数控机床选型指南

发布时间:2015-10-08
一、 数控机床加工的典型工件
1、 卧式加工中心:
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。
2、 立式加工中心:
板类零件:立式或龙门铣床加工平面→立式加工中心或钻攻机上加工各类孔;
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→高速数控铣或雕铣机精加工→抛光或电腐蚀型面;

3、 车削加工中心:
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);
法兰和盘类件:数控车床(粗加工)→车削中心(精加工);
4、 简单箱体类,异形类,型腔模具工件,如果加工余量大(粗加工),而且以型面加工为主,刀具更换量少,一般选用数控铣床。
5、 箱体类,异形类,型腔模具工件,如果加工余量小(精加工),而且以单面孔系加工为主,需要多把刀具频繁更换,一般选用立式加工中心。
6、 箱体类,异形类,型腔模具工件,如果加工余量小(精加工),而且以多面孔系加工为主,需要多把刀具频繁更换,,一般选用卧式加工中心或立式加工中心配旋转工作台。
7、 复杂多轴曲面、空间多角度面或孔零件,一般选用四轴、五轴机或车铣复合等加工中心。
二、 各类数控机床异同
1、 数控铣和加工中心
用于完成较大铣削量的工件的加工设备,对数控系统要求速度一般,主轴转速0~8000RPM左右,有时要考虑低转速大扭矩,需要主轴减速来提升扭力,注重金属去除率。基础部分刚性要求非常高,运动部分刚性要求非常高。
优点:能进行重切削,适于加工工序集中零件; 缺点:由于运动部分高刚性和相对较重的质量,机床快速响应能力中等,对于小刀具加工和快速进给位移无能为力。
2、 数控雕铣机
用于完成较小铣削量,或软金属的加工设备。要求高速的数控系统,主轴转速3000~30000RPM左右,非移动部分刚性要求高,移动部分主要考虑快速响应能力,尽可能的轻一些,同时保持一定的钢性。
优点:可进行比较细小的加工,加工精度高。对于软金属可进行高速加工; 缺点:由于刚性差所以不可能进行重切削。
3、 高速切削机床
用于完成中等铣削量,并且把铣削后的打磨量降为最低的加工设备。要求高速的数控系统以及极好的伺服电机特性,主轴转速1500~30000RPM左右,基础部分刚性要求非常高, 运动部分刚性要求比较高,而且尽可能的将响应速度提高。
优点:能进行中小量的切削,适于半精和精加工分开的工艺加工零件;正确使用下能发挥高效,低成本,使打磨量变为极少。缺点:对刀具、操作者、制造者要求高,容易因为误操作等原因造成大的损失。
三、 选择数控机床规格
1、 机床工作台面积应大于典型零件尺寸以便于安装夹具或压板等,一般大于至少100mm;
2、 机床行程应大于典型零件加工范围以便于进出刀,一般大于至少150mm;
3、 机床工作台承重能力应大于零件和夹具的重量;
4、 数控机床的主电机功率反映了机床的切削效率,在同类规格机床上也可以有各种不同的配置。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通过皮带或直联主轴,甚至采用电主轴结构。这样的结构在低速中功率受到限制,即调速电机在低转速时输出功率下降,为了确保低速输出满足加工要求,就得采用大功率电机,所以同规格机床数控机床主轴电机比普通机床大好几倍。当使用单位的一些典型工件上有大量的低速重切削加工时,必须对机床的低速输出进行校核,必要时增加齿轮箱或减速增力机构。
5、 根据加工零件工艺参数选择机床,针对铝件加工特性选择主轴速度相对高的,针对钢件大切屑量的要选择扭力大的。
6、 刀库配置后,价格贵,故障率也越高,加工中心20%以上的故障都与刀库有关。合理选择是否需要配置刀库。对于固定的大批量的箱体类零件加工,适合配置刀库。对于模具行业和小批量生产不需要配刀库。
7、 自动对刀系统,误差在0.001~.0003μm内,与自动换刀时间来比,效率差不了多少,价格比刀库低得多,损坏率低。
四、 选择机床的精度
1、 几何精度:机床静态精度,国标中有明确规定项目、检验方法和允许数值,制造厂在内控时也有标准数值,厂内会要求严一些。
2、 数控精度:应统一使用ISO标准衡量机床的定位和重复定位精度值,JIS标准数值相比会有较大差异。机床的重复定位精度反映了该控制轴在行程内任意定位点的定位稳定性,这是衡量该控制轴能否稳定可靠的基本指标。目前数控系统中软件都有丰富的误差补偿功能,能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。例如,传动链各环节的间隙、弹性变形和接触刚度等变化因素,它们往往随着工作台的负载大小、移动距离长短、移动定位速度的快慢等反映出不同的瞬时运动量。在一些开环和半闭环进给伺服系统中,测量元件以后的机械驱动元件,受各种偶然因素影响,也有相当大的随机误差影响,如滚珠丝杠热伸长引起的工作台实际定位位置漂移等。
3、 工作精度:加工零件时会受到刀具、夹具、工件变形等因素影响,工件实际精度不会等同于机器数控精度,一般排除其他因素在单轴上移动加工两孔的孔距精度约为机床单轴定位精度的2倍左右,双轴移动则为机床单轴定位精度的3倍左右。
五、 数控转台选择注意事项
1、 工件的材质:
a) 铝、铜等材质,可选气刹转台
b) 铸铁、钢等材质,请选油刹转台
2、 工件的精度要求;
a) 20秒以内可选气刹任意角度之分度盘。
b) 15秒以内可选油刹任意角度之分度盘。
c) 10秒以内可考虑加装光学尺(圆光栅);但圆光栅价格比较高,所以只做定位加工时可考虑改选齿式油刹转台,可达±5秒,齿式油刹为(1°或5°)之倍数的固定角度之分度盘,不可做连续切削加工。
3、 工件的形状及尺寸:
a) 如是圆棒型,则请加购三爪卡盘及顶针尾座,在选用三爪卡盘时,卡盘的外径不要大于盘面直径,卡盘对工件的夹持尺寸范围。
b) 如是奇形异状,且一次要加工2个以上的工件,则请加购圆盘尾座[另L型块,大底板,中板,(过桥板)可请夹具商制作]。在使用过桥板是,过桥板的宽度尺寸尽量不要大于盘面直径。
4、 可承受负载:
先确认分度盘可承受工件的负载,在确认机床可承受的总负载,再将预选的分度盘、尾座、L型块、中板(过桥板)、大底板、工件、夹具等重量合计。如果超重,则先判断工件的材质如是铝合金或其他轻材料,只是形状枝节过长,活动旋径需求过大,造成必需选择大型分度盘,则此时可将分度盘改选小一号的,再另加垫高块即可减重,且价格也较低又能满足工件的活动旋径。
5、 确认Y轴方向的干涉:
先确认预选的分度盘放在机床工作台上是否有干涉?请先将立加Y轴移到原点后测量工作台中心槽到机床移门钣金处的尺寸,则再查核分度盘的盘面中心线到电机罩尾端(不含接线盒)的尺寸,则分度盘确定不会撞到移门钣金。反之,如果会撞到移门钣金,则考虑改选转台。
6、 确认放置工件的可用空间:
底板比机床工作台两边最多突出不超过100mm,桥板厚度视空间长度不能太薄,核算放置工件的宽度尺寸是否符合要求。
7、 特殊要求:
a) 有些工件有倾斜角度的要求时,一般人会想到四轴半分度盘(倾斜轴是手动的),但因为手动倾斜轴没有数控系统可微调精度,故精度很差,且倾斜轴的半月型蜗轮易磨损,故建议:贵司自制斜度块+第四轴即可取代四轴半分度盘,既省费用,倾斜角度有精准且无蜗轮磨损之困扰。
b) 如果工件有二个以上的倾斜角度需加工时,则请选择双轴(五轴)分度盘。
c) 凡购买分度盘+圆盘尾座,且要设计搭配摇篮式夹具时,因力臂这段已超出盘面(垫高块越高,力臂越长,越不合机械常识的负载)造成偏心加工时,预先与四轴厂家沟通
d) 第四轴的接口(介面)包括:分度盘、第四轴的电机、有护套的动信线、无护套的动信线、第四轴的驱动器。除了这5个大硬件之外,机床上必须为第四轴做预留的各个小硬件或PLC软件都成为预留第四轴接口。
六、 数控机床驱动及电机的选择
1、 数控机床的控制系统、驱动放大器、驱动电机最好选择同一家配套系统,其性能才能得到最佳匹配和发挥。如FAUNC控制系统,则应选择FANUC推荐的FAUNC驱动放大器和FANUC驱动电机,同一控制系统,驱动不同、电机不同则性能相差悬殊、价格也相差悬殊。
2、 进给电机功率扭矩越大,其响应能力(即启动、制动、加减速、准确定位、换向)越强,定位能力越高、价格也越高。
3、 电机功率越大,其每分钟可切除的金属余量就越多,表明机床承受切削的能力越强,刚性也越高。

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