数控机床的应用特点与主要技术指标

不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合加工零件的数控机床。用于数控机床加工的零件如下。

（1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。随着数控机床制造成本的逐步下降，现在不管是国内还是国外，加工大批量零件的情况也已经出现。加工很小批量和单件生产时，如能缩短程序的调试时间和工装的准备时间也是可以选用的。

（2）形状复杂、加工精度要求高、制造精度要求高、对刀精确要求高、通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件。

（3）要求表面粗糙度小的零件。在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情况下，表面粗糙度取决于切削速度和进给速度。普通机床是恒定转速，直径不同切削速度就不同，像数控车床具有恒线速切削功能，车端面、不同直径外圆时可以用相同的线速度，保证表面粗糙度值既小且一致。在加工表面粗糙度不同的表面时，粗糙度小的表面选用较小的进给速度，粗糙度大的表面选用较大的进给速度，可变性很好，这点在普通机床中很难做到。

（4）轮廓形状复杂的零件。任意平面曲线都可以用直线或圆弧来逼近，数控机床具有圆弧插补功能，可以加工各种复杂轮廓的零件。

（5）具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件。

（6）必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。

（7）价格昂贵、加工中不允许报废的关键零件。

（8）需要最短生产周期的急需零件。

（9）在通用机床加工时极易受人为因素（如：情绪波动、体力强弱、技术水平高低等）干扰，零件价值又高，一旦质量失控会造成重大经济损失的零件。

数控机床的技术指标包括规格指标、精度指标、性能指标和可靠性指标。

1.规格指标

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：坐标轴可控的运动区间，它反映该机床允许的加工空间，通常情况下工件的轮廓尺寸应在加工空间的范围之内，个别情况下工件轮廓也可大于机床的加工范围，但其加工范围必须在加工空间范围之内。

（2）工作台面尺寸：它反映该机床安装工件大小的最大范围，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。

（3）承载能力：它反映该机床能加工零件的最大质量。

（4）主轴功率和进给轴扭矩：它反映该机床的加工能力，同时也可间接反映机床刚度和强度。

（5）控制轴数和联动轴数：数控机床控制轴数通常是指机床数控装置能够控制的进给轴数目。现在，有的数控机床生产厂家也认为控制轴数包括所有的运动轴，即进给轴、主轴、刀库轴等。数控机床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。联动轴数是指数控机床控制多个进给轴，使它们按零件轮廓规定的规律运动的进给轴数目。它反映数控机床实现曲面加工的能力。

2.精度指标

数控机床精度通常指机床定位至程序目标点的精确程度，通常是机床空载情况下在数控轴上对多目标点进行多回合测量后通过数学统计计算出来的。数控机床的精度指标主要包括加工精度、定位精度、重复定位精度、移动精度和分度精度。

（1）加工精度。数控机床的加工精度受到机床结构、装配精度、伺服系统性能、工艺参数以及外界环境等因素的影响。(www.xing528.com)

（2）定位精度与重复定位精度。定位精度是指车床等移动部件的实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差值即为定位误差。引起定位误差的因素包括伺服系统、检测系统、进给传动及导轨误差等。定位误差会直接影响加工零件的尺寸精度。

重复定位精度是指在相同的操作方式和条件下，多次完成规定操作后得到结果的一致程度，一般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0.018 mm，重复定位精度为0.008 mm。

（3）移动精度。

移动精度主要是指分辨度和脉冲当量，分辨率是指可以分辨的最小位移间隙。对测量系统而言，分辨率是可以测量的最小位移；对控制系统而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。

脉冲当量是指数控装置每发出一个脉冲信号，机床位移部件所产生的位移量。

（4）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。分度精度既会影响零件加工部位在空间的角度位置，也会影响孔系加工的同轴度等。

3.性能指标

（1）最高主轴转速和最大加速度。最高主轴转速是指主轴所能达到的最高转速，它是影响零件表面加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素之一，尤其是有色金属的精加工。最大加速度是反映主轴速度提速能力的性能指标，也是加工效率的重要指标。

（2）最高快移速度和最高进给速度。最高快移速度是指进给轴在非加工状态下的最高移动速度；最高进给速度是指进给轴在加工状态下的最高移动速度。它们是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。它们受数控装置的运算速度、机床动特性及工艺系统刚度等因素的限制。

（3）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。对测量系统而言，分辨率是可以测量的最小增量；对控制系统而言，分辨率是可以控制的最小位移增量，即数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，通常称为脉冲当量。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面加工质量越高。

另外，还有换刀速度和工作台交换速度，它们同样也是影响生产效率以及刀具寿命的主要因素。

4.可靠性指标

（1）平均无故障工作时间（MTBF）为

式中，N0为在评定周期内机床累计故障频数；N为机床抽样台数；ti为在评定周期内第i台机床实际工作时间，单位为h；ri为在评定周期内第i台机床出现故障的频数。

（2）平均修复时间（MTTR）为

式中，N0为评定周期内的故障总次数；tmi为在评定周期内第i台机床的实际修复时间。

（3）固有可用度（A）。固有可用度又称有效度（Availability），是在规定的使用条件下，机械设备及零部件保持其规定功能的概率，简称A。有效度是评价设备利用率的一项重要指标，也是直接制约设备生产能力的重要因素。其表达式为

（4）精度保持时间（Tk）。精度保持时间是数控机床在两班工作制和遵守使用规则的条件下，其精度保持在机床精度标准规定的范围内的时间。其观测值以抽取的样机中精度保持时间最短的一台机床的精度保持时间为准。

以上4个评定指标中，MTBF侧重于数控机床的无故障性，是最常用的评定指标；MTTR反映了数控机床的维修性，即进行维修的难易程度；固有可用度A综合了反映无故障性和维修性，即有效性；精度保持时间Tk反映了数控机床的耐久性和可靠寿命。