数控机床的选用.docx

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数控机床的选用

数控机床的选用

摘要：

数控机床是用数字信息进行控制的机床。

它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度等信息记录在程序介质上，送入数控系统，然后经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件。

数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。

加工制造企业的效益来自于所有设备的效益，因此，正确的选用、安装、调试和验收能否达到预期效果，直接关系到数控机床投入使用后能否实现机床的技术性能指标和使用功能水准。

相比较而言，普通型数控机床的的选用要简单，中、高档数控机床的选用则难度较大，其主要原因是数控系统的调试比较复杂。

关键词：

数控机床选用效益

Abstract

NCmachinetoolsiscontrolledbydigitalinformation.Itusesdigitalcoderelativetothecuttingtoolworkpiecemovingtrack,speedandotherinformationrecordingmediuminaprogram,intonumericalcontrolsystem,thenafterdecodingandoperations,controltherelativemotionofthemachinetoolandtheworkpiece,workouttherequiredartifacts.TechnicalleveloftheNCmachinetoolsandmetalcuttingmachinetoolproductionandthepercentageofthetotalownershipistomeasureacountry'seconomicdevelopmentandanimportantsymboloftheoveralllevelofindustrialmanufacturing.Processingandmanufacturingenterprisebenefitfromalltheequipmentefficiency,therefore,thecorrectselection,installation,debuggingandacceptancecanachievethedesiredeffect,andputintousencmachinetoolisdirectlyrelatedtotherealizationofmachinetoolofthetechnicalperformanceindicatorsandfunctionallevel.Incomparison,simple,ordinarynumericalcontrolmachinetoolselectionofmediumandhigh-gradeCNCmachinetoolselectionisdifficult,themainreasonisthenumericalcontrolsystemdebuggingismorecomplex.

KeywordsNCmachineSelectionEffectiveness

1引言

目前，我国已能生产各种各样的数控机床，而且其中许多机床在技术性能上已经比较完善。

用户如何合理的利用有限的资金，选用适合本单位的机床；如何从品种繁多、价格昂贵的设备中选择适用的设备；如何使这些设备在机械制造中发挥作用；如何正确、合理的选购与主机相配套的附件及软件技术，这些都是十分重要的问题。

1．1数控机床的分类

数控机床可以根据不同的方法进行分类，常用的有按数控机床工艺用途分类、按数控机床运动轨迹分类、按进给伺服系统控制方式分类、按数控系统的功能水平分类等。

1.1.1按数控机床工艺用途分类

表1-1按数控机床工艺用途分类

序号

分类

名称

1

数控车床

数控卧式车床、数控立式车床、车削中心

2

数控铣镗床

数控卧式铣镗床、数控立式铣镗床、其他数控铣镗床

3

加工中心

卧式加工中心、立式加工中心、立卧式加工中心等

4

数控磨床

数控平面磨床、外圆磨床、轮廓磨床、工具磨床、坐标磨床

5

数控钻床

数控滑座式钻床、龙门式钻床、立式铣钻床、铣钻加工中心

6

数控特种机床

数控电火花机床、线切割机床、激光切割机床

7

数控组合机床

数控多加工位组合机床

8

数控专用机床

数控齿轮机床、曲轴机床、管子加工机床、活塞车床等

9

数控机床生产线

活塞生产线、柔性生产线

10

其他

数控冲床、超声波加工机床、三坐标测量机床等

1.1.2按数控机床运动轨迹分类

数控机床运动轨迹主要有点位控制运动、直线控制运动和轮廓控制运动三种形式。

（1）点位控制数控机床

点位控制方式就是刀具与工件相对运动时，只控制从一点运动到另一点的准确性，而不考虑两点之间的运动路径和方向。

即刀具在相对工件移动过程中不进行切削加工。

多应用于数控钻床、数控冲床、数控坐标镗床和数控点焊机等。

（2）直线控制数控机床

直线控制数控机床的特点是不仅要控制从起点到终点的准确定位，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条平行机床坐标轴的直线，或两轴同时移动，形成与坐标轴有一定角度的斜线。

直线控制数控机床虽然比点位控制数控机床工艺范围广，但在使用中仍受到很大限制。

这类数控机床主要有经济型数控车床、数控镗铣床和加工中心等。

（3）轮廓控制数控机床

轮廓控制运动也称为连续控制运动，指刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动，运动轨迹为任意方向的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线。

采用这种控制方式的数控机床有数控车床、数控铣床和加工中心等。

1.1.3按进给伺服系统控制方式分类

按进给伺服系统控制方式，数控机床可分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。

（1）开环控制系统

开环控制系统驱动部分采用步进电动机，无位置测量元件，输入数据经过数控系统运算，输出指令脉冲控制步进电动机工作，如下图所示。

开环控制系统的设备成本低，调试简单，但控制精度低，工作速度受到步进电动机的限制，目前广泛应用于经济型数控机床。

图1-1开环控制系统

（2）闭环控制系统

闭环控制系统测量元件安装在工作台上，将测出工作台的实际位移值反馈给数控装置。

位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的理论位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电动机工作，直至达到实际位置，误差值消除。

闭环控制系统的控制精度高，但要求机床的刚度好，对机床的加工、装配要求高，调试较复杂，设备成本高。

图1-2闭环控制系统

（3）半闭环控制系统

半闭环控制系统不是直接检测工作台的位移量，而是采用转角位移检测元件，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，反馈到计算机中进行位置比较，用比较的差值进行控制。

半闭环控制精度较闭环控制的精度差，但稳定性好，成本较低，调试维修较容易，兼顾了开环控制和闭环控制的特点，因此应用比较普遍。

图1-3半闭环控制系统

1.1.4按数控系统的功能水平分类

（1）经济型数控机床

经济型数控机床结构简单，精度中等，价格较低，仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件。

（2）普及型数控机床

普及型数控机床具有人机对话功能，应用较广，价格适中，通常称为全功能数控机床。

（3）高级型数控机床

高级型数控机床是指加工复杂形状、多轴控制、工序集中、自动化程度高、柔性度高的机床。

2数控机床的选择

使用要求不同，选用的侧重点也不同，具体选用依据如下：

（1）多品种中小批量轮番生产宜选用数控机床。

（2）根据被加工零件的特点选用数控机床的类型。

2.1数控系统的选择

数控系统的种类规格极其繁多。

为了能使数控系统与所需机床匹配，在选择数控系统时，应遵循以下几条基本原则：

（1）根据数控机床类型选择相应的数控系统。

（2）根据数控机床的设计指标选择数控系统。

（3）根据数控机床的性能选择数控系统功能。

（4）根据加工精度的需要选择数控系统。

（5）订购数控系统时要考虑周全。

2.2确定典型加工工件

选购数控机床首先必须确定用户所要加工的典型工件。

每一种机床的性能只适应于一定的适用范围，只有在满足工件加工的条件俠，数控机床才能发挥最佳效果。

对每一类数控机床都有其最佳加工的典型零件，适于加工和不适于加工是相对比较而言，评价的标准不仅仅是该机床能否加工出这些零件，而要综合考虑生产效率和加工精度等因素。

用户应当确定哪些工件的哪些工序准备用数控机床来完成，然后采用成组技术把这些工件进行归类。

确定比较满意的典型工件后，再来选择适合加工的数控机床。

每一种数控机床都有其特定加工的典型工件，具体如下：

卧式加工中心适用于加工箱体零件——箱体、泵体、阀体和壳体等。

立式加工中心适用于加工板类零件——箱体、盖体、壳体和平面凸轮等平面曲线工件。

若在立式加工中心上加工复杂箱体，则工件的多面加工需要使用夹具和倒换工艺基准，这就会降低生产效率和加工精度。

若在卧式加工中心上加工平面曲线工件，则需要增加弯板夹具，会降低工件加工时的刚度，加工中心也不能充分发挥其效益。

同规格的机床，一般卧式加工中心的价格要比立式加工中心的高80%～100%，但是它适应的零件类型比较多，工艺性比较广泛，因此使用比例较高，占有率较大。

2.3数控机床规格的选择

一般来说，数控机床的规格应根据确定的典型零件来选择。

（1）数控机床的主要规格选择反映在数控坐标的行程和主轴电动机功率方面。

数控坐标的行程范围反映数控机床能容纳工件的大小和加工空间；主轴电动机功率反映机床的切削能力，即生产率。

对加工中心、数控铣床和镗床，其三个基本曲线坐标反映机床允许的加工空间，一般情况下加工工件的轮廓尺寸应在机床的加工空间范围以内。

如典型零件350mm×350mm的箱体，那么选取工作台面尺寸为400mm×400mm的加工中心，选用工作台面比典型零件稍大一些是考虑到安装夹具所需的空间。

数控车床和车削中心的X轴行程反映机床最大能加工工件的半径尺寸，Z轴行程反映能车削棒料的长度。

车床上配置的动力卡盘受到允许夹持的最大工件、夹持力矩、通过主轴孔上料的工件最大直径等的限制。

（2）数控机床主轴电动机功率反映了机床对金属切削加工的能力，也从另一个侧面反映机床在切削时的刚性，在一些数控铣床和加工中心，主轴电动机每千瓦功率对应20～30cm

金属切除率（一般指中低碳钢）。

数控机床中主轴电动机一般都采用可控大功率的直流或交流调速电动机，现代调速电动机有很好的调速性能，一般都能达到1：

100以上的自动调速范围。

所以主传动系统中机械变速齿轮大大减少，有的数控机床甚至主轴直接由电动机带动或主轴上安装主轴电动机。

随着市场需求的多样化，数控机床的产品中出现了不少高速轻载型、精密型等机型，即使同样大小规格的机床主轴电动机，其功率也相差较大。

总之，根据所加工的典型零件、加工余量大小、要求的切削能力、要求达到的加工精度、能配置什么样的刀具等因素综合考虑选择机床。

（3）对于特殊工件仅靠数控机床的基本直线坐标不能满足加工要求（车床是X、Z两轴、铣床和加工中心是X、Y、Z三轴），则应另外增加回转坐标（A、B、C）或附加坐标（U、V、W）等。

目前国产数控机床已可实现五轴控制。

增加坐标数的机床成本也相应有很大增加，所以对要求