如何选择适合自己的数控机床？

选择数控机床是一个综合性技术问题，数控机床经过几十年发展已演变出一个庞大家族群，能完成各种各样的加工任务。如何从品种繁多、价格昂贵的设备中选择适用的设备，如何使这些设备在制造中充分发挥作用而且又能满足企业以后的发展，如何在编制工艺过程中选择适合的数控设备等，一直是机械加工技术人员必须面对的问题。

1.确定典型加工工件“族”

确定加工什么样的零件是选择设备的第一步。企业根据技术改造和生产发展需要，确定有哪些零件、哪些工序准备用新的加工设备来完成，要考虑到产品发展的远景规划。用成组技术把这些零件进行分组归类，确定准备主要加工对象的典型零件族。在归类中往往会遇到零件规格大小相差很多、零件形状相差较大、各类零件加工工时大大超过设备满负荷工时等问题，因此，要进一步选择确定生产纲领比较接近要求的典型工件族。典型工件族按外形可以分为箱体类、板类、回转体类（盘、套、轴、法兰）和异形类等；按加工精度要求又可分普通级和精密级等。典型零件分类清楚了，基本加工设备也就比较明确了。

2.典型零件族的工艺规程设计

在确定加工零件后还必须用数控加工工艺学观点对工艺流程进行新的规划设计，这里包括对原工艺生产流程的变革、探索实现新工艺方法的可行性、探索实现现代生产管理和物流管理可行性、探索使用先进刀具工装大幅度提高生产效率的可行性、探索在生产线上数控设备和其他设备（普通的、专机的）的合理配置工艺等，希望实现最佳的工艺制造流程。下面是常用典型零件的加工工艺流程：

（1）轴类零件：铣端面打中心孔→数控车床（粗加工）→数控磨床（精加工）。

（2）法兰和盘类件：数控车床（粗加工）→车削中心（精加工）。

（3）型腔模具零件：普通机床加工外形及基面→数控铣床加工型面→高速数控铣精加工→抛光或电腐蚀型面。

（4）板类零件：双轴铣床或龙门铣床加工大平面→立式加工中心上加工各类孔。

（5）箱体零件：立式加工中心上加工底面→卧式加工中心上加工四周面各工艺面。

在安排工艺流程中应考虑下列几个因素。

（1）选择最短的加工工艺流程。

（2）数控机床有相当大的适应性，但也不是万能的，从经济观点考虑，典型工件族中每一种零件都有一个经济批量，应在经济批量基础上使用比较先进的工艺手段。

（3）尽量发挥机床的各种工艺特点，追求最大限度地发挥数控机床的综合加工能力特点，应在生产流程中配置最少的机床数量、最少的工艺装备和夹具。(www.xing528.com)

（4）要考虑生产线或生产车间的各种设备能力的平衡。作为单台数控机床的选择或一条生产线的配置，单一的设备不可能完全包下一个工件的全部加工工序，必然有和其他设备的工序转接，各设备之间的生产能力要平衡，满足生产节拍的综合要求，所以安排每台设备上的工序数量、加工工序顺序等既要发挥各台数控机床的特长、满足精度要求，还要进一步考虑各台机床上工件转序时工艺基准的合理使用。

（5）在安排数控加工工艺中经常碰到的问题是工序集中与工艺加工逐渐提高精度原则的矛盾。在数控机床的使用上，人们普遍采用将多工序集中在一台机床上完成的工艺集中原则，以此来追求提高生产率，缩短零件加工周期，甚至希望工件在一次装卡中全部加工完毕。但实际上对一些复杂的、精度要求较高的工件，由于在加工过程中的热变形、内应力引起的工件变形、工夹具夹紧变形、热处理要求时效等工艺因素，很难一次装卡完成全部加工。基本工艺准则中对加工零件的逐步精化要求制约着工序集中的数量，妥善处理这两者间的矛盾是数控加工工艺的重要内容。

3.数控机床主要特征规格的选择

机床特征规格应包括机型、机床规格参数和机床主电机功率等。在确定工艺内容的前提下，机型选择就比较明确了。例如，回转体零件加工主要可供选择的设备有车床、车削中心、数控磨床等；箱体的加工则应以立式或卧式加工中心为主。

数控机床已发展成品种繁多、可供广泛选择的商品，在机型选择中应在满足加工工艺要求的前提下越简单越好。例如，车削中心和数控车床都可以加工轴类零件，但一台满足同样加工规格的车削中心价格要比数控车床贵几倍，如果没有进一步的工艺要求，选数控车床应是合理的。在加工型腔模具零件中，同规格的数控铣床和加工中心都能满足基本加工要求，但两种机床的价格相差20%～50%，所以在模具加工中要采用常更换刀具的工艺可安排选用加工中心，而固定一把刀具长时间铣削的可选用数控铣床。

数控机床的最主要规格是几个数控轴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，在车床中两个坐标（X、Z）反映允许回转体零件的大小。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之内，例如，典型工件是450mm×450mm×450mm的箱体，那么应选取工作台面尺寸为500mm×500mm的加工中心。选用工作台面比典型工件稍大一些是出于安装夹具考虑的。机床工作台面尺寸和三个直线坐标行程都有一定的比例关系，如上述工作台500mm×500mm的机床，X轴行程一般为700～800mm，Y轴为500～700mm，Z轴为500～600mm。因此，工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。个别情况下也允许工件尺寸大于坐标行程，这时必须要求零件上的加工区域处在行程范围之内，而且要考虑机床工作台的允许承载能力，以及工件是否与机床交换刀具的空间干涉、与机床防护罩等附件发生干涉等一系列问题。

数控机床的主电机功率在同类规格机床上也可以有各种不同的配置，如轻型机床比标准型机床主轴电机功率就可能小1～2级。目前，一般加工中心主轴转速为4 000～8 000r/min，高速型立式机床可达20 000～70 000r/min，卧式机床可达10 000～20 000r/min，其主轴电机功率也成倍加大。主轴电机功率反映了机床的切削效率，从另一个侧面也反映了切削刚性和机床整体刚度。在现代中小型数控机床中，主轴箱的机械变速已较少采用，往往都采用功率较大的交流可调速电机直联主轴，甚至采用电主轴结构。这样的结构在低速中扭矩受到限制，即调速电机在低转速时输出功率下降，为了确保低速输出扭矩，就得采用大功率电机，所以同规格数控机床主轴电机比普通机床大好几倍。

近年来数控机床向着高速化趋势发展，主轴从每分钟几千转到几万转，直线坐标快速移动速度从10～20m/min上升到80m/min以上，当然机床价格也相应上升，用户必须根据自己的技术能力和配套能力做出合理选择。例如，立式加工中心上主轴最高转速可达50 000～80 000r/min，除了一些加工特例以外，一般相配套的刀具就很昂贵。一些高速车床都可以达到6 000～8 000r/min以上，这时车刀的配置要求也很高。

对少量特殊工件仅靠三个直线坐标加工不能满足要求，要另外增加回转坐标（A、B、C）或附加工坐标（U、V、W）等，目前机床市场上这些要求都能满足，但机床价格会增加很多，尤其是对一些要求多轴联动加工要求，如四轴、五轴联动加工，必须对相应配套的编程软件、测量手段等有全面考虑和安排。

4.机床精度的选择

典型零件的关键部位加工精度要求决定了选择数控机床的精度等级。数控机床按精度可分为普通型和精密型，一般数控机床精度检验项目都有20～30项，其中最具特征的项目是单轴定位精度、单轴重复定位精度和两轴以上联动加工试件的圆度，如表2-1所示。

表2-1　数控机床精度特征项目

定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动部件的综合精度。单轴定位精度是指在该轴行程内任意一个点定位时的误差范围，它直接反映了机床的加工精度能力，而重复定位精度则反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。以上两个指标中，重复定位精度尤为重要。目前，数控系统中软件都有丰富的误差补偿功能，能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。例如，丝杠的螺距误差和累积误差可以用螺距补偿功能补偿，进给传动链的反向死区可用反向间隙补偿来消除。