任务1.2.1 机床选用
一、机床选型及型号确定
1.加工工艺范围的认识
数控车床和普通车床一样，主要用于加工回转体类零件。它集中了卧式车床、多刀车床、转塔车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中产量最大的品种之一。
数控车床工艺范围很广，它适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如内圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面、端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工艺。
2.车床类型的选择
数控车床的分类方法较多，通常采用与普通车床相似的方法进行分类。
（1）按车床主轴位置分类
①立式数控车床。其车床主轴垂直于水平面，并有一个直径很大、供装夹工件用的圆形工作台。这类机床主要用于加工径向尺寸相对较小的大型复杂零件。
②卧式数控车床。卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。
（2）按数控系统的功能分类
①经济型数控车床。这类数控车床一般采用开环控制，具有CRT 显示、程序存储、程序编辑等功能，加工精度较低，功能较简单。
②全功能型数控车床。这是较高档次的数控车床，具有刀尖圆弧半径自动补偿、恒线速、倒角、固定循环、螺纹切削、图形显示、用户宏程序等功能，加工能力强，适于加工精度高、形状复杂、循环周期长、品种多变的单件或中小批量零件。
③精密型数控车床。该类数控车床采用闭环控制，不但具有全功能型数控车床的全部功能，而且机械系统的动态响应较快，适于精密和超精密加工。
（3）其他分类方法
按数控车床的不同控制方式，可以分为直线控制数控车床、两主轴控制数控车床等；按特殊或专门工艺性能，可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。
数控机床与一般机床相比，有以下几方面的特点：
①采用数控机床可以获得更高的加工精度和稳定的加工质量。
数控机床是按以数字形式给出的指令脉冲进行加工的。目前脉冲当量基本达到了0.001 mm。进给传动链的反向间隙与丝杠导程误差等均可由数控装置进行补偿，所以可获得较高的加工精度。
当加工轨迹是曲线时，数控机床可以做到使进给量保持恒定。这样，加工精度和表面质量可以不受零件形状复杂程度的影响。
工件的加工尺寸是按预先编好的程序由数控机床自动保证的，加工过程消除了操作者人为的操作误差，使得同一批零件的加工尺寸一致，重复精度高，加工质量稳定。
②具有较强的适应性和柔性。
车成型面
数控机床的加工对象改变时，只需重新编制相应的程序，输入计算机就可以自动加工出新的工件。同类工件系列中不同尺寸、不同精度的工件，只需局部修改或增删零件程序的相应部分。随着数控技术的迅速发展，数控机床的柔性也在不断地扩展，逐步向多工序集中加工方向发展。
使用数控车床、数控铣床和数控钻床等时，分别只限于各种车、铣或钻等加工。然而，在机械工业中，多数零件往往必须进行多种工序的加工。这种零件在制造中，大部分时间用于安装刀具、装卸工件、检查加工精度等，真正进行切削的时间只占30%左右。在这种情况下，单功能数控机床就不能满足要求了，因此出现了具有刀库和自动换刀装置的各种加工中心机床，实现一机多用，如车削加工中心、镗铣加工中心等。车削中心用于加工回转体，且兼有铣（铣键槽、扁头等）、镗、钻（钻横向孔等）等功能。镗铣加工中心用于箱体零件的钻、扩、镗、铰、攻螺纹等工序。加工中心机床具有更强的适应性和更广的通用性。
车螺纹
③具有较高的生产率。
数控机床不需人工操作，四面都有防护罩，不用担心切屑飞溅伤人，可以充分发挥刀具的切削性能。主轴和进给都采用无级变速，可以达到切削用量的最佳值。这就有效地缩短了切削时间。
数控机床在程序指令的控制下可以自动换刀、自动变换切削用量、快速进退等，因而大大缩短了辅助时间。在数控加工过程中，由于可以自动控制工件的加工尺寸和精度，一般只需做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检查，因而可以减少停机检验时间。
加工中心进一步实现了工序集中，一次装夹可以完成大部分工序，从而有效地提高了生产效率。
④改善劳动条件，减轻工人的劳动强度。
应用数控机床时，工人不需要直接操作机床，而是编好程序、调整好机床后，由数控系统来控制机床，免除了繁重的手工操作。一人能管理几台机床，提高了劳动生产率。当然，对工人的文化技术要求也提高了。数控机床的操作者，既是体力劳动者，也是脑力劳动者。
⑤便于现代化的生产管理。
用计算机管理生产是实现管理现代化的重要手段。数控机床的切削条件、切削时间等都是由预先编好的程序决定的，都能实现数据化。这就便于准确地编制生产计划，为计算机管理生产创造了有利条件。数控机床适宜与计算机联系，目前已成为以计算机辅助设计、辅助制造和计算机管理一体化的计算机集成制造系统（CIMS）的基础。
⑥数控机床造价高，维护比较复杂，需专门的维修人员，需高度熟练和经过培训的零件编程人员。
3.机床型号的确定
根据GB／T 15375—2008 《金属切削机床型号编制方法》 和加工要求，选择CAK6150D 型数控车床对项目零件进行加工。CAK6150D 数控车床是一种经济、实用的万能型加工机床，产品结构成熟、性能质量稳定可靠，可进行多次重复循环加工，广泛地应用于汽车、军工等行业的机械加工。可实现轴类、盘类的内外表面，以及锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔等加工。
CAK6150D 型数控车床机床型号解读：
C 为机床类型代号，读作“车”，意为车床；(https://www.daowen.com)
A 为结构特性代号，和CA6140 型卧式车床中的A 意义相似；
K 为通用特性代号，读作“控”，意为数控；
6 为组代号，1 为系代号，6 组1 系的车床为卧式车床；
50 为主参数，由于折算系数为1／10，查相关国家标准可知，床身上最大回转直径为500 mm；
D 为重大改进顺序号，CAK6150D 型数控车床经过了第四次重大改进。
二、结构布局及主要参数的认识
1.机床结构布局的认知
CA6150D 型卧式车床结构布局与一般卧式车床类似。其主要加工轴类零件和直径不太大的盘套类零件，主要部件有主轴箱、进给箱、控制箱、刀架、尾座、床身和床腿等。
数控机床的结构特点及要求与一般机床有一定的差异。由于数控机床的控制方式和使用特点，使数控机床与普通机床在机械传动和结构上有显著的不同，其特点有：
①采用了高性能无级变速主轴及伺服传动系统，机械传动结构大为简化，传动链缩短。
②采用了刚度、抗震性、耐磨性较好及热变形小的机床新结构。如动静压轴承的主轴部件、钢板焊接结构的支承件等。
③采用了在效率、刚度和精度等各方面较优良的传动部件，如滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆副及塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等。
④采用多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置和自动排屑、自动润滑冷却装置等，以改善劳动条件、提高生产率。
对数控机床机械结构的基本要求见表1.2.1。
表1.2.1 数控机床机械结构的基本要求
2.机床主要参数的认识
（1）典型数控系统简介
数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能要求，配置不同的数控系统。系统不同，其指令代码也有差别，因此，编程时应按所使用数控系统代码的编程规则进行编程。
FANUC（日本）、SIEMENS（德国）、FAGOR（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、MIT-SUBISHI（日本）等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位；我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。
（2）数控机床的主要参数
①数控机床的可控轴数与联动轴数。
数控机床的可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目，即数控机床有几个运动方向采用了数字控制。数控机床可控轴数与数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。国外最高级数控装置的可控轴数已达到24 轴。
数控机床的联动轴数，是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目。目前有两轴联动、三轴联动、四轴联动和五轴联动等。三轴联动数控机床可以加工空间复杂曲面，实现三坐标联动加工。四轴联动和五轴联动数控机床可以加工飞行器叶轮和螺旋桨等零件。
②数控机床的运动性能指标。
数控机床的运动性能指标主要包括：
主轴转速：数控机床的主轴一般均采用直流或交流调速主轴电动机驱动，选用高速精密轴承支承，保证主轴具有较宽的调速范围和足够高的回转精度、刚度及抗振性。
进给速度：数控机床的进给速度是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。它受数控装置的运算速度、机床动特性及工艺系统刚度等因素的限制。
坐标行程：数控机床坐标轴X、Y、Z 的行程大小构成数控机床的空间加工范围，即加工零件的大小。坐标行程是直接体现机床加工能力的指标参数。
摆角范围：具有摆角坐标的数控机床，其转角大小也直接影响到加工零件空间部位的能力。但转角太大又造成机床的刚度下降，因此给机床设计带来许多困难。
刀库容量和换刀时间：刀库容量和换刀时间对数控机床的生产率有直接影响。刀库容量是指刀库能存放加工所需要的刀具数量，目前常见的中小型数控加工中心多为16～60 把刀具，大型数控加工中心达100 把刀具。换刀时间指带有自动交换刀具系统的数控机床，将主轴上使用的刀具与装在刀库上的下一工序需用的刀具进行交换所需要的时间。
③数控机床的精度指标。
数控机床的精度指标主要包括定位精度、重复定位精度、分度精度、分辨度与脉冲当量等。
分辨度与脉冲当量：分辨度是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。对测量系统而言，分辨度是可以测量的最小增量；对控制系统而言，分辨度是可以控制的最小位移增量。机床移动部件相对于数控装置发出的每个脉冲信号的位移量叫作脉冲当量。坐标计算单位是一个脉冲当量，它标志着数控机床的精度分辨度。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。目前，普通精度级的数控机床的脉冲当量一般采用0.001 mm／pulse，简易数控机床的脉冲当量一般采用0.01 mm／pulse，精密或超精密数控机床的脉冲当量采用0.000 1 mm／pulse。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。
（3）CAK6150D 型数控车床的技术参数
CAK6150D 型数控车床的技术参数见表1.2.2。
机床的精度
表1.2.2 CAK6150D 型数控车床的技术参数
