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經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床選購要點(diǎn)有哪些

來源:友泰機(jī)床作者:友泰機(jī)床網(wǎng)址:http://www.888183.cn 

由于目前國內(nèi)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、品種多樣,質(zhì)量良莠不齊,價(jià)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(jì)型數(shù)控機(jī)床選購時(shí)應(yīng)注意的一些問題。

數(shù)控機(jī)床規(guī)格和技術(shù)參數(shù)的選用

在選擇數(shù)控機(jī)床時(shí),首先應(yīng)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(jī)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(yīng)考慮配中心架、尾座等裝備。其次是零件加工精度,機(jī)床床身導(dǎo)軌的幾何精度應(yīng)達(dá)國標(biāo)。重復(fù)定位精度,Z軸應(yīng)<0.01mm,X軸應(yīng)<0.01mm;定位精度Z軸應(yīng)<0.02mm,X軸應(yīng)<0.02mm;精車外圓,圓度應(yīng)≤0.01mm;圓柱度應(yīng)≤0.03mm;端面平行度應(yīng)<0.02mm/300mm;加工粗糙度<0.16μm等。在確定機(jī)床規(guī)格時(shí),要從企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展著眼,使其規(guī)格、精度、性能應(yīng)留有一定富余,一般情況下,常用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主要有CK6140、CK6136、CK6132等規(guī)格。

在確定機(jī)床規(guī)格及技術(shù)參數(shù)后,應(yīng)考慮卡盤、刀架等的選擇。常用的數(shù)控機(jī)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(dòng)定心、自動(dòng)夾緊、零件裝夾方便的特點(diǎn),目前已得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來講,可以考慮采用,但應(yīng)配有正、反兩副卡爪。針對(duì)長軸類零件的加工,應(yīng)配有中心架和尾座,尾座還應(yīng)配有系列變徑套備用。

為提高加工效率,可選擇四刀位電動(dòng)刀架,若工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜需要刀具種類較多,應(yīng)選擇六工位或八工位電動(dòng)刀架,電動(dòng)刀架應(yīng)采用無觸點(diǎn)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(dòng)方式和數(shù)控系統(tǒng)的選擇

常用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制形式主要有兩種方案:一是采用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)系統(tǒng),系統(tǒng)中沒有反饋電路,不帶檢測(cè)裝置,控制指令單向傳遞,系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái)的實(shí)際偏差不能修正,控制精度取決于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)精度和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度,其控制精度不高;另一種是采用伺服電機(jī)的半閉環(huán)系統(tǒng),它的檢測(cè)元件裝在電機(jī)軸或絲杠軸的端部(一般是集成在伺服電機(jī)內(nèi)),系統(tǒng)的閉環(huán)控制環(huán)內(nèi)不包括機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié),反饋的僅是進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的部分誤差,一般是電機(jī)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(tái)的實(shí)際位移,由于采用高分辨率的反饋檢測(cè)元件(編碼器),以及傳動(dòng)部位具有補(bǔ)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(jì)性好,后者加工精度較高。如何選擇,關(guān)鍵要看加工對(duì)象的精度要求和企業(yè)允許的采購成本。在經(jīng)濟(jì)允許的情況下,應(yīng)優(yōu)先選用采用伺服系統(tǒng)半閉環(huán)方案的數(shù)控機(jī)床。此外,數(shù)控系統(tǒng)的控制精度一定要和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、伺服電機(jī)以及滾珠絲杠精度匹配,這樣才能實(shí)現(xiàn)最佳的組合。數(shù)控系統(tǒng)選擇應(yīng)在性能、品質(zhì)、可靠性、價(jià)格上比較,要突出性價(jià)比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床所配的數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)選用64位DSP處理器為運(yùn)動(dòng)控制核心,分辨率應(yīng)達(dá)到μm級(jí),支持標(biāo)準(zhǔn)G代碼且具備三維圖形動(dòng)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(dá)、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(diǎn)完全可滿足數(shù)控機(jī)床的控制要求。若對(duì)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(jìn)口數(shù)控系統(tǒng),其價(jià)格略高于國產(chǎn)同級(jí)別產(chǎn)品,性能價(jià)格比較高。

在數(shù)控系統(tǒng)的選擇上還應(yīng)考慮其兼容性,這是因?yàn)槟壳霸S多復(fù)雜零件的加工程序多采用專業(yè)軟件自動(dòng)編程的方法,因而就需要考慮數(shù)控裝置對(duì)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(qiáng)調(diào)的是,許多國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)均具有刀具自動(dòng)補(bǔ)償功能,在首件試切時(shí),可方便的實(shí)現(xiàn)刀具補(bǔ)償?shù)妮斎耄岣吡藢?duì)刀精度和效率,在數(shù)控系統(tǒng)的選擇上應(yīng)考慮此點(diǎn)。此外,數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有滾珠絲杠間隙補(bǔ)償功能,可實(shí)現(xiàn)絲杠精度的軟修復(fù)。

伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)的選擇

進(jìn)給伺服系統(tǒng)的高性能在很大程度上決定了數(shù)控機(jī)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(jì)型機(jī)床所配伺服驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具備矢量細(xì)分技術(shù),以確保驅(qū)動(dòng)精度的可靠性。除具備完善的過載、過熱、過壓、短路等保護(hù)功能外,還應(yīng)具備掉電相位記憶功能,驅(qū)動(dòng)斷電后自動(dòng)記憶當(dāng)前相位。伺服電機(jī)要求低速運(yùn)行平穩(wěn),最高轉(zhuǎn)速不小于1500r/min(目前多數(shù)機(jī)床最高轉(zhuǎn)速為2000r/min左右),若需要更高轉(zhuǎn)速,則還應(yīng)對(duì)主軸軸承提出要求。主電機(jī)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(jī)功率選擇也應(yīng)注意,由于切削時(shí)的負(fù)荷不同,Z軸伺服電機(jī)功率應(yīng)大于X軸伺服電機(jī)功率。編碼器采用增量式,目前,國內(nèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)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(cè)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(dòng)式法蘭螺母、浮動(dòng)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(dòng)精度也低,后者可獲得較高的傳動(dòng)精度但價(jià)格較高。按傳動(dòng)精度來分,標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠的精度分為若干級(jí),在選擇數(shù)控機(jī)床時(shí),一定要了解滾珠絲杠的類型和傳動(dòng)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(dòng)的控制精度相匹配。對(duì)于一般使用要求,滾珠絲杠在任意300mm軸向行程內(nèi)的變動(dòng)量應(yīng)不能超過0.05mm,重復(fù)定位精度<0.01mm。若機(jī)床經(jīng)常處于大余量、重切削的工況,應(yīng)對(duì)滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)類型提出相應(yīng)的要求。

滾珠絲杠與伺服電機(jī)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(dòng)誤差,因此其使用效果及傳動(dòng)精度不如直聯(lián)方式。

主軸變速方式

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主軸單元應(yīng)具備熱變形小、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主軸調(diào)速一般有自動(dòng)和手動(dòng)兩種形式,自動(dòng)方式又分為多擋變速和無級(jí)變速兩種方案。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床主軸自動(dòng)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(shè)定,調(diào)整變頻器輸出頻率,從而達(dá)到改變電機(jī)運(yùn)行頻率和速度的目的。對(duì)變頻器的要求是應(yīng)具有較高的可靠性和功能多樣性,其脈沖寬度應(yīng)可調(diào),能夠?qū)崿F(xiàn)主軸的快速平穩(wěn)啟動(dòng)、變速和剎車。需要注意的是,采用變頻器變速的缺點(diǎn)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(jìn)行(低于50r/min),且加工精度有一定要求,則應(yīng)將主軸電機(jī)選為專用伺服電機(jī)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(dòng)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(jī)床暫時(shí)停止運(yùn)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(jì)型數(shù)控機(jī)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(yīng)選用三菱、松下、LG或臺(tái)灣士林等公司的產(chǎn)品。

目前,國內(nèi)一些經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)還推出了一種兩速經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床,該機(jī)床主軸通過采用高、低速電機(jī),實(shí)現(xiàn)兩種速度的轉(zhuǎn)換。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格較低,多用于教學(xué)機(jī),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(shè)備保養(yǎng)的方便性來說,自動(dòng)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(shè)置。機(jī)床潤滑系統(tǒng)一般是采用潤滑泵,潤滑控制方式有自動(dòng)和手動(dòng)兩種,前者可以通過PLC設(shè)定潤滑時(shí)間,為定時(shí)潤滑方式。

通信接口

由于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床控制裝置內(nèi)存量有限,且對(duì)于復(fù)雜曲面零件需采用自動(dòng)編程軟件來進(jìn)行程序編制,因此,最好應(yīng)配有通信接口,使其方便的實(shí)現(xiàn)程序的輸入、輸出和外部存儲(chǔ)。對(duì)于通信接口類型,常用的RS232接口就可以滿足基本要求,且價(jià)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(shè)備使用壽命,滿足大余量、強(qiáng)力切削和安全性的需要,數(shù)控機(jī)床應(yīng)具有剛性好、抗振性好、抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。機(jī)床床身、床腳鑄件采用樹脂砂鑄造,并經(jīng)兩次以上時(shí)效熱處理(多數(shù)廠家采用振動(dòng)時(shí)效處理方式)。機(jī)床導(dǎo)軌面淬火磨削后應(yīng)進(jìn)行貼塑處理,并配有全閉式防護(hù)罩,能夠?qū)Σ僮魅藛T提供足夠的安全保護(hù)。

應(yīng)具備的加工功能

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床雖然在加工質(zhì)量和加工性能上應(yīng)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(jī)床多品種、小批量的加工優(yōu)勢(shì)。

刀具配套

數(shù)控機(jī)床一般采用機(jī)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(fù)定位精度,刀片要有足夠的夾緊可靠性,此外,由于數(shù)控機(jī)床功率比較大、剛性強(qiáng)、要求刀具耐用度較高、質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定,因此,對(duì)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(qiáng)的斷續(xù)切削時(shí),要求涂膜的附著強(qiáng)度以及涂層對(duì)工具的韌性不會(huì)產(chǎn)生太大的影響,故應(yīng)選擇涂層厚度為2~3μm左右采用PVD涂層的刀片。對(duì)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(yīng)采用CBN刀具。高硬鋼、耐熱鋼的高速加工應(yīng)優(yōu)先選擇金屬陶瓷刀具,淬火鋼的加工應(yīng)選擇CBN刀具。常用的機(jī)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(jì)型數(shù)控機(jī)床的選型是一個(gè)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(jià)格因素。同時(shí),由于許多經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床是采用將普通機(jī)床數(shù)控化改造而成的,其改造過程中選用的相關(guān)器件的質(zhì)量和性能決定著改造后機(jī)床的質(zhì)量,因而在購買時(shí),更應(yīng)詳細(xì)了解上述相關(guān)器件的品牌、生產(chǎn)廠家及性能特點(diǎn),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(jià)、科學(xué)的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的選購。


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