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数控机床如何选型?八个步骤轻松搞定!(二)
[2017-04-15]

  五、数控系统的选择

  随着市场需求多样化,机床制造商往往提供同一种机床可配置多种数控的选择或数控系统中多种选择功能的选择。

  机床制造商提供的机床配置的数控系统分为主流系统及可适应的系统,主流系统相对来说技术成熟性好一些,但对使用用户应另有要求,例如对名牌系统的质量追求、希望在国内有较好的售后技术条件、在用户单位使用的数控系统相对集中在几家等要求,以便使用掌握和维修配件准备,所以用户单位都愿意配置自己信得过或比较熟悉的数控系统。

  在可供选择的系统中性能高低差别很大,直接影响到设备价格构成,因此不能片面追求高水平、新系统,而应以满足主机性能为主,对系统性能和价格等作一个综合分析,选用合适的系统。目前世界上比较着名的数控系统有日本的FANUC、德国的SINUMERIK、法国的NUM、意大利的FIDIA、西班牙的FAGO和美国的A-B等。各大机床制造厂商也有自己的一些系统,如MAZAK、OKUMA等。国内也有航天集团、机电集团、华中理工大学、辽宁蓝天、南京大方集团、北方凯奇等数控系统供应商,每家公司也都有一系列的各种规格的产品。

  用户选择系统的基本原则是:性能价格比要高、购后的使用维护要方便、系统的市场寿命要长(不能选淘汰系统,否则使用几年后将找不到维修备件)等。

  数控系统中除基本功能以外还有很多可供选择的功能。对配在机床上的系统,由于机床使用基本要求所需的数控系统选择功能已由制造商选配,用户可以根据自己的生产管理、测量要求、刀具管理、程序编制要求等,额外再选择一些功能列入订货单中,如DNC接口联网要求等。

  六、自动换刀装备(ATC)、自动交换工作台(APC)和刀柄的选择配置

  1.ATC的选择

  在具备综合加工能力的一些数控机床上,如加工中心、车削中心和带交换冲头的数控冲床等,自动交换装置是这些设备的基本特征附件,它的工作质量直接关系到整机的质量,也是构成设备投资中的重要组成部分(经费占整机成本的10%~30%)。因此,在选择主机设备时必须得重视所配ATC自动换刀装置的工作质量和刀具储存量。目前加工中心自动换刀装置的配套较为规范,以下以加工中心的ATC装置为例来说明其选择原则。

 

  现场经验表明,在加工中心的使用故障中有50%左右与ATC装置有关,但ATC又是提高设备加工效率的基本部件,因此建议用户应在满足使用要求的前提下,尽量选用结构简单和可靠性高的ATC,这样也可以相应地降低整机价格。

  下面介绍与ATC装置相关的主要技术参数。

  (1)刀柄型号

  刀柄型号取决于机床主轴装刀柄孔的规格。现在绝大部分加工中心机床主轴孔都是采用ISO规定的7:24锥孔,常用的有40号、45号、50号等,个别的还有30号和35号。机床规格越小,刀柄规格也应选小的,但小规格刀柄对加工大尺寸孔和长孔很不利,所以对一台机床如果有大规格的刀柄可选择时,应该尽量选择大的,但刀库容量和换刀时间都要受到影响。近年来加工中心和数控铣床都向高速化方向发展,许多实验数据表明:当主轴转速超过10000r/min以上时,7:24锥孔由于离心力作用会有一定涨大,影响刀柄的定位精度。为此,一种观点是建议采用德国VDI推荐的短锥刀柄HSK系列,另外,在日本已有部分商品的锥面和端面同时接触的过定位锥面刀柄,但在定心精度和重复定位精度方面,HSK系列要好一些,目前在国内还很少有厂家生产。

  对同一种锥面规格的刀柄有日本BT标准、美国CAT标准、德国VDI标准等,他们规定机械手爪夹持的尺寸不一样,刀柄的拉紧钉尺寸也不一样,所以选择时必须考虑齐全,对已经拥有一定数量数控机床的用户或即将采购一批数控机床的用户,应尽可能选择互相能通用的、单一标准的刀柄系列。

  (2)换刀时间

  换刀时间是指刀柄交换时间,即从主轴上换下用过的刀具、装上新的刀具的总时间。细分又有两种规定方式,即刀对刀时间(Tool to tool)和总换刀时间(Chip to chip),总换刀时间包含了旧刀具加工完毕离开加工区域到刀具交换完毕主轴上装上新刀具进入新的加工前之间的时间。目前最快的纯换刀时间可达0.7s左右,总换刀时间在3~12s之间,立式机床换刀时间一般比卧式的短。换刀时间短意味着机床生产效率高。

  (3)最大刀具重量

  最大刀具重量是指在自动刀具交换情况下允许的最大刀具重量,锥度40号左右刀柄最大允许重量在7~8kg,50号刀柄在15kg,一些重型刀具可达25~30kg,但这时换刀速度要减慢。最大刀具直径和长度主要受刀库尺寸空间的限制。

  (4)刀库容量

  一些加工中心机床上配置的刀库容量往往有几种规格供选择,有十几把到40、60、100把等,一些柔性加工单元(FMC)配置中央刀库后刀具储存量可达近千把,刀库的容量只要能满足基本需要,一般不宜选得太大,因为容量大,刀库成本高,结构复杂,故障率也相应增加,刀具管理也较为复杂。在单台机床使用中,当更换一种新的工件时,操作者要根据新的工艺资料对刀库进行一次清理,刀库中无关的刀具越多,整理工作量也就越大,也就越容易出现人为的差错。所以用户一般应根据典型工件的工艺分析,算出需用刀具数量,进而确定刀库的容量。如果不是按柔性加工单元或柔性制造系统来考虑,一般机床的刀库以满足一种工件一次装夹所需的全部刀柄数量作为选择依据。根据国外对中小型加工中心加工典型工件的工艺分析,认为中小型机床刀具储存量应在4~48把之间。

  在纳入柔性制造单元的机床中,考虑到适应多工件、多工序同时加工的要求,需要配置大容量的刀库,此时应增加相应的刀具管理措施。

  2.刀柄和刀具的选择

  在主机和自动换刀装置(ATC)确定后,要选择所需的刀柄和刀具(刃具)。数控机床所用刀柄系列基本都已标准化,尤其是加工中心所用刀柄,如美国的CAT、日本的BT和我国的JT等。数控机床加工工件最终要靠的是切削刃具,但刃具和机床的连接、在自动交换刀具时提供给机械手的夹持部位等都要靠刀柄来解决,所以选择刀具实质上是包括刃具和刀柄的配置。刃具选择取决于加工工艺要求,刃具确定后还必须配置相应刀柄,例如,工艺要求钻一个直径6mm的小孔,则刃具选用直径6mm直柄麻花钻头,然后还要选用一个能夹持钻头的刀柄。现在有一部分刀柄本身也配置专用的刃具,如精镗刀柄等。总之,这些附件绝大部分都已标准化,由专业化生产厂供货,机床用户要根据具体加工对象合理选用。由于刀柄可供选择的范围很广,但选多了将加大投资,选少了将影响机床的开动率,所以应慎重对待。

  对一些总批量超过几千件、反复投产的工件加工来说,在工艺安排中可以考虑采用复合刀具,即利用数控机床主切削功率较大、机床刚度较好的特长,采用复合刀具进行多刀多刃的强力切削,可提高生产率和缩短生产节拍。但一把复合刀具价格要贵得多,而且变成专用工具,必须考虑工件有足够数量时才经济。

  近年在数控机床使用的刀具上开发出了许多新的产品,大大丰富了数控机床的加工工艺,例如,万能垂直铣头、反刮刀具、去毛刺刀具、增速头、铣螺纹刀和内冷刀具等(详见产品样本)。

  3.自动交换工作台

  自动交换工作台是在主机上配置的附件,配置的数量有2、4、6、10个等,除双交换工作台以外,主要用柔性制造单元配置。双交换工作台的配置可以大大节省复杂零件装卸定位夹紧的辅助时间,提高机床开动率,但增加该功能设备,投资至少要加10万元以上。多数量交换工作台用于柔性制造单元,适用于24小时少人或无人化管理,适应多品种工件交替投产加工,这里应注意增加质量检查措施,否则投资增长20%~50%是不经济的。

  七、机床选择功能及附件的选择

  在选购数控机床时,除满足基本要求的功能及基本件外,还应充分考虑选择件选择功能及附件。选择原则是:全面配置,充分发挥主机的最大潜力,远近期效益综合考虑。对一些价格增加不多,但对使用带来很多方便的,应尽可能配置齐全。附件配套要保证机床到现场后能立即投入使用,切忌花几十万元甚至几百万购买的一台机床,到货后因缺乏一个几十元或几百元的附件而长期不能使用的情况的发生。

  对数控系统选择功能应以实用为主,不一定选太多,尤其是纳入批量生产线中的设备,应越简单越好,对多品种、小批量生产方式的机床要加强编程功能的选择,如随机程序编制(后台编程)、运动图形显示、人机对话程序编制(GPS)、宏程序编程等,虽然可加快程序编制速度,但费用也要相应增加。另一种配置方案是简化配置数控系统程序编制的功能,单独另外配置自动编程机及与数控系统的通信接口,程序处理都事先在编程机上做完成任务,然后花几分钟时间,送入数控系统,这样做能进一步提高机床开动率。

  在提高加工质量和工作可靠性上也发展了许多附件,如自动测量装置、接触式测头及相应测量软件、刀具长度和磨损检测、机床热变形补偿软件等附件,这些附件选用原则是要求工作可靠、不片面追求新颖。对一些辅助功能附件,如冷却、防护和排屑等装置主要根据今后在现场使用要求和工艺要求而定,例如,考虑以后加工大裕量铸铁件的要求,则要选用高密封防护罩、大流量淋浴式冷却方式、纸质冷却液过滤器装置等。总之,要选择与生产能力相适应的辅件。

  八、技术服务

  数控机床作为一种高科技产品,包含了多学科的专业内容,对这样复杂的技术设备,要应用好、维修好单靠应用单位自身努力是远远不够的,而且也很难做到,必须依靠和利用社会上的专业队伍。因此,在选购设备时还应综合考虑选购其围绕设备的售前、售后技术服务,其宗旨就是要使设备尽快尽量地发挥作用。

  对一些新的数控机床用户来说,最困难的不是缺乏资金购买设备,而是缺乏一支高素质的技术队伍,因此新用户从开始选择设备时起,包括以后的设备到货安装验收、设备操作、程序编制、机械和电气维修等,都需要人才和技术支持。这些条件在短时间内由用户解决是很困难的,当前,各机床制造商已普遍重视商品的售前、售后服务,协助用户对典型工件作工艺分析、进行加工可行性工艺试验以及承担成套技术服务,包括工艺装备研制、程序编制、安装调试、试切工件,直到全面投入生产后快速响应保修服务,为用户举办各类技术人员培训等。

  总之,凡重视技术队伍建设、重视职工素质提高的企业,数控机床就能得到合理使用。所以在选择机床时,建议用户花一部分资金选购针对自己短缺的技术服务,使设备尽快发挥作用。

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