五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇

　　隨著市場(chǎng)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(lái)說(shuō)技術(shù)成熟性好一些，但對(duì)使用用戶(hù)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(guó)內(nèi)有較好的售后技術(shù)條件、在用戶(hù)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(hù)單位都愿意配置自己信得過(guò)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(mǎn)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(guó)的SINUMERIK、法國(guó)的NUM、意大利的FIDIA、西班牙的FAGO和美國(guó)的A-B等。各大機(jī)床制造廠(chǎng)商也有自己的一些系統(tǒng)，如MAZAK、OKUMA等。國(guó)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(hù)選擇系統(tǒng)的基本原則是：性能價(jià)格比要高、購(gòu)后的使用維護(hù)要方便、系統(tǒng)的市場(chǎng)壽命要長(zhǎng)（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(hù)可以根據(jù)自己的生產(chǎn)管理、測(cè)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(chē)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(lái)說(shuō)明其選擇原則。

　　現(xiàn)場(chǎng)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(hù)應(yīng)在滿(mǎn)足使用要求的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和可靠性高的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(zhǎng)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(kù)容量和換刀時(shí)間都要受到影響。近年來(lái)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(guò)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(guó)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(guò)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(guó)內(nèi)還很少有廠(chǎng)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(guó)CAT標(biāo)準(zhǔn)、德國(guó)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(hù)或即將采購(gòu)一批數(shù)控機(jī)床的用戶(hù)，應(yīng)盡可能選擇互相能通用的、單一標(biāo)準(zhǔn)的刀柄系列。

　?。?）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(guò)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(kāi)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。

　?。?）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(zhǎng)度主要受刀庫(kù)尺寸空間的限制。

　?。?）刀庫(kù)容量

　　一些加工中心機(jī)床上配置的刀庫(kù)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(kù)后刀具儲(chǔ)存量可達(dá)近千把，刀庫(kù)的容量只要能滿(mǎn)足基本需要，一般不宜選得太大，因?yàn)槿萘看?，刀?kù)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(kù)進(jìn)行一次清理，刀庫(kù)中無(wú)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(hù)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(kù)的容量。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統(tǒng)來(lái)考慮，一般機(jī)床的刀庫(kù)以滿(mǎn)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(guó)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(kù)，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(guó)的CAT、日本的BT和我國(guó)的JT等。數(shù)控機(jī)床加工工件最終要靠的是切削刃具，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靠刀柄來(lái)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(zhuān)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(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)廠(chǎng)供貨，機(jī)床用戶(hù)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(kāi)動(dòng)率，所以應(yīng)慎重對(duì)待。

　　對(duì)一些總批量超過(guò)幾千件、反復(fù)投產(chǎn)的工件加工來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)，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(zhuān)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(kāi)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(wàn)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(jiàn)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(kāi)動(dòng)率，但增加該功能設(shè)備，投資至少要加10萬(wàn)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(wú)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(zhǎng)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(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí)，除滿(mǎn)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(lái)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(chǎng)后能立即投入使用，切忌花幾十萬(wàn)元甚至幾百萬(wàn)購(gòu)買(mǎi)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(zhǎng)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(xiàn)中的設(shè)備，應(yīng)越簡(jiǎn)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(huà)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(jiǎn)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(kāi)動(dòng)率。

　　在提高加工質(zhì)量和工作可靠性上也發(fā)展了許多附件，如自動(dòng)測(cè)量裝置、接觸式測(cè)頭及相應(yīng)測(cè)量軟件、刀具長(zhǎng)度和磨損檢測(cè)、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靠、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(chǎng)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(guò)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(zhuān)業(yè)內(nèi)容，對(duì)這樣復(fù)雜的技術(shù)設(shè)備，要應(yīng)用好、維修好單靠應(yīng)用單位自身努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而且也很難做到，必須依靠和利用社會(huì)上的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍。因此，在選購(gòu)設(shè)備時(shí)還應(yīng)綜合考慮選購(gòu)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(hù)來(lái)說(shuō)，最困難的不是缺乏資金購(gòu)買(mǎi)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(hù)從開(kāi)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(hù)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(hù)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(hù)舉辦各類(lèi)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(hù)花一部分資金選購(gòu)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。