数控机床的选用

1第七章数控机床的使用和维修数控机床具体涉及到微电子、计算机、自动控制、自动检测、以及精密机械等方面最新技术成果，其使用、维修也不尽相同。第一节数控机床的选用第二节数控机床的安装和调试第三节数控机床的验收第四节数控机床的维修2第一节数控机床的选用一、确定典型加工工件二、数控机床规格的选择三、机床精度的选择四、数控系统的选择五、工时和节拍的估算六、自动换刀装置的选择及刀柄的配置七、数控机床驱动电动机的选择八、机床选择功能及附件的选择3一、确定典型加工工件考虑到数控机床品种多，而且每一种机床的性能只适用于一定的使用范围，只有在一定的条件下，加工一定的工件才能达到最佳效果。因此选购数控机床首先必须确定用户所要加工的典型工件。用户单位在确定典型工件时，应根据添置设备部门的技术改造或生产发展要求，确定有哪些零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零件进行归类。一般在工厂车间设备配置中，卧式机床占60-70%，立式机床占30-40%。4二、数控机床规格的选择数控机床的规格应根据确定的典型工件进行。数控机床的最主要规格就是几个数控坐标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。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；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。工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。5主轴电动机功率反映了数控机床的切削效率，也从一个侧面反映了机床在切削时的刚性。功率较大的直流或交流调速电机可用于高速切削，但在低速切削中转矩受到一定限制。在选择规格时应考虑产品发展趋势，尺寸大一点，对产品开发的适应能力也强一些。对少量特殊工件仅靠三个直线坐标加工的数控机床还不能满足要求，要另外增加回转坐标(A,B,C)，或附加坐标(U,V,W)等。6三、机床精度的选择选择机床的精度等级应根据典型零件关键部位加工精度的要求来定。国产加工中心精度可分为普通型和精密型两种。如表，为加工中心精度项目中的关键项目。7定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动元部件的综合精度。重复定位精度反映了该控制轴在行程内任意定位点的定位稳定性。铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的指标。从机床的定位精度可估算出该机床在加工时的相应有关精度。普通型数控机床进给伺服驱动机构大都采用半闭环方式，对滚珠丝杠受温度变化造成的位置伸长无法检测，因此会影响工件的加工精度。8四、数控系统的选择为了能使数控系统与所需机床相匹配，在选择数控系统时应遵循以下译本原则：1、根据数控机床类型选择相应的数控系统数控系统有适用于车、铣、镗、磨、冲压等加工。2、根据数控机床的设计指标选择数控系统在可供选择的数控系统中，它们的性能高低差别很大。不宜片面地追求高水平、新系统，而应该对性能和价格等作一个综合分析，选用合适的系统。93、根据数控机床的性能选择数控系统功能一个数控系统具有很大功能，有的属于基本功能，有的属于选择功能。对选择功能一定要根据机床性能需要来选择，如果不加分析的都要，许多功能就用不上，会大幅度增加产品成本。4、订购数控系统时要考虑周全订购时把需要的系统功能一次订全，不能遗漏，避免由于漏订而造成的损失。10五、工时和节拍的估算选择机床时必须作可行性分析，一年之内该机床能加工出多少典型零件。对每个典型零件，可根据准备给机床配置的刀具情况来确定切削用量，并计算每道工序的切削时间t切及相应辅助时间t辅（t辅≈10%-20%t切）。中小型加工中心每次的换刀时间约为10-20s，这时单工序时间为t工序=t切+t辅+（10-20s）按300个工作日，两班制，一天有效工作时间14-15h计算，可算出机床的年生产能力。11六、自动换刀装置的选择及刀柄的配置自动换刀装置（ATC）是加工中心、车削中心和带交换冲头数控冲床的基本特征。自动换刀装置的工作质量直接关系到加工中心的整机质量，其投资往往占整机的30%-50%。用户在满足使用要求的前提下，尽量选用结构简单和可靠性高的ATC，也可相应降低整机的价格。ATC刀库中储存刀具的数量，有十几把到40、60、100把等。如果选用的加工中心不准备用于柔性加工单元或FMS中，刀库容量不宜选得太大。12用户一般应根据典型工件的工艺分析算出需用的刀具数，来确定刀库的容量。一般加工中心的刀库只考虑能满足一种工件一次装卡所需的全部刀具（即一个独立的加工程序所需的全部刀具）。在立式加工中心上选用20把左右刀具容量的刀库，在卧式加工中心上选用40把左右刀具容量的刀库。对于复杂工件，如果考虑一次完成全部加工则所需刀具数会超过刀库容量，但全面考虑综合工艺因素，把一个复杂工件分为两个或三个加工程序进行加工，每个程序所需刀具数就不一定超过40把。主机和ATC选定后，就要选择所需的刀柄和刀具。13加工中心使用专用的工件系统，我国由成都工具研究所制订了TSG工具系统刀柄标准。选择刀柄需注意的问题为：①标准刀柄与机床主轴连接的结合面是7:24锥面。选择刀柄必须了解该机床主轴用的规格，机械手夹持尺寸及刀柄的拉钉尺寸。②在TSG工具系统中有相当部分产品是不带刃具的，这些刀柄相当于过渡的连接杆。它们必须再配置相应的刀具（如立铣刀、钻头、镗刀头和丝锥等）和附件（如钻夹头、弹簧卡头和丝锥夹头等）。14③用户根据典型工件工艺所需的工序及其工艺卡片填制所需工件卡片，如表所示。刀柄的选择要慎重对待，它直接影响机床的开动率和设备投资大小。15④选用模块式刀柄和复合刀柄要有综合考虑，模块式刀柄必须按一个小的工件系统来考虑。与非模块式刀柄比较，使用单个普通刀柄是不合理的。对一些批量较大，而年生产几千到上万件，又反复生产的典型工件，应尽可能考虑选用复合刀具。尽管复合刀柄价格要贵得多，但在加工中心上采用复合刀具加工，可把多道工序并成一道工序，由一把刀具完成，大大减少了机加工时间。采用复合刀具可以充分发挥数控机床的切削功能，提高生产率和缩短生产节拍。16⑤选用刀具预调仪。用于测定刀具径向尺寸和轴向尺寸，测量装置有光学编码器、光栅或感应同步器等。检测精度：径向为±0.005mm，轴向为±0.01mm左右。刀具预调仪对刀精度的要求必须与刀具系统综合加工精度全面考虑。因为预调仪上测得的刀具尺寸是在光屏投影下或接触测量下，没有承受切削力的静态的结果，如果测定的是镗刀精度，它并不等于加工出的孔能达到此精度。17七、数控机床驱动电动机的选择机床的驱动电动机包括进给伺服电动机和主轴电动机两大类。1、进给驱动伺服电动机的选择原则上应根据负载条件来选择伺服电动机。在电动机轴上所加的负载有两种，即阻尼转矩和惯量负载。其值应满足以下条件：①当机床作空载运行时，加在伺服电动机轴上的负载转矩应在转矩－速度特性曲线的连续工作区。②最大负载转矩、加载周期及过载时间都应在提供的特性曲线的允许范围以内。18③电动机在加速或减速过程中的转矩应在加减速区（或间断工作区）之内。④对要求频繁起、制动及周期性变化的负载，必须检查它在一个周期中的转矩均方根值，并应小于电动机的连续额定转矩。⑤加在电动机轴上的负载惯量大小对电动机的灵敏度和整个伺服系统精度将产生影响。推荐对电动机惯量JM和负载惯量JL之间的关系为：31MLJJ192、主轴电动机的选择选择主轴电动机功率的原则按以下几条原则，综合考虑来选择主轴电动机的功率。①所选择电动机应能满足机床设计切削功率要求。②根据要求的主轴加减速时间计算出的电动机功率不应超过电动机的最大输出功率。③在要求主轴频繁起、制动的场合，必须计算出平均功率，其值不能超过电动机连续额定输出功率。④在要求有恒表面速度控制的场合，则恒表面速度控制所需的切削功率和加速所需功率两者之和应在电动机能够提供的功率范围之内。20八、机床选择功能及附件的选择选择选择件、选择功能及附件的基本原则是：全面配置、长远综合考虑。对一些价格增加不多，但对使用带来很多方便的，应尽可能配置齐全，附件也应配置成套。用户单位选用的机床，数控系统不宜太多太杂，否则会给维护修理带来极大困难。对可以多台机床合用的附件，只要接口通用，应多台机床合用，可减少投资。要选择与生产能力相应的冷却、防护及排屑装置。