淺論數(shù)控設(shè)備的選型

楊紅

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

所謂設(shè)備選型：是企業(yè)管理的第一環(huán)節(jié)，即是從多個(gè)設(shè)備供應(yīng)商多種可以滿足相同需求的不同型號(hào)、規(guī)格的設(shè)備中，經(jīng)過(guò)技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等多方面的分析評(píng)價(jià)，選擇最佳方案已作出購(gòu)買決策。合理需選購(gòu)設(shè)備可以使有效的資金發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 設(shè)備選型贏遵循的原則如下

1.1 設(shè)備的選型必須遵循生產(chǎn)上適用性、技術(shù)上可靠性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)上合理性這一原則。通俗的講就是在最大限度的滿足加工產(chǎn)品的工藝需求的前提下，在技術(shù)上體現(xiàn)出一定的的先進(jìn)性，使所購(gòu)買的設(shè)備具有一定的技術(shù)儲(chǔ)備以滿足未來(lái)的發(fā)展需求，避免選擇試制型、過(guò)渡性、淘汰型、高耗能性、高污染型的設(shè)備，要注重技術(shù)改造的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)在價(jià)格上具有較高的性價(jià)比。

1.2 設(shè)備選型要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將必備的設(shè)備附件，配套軟件等一并選配齊全，并充分考慮動(dòng)力配套的設(shè)施要求以及安裝位置環(huán)境和條件。

1.3 設(shè)備中涉及安全、環(huán)保、保密以及特種工藝等方面要求的，在技術(shù)交流、編寫招標(biāo)文件以及簽署技術(shù)協(xié)議過(guò)程當(dāng)中請(qǐng)專業(yè)部門全程參與。

2 設(shè)備選型的幾點(diǎn)要素（以數(shù)控加工設(shè)備為例）

2.1 確定典型加工零件

根據(jù)技術(shù)改造內(nèi)容和生產(chǎn)發(fā)展需求，確定有那些零件和那些工序準(zhǔn)備用新的加工設(shè)備來(lái)完成，通過(guò)確定主要加工對(duì)象的典型零件族，進(jìn)而了解產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)、加工工藝以及加工零件的復(fù)雜程度，就可以確定擬采購(gòu)設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式（立式、臥式、復(fù)合式等）、配套附件（雙工位、刀庫(kù)、花盤、頂尖、對(duì)刀儀、在線測(cè)量等）、規(guī)格（機(jī)床行程承重等）以及精度等級(jí)（普通級(jí)、精密級(jí)）。在滿足加工工藝要求的前提下設(shè)備越簡(jiǎn)單風(fēng)險(xiǎn)越小，車削加工中心和數(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，肯定選擇數(shù)控車床風(fēng)險(xiǎn)較小。同樣在經(jīng)濟(jì)型和普通型數(shù)控車床中要盡量選擇經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床；能夠用數(shù)控車床解決的問(wèn)題就不用配動(dòng)力頭的車削中心，能夠用加工長(zhǎng)度為1米的機(jī)床解決的就而不用配到2米，能夠用普通精度的設(shè)備完成加工，就不用選精密級(jí)的設(shè)備這樣才能在根本上有效地控制成本。

2.2 數(shù)控機(jī)設(shè)備主要特征規(guī)格的選擇

機(jī)床特征規(guī)格包括：機(jī)床規(guī)格參數(shù)、機(jī)床主電機(jī)功率、主軸轉(zhuǎn)速等。

數(shù)控機(jī)床的規(guī)格參數(shù)主要是機(jī)床的承重以及各個(gè)軸的行程，各軸的行程范圍反應(yīng)該機(jī)床允許的加工空間，是由典型工件的加工尺寸范圍確定的，也就是說(shuō)被加工零件的輪廓尺寸應(yīng)該在機(jī)床的加工范圍之內(nèi)，因此機(jī)床的規(guī)格要考慮被加工零件的尺寸、加工范圍、零件的夾具尺寸、工件是與機(jī)床換刀空間和防護(hù)罩等附件是否干涉、以及預(yù)留的一定的技術(shù)儲(chǔ)備等幾方面因素來(lái)確定。

機(jī)床主電機(jī)功率：主電機(jī)功率反映了該機(jī)床的切削剛性和主軸性能，從另外一個(gè)也反映了機(jī)床的整體剛度。在同類規(guī)格機(jī)床上的電機(jī)可以有不同的配置：一般情況下，例如：輕型機(jī)床比標(biāo)準(zhǔn)星機(jī)床主電機(jī)功率可能要小1～2級(jí)，因此輕型機(jī)床的剛性和切削性能要差一些；主軸功率的大小基本是與機(jī)床規(guī)格和所要求的切削性能相匹配，要做到既不能小馬拉大車，又不能造成功能浪費(fèi)，電機(jī)的配置有時(shí)也可以按照用戶的要求特殊定制，但是也帶來(lái)價(jià)格的升高。

機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速：目前一般加工中心主軸轉(zhuǎn)速在（4000～8000）rpm，高速型機(jī)床立式可達(dá)（2萬(wàn)～7萬(wàn)）rpm；臥式機(jī)床可達(dá)（1萬(wàn)～2萬(wàn)）rpm，近年來(lái)數(shù)控機(jī)床高速化的趨勢(shì)發(fā)展很快，在中小型數(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直流或交流可調(diào)速電機(jī)，直聯(lián)電機(jī)，甚至采用電主軸結(jié)構(gòu)，這樣大大地提高了加工效率和加工質(zhì)量，但是這也帶來(lái)了相應(yīng)的刀具以及配套成本的提高。

2.3 設(shè)備精度的選擇

數(shù)控設(shè)備精度等級(jí)的選擇取決于典型零件關(guān)鍵部位的加工精度。

數(shù)控機(jī)床按照精度可分為普通型和精密型，一般數(shù)控機(jī)床的精度檢驗(yàn)都有20～30項(xiàng)，這些項(xiàng)目包括定位精度、重復(fù)定位精度、幾何精度、試加工精度等；機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件綜合精度，定位精度是指在行程范圍內(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)鍵的技術(shù)指標(biāo)；重復(fù)定位精度反映出機(jī)床的制造特性，是保證機(jī)床穩(wěn)定可靠工作的基本指標(biāo)，因此機(jī)床精度的確定既要考慮需要加工零件的精度要求，同時(shí)要和機(jī)床的水平、檔次、規(guī)格相匹配。目前全世界各國(guó)對(duì)這個(gè)指標(biāo)的規(guī)定定義、測(cè)量方法、數(shù)據(jù)處理方式各有不同，常用的標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（VDI），日本（JIS）、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)（ISO）、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（GB），在這些標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中最嚴(yán)格的是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（VDI）、最低的是日本標(biāo)準(zhǔn)。

為了提高和改進(jìn)機(jī)床的定位精度級(jí)重復(fù)定位精度，必須關(guān)注它的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用全閉環(huán)方式還是半閉環(huán)方式，關(guān)心使用監(jiān)測(cè)元件的精度及穩(wěn)定性。例如，采用半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)的精度穩(wěn)定性要受到一些外界因素的影響，因此機(jī)床的精度及精度保持性比全閉環(huán)的要差一些。

機(jī)床的幾何精度與定位精度是匹配的，如精密級(jí)的定位精度的數(shù)控機(jī)床的幾何精度也不能低于同級(jí)別的指標(biāo)。

2.4 數(shù)控系統(tǒng)的選擇：在選購(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí)，同一種機(jī)床本體可配置多種數(shù)控系統(tǒng)。目前數(shù)控系統(tǒng)種類、規(guī)格極其繁多，進(jìn)口系統(tǒng)主要有日本FANUC、德國(guó)SINUMERIK、日本MITSUBISHI、法國(guó) NUM、意大利 FIDIA、西班牙FAGOR、美國(guó)A-B等。不同的數(shù)控系統(tǒng)針對(duì)不同的數(shù)控機(jī)床具有各自的優(yōu)越性。比如西門子系統(tǒng)用于數(shù)控加工中心來(lái)講功能和強(qiáng)大；Fanuc系統(tǒng)用于數(shù)控車床界面很方便。一般機(jī)床廠商提供的數(shù)控系統(tǒng)多數(shù)為主流數(shù)控系統(tǒng)，如西門子或Fanuc系統(tǒng)，主流數(shù)控相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)成熟性好一些，在國(guó)內(nèi)有較好的售后服務(wù)體系，因此用戶選擇數(shù)控系統(tǒng)相對(duì)于集中幾家，以便于使用掌握和維修配件準(zhǔn)備。在可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)中性能高低差別很大，直接影響到設(shè)備的價(jià)格組成，因此不能片面追求高水平、新系統(tǒng)。應(yīng)該以滿足主機(jī)性能為主，對(duì)系統(tǒng)的性能和價(jià)格進(jìn)行綜合的分析，選用一個(gè)合適的系統(tǒng)。比如數(shù)控立車、臥車選用Siemens802D就可以滿足使用要求，高一點(diǎn)最多配置到Siemens810D，而配置Siemens840D就完全沒有必要，造成功能的浪費(fèi)，且價(jià)格高出十多萬(wàn)元。目前數(shù)控系統(tǒng)的種類、規(guī)格極其繁多，世界上比較著名的數(shù)控系統(tǒng)有日本的FANUC，德國(guó)的西門子，法國(guó)的NUM，意大利的FIDIA，英國(guó)的海登漢。有一些機(jī)床制造商堅(jiān)持使用自己研發(fā)的系統(tǒng)，針對(duì)他們的機(jī)床會(huì)更有優(yōu)越性。比如：日本的MAZAK，德國(guó)的IGM，美國(guó)PAR等公司，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也研發(fā)了一些數(shù)控系統(tǒng)，比如有華中理工大學(xué)、遼寧藍(lán)天集團(tuán)、南京大方系統(tǒng)、北方凱奇系統(tǒng)、清華系統(tǒng)、KND系統(tǒng)等，但技術(shù)水平和穩(wěn)定性與國(guó)際水平相比還有一定的差距。

選擇數(shù)控系統(tǒng)的原則是：性能價(jià)格比要高、使用和維修方便、市場(chǎng)的壽命要長(zhǎng)。

以上是選擇設(shè)備時(shí)要考慮的主要因素。對(duì)這些因素要結(jié)合企業(yè)具體的生產(chǎn)情況、資金情況、技術(shù)情況和管理情況統(tǒng)籌兼顧、全面地權(quán)衡利弊才能更好的做好設(shè)備選型工作。

[1] 張倫玠.數(shù)控系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2] 林欒鴻.機(jī)床數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.