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加工中心技師論文|加工中心如何選型
在企業(yè)的技術(shù)改造中，為提高競爭力，都把加工中心放在優(yōu)先選擇的地位，都希望用最少的投資獲得精度高、功能強、運行可靠的機床。由于加工中心一次性投資大、技術(shù)復(fù)雜，給用戶選型訂貨造成許多不便；同時價格、功能和精度是一個對立的統(tǒng)一體。因此，用戶如何選擇適合的機床顯得十分重要。機床選型不僅是以機床技術(shù)、加工技術(shù)為基礎(chǔ)的實際綜合應(yīng)用技術(shù)，而且是一種受自身經(jīng)濟實力約束的應(yīng)用技術(shù)。加工中心的選型，由于價格遠較普通機床昂貴，所以受到的制約因素更多，機床選擇合理與否就更顯突出。正確選型是用好加工中心、使加工中心發(fā)揮效益的關(guān)鍵。
1 選型程序
正確、全面地認識加工中心是選型訂貨的基礎(chǔ)，要對加工中心的性能、特征、類型、主要參數(shù)、功能、適用范圍、不足等有全面、詳盡的了解和掌握。在充分認識的基礎(chǔ)上，可按下述程序展開。
正確選擇加工對象 在企業(yè)生產(chǎn)的眾多零件中選擇典型加工對象，即零件族選擇。加工中心適宜于多品種、小批量生產(chǎn)。批量的形成不僅按零件的幾何尺寸和數(shù)量來決定，還應(yīng)考慮工藝的成組性。采用成組技術(shù)，可以有效地增加相似零件的加工批量，以接近大批量生產(chǎn)的效率和效益，實現(xiàn)中、小批量的生產(chǎn)。零件族選擇的是否合適，對充分發(fā)揮投資效益有著十分重要的影響。
制定工藝方案 對確定的零件族的典型零件(主樣件)進行工藝分析，制定工藝方案。選擇規(guī)格、精度、功能符合要求的機床，并考慮企業(yè)今后的發(fā)展，決定是否需要功能預(yù)留。同時，加工中心的加工工時費用高，在考慮工序負荷時，不僅要考慮機床加工的可能性，還要考慮加工的經(jīng)濟性。
2 選型
類型選擇
考慮加工工藝、設(shè)備的最佳加工對象、范圍和價格等因素，根據(jù)所選零件族進行選擇。如，加工兩面以上的工件或在四周呈徑向輻射狀排列的孔系、面的加工，如各種箱體，應(yīng)選臥式加工中心；單面加工的工件，如各種板類零件等，宜選立式加工中心；加工復(fù)雜曲面時，如導(dǎo)風(fēng)輪、發(fā)動機上的整體葉輪等，可選五軸加工中心；工件的位置精度要求較高，采用臥式加工中心。在一次裝夾中需完成多面加工時，可選擇五面加工中心；當工件尺寸較大時，如機床床身、立柱等，可選龍門式加工中心。當然上述各點不是絕對的，特別是數(shù)控機床正朝著復(fù)合化方向發(fā)展，最終還是要在工藝要求和資金平衡的條件下做出決定。
參數(shù)選擇
加工中心最主要的參數(shù)為工作臺尺寸等，根據(jù)確定的零件族的典型零件進行選擇。
工作臺尺寸 這是加工中心的主參數(shù)，主要取決于典型零件的外廓尺寸、裝夾方式等。應(yīng)選比典型零件稍大一些的工作臺，以便留出安裝夾具所需的空間，還應(yīng)考慮工作臺的承載能力，承載能力不足時應(yīng)考慮加大工作臺尺寸，以提高承載能力。
坐標軸的行程 最基本的坐標軸是X、Y、Z，其行程和工作臺尺寸有相應(yīng)的比例關(guān)系。工作臺的尺寸基本上決定了加工空間的大小。如個別工件的尺寸大于機床坐標行程，則必須要求工件的加工區(qū)處在機床的行程范圍之內(nèi)。
主軸電動機功率與轉(zhuǎn)矩 它反映了數(shù)控機床的切削效率，也從一個側(cè)面反映了機床的剛性。同一規(guī)格的不同機床，電動機功率可以相差很大。應(yīng)根據(jù)工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等進行綜合考慮。
主軸轉(zhuǎn)速與進給速度 需要高速切削或超低速切削時，應(yīng)關(guān)注主軸的轉(zhuǎn)速范圍。特別是高速切削時，既要有高的主軸轉(zhuǎn)速，還要具備與主軸轉(zhuǎn)速相匹配的進給速度。
精度選擇
機床的精度等級主要根據(jù)典型零件關(guān)鍵部位精度來確定。主要是定位精度、重復(fù)定位精度、銑圓精度。數(shù)控精度通常用定位精度和重復(fù)定位精度來衡量，特別是重復(fù)定位精度，它反映了坐標軸的定位穩(wěn)定性，是衡量該軸是否穩(wěn)定可靠工作的基本指標。特別值得注意的是，選型訂貨時必須全面分析，不能簡單地看產(chǎn)品樣本所列的精度數(shù)值，因為標準不同、規(guī)定數(shù)值不同、檢測方法不同，數(shù)值的涵義就不同。刊物、樣本、合格證所列出的單位長度上允許的±值(如：±0.01/300)常是不明確的，訂貨時要特別注意，一定要弄清是ISO標準、VDI/DGQ344182(德國標準)、JIS(日本標準)還是NMTBA(美國標準)。進而分析各種不同標準所規(guī)定的檢測計算方法和檢測環(huán)境條件，才不會產(chǎn)生誤解。
銑圓精度是綜合評價數(shù)控機床有關(guān)數(shù)控軸的伺服跟隨運動特性和數(shù)控系統(tǒng)插補功能的主要指標之一。一些大孔和大圓弧可以采用圓弧插補用立銑刀銑削，不論典型工件是否有此需要，為了將來可能的需要及更好地控制精度，必須重視這一指標。
數(shù)控精度對加工質(zhì)量有舉足輕重的影響，同時要注意加工精度與機床精度是兩個不同的概念。將生產(chǎn)廠樣本上或產(chǎn)品合格證上的位置精度當作機床的加工精度是錯誤的。樣本或合格證上標明的位置精度是機床本身的精度，而加工精度是包括機床本身所允許誤差在內(nèi)的整個工藝系統(tǒng)各種因素所產(chǎn)生的誤差總和。整個工藝系統(tǒng)的誤差，原因是很復(fù)雜的，很難用線性關(guān)系定量表達。在選型時，可參考工序能力kp的評定方法作為精度的選型依據(jù)。一般說來，計算結(jié)果應(yīng)大于1.33。
機床的剛度
剛度直接影響到生產(chǎn)率和加工精度。加工中心的加工速度大大高于普通機床，電動機功率也高于同規(guī)格的普通機床，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度也遠高于普通機床。剛性是機床質(zhì)量的一個重要特征，但對選型而言，由用戶對所選機床進行剛性評價尚無可借鑒的標準。實際上用戶在選型時，綜合自己的使用要求，對機床主參數(shù)和精度的選擇都包含了對機床剛性要求的含義。訂貨時可按工藝要求、允許的扭矩、功率、軸力和進給力最大值，根據(jù)制造商提供的數(shù)值進行驗算。用于難切削材料加工的機床，應(yīng)對剛性予以特殊關(guān)注。這時為了獲得機床的高剛性，往往不局限于零件尺寸，而選用相對零件尺寸大1至2個規(guī)格的機床。
數(shù)控系統(tǒng)選擇
數(shù)控功能分為基本功能與選擇功能，可以從控制方式、驅(qū)動形式、反饋形式、檢測與測量、用戶功能、操作方式、接口形式和診斷等方面去衡量。基本功能是必然提供的，而選擇功能只有當用戶選擇了這些功能后，廠家才會提供，需另行加價，且定價一般較高。對數(shù)控系統(tǒng)的功能一定要根據(jù)機床的性能需要來選擇，訂購時既要把需要的功能訂全，不能遺漏，同時避免使用率不高造成浪費，還需注意各功能之間的關(guān)聯(lián)性。在可供選擇的數(shù)控系統(tǒng)中，性能高低差別很大，價格也可相差數(shù)倍。應(yīng)根據(jù)需要選擇，不能片面追求高指標，以免造成浪費。多臺機床選型時，盡可能選用同一廠家的數(shù)控系統(tǒng)，這樣操作、編程、維修都比較方便。同時要注意，再好的系統(tǒng)，必須要有機床可靠的零件質(zhì)量和裝配質(zhì)量支持，才能發(fā)揮效能。
坐標軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)
坐標軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)均應(yīng)滿足典型工件加工要求。一般坐標軸的數(shù)量也是機床檔次的一個標志。一般情況下，同廠家、同規(guī)格、同等精度的機床，增加一個標準坐標軸，價格約增加35%左右。盡管增加軸數(shù)可強化機床的功能，最終還是要注意工藝要求和資金平衡。
工作臺功能選擇
臥式加工中心有回轉(zhuǎn)工作臺�；剞D(zhuǎn)工作臺有兩種，用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺的分度定位間距有一定的限制，而且工作臺只起分度與定位作用，在回轉(zhuǎn)過程中不能參與切削。分度角有：0.5°times;720、5°times;72、3°times;120和1°times;360等，須根據(jù)具體工件的加工要求選擇。數(shù)控轉(zhuǎn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)任意分度，作為B軸與其它軸聯(lián)動控制。立式加工中心也可配置數(shù)控分度頭。但必須根據(jù)實際需要確定，以經(jīng)濟、實用為目的。
自動換刀裝置(ATC)和刀庫容量
ATC的工作質(zhì)量和刀庫容量直接影響機床的使用性能、質(zhì)量及價格。
刀庫容量以滿足一個復(fù)雜加工零件對刀具的需要為原則。應(yīng)根據(jù)典型工件的工藝分析算出加工零件所需的全部刀具數(shù)，由此來選擇刀庫容量。當要求的數(shù)量太大時，可適當分解工序，將一個工件分解為兩個、三個工序加工，以減小刀庫容量。同時要關(guān)注最大刀具尺寸、最大刀具重量。
ATC的選擇主要考慮換刀時間與可靠性。換刀時間短可提高生產(chǎn)率，但換刀時間短，一般換刀裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、成本高，過分強調(diào)換刀時間會使價格大幅度提高并使故障率上升。據(jù)統(tǒng)計加工中心的故障中約有50%與ATC有關(guān)，因此在滿足使用要求的前提下，盡量選用可靠性高的ATC，以降低故障率和整機成本。
冷卻方式
冷卻裝置形式較多，部分帶有全防護罩的加工中心配有大流量的淋浴式冷卻裝置，有的配有刀具內(nèi)冷裝置(通過主軸的刀具內(nèi)冷方式或外接刀具內(nèi)冷方式)，部分加工中心上述多種冷卻方式均配置。精度較高、特殊材料或加工余量較大的零件，在加工過程中，必須充分冷卻。否則，加工引起的熱變形，將影響精度和生產(chǎn)效率。一般應(yīng)根據(jù)工件、刀具及切削參數(shù)等實際情況進行選擇。
自動交換工作臺選擇
為了提高機床利用率，可選擇交換工作臺，以便機床正常工作時，仍可在交換工作臺上安裝工件。如機床要納入FMC、FMS，則自動交換工作臺是必須的，這樣便于機床進入自動物流系統(tǒng)。
配備必要的附件、刀具
為了充分發(fā)揮機床的作用，在選型訂貨時，除考慮基本功能和基本備件外，還應(yīng)選用一些選擇功能、選擇件及附件，避免因缺少一個幾萬元錢就能購買的附件而影響機床的正常運行。而且，單獨簽訂合同購買附件的單價大大高于隨同主機一起供貨的附件單價。慎重選擇刀柄和刀具是保證機床正常運行的關(guān)鍵。國外金屬切削專家認為“1臺價值25萬美元的數(shù)控機床其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于1把價值30美元的立銑刀的性能”�？梢�，配備性能良好的刀具，是降低成本，獲得最大綜合經(jīng)濟效益的關(guān)鍵措施之一。但刀柄和刀具的需要量大，占設(shè)備投資的比例很大，有時甚至超過設(shè)備本身的投資。因此，最佳的選擇辦法還是根據(jù)典型工件所需的品種和數(shù)量確定，并在使用中陸續(xù)添置。
配備刀柄時，要注意機床主軸孔的標準、拉釘標準和機械手夾持部位的標準。許多廠商在樣本和說明書中只列出主軸標準，忽略了拉釘、機械手夾持部位的標準，訂貨時要特別注意�？紤]不同機床之間刀具的通用性，在訂貨時，應(yīng)盡量減少種類、型式。既可資源共享，降低在刀具方面的投資，也便于管理。機床的構(gòu)成中，排屑裝置、防護裝置和對刀儀等均是必須的。同時注意配套性，對一些盡管不是必須選擇件，但如果價格不高，對使用帶來很多方便，也應(yīng)盡量選用。不能因為少一個價值很低的附件而使昂貴的機床運行時產(chǎn)生不便。
3 需要注意的問題
注意功能與加工的適應(yīng)性雖然加工中心可進行鉆、銑、鏜等多種加工。但是在具體選擇時，還應(yīng)根據(jù)需要考慮機床功能是否適應(yīng)。要注意以下幾點：
復(fù)雜曲線加工時，要考慮CNC是否有所需要的曲線插補功能，或選擇什么方式逼近加工曲線并保證要求的粗糙度。
三維加工時，要考慮選擇適合的刀具結(jié)構(gòu)，還要考慮程序編制的能力。有的還必須配備自動編程裝置或后置處理編程裝置。
需要進行螺紋切削時(非攻絲方式)，不僅要看是否有螺紋切削功能、螺旋線插補功能和主軸轉(zhuǎn)動與進給同步功能，還要考慮機床是否有徑向進給裝置、是否有主軸在旋轉(zhuǎn)方向上任意角度位置準確定位功能。否則，僅在數(shù)控系統(tǒng)中用了螺紋切削功能仍然無法進行螺紋切削。
錐孔加工(非成形加工方式)時，機床要具有三坐標聯(lián)動功能或刀具要有徑向進給功能。
采用金剛鉸、浮動鏜和擠壓加工等特種加工時，既要考慮適宜自動換刀的條件，又要考慮選擇合適的刀具結(jié)構(gòu)和切削用量。盡可能在購買主機時一并購置部分易損部件及其它附件。
如果企業(yè)有應(yīng)用DNC、FMS、CIMS的規(guī)劃，或要進行網(wǎng)絡(luò)制造，要注意通訊功能，選擇具有RS-232C、甚至MAP(manufacturing automation protocol)網(wǎng)絡(luò)通訊接口的系統(tǒng)。
技術(shù)服務(wù)
注意供貨商是否具有良好的技術(shù)服務(wù)能力，如程序編制人員、操作人員、機械和電氣維修人員的培訓(xùn)，一定期限的免費保修，長期迅速的維修服務(wù)，供貨方協(xié)助對典型工件做工藝分析，進行加工可行性工藝試驗、試切工件以及承擔(dān)成套技術(shù)服務(wù)，直至全面投入生產(chǎn)。
機床的可靠性
機床運轉(zhuǎn)的可靠性決定了機床的全部質(zhì)量。加工中心使用中，故障發(fā)生時間遠遠早于軸承的第一次更換期。數(shù)控系統(tǒng)由于某一塊插件板故障造成停機數(shù)月的現(xiàn)象不少見，一個傳感器失效造成機床喪失部分功能也多有發(fā)生。在現(xiàn)有條件下，用戶選型過程中，可通過對老用戶進行走訪，多了解機床的一些使用情況。
機床的噪聲和造型
綠色制造和清潔生產(chǎn)是現(xiàn)代制造重要的內(nèi)容之一。對于機床噪聲，各國都有明確的標準。目前聲音品質(zhì)也被列為評價機床質(zhì)量的標準之一。不少機床不但控制噪聲等級，而且對雜音控制也提出了要求。即機床運轉(zhuǎn)時，除噪聲等級不允許超標外，還不應(yīng)該有不悅耳雜音產(chǎn)生。不悅耳雜音一般指雖不超出噪聲標準規(guī)定的等級，但是卻可以聽到的怪異音響。
機床造型也可以統(tǒng)稱為機床的觀感質(zhì)量，機床造型技術(shù)是人機工程學(xué)在機床行業(yè)的實際應(yīng)用。機床造型對工業(yè)安全、人體衛(wèi)生和生產(chǎn)效率產(chǎn)生著潛在的，但又非常重要的影響。選型時要把機床造型作為一項要求內(nèi)容。
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