行業(yè)資訊
對(duì)一個(gè)制造企業(yè)來說，提高生產(chǎn)能力往往從生產(chǎn)管理、制造工藝、生產(chǎn)設(shè)備等方面入手進(jìn)行技術(shù)改造，而這幾部分內(nèi)容又是互為影響和制約的。在技改中對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)控機(jī)床的更新、維修、采購等的選擇上必須考慮到要在什么樣環(huán)境下使用、如何管理、怎樣能達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效果等問題。
選擇制造設(shè)備是要為制造某一些產(chǎn)品服務(wù)的，選擇的設(shè)備可能用于產(chǎn)品零件的一部分工序加工、也可能用于全部工序加工。制造水平的高低首先取決于工藝過程的設(shè)計(jì)，它將決定用什么方法和手段來加工，從而也決定了對(duì)使用設(shè)備的基本要求，這也是對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行技術(shù)組織和管理的依據(jù)。設(shè)備選擇的基本要求確定后還要根據(jù)市場上能提供什么樣技術(shù)水平的裝備來選擇，針對(duì)大部分中小批量生產(chǎn)的制造企業(yè)，選擇數(shù)控機(jī)床來替代舊機(jī)床或增強(qiáng)生產(chǎn)能力已是發(fā)展趨勢。
比較普通和數(shù)控兩類機(jī)床的性能，數(shù)控機(jī)床具有加工復(fù)雜形面零件能力強(qiáng)、適應(yīng)多種加工對(duì)象（柔性強(qiáng)）；加工質(zhì)量、精度和加工效率高；適應(yīng)CAD/CAM聯(lián)網(wǎng)、適合制造加工信息集成管理；設(shè)備的利用率高、正常運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。
選擇數(shù)控機(jī)床是一個(gè)綜合性技術(shù)問題，現(xiàn)在無論國內(nèi)還是國外，都能生產(chǎn)提供多種多樣的設(shè)備。數(shù)控機(jī)床經(jīng)幾十年發(fā)展已演變出一個(gè)龐大家族群，能完成各種各樣的加工制造要求。如何從品種繁多、價(jià)格昂貴的設(shè)備中選擇適用的設(shè)備，如何使這些設(shè)備在制造中充分發(fā)揮作用而且又能滿足企業(yè)以后的發(fā)展，如何正確、合理地選購與主機(jī)配套的附件、工具、軟件技術(shù)、售后技術(shù)服務(wù)等，使采購的設(shè)備能達(dá)到較好的投入比……這些問題都是廣大采購者必須考慮，并逐一要處理好的問題。
一、確定典型加工工件“族”
確定加工什么樣零件是選擇設(shè)備的第一步。企業(yè)根據(jù)技術(shù)改造和生產(chǎn)發(fā)展需要，確定有哪些零件、那些工序準(zhǔn)備用新的加工設(shè)備來完成，要考慮到產(chǎn)品發(fā)展的遠(yuǎn)景規(guī)劃。用成組技術(shù)把這些零件進(jìn)行分組歸類，確定準(zhǔn)備主要加工對(duì)象的典型零件族。在歸類中往往會(huì)遇到零件規(guī)格大小相差很多、零件形狀相差較大、各類零件加工工時(shí)大大超過設(shè)備滿負(fù)荷工時(shí)等問題，因此，要進(jìn)一步選擇確定生產(chǎn)綱領(lǐng)又比較接近要求的典型工件族。典型工件族按外型可以分為菱形類（箱體類）、板類、回轉(zhuǎn)體類（盤、套、軸、法蘭）和異形類等；按加工精度要求又可分普通級(jí)和精密級(jí)等。典型零件分類清楚了，基本加工設(shè)備也就比較明確了。
二、典型零件族的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
在確定加工零件后還必須用數(shù)控加工工藝的學(xué)觀點(diǎn)對(duì)工藝流程進(jìn)行新的規(guī)劃設(shè)計(jì)，這里包括對(duì)原工藝生產(chǎn)流程的變革、探索實(shí)現(xiàn)新工藝方法的可行性、探索實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代生產(chǎn)管理和物流管理可行性、探索使用先進(jìn)刀具工裝大幅度提高生產(chǎn)效率的可行性、探索在生產(chǎn)線上數(shù)控設(shè)備和其他設(shè)備（普通的、專機(jī)的）的合理配制工藝等，目的是希望得到使用數(shù)控機(jī)床后的最佳工藝制造流程。下面是幾個(gè)典型類零件的合理加工工藝。
☆軸類零件：銑端面打中心孔→數(shù)控車床（粗加工）→數(shù)控磨床（精加工）；
☆法蘭和盤類件：數(shù)控車床（粗加工）→車削中心（精加工）；
☆型腔模具零件：普通機(jī)床加工外形及基面→數(shù)控銑床加工型面→高速數(shù)控銑精加工→拋光或電腐蝕型面；
☆板類零件：雙軸銑床或龍門銑床加工大平面→立式加工中心上加工各類孔；
☆箱體零件：立式加工中心上加工底面→臥式加工中心上加工四周面各工藝面。
在安排工藝流程中考慮下列因素：
(1)選擇最短的加工工藝流程。
(2)數(shù)控機(jī)床有相當(dāng)大適應(yīng)性，但也不是萬能的，從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)考慮，典型工件族中每一種零件都有一個(gè)經(jīng)濟(jì)批量，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)批量基礎(chǔ)上使用比較先進(jìn)的工藝手段。
(3)盡量發(fā)揮機(jī)床的各種工藝特點(diǎn)，追求最大限度地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的綜合加工能力特長(多工序集中的工藝特點(diǎn))，應(yīng)在生產(chǎn)流程中配置最少的機(jī)床數(shù)量、最少的工藝裝備和夾具
(4)要考慮生產(chǎn)線或生產(chǎn)車間的各種設(shè)備能力的平衡。作為單臺(tái)數(shù)控機(jī)床的選擇或一條生產(chǎn)線的配置，單一的設(shè)備不可能完全包下一個(gè)工件的全部加工工序，必然有和其他設(shè)備的工序轉(zhuǎn)接，各設(shè)備之間的生產(chǎn)能力要平衡，滿足生產(chǎn)節(jié)拍的綜合要求，所以安排每臺(tái)設(shè)備上的工序數(shù)量、加工工序順序等既要發(fā)揮各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的特長、滿足精度要求，還要進(jìn)一步應(yīng)考慮各臺(tái)機(jī)床上工件轉(zhuǎn)序時(shí)工藝基準(zhǔn)的合理使用。
(5)在安排數(shù)控加工工藝中經(jīng)常碰到的問題是工序集中與工藝加工漸精原則的矛盾。在數(shù)控機(jī)床的使用上，人們普遍采用將多工序集中在一臺(tái)機(jī)床上完成的工藝集中原則，以此來追求提高生產(chǎn)率，縮短零件加工周期，甚至希望工件在一次裝卡中全部加工完畢。但實(shí)際上對(duì)一些復(fù)雜的、精度要求較高的工件，由于在加工過程中的熱變形、內(nèi)應(yīng)力引起的工件變形、工夾具夾緊變形、熱處理要求時(shí)效等工藝因素和程編者操作因素等，很難一次裝卡完成全部加工?；竟に嚋?zhǔn)則中對(duì)加工零件的逐步精化要求制約著工序集中的數(shù)量，妥善處理這兩者矛盾是數(shù)控加工工藝的重要內(nèi)容。
(6)在對(duì)典型工件族工藝流程的安排中，應(yīng)妥善安排各臺(tái)機(jī)床和生產(chǎn)線的手工調(diào)整和檢測等工作，即人工干預(yù)的影響。企業(yè)要根據(jù)自身的技術(shù)裝備能力、技術(shù)水平和技術(shù)改造投入的力度，確定在工藝流程中人工干預(yù)的程度，這決定了對(duì)選擇數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化水平和功能要求。應(yīng)客觀考慮適當(dāng)采用手工調(diào)整來補(bǔ)充企業(yè)要達(dá)到完全自動(dòng)化的能力，對(duì)企業(yè)的工藝能力和設(shè)備水平確切定位。
三、數(shù)控機(jī)床主要特征規(guī)格的選擇
機(jī)床特征規(guī)格應(yīng)包括機(jī)型、機(jī)床規(guī)格參數(shù)和機(jī)床主電機(jī)功率等。在確定工藝內(nèi)容的前提下，機(jī)型選擇就較明確了。例如，回轉(zhuǎn)體零件加工主要可供選擇設(shè)備有車床、車削中心、數(shù)控磨床等；箱體的加工則應(yīng)以立式或臥式加工中心為主。
數(shù)控機(jī)床已發(fā)展成品種繁多、可供廣泛選擇的商品，在機(jī)型選擇中應(yīng)在滿足加工工藝要求的前提下越簡單越好。例如，車削中心和數(shù)控車床都可以加工軸類零件，但一臺(tái)滿足同樣加工規(guī)格的車削中心價(jià)格要比數(shù)控車床貴幾倍，如果沒有進(jìn)一步工藝要求，選數(shù)控車床應(yīng)是合理的。在加工型腔模具零件中，同規(guī)格的數(shù)控銑床和加工中心都能滿足基本加工要求，但兩種機(jī)床價(jià)格相差20%～50%，所以在模具加工中要采用常更換刀具的工藝可安排選用加工中心，而固定一把刀具長時(shí)間銑削的可選用數(shù)控銑床
數(shù)控機(jī)床的最主要規(guī)格是幾個(gè)數(shù)控軸的行程范圍和主軸電機(jī)功率。機(jī)床的三個(gè)基本直線坐標(biāo)（X、Y、Z）行程反映該機(jī)床允許的加工空間，在車床中兩個(gè)坐標(biāo)（X、Z）反映允許回轉(zhuǎn)體的大小。一般情況下加工工件的輪廓尺寸應(yīng)在機(jī)床的加工空間范圍之內(nèi)，例如，典型工件是450 mm ×450 mm ×450 mm的箱體，那么應(yīng)選取工作臺(tái)面尺寸為500mm×500 mm的加工中心。選用工作臺(tái)面比典型工件稍大一些是出于安裝夾具考慮的。機(jī)床工作臺(tái)面尺寸和三個(gè)直線坐標(biāo)行程都有一定的比例關(guān)系，如上述工作臺(tái)（500 mm ×500 mm）的機(jī)床，x軸行程一般為（700～800）mm、y軸為（500～700）mm、z軸為（500～600）mm左右。因此，工作臺(tái)面的大小基本上確定了加工空間的大小。個(gè)別情況下也允許工件尺寸大于坐標(biāo)行程，這時(shí)必須要求零件上的加工區(qū)域處在行程范圍之內(nèi)，而且要考慮機(jī)床工作臺(tái)的允許承載能力，以及工件是否與機(jī)床交換刀刀具的空間干涉、與機(jī)床防護(hù)罩等附件發(fā)生干涉等系列問題。
數(shù)控機(jī)床的主電機(jī)功率在同類規(guī)格機(jī)床上也可以有各種不同的配置，一般情況下反映了該機(jī)床的切削剛性和主軸高速性能。例如，輕型機(jī)床比標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)床主軸電機(jī)功率就可能小1～2級(jí)。目前一般加工中心主軸轉(zhuǎn)速在(4000～8000)r/min，高速型機(jī)床立式機(jī)床可達(dá)(20000～70000)r/min，臥式機(jī)床(10000～20000)r/min，其主軸電機(jī)功率也成倍加大。主軸電機(jī)功率反映了機(jī)床的切削效率，從另一個(gè)側(cè)面也反映了切削剛性和機(jī)床整體剛度。在現(xiàn)代中小型數(shù)控機(jī)床中，主軸箱的機(jī)械變速已較少采用，往往都采用功率較大的交流可調(diào)速電機(jī)直聯(lián)主軸，甚至采用電主軸結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)在低速中扭矩受到限制，即調(diào)速電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出功率下降，為了確保低速輸出扭矩，就得采用大功率電機(jī)，所以同規(guī)格機(jī)床數(shù)控機(jī)床主軸電機(jī)比普通機(jī)床大好幾倍。當(dāng)使用單位的一些典型工件上有大量的低速加工時(shí)，也必須對(duì)選擇機(jī)床的低速輸出扭矩進(jìn)行校核。輕型機(jī)床在價(jià)格上肯定便宜，要求用戶根據(jù)自己的典型工件毛坯余量大小、切削能力（單位時(shí)間金屬切除量）、要求達(dá)到的加工精度、實(shí)際能配置什么樣刀具等因素綜合選擇機(jī)床。
近年來數(shù)控機(jī)床上高速化趨勢發(fā)展很快，主軸從每分鐘幾千轉(zhuǎn)到幾萬轉(zhuǎn)，直線坐標(biāo)快速移動(dòng)速度從（10～20）m/min上升到80m/min以上，當(dāng)然機(jī)床價(jià)格也相應(yīng)上升，用戶單位必須根據(jù)自己的技術(shù)能力和配套能力做出合理選擇。例如，立式加工中心上主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)（50000～80000）r/min，除了一些加工特例以外，一般相配套的刀具就很昂貴。一些高速車床都可以達(dá)到（6000～8000）r/min以上，這時(shí)車刀的配置要求也很高。
對(duì)少量特殊工件僅*三個(gè)直線坐標(biāo)加工不能滿足要求，要另外增加回轉(zhuǎn)坐標(biāo)（A、B、C）或附加工坐標(biāo)(U、Ｖ、Ｗ)等，目前機(jī)床市場上這些要求都能滿足，但機(jī)床價(jià)格會(huì)增長很多，尤其是對(duì)一些要求多軸聯(lián)動(dòng)加工要求，如四軸、五軸聯(lián)動(dòng)加工，必須對(duì)相應(yīng)配套的編程軟件、測量手段等有全面考慮和安排。
四、機(jī)床精度的選擇
典型零件的關(guān)鍵部位加工精度要求決定了選擇數(shù)控機(jī)床的精度等級(jí)。數(shù)控機(jī)床根據(jù)用途又分為簡易型、全功能型、超精密型等，其能達(dá)到的精度也是各不一樣的。簡易型目前還用于一部分車床和銑床，其最小運(yùn)動(dòng)分辯率為0.01mm，運(yùn)動(dòng)精度和加工精度都在(0.03～0.05)mm以上。超精密型用于特殊加工，其精度可達(dá)0.001mm以下。這里主要討論應(yīng)用最多的全功能數(shù)控機(jī)床（以加工中心為主）
按精度可分為普通型和精密型，一般數(shù)控機(jī)床精度檢驗(yàn)項(xiàng)目都有20～30項(xiàng)，但其最有特征項(xiàng)目是：單軸定位精度、單軸重復(fù)定位精度和兩軸以上聯(lián)動(dòng)加工出試件的圓度，如表1所示。
表1 數(shù)控機(jī)床精度特征項(xiàng)目
其他精度項(xiàng)目與表1內(nèi)容都有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸各運(yùn)動(dòng)部件的綜合精度。尤其是重復(fù)定位精度，它反映了該軸在行程內(nèi)任意定位點(diǎn)的定位穩(wěn)定性，這是衡量該軸能否穩(wěn)定可*工作的基本指標(biāo)。目前數(shù)控系統(tǒng)中軟件都有豐富的誤差補(bǔ)償功能，能對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)鏈上各環(huán)節(jié)系統(tǒng)誤差進(jìn)行穩(wěn)定的補(bǔ)償。例如，傳動(dòng)鏈各環(huán)節(jié)的間隙、彈性變形和接觸剛度等變化因素，它們往往隨著工作臺(tái)的負(fù)載大小、移動(dòng)距離長短、移動(dòng)定位速度的快慢等反映出不同的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)量。在一些開環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，測量元件以后的機(jī)械驅(qū)動(dòng)元件，受各種偶然因素影響，也有相當(dāng)大的隨機(jī)誤差影響，如滾珠絲杠熱伸長引起的工作臺(tái)實(shí)際定位位置漂移等?？傊绻苓x擇，那么就選重復(fù)定位精度最好的設(shè)備！
銑削圓柱面精度或銑削空間螺旋槽（螺紋）是綜合評(píng)價(jià)該機(jī)床有關(guān)數(shù)控軸（兩軸或三軸）伺服跟隨運(yùn)動(dòng)特性和數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能的指標(biāo)，評(píng)價(jià)方法是測量加工出圓柱面的圓度。在數(shù)控機(jī)床試切件中還有銑斜方形四邊加工法，也可判斷兩個(gè)可控軸在直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度。在做這項(xiàng)試切時(shí)，把用于精加工的立銑刀裝到機(jī)床主軸上，銑削放置在工作臺(tái)上的圓形試件，對(duì)中小型機(jī)床圓形試件一般取在Ф200～Ф300，然后把切完的試件放到圓度儀上，測出其加工表面的圓度。銑出圓柱面上有明顯銑刀振紋反映該機(jī)床插補(bǔ)速度不穩(wěn)定；銑出的圓度有明顯橢圓誤差，反映插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)可控軸系統(tǒng)增益不匹配；在圓形表面上每一可控軸運(yùn)動(dòng)換方向的點(diǎn)位上有停刀點(diǎn)痕跡（在連續(xù)切削運(yùn)動(dòng)中，在某一位置停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刀具就會(huì)在加工表面上形成一小段多切去金屬的痕跡）時(shí)，反映該軸正反向間隙沒有調(diào)整好。
單軸定位精度是指在該軸行程內(nèi)任意一個(gè)點(diǎn)定位時(shí)的誤差范圍，它直接反映了機(jī)床的加工精度能力，所以是數(shù)控機(jī)床最關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。目前全世界各國對(duì)這指標(biāo)的規(guī)定、定義、測量方法和數(shù)據(jù)處理等有所不同，在各類數(shù)控機(jī)床樣本資料介紹中，常用的標(biāo)準(zhǔn)有美國標(biāo)準(zhǔn)（NAS）和美國機(jī)床制造商協(xié)會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn)、德國標(biāo)準(zhǔn)（VDI）、日本標(biāo)準(zhǔn)（JIS）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最低的是日本標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗臏y量方法是使用單組穩(wěn)定數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，然后又取出用±值把誤差值壓縮一半，所以用它的測量方法測出的定位精度往往比用其他標(biāo)準(zhǔn)測出的相差一倍以上。
其他幾種標(biāo)準(zhǔn)盡管處理數(shù)據(jù)上有所區(qū)別，但都反映了要按誤差統(tǒng)計(jì)規(guī)律來分析測量定位精度，即對(duì)數(shù)控機(jī)床某一可控軸行程中某一個(gè)定位點(diǎn)誤差，應(yīng)該反映出該點(diǎn)在以后機(jī)床長期使用中成千上萬次在此定位的誤差，而我們?cè)跍y量時(shí)只能測量有限次數(shù)（一般5～7次）。為了真實(shí)反映這個(gè)定位點(diǎn)周圍一組隨機(jī)分散的點(diǎn)群定位誤差分布范圍，我們采用了誤差統(tǒng)計(jì)規(guī)律數(shù)據(jù)處理方法。例如，按老的ISO標(biāo)準(zhǔn)推薦±3σ散差處理辦法，我們來測量一臺(tái)加工中心機(jī)床上某一個(gè)坐標(biāo)精度，如圖1所示。
圖1 定位精度曲線
若我們對(duì)其中的某一定位點(diǎn)在正、反方向趨近該定位點(diǎn)，定位七次（N=7），其每一次實(shí)測數(shù)據(jù)如下：+4μm、+2μm、+1μm、0、-1μm、-2μm、-4μm。按ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，該定位點(diǎn)散差的平均值為△Xn=0，其散差3σ約為7.9μm。該點(diǎn)定位誤差分布如圖2所示。
圖2 定位誤差分布范圍
圖2顯示，在該定位點(diǎn)上，當(dāng)正反方向反復(fù)定位時(shí)，將有99.96%的可能性在±3σ=15.8μm范圍以內(nèi)。在德國VDI標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定5σ，將得到比這更大的誤差。因此，這一重復(fù)定位精度為15.8μm。從1998年以來，國際上開始試運(yùn)行新標(biāo)準(zhǔn)，按4σ處理將得到重復(fù)定位精度為10.5μm，但該算法反映了95%左右定位點(diǎn)范圍。按日本JIS標(biāo)準(zhǔn)處理上述情況，將得到重復(fù)定位精度為±4μm。從這里看出，JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定精度是最松的，而VDI標(biāo)準(zhǔn)要求最為嚴(yán)格。
圖1所示的定位精度曲線，實(shí)際上是用整個(gè)行程內(nèi)一連串定位點(diǎn)的定位誤差包絡(luò)線構(gòu)成全程定位精度范圍?，F(xiàn)在針對(duì)數(shù)控機(jī)床，測量定位精度和重復(fù)定位精度一般都用激光測距儀，編制一個(gè)測量運(yùn)動(dòng)程序，讓機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件每間隔（50～100）mm移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)5～7次，與測距儀相連的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件就會(huì)處理出各標(biāo)準(zhǔn)的檢測結(jié)果。
從機(jī)床定位精度可估算出該機(jī)床加工時(shí)可能達(dá)到的精度，如在單軸上移動(dòng)加工兩個(gè)孔的孔距精度約為單軸在該段定位誤差的1～2倍（具體誤差值與工藝因素密切相關(guān)）。機(jī)床的定位精度與該機(jī)床的幾何精度相匹配，精密級(jí)定位精度的機(jī)床要求該機(jī)床的幾何精度也不能低于同類的坐標(biāo)鏜床
現(xiàn)在有一些用戶對(duì)批量生產(chǎn)的典型零件加工，提出設(shè)備工藝能力系數(shù)的考核，要求CPK值>1.1～1.33，這實(shí)質(zhì)上是要求機(jī)床精度相對(duì)零件精度允差要有足夠精度儲(chǔ)備，這樣才能滿足批量生產(chǎn)加工精度穩(wěn)定性要求。
對(duì)定位精度要求較高的機(jī)床，必須關(guān)注它的進(jìn)給伺服系統(tǒng)是采用半閉環(huán)方式，還是全閉環(huán)方式，必須關(guān)注使用檢測元件的精度及穩(wěn)定性。機(jī)床采用半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)方式時(shí)的精度穩(wěn)定性要受到一些外界因素影響，例如，傳動(dòng)鏈中因工作溫度變化引起滾珠絲杠長度變化，這必然使工作臺(tái)實(shí)際定位位置產(chǎn)生漂移影響，進(jìn)而影響加工件的加工精度。圖3是目前常用的進(jìn)給傳動(dòng)鏈的一般結(jié)構(gòu)。在半閉環(huán)控制方式下，位置檢測元件放在伺服電機(jī)另一端。滾珠絲杠軸向位置主要*一端固定，另一端可以自由伸長，當(dāng)絲杠伸長時(shí)工作臺(tái)就一個(gè)附加移動(dòng)量。在一些新型中小數(shù)控機(jī)床上，采用減小導(dǎo)軌負(fù)荷（用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌）、提高絲杠制造精度、絲杠兩端加預(yù)拉伸和絲杠中心通恒溫油冷卻等措施，在半閉環(huán)系統(tǒng)中也得到了較穩(wěn)定的定位精度。
圖3 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈（半閉環(huán)）
五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇
隨著市場需求多樣化，機(jī)床制造商往往提供同一種機(jī)床可配置多種數(shù)控的選擇或數(shù)控系統(tǒng)中多種選擇功能的選擇。
機(jī)床制造商提供的機(jī)床配置的數(shù)控系統(tǒng)分為主流系統(tǒng)及可適應(yīng)的系統(tǒng)，主流系統(tǒng)相對(duì)來說技術(shù)成熟性好一些，但對(duì)使用用戶應(yīng)另有要求，例如對(duì)名牌系統(tǒng)的質(zhì)量追求、希望在國內(nèi)有較好的售后技術(shù)條件、在用戶單位使用的數(shù)控系統(tǒng)相對(duì)集中在幾家等要求，以便使用掌握和維修配件準(zhǔn)備，所以用戶單位都愿意配置自己信得過或比較熟悉的數(shù)控系統(tǒng)。
在可供選擇的系統(tǒng)中性能高低差別很大，直接影響到設(shè)備價(jià)格構(gòu)成，因此不能片面追求高水平、新系統(tǒng)，而應(yīng)以滿足主機(jī)性能為主，對(duì)系統(tǒng)性能和價(jià)格等作一個(gè)綜合分析，選用合適的系統(tǒng)。目前世界上比較著名的數(shù)控系統(tǒng)有日本的FANUC、德國的SINUMERIK、法國的NUM、意大利的FIDIA、西班牙的FAGO和美國的A-B等。各大機(jī)床制造廠商也有自己的一些系統(tǒng)，如MAZAK、OKUMA等。國內(nèi)也有航天集團(tuán)、機(jī)電集團(tuán)、華中理工大學(xué)、遼寧藍(lán)天、南京大方集團(tuán)、北方凱奇等數(shù)控系統(tǒng)供應(yīng)商，每家公司也都有一系列的各種規(guī)格的產(chǎn)品。
用戶選擇系統(tǒng)的基本原則是：性能價(jià)格比要高、購后的使用維護(hù)要方便、系統(tǒng)的市場壽命要長（不能選淘汰系統(tǒng)，否則使用幾年后將找不到維修備件）等。
數(shù)控系統(tǒng)中除基本功能以外還有很多可供選擇的功能。對(duì)配在機(jī)床上的系統(tǒng)，由于機(jī)床使用基本要求所需的數(shù)控系統(tǒng)選擇功能已由制造商選配，用戶可以根據(jù)自己的生產(chǎn)管理、測量要求、刀具管理、程序編制要求等，額外再選擇一些功能列入訂貨單中，如DNC接口聯(lián)網(wǎng)要求等。
六、自動(dòng)換刀裝備（ATC）、自動(dòng)交換工作臺(tái)（APC）和刀柄的選擇配置
1.ATC的選擇
在具備綜合加工能力的一些數(shù)控機(jī)床上，如加工中心、車削中心和帶交換沖頭的數(shù)控沖床等，自動(dòng)交換裝置是這些設(shè)備的基本特征附件，它的工作質(zhì)量直接關(guān)系到整機(jī)的質(zhì)量，也是構(gòu)成設(shè)備投資中的重要組成部分（經(jīng)費(fèi)占整機(jī)成本的10%～30%）。因此，在選擇主機(jī)設(shè)備時(shí)必須得重視所配ATC自動(dòng)換刀裝置的工作質(zhì)量和刀具儲(chǔ)存量。目前加工中心自動(dòng)換刀裝置的配套較為規(guī)范，以下以加工中心的ATC裝置為例來說明其選擇原則。
現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，在加工中心的使用故障中有50%左右與ATC裝置有關(guān)，但ATC又是提高設(shè)備加工效率的基本部件，因此建議用戶應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可*性高的ATC，這樣也可以相應(yīng)地降低整機(jī)價(jià)格。
下面介紹與ATC裝置相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)。
（1）刀柄型號(hào)
刀柄型號(hào)取決于機(jī)床主軸裝刀柄孔的規(guī)格?，F(xiàn)在絕大部分加工中心機(jī)床主軸孔都是采用ISO規(guī)定的7:24錐孔，常用的有40號(hào)、45號(hào)、50號(hào)等，個(gè)別的還有30號(hào)和35號(hào)。機(jī)床規(guī)格越小，刀柄規(guī)格也應(yīng)選小的，但小規(guī)格刀柄對(duì)加工大尺寸孔和長孔很不利，所以對(duì)一臺(tái)機(jī)床如果有大規(guī)格的刀柄可選擇時(shí)，應(yīng)該盡量選擇大的，但刀庫容量和換刀時(shí)間都要受到影響。近年來加工中心和數(shù)控銑床都向高速化方向發(fā)展，許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min以上時(shí)，7:24錐孔由于離心力作用會(huì)有一定漲大，影響刀柄的定位精度。為此，一種觀點(diǎn)是建議采用德國VDI推薦的短錐刀柄HSK系列，另外，在日本已有部分商品的錐面和端面同時(shí)接觸的過定位錐面刀柄，但在定心精度和重復(fù)定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在國內(nèi)還很少有廠家生產(chǎn)。
對(duì)同一種錐面規(guī)格的刀柄有日本BT標(biāo)準(zhǔn)、美國CAT標(biāo)準(zhǔn)、德國VDI標(biāo)準(zhǔn)等，他們規(guī)定機(jī)械手爪夾持的尺寸不一樣，刀柄的拉緊釘尺寸也不一樣，所以選擇時(shí)必須考慮齊全，對(duì)已經(jīng)擁有一定數(shù)量數(shù)控機(jī)床的用戶或即將采購一批數(shù)控機(jī)床的用戶，應(yīng)盡可能選擇互相能通用的、單一標(biāo)準(zhǔn)的刀柄系列。
（2）換刀時(shí)間
換刀時(shí)間是指刀柄交換時(shí)間，即從主軸上換下用過的刀具、裝上新的刀具的總時(shí)間。細(xì)分又有兩種規(guī)定方式，即刀對(duì)刀時(shí)間（Tool to tool）和總換刀時(shí)間(Chip to chip)，總換刀時(shí)間包含了舊刀具加工完畢離開加工區(qū)域到刀具交換完畢主軸上裝上新刀具進(jìn)入新的加工前之間的時(shí)間。目前最快的純換刀時(shí)間可達(dá)0.7s左右，總換刀時(shí)間在3～12s之間，立式機(jī)床換刀時(shí)間一般比臥式的短。換刀時(shí)間短意味著機(jī)床生產(chǎn)效率高。
（3）最大刀具重量
最大刀具重量是指在自動(dòng)刀具交換情況下允許的最大刀具重量，錐度40號(hào)左右刀柄最大允許重量在7～8kg，50號(hào)刀柄在15kg，一些重型刀具可達(dá)25～30kg，但這時(shí)換刀速度要減慢。最大刀具直徑和長度主要受刀庫尺寸空間的限制。
（4）刀庫容量
一些加工中心機(jī)床上配置的刀庫容量往往有幾種規(guī)格供選擇，有十幾把到40、60、100把等，一些柔性加工單元（FMC）配置中央刀庫后刀具儲(chǔ)存量可達(dá)近千把，刀庫的容量只要能滿足基本需要，一般不宜選得太大，因?yàn)槿萘看?，刀庫成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率也相應(yīng)增加，刀具管理也較為復(fù)雜。在單臺(tái)機(jī)床使用中，當(dāng)更換一種新的工件時(shí)，操作者要根據(jù)新的工藝資料對(duì)刀庫進(jìn)行一次清理，刀庫中無關(guān)的刀具越多，整理工作量也就越大，也就越容易出現(xiàn)人為的差錯(cuò)。所以用戶一般應(yīng)根據(jù)典型工件的工藝分析，算出需用刀具數(shù)量，進(jìn)而確定刀庫的容量。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)來考慮，一般機(jī)床的刀庫以滿足一種工件一次裝夾所需的全部刀柄數(shù)量作為選擇依據(jù)。根據(jù)國外對(duì)中小型加工中心加工典型工件的工藝分析，認(rèn)為中小型機(jī)床刀具儲(chǔ)存量應(yīng)在4～48把之間。
在納入柔性制造單元的機(jī)床中，考慮到適應(yīng)多工件、多工序同時(shí)加工的要求，需要配置大容量的刀庫，此時(shí)應(yīng)增加相應(yīng)的刀具管理措施。
2.刀柄和刀具的選擇
在主機(jī)和自動(dòng)換刀裝置（ATC）確定后，要選擇所需的刀柄和刀具（刃具）。數(shù)控機(jī)床所用刀柄系列基本都已標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是加工中心所用刀柄，如美國的CAT、日本的BT和我國的JT等。數(shù)控機(jī)床加工工件最終要*的是切削刃具，但刃具和機(jī)床的連接、在自動(dòng)交換刀具時(shí)提供給機(jī)械手的夾持部位等都要*刀柄來解決，所以選擇刀具實(shí)質(zhì)上是包括刃具和刀柄的配置。刃具選擇取決于加工工藝要求，刃具確定后還必須配置相應(yīng)刀柄，例如，工藝要求鉆一個(gè)直徑6mm的小孔，則刃具選用直徑6mm直柄麻花鉆頭，然后還要選用一個(gè)能夾持鉆頭的刀柄。現(xiàn)在有一部分刀柄本身也配置專用的刃具，如精鏜刀柄等?？傊?，這些附件絕大部分都已標(biāo)準(zhǔn)化，由專業(yè)化生產(chǎn)廠供貨，機(jī)床用戶要根據(jù)具體加工對(duì)象合理選用。由于刀柄可供選擇的范圍很廣，但選多了將加大投資，選少了將影響機(jī)床的開動(dòng)率，所以應(yīng)慎重對(duì)待。
對(duì)一些總批量超過幾千件、反復(fù)投產(chǎn)的工件加工來說，在工藝安排中可以考慮采用復(fù)合刀具，即利用數(shù)控機(jī)床主切削功率較大、機(jī)床剛度較好的特長，采用復(fù)合刀具進(jìn)行多刀多刃的強(qiáng)力切削，可提高生產(chǎn)率和縮短生產(chǎn)節(jié)拍。但一把復(fù)合刀具價(jià)格要貴得多，而且變成專用工具，必須考慮工件有足夠數(shù)量時(shí)才經(jīng)濟(jì)。
近年在數(shù)控機(jī)床使用的刀具上開發(fā)出了許多新的產(chǎn)品，大大豐富了數(shù)控機(jī)床的加工工藝，例如，萬能垂直銑頭、反刮刀具、去毛刺刀具、增速頭、銑螺紋刀和內(nèi)冷刀具等（詳見產(chǎn)品樣本）。
3.自動(dòng)交換工作臺(tái)
自動(dòng)交換工作臺(tái)是在主機(jī)上配置的附件，配置的數(shù)量有2、4、6、10個(gè)等，除雙交換工作臺(tái)以外，主要用柔性制造單元配置。雙交換工作臺(tái)的配置可以大大節(jié)省復(fù)雜零件裝卸定位夾緊的輔助時(shí)間，提高機(jī)床開動(dòng)率，但增加該功能設(shè)備，投資至少要加10萬元以上。多數(shù)量交換工作臺(tái)用于柔性制造單元，適用于24小時(shí)少人或無人化管理，適應(yīng)多品種工件交替投產(chǎn)加工，這里應(yīng)注意增加質(zhì)量檢查措施，否則投資增長20%～50%是不經(jīng)濟(jì)的。
七、機(jī)床選擇功能及附件的選擇
在選購數(shù)控機(jī)床時(shí)，除滿足基本要求的功能及基本件外，還應(yīng)充分考慮選擇件選擇功能及附件。選擇原則是：全面配置，充分發(fā)揮主機(jī)的最大潛力，遠(yuǎn)近期效益綜合考慮。對(duì)一些價(jià)格增加不多，但對(duì)使用帶來很多方便的，應(yīng)盡可能配置齊全。附件配套要保證機(jī)床到現(xiàn)場后能立即投入使用，切忌花幾十萬元甚至幾百萬購買的一臺(tái)機(jī)床，到貨后因缺乏一個(gè)幾十元或幾百元的附件而長期不能使用的情況的發(fā)生。
對(duì)數(shù)控系統(tǒng)選擇功能應(yīng)以實(shí)用為主，不一定選太多，尤其是納入批量生產(chǎn)線中的設(shè)備，應(yīng)越簡單越好，對(duì)多品種、小批量生產(chǎn)方式的機(jī)床要加強(qiáng)編程功能的選擇，如隨機(jī)程序編制（后臺(tái)編程）、運(yùn)動(dòng)圖形顯示、人機(jī)對(duì)話程序編制（GPS）、宏程序編程等，雖然可加快程序編制速度，但費(fèi)用也要相應(yīng)增加。另一種配置方案是簡化配置數(shù)控系統(tǒng)程序編制的功能，單獨(dú)另外配置自動(dòng)編程機(jī)及與數(shù)控系統(tǒng)的通信接口，程序處理都事先在編程機(jī)上做完成任務(wù)，然后花幾分鐘時(shí)間，送入數(shù)控系統(tǒng)，這樣做能進(jìn)一步提高機(jī)床開動(dòng)率。
在提高加工質(zhì)量和工作可*性上也發(fā)展了許多附件，如自動(dòng)測量裝置、接觸式測頭及相應(yīng)測量軟件、刀具長度和磨損檢測、機(jī)床熱變形補(bǔ)償軟件等附件，這些附件選用原則是要求工作可*、不片面追求新穎。對(duì)一些輔助功能附件，如冷卻、防護(hù)和排屑等裝置主要根據(jù)今后在現(xiàn)場使用要求和工藝要求而定，例如，考慮以后加工大裕量鑄鐵件的要求，則要選用高密封防護(hù)罩、大流量淋浴式冷卻方式、紙質(zhì)冷卻液過濾器裝置等?？傊?，要選擇與生產(chǎn)能力相適應(yīng)的輔件。
八、技術(shù)服務(wù)
數(shù)控機(jī)床作為一種高科技產(chǎn)品，包含了多學(xué)科的專業(yè)內(nèi)容，對(duì)這樣復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備，要應(yīng)用好、維修好單*應(yīng)用單位自身努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且也很難做到，必須依*和利用社會(huì)上的專業(yè)隊(duì)伍。因此，在選購設(shè)備時(shí)還應(yīng)綜合考慮選購其圍繞設(shè)備的售前、售后技術(shù)服務(wù)，其宗旨就是要使設(shè)備盡快盡量地發(fā)揮作用。
對(duì)一些新的數(shù)控機(jī)床用戶來說，最困難的不是缺乏資金購買設(shè)備，而是缺乏一支高素質(zhì)的技術(shù)隊(duì)伍，因此新用戶從開始選擇設(shè)備時(shí)起，包括以后的設(shè)備到貨安裝驗(yàn)收、設(shè)備操作、程序編制、機(jī)械和電氣維修等，都需要人才和技術(shù)支持。這些條件在短時(shí)間內(nèi)由用戶解決是很困難的，當(dāng)前，各機(jī)床制造商已普遍重視商品的售前、售后服務(wù)，協(xié)助用戶對(duì)典型工件作工藝分析、進(jìn)行加工可行性工藝試驗(yàn)以及承擔(dān)成套技術(shù)服務(wù)，包括工藝裝備研制、程序編制、安裝調(diào)試、試切工件，直到全面投入生產(chǎn)后快速響應(yīng)保修服務(wù)，為用戶舉辦各類技術(shù)人員培訓(xùn)等。
總之，凡重視技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)、重視職工素質(zhì)提高的企業(yè)，數(shù)控機(jī)床就能得到合理使用。所以在選擇機(jī)床時(shí)，建議用戶花一部分資金選購針對(duì)自己短缺的技術(shù)服務(wù)，使設(shè)備盡快發(fā)揮作用。