如何选择数控机床——优化方案

1.确定典型加工零件

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，选择数控机床首先必须确定用户所要加工的典型工件。

在确定典型工件时，应根据生产发展要求，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。在归类中往往会遇到零件的规格大小相差很多，各类零件的综合加工工时大大超过机床满负荷工时等问题。因此，就要作进一步的选择。确定比较满意的典型工件之后，再来挑选适合加工的机床。每一种加工机床都有其最佳加工的典型零件。如：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——箱盖、盖板、壳体和平面凸轮等单面加工零件。若卧式加工中心的典型零件在立式加工中心上加工，零件的多面加工则需要更换夹具和倒换工艺基准，这就会降低生产效率和加工精度。若立式加工中心的典型零件在卧式加工中心上加工则需要增加弯板夹具。这会降低工件加工工艺系统刚性和工效。

2.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动机功率。

机床的3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，如：典型零件是450×450×450mm的箱体，那么应选取工作台面尺寸为500×500mm的加工中心。选用工件台面比典型零件稍大一些是考虑到安装夹具所需的空间。加工中心的工作台面尺寸和3个直线坐标行程都有一定比例关系，例如，上述工作台为500×500mm的机床，X轴行程一般为700～800mm，Y轴为550～700mm、Z轴为500～600mm左右。因此，工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。个别情况下也可以有工件尺寸大于机床坐标行程，这时必须要求零件上的加工区处在机床的行程范围之内，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换刀空间干涉及其在工作台上回转时是否与护罩附件干涉等一系列问题。

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。现今一般加工中心都配置了功率较大的交流调速电动机，可用于高速切削，但在低速切削中转矩受到一定限制，这是由于调速电动机在低转速时功率输出下降。因此，当需要加大直径和余量很大的工件时，必须对低速转矩进行校核。

一般来讲，用户要根据自己的典型工件毛坯余量的大小、所要求的切削能力（单位时间金属切除量）、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。

另外，某些零件仅靠3个直线坐标加工还不能满足要求，需增加回转坐标轴（A、B、C）或附加坐标轴（U、V、W）等。

3.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。数控机床根据用途又分为简易型、全功能型、超精密型等，其能达到的精度也是各不一样的。简易型目前还用于一部分车床和铣床，其最小运动分辨率为0.01mm，运动精度和加工精度都在0.03～0.05mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可达0.001mm以下。(www.xing528.com)

一般数控机床精度检验项目都有20～30项，但其最有特征的项目是：单轴定位精度、单轴重复定位精度和两轴以上联动加工出试件的圆度。

定位精度和重复定位精度综合反映了坐标轴各运动部件的综合精度。尤其是重复定位精度，它反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量坐标轴能否稳定可靠工作的基本指标。目前数控系统中软件都有丰富的误差补偿功能，一般都具有螺距误差补偿功能和反向间隙补偿功能，能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。如：丝杠的螺距误差和累积误差可以用螺距补偿功能来补偿；进给传动链的反向死区可用反向间隙补偿来消除。但这是一种理想的做法，实际造成这反向运动量损失的原因是，存在驱动部件的反向死区、传动链各环节的间隙、弹性变形和接触刚度等变化因素。其中有些误差是随机误差，它们往往随着工作台的负载大小、移动距离长短、移动定位的速度改变等反映出不同的损失运动量。这不是一个固定的电气间隙补偿值所能全部补偿的。所以，即使是经过仔细的调整补偿，还是存在单轴定位重复性误差，不可能得到高的重复定位精度。

总之，力求提高每个数控坐标轴的重复定位精度是机床制造厂和用户的共同愿望。

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。由于数控机床具有一些特殊功能，因此，在加工中等精度的典型工件时，一些大孔径、圆柱面和大圆弧面可以采用高切削性能的立铣刀铣削。测定每台机床的铣圆精度的方法是用一把精加工立铣刀铣削一个标准圆柱试件；中小型机床圆柱试件的直径一般在ϕ200～ϕ300mm左右。将标准圆柱试件放到圆度仪上，测出加工圆柱的轮廓线，取其最大包络圆和最小包络圆，两者间的半径差即为其精度（一般圆轮廓曲线仅附在每台机床的精度检验单中，而机床样本只给出铣圆精度公差）。

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。如：在单轴上移动加工两孔的孔距精度约为单轴定位精度的1.5～2倍（具体误差值与工艺因素密切相关）。因此，普通型加工中心可以批量加工出8级精度零件，精密型加工中心可以批量加工出6～7级精度零件。这些都是选择数控机床的一些基本参考因素。

对定位精度要求较高的机床，必须关注它的进给伺服系统是采用半闭环方式，还是全闭环方式，必须关注使用检测元件的精度及稳定性。机床采用半闭环伺服驱动方式时的精度稳定性要受到一些外界因素影响，例如，传动链中因工作温度变化引起滚珠丝杠长度变化，这必然使工作台实际定位位置产生漂移影响，进而影响加工件的加工精度。一般滚珠丝杠材料的线胀系数为11.2×10^-6，在机床自动连续加工时，丝杠局部温度经常有1～2℃的变化。由于丝杠的热伸长，造成该坐标的零点和工件坐标系漂移。如：工件坐标系零位取在一个行程中间点，离丝杠轴向固定端约400mm处，当温升2℃时造成的漂移达8.9μm。这个误差不容忽视，尤其在一些卧式加工中心上要用转台回转180°加工箱体两端的孔时，会使两端孔的同心度误差加大一倍。在一些要求较高的数控机床上，采用减小导轨负荷（用直线滚动导轨）、提高丝杠制造精度、丝杠两端加预拉延和丝杠中心通恒温油冷却等措施，在半闭环系统中也得到了较稳定的定位精度。

上面只是部分分析了数控机床几项主要精度对工件加工精度的影响。要想获得合格的加工零件，选取适用的机床设备只解决了问题的一半，另一半必须采取工艺措施来解决。

4.工时和节拍的估算

选择数控机床时必须做可行性分析，一年之内该机床能加工出多少典型零件。对每个典型零件，按照工艺分析、可以初步确定一个工艺路线，从中挑出准备在数控机床上加工的工序内容，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及相应辅助时间。