五、數控系統的選擇

　　隨著市場需求多樣化，機床制造商往往提供同一種機床可配置多種數控的選擇或數控系統中多種選擇功能的選擇。

　　機床制造商提供的機床配置的數控系統分為主流系統及可適應的系統，主流系統相對來說技術成熟性好一些，但對使用用戶應另有要求，例如對名牌系統的質量追求、希望在國內有較好的售后技術條件、在用戶單位使用的數控系統相對集中在幾家等要求，以便使用掌握和維修配件準備，所以用戶單位都愿意配置自己信得過或比較熟悉的數控系統。

　　在可供選擇的系統中性能高低差別很大，直接影響到設備價格構成，因此不能片面追求高水平、新系統，而應以滿足主機性能為主，對系統性能和價格等作一個綜合分析，選用合適的系統。目前世界上比較著名的數控系統有日本的FANUC、德國的SINUMERIK、法國的NUM、意大利的FIDIA、西班牙的FAGO和美國的A-B等。各大機床制造廠商也有自己的一些系統，如MAZAK、OKUMA等。國內也有航天集團、機電集團、華中理工大學、遼寧藍天、南京大方集團、北方凱奇等數控系統供應商，每家公司也都有一系列的各種規格的產品。

　　用戶選擇系統的基本原則是：性能價格比要高、購后的使用維護要方便、系統的市場壽命要長（不能選淘汰系統，否則使用幾年后將找不到維修備件）等。

　　數控系統中除基本功能以外還有很多可供選擇的功能。對配在機床上的系統，由于機床使用基本要求所需的數控系統選擇功能已由制造商選配，用戶可以根據自己的生產管理、測量要求、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接口聯網要求等。

　　六、自動換刀裝備（ATC）、自動交換工作臺（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控機床上，如加工中心、車削中心和帶交換沖頭的數控沖床等，自動交換裝置是這些設備的基本特征附件，它的工作質量直接關系到整機的質量，也是構成設備投資中的重要組成部分（經費占整機成本的10%～30%）。因此，在選擇主機設備時必須得重視所配ATC自動換刀裝置的工作質量和刀具儲存量。目前加工中心自動換刀裝置的配套較為規范，以下以加工中心的ATC裝置為例來說明其選擇原則。

　　現場經驗表明，在加工中心的使用故障中有50%左右與ATC裝置有關，但ATC又是提高設備加工效率的基本部件，因此建議用戶應在滿足使用要求的前提下，盡量選用結構簡單和可靠性高的ATC，這樣也可以相應地降低整機價格。

　　下面介紹與ATC裝置相關的主要技術參數。

　　（1）刀柄型號

　　刀柄型號取決于機床主軸裝刀柄孔的規格。現在絕大部分加工中心機床主軸孔都是采用ISO規定的7:24錐孔，常用的有40號、45號、50號等，個別的還有30號和35號。機床規格越小，刀柄規格也應選小的，但小規格刀柄對加工大尺寸孔和長孔很不利，所以對一臺機床如果有大規格的刀柄可選擇時，應該盡量選擇大的，但刀庫容量和換刀時間都要受到影響。近年來加工中心和數控銑床都向高速化方向發展，許多實驗數據表明：當主軸轉速超過10000r/min以上時，7:24錐孔由于離心力作用會有一定漲大，影響刀柄的定位精度。為此，一種觀點是建議采用德國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接觸的過定位錐面刀柄，但在定心精度和重復定位精度方面，HSK系列要好一些，目前在國內還很少有廠家生產。

　　對同一種錐面規格的刀柄有日本BT標準、美國CAT標準、德國VDI標準等，他們規定機械手爪夾持的尺寸不一樣，刀柄的拉緊釘尺寸也不一樣，所以選擇時必須考慮齊全，對已經擁有一定數量數控機床的用戶或即將采購一批數控機床的用戶，應盡可能選擇互相能通用的、單一標準的刀柄系列。

　　（2）換刀時間

　　換刀時間是指刀柄交換時間，即從主軸上換下用過的刀具、裝上新的刀具的總時間。細分又有兩種規定方式，即刀對刀時間（Tool to tool）和總換刀時間（Chip to chip），總換刀時間包含了舊刀具加工完畢離開加工區域到刀具交換完畢主軸上裝上新刀具進入新的加工前之間的時間。目前最快的純換刀時間可達0.7s左右，總換刀時間在3～12s之間，立式機床換刀時間一般比臥式的短。換刀時間短意味著機床生產效率高。

　　（3）最大刀具重量

　　最大刀具重量是指在自動刀具交換情況下允許的最大刀具重量，錐度40號左右刀柄最大允許重量在7～8kg，50號刀柄在15kg，一些重型刀具可達25～30kg，但這時換刀速度要減慢。最大刀具直徑和長度主要受刀庫尺寸空間的限制。

　　（4）刀庫容量

　　一些加工中心機床上配置的刀庫容量往往有幾種規格供選擇，有十幾把到40、60、100把等，一些柔性加工單元（FMC）配置中央刀庫后刀具儲存量可達近千把，刀庫的容量只要能滿足基本需要，一般不宜選得太大，因為容量大，刀庫成本高，結構復雜，故障率也相應增加，刀具管理也較為復雜。在單臺機床使用中，當更換一種新的工件時，操作者要根據新的工藝資料對刀庫進行一次清理，刀庫中無關的刀具越多，整理工作量也就越大，也就越容易出現人為的差錯。所以用戶一般應根據典型工件的工藝分析，算出需用刀具數量，進而確定刀庫的容量。如果不是按柔性加工單元或柔性制造系統來考慮，一般機床的刀庫以滿足一種工件一次裝夾所需的全部刀柄數量作為選擇依據。根據國外對中小型加工中心加工典型工件的工藝分析，認為中小型機床刀具儲存量應在4～48把之間。

　　在納入柔性制造單元的機床中，考慮到適應多工件、多工序同時加工的要求，需要配置大容量的刀庫，此時應增加相應的刀具管理措施。

　　2.刀柄和刀具的選擇

　　在主機和自動換刀裝置（ATC）確定后，要選擇所需的刀柄和刀具（刃具）。數控機床所用刀柄系列基本都已標準化，尤其是加工中心所用刀柄，如美國的CAT、日本的BT和我國的JT等。數控機床加工工件最終要靠的是切削刃具，但刃具和機床的連接、在自動交換刀具時提供給機械手的夾持部位等都要靠刀柄來解決，所以選擇刀具實質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刀柄，例如，工藝要求鉆一個直徑6mm的小孔，則刃具選用直徑6mm直柄麻花鉆頭，然后還要選用一個能夾持鉆頭的刀柄。現在有一部分刀柄本身也配置專用的刃具，如精鏜刀柄等。總之，這些附件絕大部分都已標準化，由專業化生產廠供貨，機床用戶要根據具體加工對象合理選用。由于刀柄可供選擇的范圍很廣，但選多了將加大投資，選少了將影響機床的開動率，所以應慎重對待。

　　對一些總批量超過幾千件、反復投產的工件加工來說，在工藝安排中可以考慮采用復合刀具，即利用數控機床主切削功率較大、機床剛度較好的特長，采用復合刀具進行多刀多刃的強力切削，可提高生產率和縮短生產節拍。但一把復合刀具價格要貴得多，而且變成專用工具，必須考慮工件有足夠數量時才經濟。

　　近年在數控機床使用的刀具上開發出了許多新的產品，大大豐富了數控機床的加工工藝，例如，萬能垂直銑頭、反刮刀具、去毛刺刀具、增速頭、銑螺紋刀和內冷刀具等（詳見產品樣本）。

　　3.自動交換工作臺

　　自動交換工作臺是在主機上配置的附件，配置的數量有2、4、6、10個等，除雙交換工作臺以外，主要用柔性制造單元配置。雙交換工作臺的配置可以大大節省復雜零件裝卸定位夾緊的輔助時間，提高機床開動率，但增加該功能設備，投資至少要加10萬元以上。多數量交換工作臺用于柔性制造單元，適用于24小時少人或無人化管理，適應多品種工件交替投產加工，這里應注意增加質量檢查措施，否則投資增長20%～50%是不經濟的。

　　七、機床選擇功能及附件的選擇

　　在選購數控機床時，除滿足基本要求的功能及基本件外，還應充分考慮選擇件選擇功能及附件。選擇原則是：全面配置，充分發揮主機的最大潛力，遠近期效益綜合考慮。對一些價格增加不多，但對使用帶來很多方便的，應盡可能配置齊全。附件配套要保證機床到現場后能立即投入使用，切忌花幾十萬元甚至幾百萬購買的一臺機床，到貨后因缺乏一個幾十元或幾百元的附件而長期不能使用的情況的發生。

　　對數控系統選擇功能應以實用為主，不一定選太多，尤其是納入批量生產線中的設備，應越簡單越好，對多品種、小批量生產方式的機床要加強編程功能的選擇，如隨機程序編制（后臺編程）、運動圖形顯示、人機對話程序編制（GPS）、宏程序編程等，雖然可加快程序編制速度，但費用也要相應增加。另一種配置方案是簡化配置數控系統程序編制的功能，單獨另外配置自動編程機及與數控系統的通信接口，程序處理都事先在編程機上做完成任務，然后花幾分鐘時間，送入數控系統，這樣做能進一步提高機床開動率。

　　在提高加工質量和工作可靠性上也發展了許多附件，如自動測量裝置、接觸式測頭及相應測量軟件、刀具長度和磨損檢測、機床熱變形補償軟件等附件，這些附件選用原則是要求工作可靠、不片面追求新穎。對一些輔助功能附件，如冷卻、防護和排屑等裝置主要根據今后在現場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罩、大流量淋浴式冷卻方式、紙質冷卻液過濾器裝置等。總之，要選擇與生產能力相適應的輔件。

　　八、技術服務

　　數控機床作為一種高科技產品，包含了多學科的專業內容，對這樣復雜的技術設備，要應用好、維修好單靠應用單位自身努力是遠遠不夠的，而且也很難做到，必須依靠和利用社會上的專業隊伍。因此，在選購設備時還應綜合考慮選購其圍繞設備的售前、售后技術服務，其宗旨就是要使設備盡快盡量地發揮作用。

　　對一些新的數控機床用戶來說，最困難的不是缺乏資金購買設備，而是缺乏一支高素質的技術隊伍，因此新用戶從開始選擇設備時起，包括以后的設備到貨安裝驗收、設備操作、程序編制、機械和電氣維修等，都需要人才和技術支持。這些條件在短時間內由用戶解決是很困難的，當前，各機床制造商已普遍重視商品的售前、售后服務，協助用戶對典型工件作工藝分析、進行加工可行性工藝試驗以及承擔成套技術服務，包括工藝裝備研制、程序編制、安裝調試、試切工件，直到全面投入生產后快速響應保修服務，為用戶舉辦各類技術人員培訓等。

　　總之，凡重視技術隊伍建設、重視職工素質提高的企業，數控機床就能得到合理使用。所以在選擇機床時，建議用戶花一部分資金選購針對自己短缺的技術服務，使設備盡快發揮作用。