数控机床的规格与性能优化指标

1.数控机床的规格指标

数控机床的规格指标是指数控机床的基本能力指标，主要有以下几方面。

1）行程范围

行程范围是指坐标轴可控的运动区间，它是直接体现机床加工能力的指标参数，一般指数控机床坐标轴X、Y、Z的行程大小构成的空间加工范围。

2）摆角范围

摆角范围是指坐标轴可控的摆角区间，数控机床摆角的大小也直接影响加工零件空间部位的能力。

3）工作台面尺寸

工作台面尺寸反映该机床安装工件的最大范围，通常应选择比最大加工工件稍大一点的面积，这是因为要预留夹具所需的空间。

4）承载能力

承载能力反映该机床能加工零件的最大重量。

5）主轴功率和进给轴扭矩

主轴功率和进给轴扭矩反映数控机床的加工能力，同时也可以间接反映该数控机床的刚度和强度。

6）刀库容量和换刀时间

刀库容量和换刀时间对数控机床的生产效率有直接影响。刀库容量是指刀架位数或刀库能存放刀具的数量，目前常见的小型加工中心的刀库容量为16～60把，大型加工中心可达100把以上。换刀时间指将正在使用的刀具与装在刀库上的下一工序需用的刀具交换所需要的时间，目前国内数控机床一般换刀时间为5～10 s，国外数控机床换刀时间为2～3 s。

7）控制轴数和联动轴数

数控机床的控制轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目。一般，数控机床的控制轴数和数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。机床上的运动越多，控制轴数就越多，功能就越强，机床的复杂程度和技术含量也就越高。

数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目，它反映数控机床的曲面加工能力。目前有两轴联动、三轴联动、四轴联动和五轴联动（如图6-12所示）等数控机床。三轴联动的数控机床通常是X、Y、Z 3个直线坐标联动，可以加工空间复杂曲面，多用于数控铣床；四轴或五轴联动数控机床可以同时控制X、Y、Z 3个直线坐标轴，以及与一个或者两个围绕这些直线坐标轴旋转的坐标轴，可以加工叶轮和螺旋桨等零件；而两轴半联动数控机床是特指控制轴数为三轴，而联动轴数为两轴的数控机床。(www.xing528.com)

图6-12　多轴联动数控机床

（a）四轴联动数控机床；（b）五轴联动数控机床

2.数控机床的性能指标

数控机床的性能指标有以下几种。

1）定位精度和重复定位精度

定位精度是指数控机床工作台等移动部件实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差量即为定位误差。引起定位误差的因素包括伺服系统、检测系统、进给传动系统及移动部件导轨的几何误差等。定位误差直接影响加工零件的尺寸精度。重复定位精度是指在相同操作方法和条件下，多次完成规定操作后得到结果的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动系统的间隙与刚性，以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它会影响批量加工零件的一致性，是一项非常重要的性能指标。一般数控机床的定位精度为±0.01 mm，重复定位精度为±0.005 mm。

2）分辨率与脉冲当量

分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。对测量系统来讲，分辨率是可以测量的最小位移量；对控制系统来讲，分辨率是可以控制的最小位移量。

脉冲当量是指数控装置每发出一个脉冲信号，机床移动部件所产生的位移量。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值大小决定数控机床的加工精度和表面质量。目前，简易数控机床的脉冲当量一般为0.01 mm；普通数控机床的脉冲当量一般为0.001 mm；精密或超精密数控机床的脉冲当量为0.000 1 mm。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面质量越高。

3）分度精度

分度精度是指分度工作台在分度时，实际回转角度与指令回转角度的差值。分度精度既影响零件加工部位在空间的角度位置，也影响孔系加工的同轴度等。

4）主轴转速

数控机床主轴一般采用直流或交流电动机驱动，选用高速精密轴承支承，具有较宽的调速范围和较高的回转精度、刚度及抗振性。目前，数控机床主轴转速已普遍达到5 000～10 000 r/min甚至更高，尤其是电主轴的出现，适应了高速加工和高精度加工的要求，采用空气轴承的电主轴，其转速最高可达120 000 r/min。

5）进给速度

进给速度是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，它受数控装置的运算速度、机床动态特性及刚度等因素限制。目前，数控机床的进给速度可达10～30 m/min，不加工时的快进速度可达20～100 m/min。