動斷電后自動記憶當前相位。伺服電機要求低速運行平穩(wěn)，最高轉(zhuǎn)速不小于1500r/min(目前多數(shù)機床最高轉(zhuǎn)速為2000r/min左右)，若需要更高轉(zhuǎn)速，則還應對主軸軸承提出要求。主電機額定功率、額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩可視加工零件材料、切削參數(shù)來選定。X、Z軸交流伺服電機功率選擇也應注意，由于切削時的負荷不同，Z軸伺服電機功率應大于X軸伺服電機功率。編碼器采用增量式，目前，國內(nèi)經(jīng)濟型數(shù)控機床所采用的編碼器均為光電式編碼器，轉(zhuǎn)速高于1200r/min，可滿足位置精度的檢測要求。

滾珠絲杠的選擇和聯(lián)接方式

按照絲杠循環(huán)方式來分，滾珠絲杠主要有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種結(jié)構(gòu)。內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)又分為浮動式法蘭螺母、浮動式法蘭直筒型墊片兩種制造工藝，即軋制工藝和磨制工藝。前者成本低但傳動精度也低，后者可獲得較高的傳動精度但價格較高。按傳動精度來分，標準滾珠絲杠的精度分為若干級，在選擇數(shù)控機床時，一定要了解滾珠絲杠的類型和傳動精度，使其與加工零件的精度要求以及與數(shù)控裝置和伺服驅(qū)動的控制精度相匹配。對于一般使用要求，滾珠絲杠在任意300mm軸向行程內(nèi)的變動量應不能超過0.05mm，重復定位精度<0.01mm。若機床經(jīng)常處于大余量、重切削的工況，應對滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)類型提出相應的要求。

滾珠絲杠與伺服電機的聯(lián)接方式主要有兩種：一種是彈性聯(lián)軸器直聯(lián)，另一種是同步齒形帶聯(lián)接。由于同步齒形帶存在一定的制造誤差及傳動誤差，因此其使用效果及傳動精度不如直聯(lián)方式。

主軸變速方式

經(jīng)濟型數(shù)控機床主軸單元應具備熱變形小、熱穩(wěn)定性好的特點。經(jīng)濟型數(shù)控機床主軸調(diào)速一般有自動和手動兩種形式，自動方式又分為多擋變速和無級變速兩種方案。經(jīng)濟型數(shù)控機床主軸自動變速的方法是在主軸電路上增加變頻器，通過在程序中指令設定，調(diào)整變頻器輸出頻率，從而達到改變電機運行頻率和速度的目的。對變頻器的要求是應具有較高的可靠性和功能多樣性，其脈沖寬度應可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)主軸的快速平穩(wěn)啟動、變速和剎車。需要注意的是，采用變頻器變速的缺點是低轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性較差。如果零件加工需要在低轉(zhuǎn)速情況下進行(低于50r/min)，且加工精度有一定要求，則應將主軸電機選為專用伺服電機或是在低速狀況下采用手工變速方案。若需要考慮采購成本，可采用手動變速，只需要在變速的程序段指令前加暫停指令(G04或M0)，使機床暫時停止運行，在手工調(diào)整主軸箱轉(zhuǎn)速后，繼續(xù)執(zhí)行后面程序指令加工零件即可。一些經(jīng)濟型數(shù)控機床為了提高操作的方便性，在低速狀態(tài)下具有多擋速度可供手調(diào)。為提高主軸變速精度和可靠性，變頻器應選用三菱、松下、LG或臺灣士林等公司的產(chǎn)品。

目前，國內(nèi)一些經(jīng)濟型數(shù)控機床生產(chǎn)企業(yè)還推出了一種兩速經(jīng)濟型數(shù)控機床，該機床主軸通過采用高、低速電機，實現(xiàn)兩種速度的轉(zhuǎn)換。由于結(jié)構(gòu)簡單、價格較低，多用于教學機，但由于主軸轉(zhuǎn)速只有兩檔，因此不適合螺紋類零件的車削。

冷卻及潤滑形式選擇

從加工和設備保養(yǎng)的方便性來說，自動冷卻和潤滑功能必不可少，一般CNC系統(tǒng)上都有冷卻液控制接口，可通過加工程序指令設置。機床潤滑系統(tǒng)一般是采用潤滑泵，潤滑控制方式有自動和手動兩種，前者可以通過PLC設定潤滑時間，為定時潤滑方式。

通信接口

由于經(jīng)濟型數(shù)控機床控制裝置內(nèi)存量有限，且對于復雜曲面零件需采用自動編程軟件來進行程序編制，因此，最好應配有通信接口，使其方便的實現(xiàn)程序的輸入、輸出和外部存儲。對于通信接口類型，常用的RS232接口就可以滿足基本要求，且價格低廉。

其他要求

在滿足零件加工精度要求的前提下，為提高加工效率和設備使用壽命，滿足大余量、強力切削和安全性的需要，數(shù)控機床應具有剛性好、抗振性好、抗干擾性強的特點。機床床身、床腳鑄件采用樹脂砂鑄造，并經(jīng)兩次以上時效熱處理(多數(shù)廠家采用振動時效處理方式)。機床導軌面淬火磨削后應進行貼塑處理，并配有全閉式防護罩，能夠?qū)Σ僮魅藛T提供足夠的安全保護。

應具備的加工功能

經(jīng)濟型數(shù)控機床雖然在加工質(zhì)量和加工性能上應能完成各種零件的內(nèi)外圓柱表面、端面、切槽、倒角、任意錐面、球面、曲面及各種(公、英制，左、右旋，單、多頭)圓柱及圓錐螺紋。這樣才能滿足零件加工多樣化的需要，充分體現(xiàn)數(shù)控機床多品種、小批量的加工優(yōu)勢。

刀具配套

數(shù)控機床一般采用機夾可轉(zhuǎn)位刀具，所用刀具要求有可靠的斷屑性能和足夠的耐用度，刀片轉(zhuǎn)位后要有精確的重復定位精度，刀片要有足夠的夾緊可靠性，此外，由于數(shù)控機床功率比較大、剛性強、要求刀具耐用度較高、質(zhì)量相對穩(wěn)定，因此，對刀片材料的要求高，以保證耐用度。一般情況下，大多使用涂層刀片。涂層根據(jù)加工材料及硬度不同的而不同，用于涂層常見的材料有TiC、TiN、TiCN、Al2O3、TiAlO等陶瓷材料，高速連續(xù)切削選用涂層厚度為5～15μm且多為CVD法制造的刀片。而在沖擊較強的斷續(xù)切削時，要求涂膜的附著強度以及涂層對工具的韌性不會產(chǎn)生太大的影響，故應選擇涂層厚度為2～3μm左右采用PVD涂層的刀片。對于普通灰口鑄鐵加工來講，線速度<300m/min以下宜采用涂層硬質(zhì)合金，線速度300～500m/min以內(nèi)可采用陶瓷刀具，500m/min以上，就應采用CBN刀具。高硬鋼、耐熱鋼的高速加工應優(yōu)先選擇金屬陶瓷刀具，淬火鋼的加工應選擇CBN刀具。常用的機夾可轉(zhuǎn)位車刀包括外圓、端面、內(nèi)孔、螺紋、球(曲)面、切斷等刀具。

總之，經(jīng)濟型數(shù)控機床的選型是一個系統(tǒng)工程，需要結(jié)合零件特性、企業(yè)購買力和整體發(fā)展綜合考慮，不能僅考慮價格因素。同時，由于許多經(jīng)濟型數(shù)控機床是采用將普通機床數(shù)控化改造而成的，其改造過程中選用的相關器件的質(zhì)量和性能決定著改造后機床的質(zhì)量，因而在購買時，更應詳細了解上述相關器件的品牌、生產(chǎn)廠家及性能特點，并做到貨比三家，選擇適用于自身企業(yè)的產(chǎn)品，確保優(yōu)質(zhì)、低價、科學的實現(xiàn)經(jīng)濟型數(shù)控機床的選購。