大型数控机床平衡油缸的固定方法

大型数控机床平衡油缸的固定方法有：底座固定、支架固定和导轨固定。

1、底座固定：将平衡油缸与机床的底座相连接，并通过螺栓、联轴器或其他固定装置将其牢固固定在底座上。

2、支架固定：将平衡油缸与机床的支架相连接，并通过螺栓、销轴等固定装置将其牢固固定在支架上。

3、导轨固定：有些数控机床平衡油缸会通过导轨进行运动，这时可以使用导轨固定槽或夹紧装置将平衡油缸牢固地固定在导轨上。

为液压卡盘，液压尾台，液压转塔，提供稳定的压力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。

高速电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。高速数控机床主传动系统取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”。

高速电主轴所融合的技术：

电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

高速电主轴所融合的技术：

高速轴承技术：电主轴通常采用复合陶瓷轴承，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍；有时也采用电磁悬浮轴承或静压轴承，内外圈不接触，理论上寿命无限；

高速电机技术：电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；

润滑：电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用油脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。

冷却装置：为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。

内置脉冲编码器：为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。

自动换刀装置：为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；

高速刀具的装卡方式：广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。

高频变频装置：要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹。

高速主轴的优势分析：

在高速主轴单元中，由于机床既要进行粗加工，也要进行精加工，因此对主轴单元提出了较高的静刚度和工作精度的要求。另外，高速机床主轴单元的动态特性也在很大程度上决定或者制约了机床的价格质量和切削能力。当切削过程出现较大的在振动时，会使刀具出现剧烈的磨损或破损，也会增加主轴轴承所承受的动载荷，降低轴承的精度和寿命，影响加工精度和表面质量。因此，主轴单元应具有较高的抗振性。

相比一般的传统主轴，电主轴将电机内置，传动上摒弃了皮带和齿轮，在高速运转情况下，很好的解决了振动和噪声问题，提高了机床的加工精度和加工表面粗糙度，可以最快地实现较高的速度变化，即主轴回转时要具有极大的角加速度，这极大的提高了生产效率。

用在高精度机床上的电主轴，不但要求主轴转速高，而且要求其旋转精度也高、并且振动小。因此，在电主轴的设计阶段，必须对它进行动力学特性分析，以确定其各阶临界转速和各阶振型。对于高速轴系，其转子动力学性能的分析和设计是直接决定主轴性能设计的一项重要内容。主轴的转子动力学性能如何，对整台机床能否实现高速加工以及加工精度、主轴轴承的寿命和其它关键部件的正常工作等方面都有着至关重要的影响。另外，陶瓷角接触球轴承具有制造精度高、极限转速高、承载能力强，能同时承受径向和轴向载荷等特点而被广泛地应用于高速机床主轴的支承中。轴承内部各元件的运动及所受载荷比较复杂，特别是高速球轴承中，离心力和陀螺力矩作用的结果使轴承的运转状态发生变化，影响到轴承的变形与载荷关系特性，从而影响到球轴承支撑的转子系统的动力学性能。

高速主轴电机的转速选择：

高速主轴电机，不管轻金属加工还是重金属加工，其的选择都根据加工材料的本质来选择转速。加工密度高的材料之所以要选择24000~60000转，是因为材料密度高，硬度强，低转速加工会造成出行毛边，表面不光滑等现象。加工低密度的材料之所以选择3000~24000转的，是因为高转速对低密度材料来说有造成拉裂的危险等因素。

高速主轴的变速方式：

1、无级变速

数控机床一般采用直流或交流主轴伺服电动机实现主轴无级变速。

交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统），由于没有电刷，不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低。因此，目前应用较为广泛。

主轴传递的功率或转矩与转速之间的关系。当机床处在连续运转状态下，主轴的转速在437~3500r/min范围内，主轴传递电动机的全部功率11kW，为主轴的恒功率区域Ⅱ（实线）。在这个区域内，主轴的最大输出扭矩（245Nm）随着主轴转速的增高而变小。主轴转速在35~437r/min范围内，主轴的输出转矩不变，称为主轴的恒转矩区域Ⅰ（实线）。在这个区域内，主轴所能传递的功率随着主轴转速的降低而减小。图中虚线所示为电动机超载（允许超载30min）时，恒功率区域和恒转矩区域。电动机的超载功率为15kW，超载的最大输出转矩为334Nm。

2、分段无级变速

数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，使之成为分段无级变速。

高速主轴的润滑方式：

高速主轴的主轴轴承常见的润滑方式有脂润滑、油雾润滑、油气润滑、喷射润滑及环下润滑等。

脂润滑不需任何设备，是低速主轴普遍采用的润滑方式。dn值在10×106以上的主轴，多采用油润滑的方式。

油雾润滑是将润滑油(如透平油)经压力空气雾化后对轴承进行润滑的。这种方式实现容易，设备简单，油雾既有润滑功能，又能起到冷却轴承的作用，但油雾不易回收，对环境污染严重，故逐渐被新型的油气润滑方式所取代。

油气润滑是将少量的润滑油不经雾化而直接由压缩空气定时、定量地沿着专用的油气管道壁均匀地被带到轴承的润滑区。润滑油起润滑的作用，而压缩空气起推动润滑油运动及冷却轴承的作用。油气始终处于分离状态，这有利于润滑油的回收，而对环境却没有污染。实施油气润滑时，一般要求每个轴承都有单独的油气喷嘴，对轴承喷射处的位置有严格的要求，否则不易保证润滑效果，油气润滑的效果还受压缩空气流量和油气压力的影响。一般地讲，增大空气流量可以提高冷却效果，而提高油气压力，不仅可以提高冷却效果，而且还有助于润滑油到达润滑区，因此，提高油气压力有助于提高轴承的转速。

实验表明，加大压力比采用常规压力进行油气润滑可使轴承的转速提高20%。喷射润滑是直接用高压润滑油对轴承进行润滑和冷却的，功率消耗较大，成本高，常用在dn值为25×106以上的超高速主轴上。

环下润滑是一种改进的润滑方式，分为环下油润滑和环下油气润滑。实施环下油或者油气润滑时，润滑油或油气从轴承的内圈喷入润滑区，在离心力的作用下润滑油更易于到达轴承润滑区，因而比普通的喷射润滑和油气润滑效果好，可进一步提高轴承的转速，如普通油气润滑，角接触陶瓷球轴承的dn值为20×106左右，采用加大油气压力的方法可将dn值提高到22×106，而采用环下油气润滑则可达到25×106。

折弯机的主成部分及结构说明：1、滑块部分：采用液压传动，滑块部分由滑块、油缸及机械挡块微调结构组成。左右油缸固定在机架上，通过液压使活塞带动滑块上下运动，机械挡块由数控系统控制调节数值。2、工作台部分：由按钮盒操纵，使电动机带动挡料架前后移动，并由数控系统控制移动的距离，其最小读数为001毫米。3、同步系统：该机由扭轴、摆臂、关节轴承等组成的机械同步机构，结构简单，性能稳定可靠，同步精度高。机械挡块由电机调节，数控系统控制数值。

滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器！

1、滚珠丝杠公称直径

即丝杠的外径，常见规格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、100、120，不过请注意，这些规格中，各厂家一般只备16~50的货，也就是说，其直径大部分都是期货（见单生产，货期大约在30~60天之间，日系产品大约是2~25个月，欧美产品大约是3~4个月）。公称直径和负载基本成正比，直径越大的负载越大，具体数值可以查阅厂家产品样本。这里只说明两个概念：动额定负荷与静额定负荷，前者指运动状态下的额定轴向负载，后者是指静止状态下的额定轴向负载。设计时参考前者即可。需要注意的是，额定负荷并非最大负荷，实际负荷与额定负荷的比值越小，丝杠的理论寿命越高。推荐：直径尽量选16~63。

2、滚珠丝杠导程

也称螺距，即螺杆每旋转一周螺母直线运动的距离，常见导程有1、2、4、6、8、10、16、20、25、32、40，中小导程现货产品一般只有5、10，大导程一般有1616、2020、2525、3232、4040（4位数前两位指直径，后两位指导程），其规格多数厂家见单生产。导程与直线速度有关，在输入转速一定的情况下，导程越大速度越快。推荐：导程尽量选5和10。

选择导程跟所需要的运动速度、系统等有关，通常在：4、5、6、8、10、12、20中选择，规格较大，导程一般也可选择较大（主要考虑承载牙厚）。在速度满足的情况下，一般选择较小导程（利于提高控制精度）；对于要求高速度的场合，导程可以超过20，对磨制丝杠而言导程一般可做到约等于公称直径（受磨削螺旋升角限制），如32（3232）、40（4040）等，当然也可以更大（非磨削，但极少考虑）。导程越大，同条件下旋转分力越大，周期误差被放大，速度越快。故一般速度很高的场合要求的是灵活，而放弃部分精度诉求，对间隙要求意义变小（导程精度偏差增大），因此，大导程丝杠一般都是单螺母。

3、滚珠丝杠长度

长度有两个概念，一个是全长，另一个是螺纹长度。有些厂家只计算全长，但有些厂家需要提供螺纹长度。螺纹长度中也有两个部分，一个是螺纹全长，一个是有效行程。前者是指螺纹部分的总长度，后者是指螺母直线移动的理论最大长度，螺纹长度=有效行程+螺母长度+设计裕量（如果需要安装防护罩，还要考虑防护罩压缩后的长度，一般按防护罩最大长度的1／8计算）。

在设计绘图时，丝杠的全长大致可以按照一下参数累加：丝杠全长=有效行程+螺母长度+设计余量+两端支撑长度（轴承宽度+锁紧螺母宽度+裕量）+动力输入连接长度（如果使用联轴器则大致是联轴器长度的一半+裕量）。特别需要注意的是，如果的长度超长（大于3米）或长径比很大（大于70），最好事先咨询厂家销售人员可否生产，总体的情况是，国内厂家常规品最大长度3米，特殊品16米，国外厂家常规品6米，特殊品22米。当然不是说国内厂家就不能生产更长的，只是定制品的价格比较离谱。推荐：长度尽量选6米以下，超过的用齿轮齿条更划算了。

4、滚珠丝杠螺母形式

各厂家的产品样本上都会有很多种螺母形式，一般型号中的前几个字母即表示螺母形式。按法兰形式分大约有圆法兰、单切边法兰、双切边法兰和无法兰几种。按螺母长度分有单螺母和双螺母（注意，单螺母和双螺母没有负载和刚性差异，这一点不要听从厂家销售人员的演说，单螺母和双螺母的主要差异是后者可以调整预压而前者不能，另外后者的价格和长度大致均是前者的2倍）。在安装尺寸和性能允许的情况下，设计者在选用时应尽量选择常规形式，以避免维护时备件的货期问题。推荐：频繁动作、高精度维持场合选双螺母，其场合选双且边单螺母。推荐：螺母形式尽量选内循环双切边法兰单螺母。

5、滚珠丝杠精度

滚珠丝杠按GB分类有P类和T类，即传动类和定位类，精度等级有1、2、3、4几种，国外产品一般不分传动还是定位，一律以C0~C10或具体数值表示，一般来说，通用机械或普通数控机械选C7（任意300行程内定位误差±005）或以下，高精度数控机械选C5（±0018）以上C3（±0008）以下，光学或检测机械选C3以上。特别需要注意的是，精度和价格关联性很大，并且，精度的概念是组合和维持，也就是说，螺杆的导程误差不能说明整套丝杠的误差，出厂精度合格不能说明额定使用寿命内都维持这个精度。这是个可靠性的问题，与生产商的生产工艺有关。推荐：精度尽量选C7。

滚珠丝杠副在用于纯传动时，通常选用“T”类（即机械手册中提到的传动类），其精度级别一般可选“T5”级（周期偏差在1丝以下），“T7”级或“T10”级，其总长范围内偏差一般无要求（可不考虑加工时温差等对行程精度的影响，便于加工）。因而，价格较低（建议选“T7”，且上述3种级别的价格差不大）；在用于精密定位传动（有行程上的定位要求）时，则要选择“P”类（即机械手册中提到的定位类），精度级别要在“P1”、“P2”、“P3”、“P4”、“P5”级（精度依次降低），其中“P1”、“P2”级价格很贵，一般用于非常精密的工作母机或要求很高的场合，多数情况下开环使用（非母机），而“P3”、“P4”级在高精度机床中用得最多、最广，需要很高精度时一般加装光栅，需要较高精度时开环使用也很好，“P5”则使用大多数数控机床及其改造，如数控车，数控铣、镗，数控磨以及各种配合数控装置的传动机构，需要时也可加装光栅（因“5”级的“任意300mm行程的偏差为0023”，且曲线平滑，在很多实际案例中，配合光栅效果非常好）。

以上说的都是主要参数，在选用型号时还得用到以下参数：珠卷数，珠径，制造方式代码，预压等级等。分别说明如下：

6、滚珠丝杠珠卷数

这个参数一般标注在型号的导程后，如4010-4，这个“-4”就是珠卷数，因为有循环方式的问题说起来比较复杂，用户可以简单的理解为滚动体的循环圈数，“-4”就是4个循环，这个数值越大表示负载越大螺母长度越长。

7、滚珠丝杠珠径

这个参数是指滚动体的直径，型号中不会体现，但是在各厂家的技术参数表中会标识，一般与公称直径和导程相关，用户不必理会。但是有些用户因使用不当导致滚珠掉出螺母外需要重装滚珠时这个参数是要注意的，尺寸一般精确到0001，当然，不推荐用户自行安装，否则厂家不会提供无偿维护，即使产品仍在保修期内。如有滚珠意外掉落的情况，应通知供应商协助安装。

8、滚珠丝杠制造方式代码

滚珠丝杠的制造方式主要是两种：轧制和磨制，前者也称滚轧制造或转造，一般用F表示。后者也称研磨制造。一般用G表示。因工艺的不同，两者能达到的精度等级不同，目前，轧制方式能达到的最高精度是C5级，而磨制可以成产出更高精度的产品。不过请注意，两种制造方式与精度、性能没有逆向必然性，也就是说如果选用的精度是C7，那么与是怎么制造出来的无关。事实上碰到许多厂家的专业销售人员都未必知道两者之间的详细区别，所以多说几句：轧制属于批量制造，磨制属于精确制造，前者的生产效率远远高于后者，但是前者的制造设备成本也远远高于后者。换句话说，磨制丝杠的进入门槛较低，轧制生产的进入门槛较高，能生产轧制丝杠的厂家一般也能生产磨制丝杠，而能生产磨制丝杠的厂家不一定能生产轧制丝杠。所以，同精度产品如果该可以买到轧制品就不要买磨制品，原因很简单：便宜。另外说明一点，轧制和磨制仅指螺杆，螺母全是磨削制造。

9、滚珠丝杠预压

也称预紧。关于预压，用户不必了解具体预紧力和预紧方式，只需按照厂家样本选择预压等级即可。等越高螺母与螺杆配合越紧，等级越低越松。遵循的原则是：大直径、双螺母、高精度、驱动力矩较大的情况下预压等级可以选高一点，反之选低一点。

②通过马达及对速度的要求来确定丝杠轴承导程；

④通过负载及速度分布（加减速）来确定平均轴向力和转速；

⑤通过平均轴向力确定预压力；

⑥预期寿命，轴向负荷，转速确定动额定负荷；

⑦基本动额定负荷，导程，临界转速，DmN值限制确定丝杠轴承外径及螺母形式；

⑧外径，螺母，预压，负荷确定刚性（机台设计）；

⑨环境温度，螺母总长确定热变及累积导程；

⑩丝杠轴承刚性，热变位确定预拉力；

机床最高速度，温升时间，丝杠轴承规格确定马达驱动扭矩及规格。

数控系统的配置和功能选择系统

数控系统的配置和功能选择系统是数控机床的重要组成部分，配置什麽样的数控系统及选择哪些数控功能，都是机床生产厂家和最终用户所关注的问题。数控系统的配置伺服控制单元的选择 数控系统的位置控制方式,开环控制系统：采用步进电机作为驱动部件，没有位置和速度反馈器件，所以控制简单，价格低廉，但它们的负载能力小，位置控制精度较差，进给速度较低，主要用于经济型数控装置；

半闭环和闭环位置控制系统：采用直流或交流伺服电机作为驱动部件，可以采用内装於电机内的脉冲编码器，旋转变压器作为位置/速度检测器件来构成半闭环位置控制系统，也可以采用直接安装在工作台的光栅或感应同步器作为位置检测器件，来构成高精度的全闭环位置控制系统。

由于螺距误差的存在，使得从半闭环系统位置检测器反馈的丝杠旋转角度变化量，还不能精确地反映进给轴的直线运动位置。但是，经过数控系统对螺距误差的补偿后，它们也能达到相当高的位置控制精度。与全闭环系统相比，

它们的价格较低，安装在电机内部的位置反馈器件的密封性好，工作更加稳定可靠，几乎无需维修，所以广泛地应用于各种类型的数控机床。

直流伺服电机的控制比较简单，价格也较低，其主要缺点是电机内部具有机械换向装置，碳刷容易磨损，维修工作量大。运行时易起火花，使电机的转速和功率的提高较为困难。

交流伺服电机是无刷结构，几乎不需维修，体积相对较小，有利于转速和功率的提高，目前已在很大范围内取代了直流伺服电机。

伺服控制单元的种类

分离型伺服控制单元，其特点是数控系统和伺服控制单元相对独立，也就是说，它们可以与多种数控系统配用，

NC系统给出的指令是与轴运动速度相关的DC电压（例如0-10V），而从机床返回的是与NC系统匹配的轴运动位置检测

信号（例如编码器感应同步器等输出信号）。伺服数据的设定和调整都在伺服控制单元侧进行（用电位器调节或通

过数字方式输入）。

串行数据传输型伺服控制单元，其特点是NC系统与伺服控制单元之间的数据传送是双向。与轴运动相关的指令数据、伺服数据和报警信号是通过相应的时钟信号线、选通信号号、发送数据线、接收数据线、报警信号线传送。从位置编码器返回NC装置的有运动轴的实际位置和状态等信息。

网络数据传输型伺服控制单元，其特点是轴控制单元密集安装在一起，由一个公用的DC电源单元供电。NC装置通过FCP板上的网络数据处理模块的连接点SR、ST与各个轴控制单元（子站）的网络数据处理模块的SR、ST点串联，组成伺服控制环。各个轴的位置编码器与轴控制单元之间是通过二根高速通信线连接，反馈的信息有运动轴位置和相关

的状态信息。

串行数据传输型和网络数据传输型伺服控制单元的伺服参数在NC装置中用数字设定，开机初始化时装入伺服控制单元，修改和调整都十分方便。

网络数据传输型伺服控制单元（例如大隈OSP-U10/U100系统）在相应的控制软件配合下，具有实时的调整能力，例如在Hi-G型定位加减速功能中，可以根据电机的速度和扭矩特性求出相应的函数，再以其函数控制高速定位时的加减速度，从而抑制高速定位时可能引起的振动。定位速度的提高可以缩短非切削时间，提高加工效率。又如在Hi-Cut型进给速度控制功能中，系统可以在读入零件加工程序后，自动识别数控指令要求加工的零件形状（圆弧、棱边等），

自动调节加工速度，使之最佳化，进而实现高速高精度加工。

采用高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的全数字化交流伺服系统出现后，硬件伺服控制变为软件伺服控制，一些现代控制理论的先进算法得到实现，进而大大地提高了伺服系统的控制性能。

伺服控制单元是数控系统中与机械直接相关联的部件，它们的性能与机床的切削速度和位置精度关系很大，其价格也占数控系统的很大部分。相对来说，伺服部件的故障率也较高，约占电气故障的70%以上，所以选配伺服控制单元十分重要。

伺服故障除了与伺服控制单元的可靠性有关外，还与机床的使用环境、机械状况和切削条件密切相关。例如环境温度过高，易引起器件过热而损坏；防护不严可能引起电机进水，造成短路；导轨和丝杠润滑不好或切削负荷过重会引起电机过流。机械传动机构卡死更会引起功率器件的损坏，虽然伺服控制单元本身有一定的过载保护能力，但是故障情况严重或者多次发生时，仍然会使器件损坏。有些数控系统具有主轴和进给轴的实时负载显示功能（例如大隈OSP系统的“当前位置”页面上不仅可以显示轴运动的实时位置数据，而且还同时显示各轴的实时负载百分比，用户可以利用这些信息，采取措施来防止事故的发生。

进给伺服电机的选择

输出扭矩是进给电机负载能力的指标。从图2可见，在连续操作状态下，输出扭矩是随转速的升高而减少的，电机的性能愈好，这种减少值就愈小。为进给轴配置电机时应满足最高切削速度时的输出扭矩。虽然在快速进给时不作切削，负载较小，但也应考虑最高快速进给速度下的起动扭矩。高速时的输出扭矩下降过多也会影响进给轴的控制特性。

主轴伺服电机的选择

输出功率是主轴电机负载能力的指标。从图3可见主轴电机的额定功率是指在恒功率区（速度N1到N2）内运行时的输出功率，低于基本速度N1时达不到额定功率，速度愈低，输出功率就愈小。为了满足主轴低速时的功率要求，一般采用齿轮箱变速，使主轴低速时的电机速度也在基本速度N1以上，此时，机械结构较为复杂，成本也会相应增加。在主轴与伺服电机直接连接的数控机床中，有两种方法来满足主轴低速时的功率要求，其一是选择基本速度较低或额定功率高一档的主轴电机，其二是采用特种的绕组切换式主轴伺服电机（例如日本大隈的YMF型主轴电机），这种电机的三相绕组在低速运行时接成星形，而在高速运行时接成三角形，从而提高了主轴电机的低速功率特性，降低主轴机械部件的成本。

这儿要特别指出的是，虽然高速加工是提高数控机床生产效率的有效途径，但高速、高精度切削会给伺服驱动和计算机部件带来更高的要求，必然增加数控系统的成本，而高速加工的另一个重要应用领域是轻金属和薄壁零件的加工，所以，应该按机床的实际需要选择主轴和进给电机的速度。

位置检测器件的选择

机械原点是数控机床所有座标系的基准点，机械原点的稳定性是数控机床极为重要的技术指标，也是稳定加工精度的基本保证，机械原点的建立方法有两种：

在采用相对位置编码器、感应同步器或光栅作为位置反馈器件的数控机床中，数控系统将各进给轴的回零减速开关（或标记）之后由位置反馈器件产生的第一个零点标记信号作为基准点。这类机床在每次断电或紧急停机后都必须重新作各进给轴的回零操作，否则，实际位置可能发生偏移，回零减速开关与其撞块的相对位置调整不妥，也会引起机械原点位置

的不稳定，这些都是应该重视的；

在采用绝对位置编码器作为位置反馈器件的数控机床中，绝对位置编码器能够自动记忆各进给轴全行程内的每一点位置，不需回零开关，每次断电或紧急停机后，都不必重新作基准点的设定操作。基准点位置设定后永久不变，并由专供绝对位置编码器使用的存储器记忆，特别适用于鼠牙盘定位的旋转工作台零点位置的设定，不仅稳定性好，而且给操作和调整带来极大方便。

机械设计方案的选择

机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应机电沟通，扬长避短。下面举例说明。

例一主轴转速的调节有采用伺服电机或变频电机实现自动无级调速和用普通三相异步电机驱动、机械齿轮分级变速、进行人工换档两类方法。

加工中心机床使用多种刀具进行连续的不同种类（铣、钻、镗和攻丝等）的切削加工，所以主轴的转速是经常变化的，而且必须由加工程序的S指令自动实现，自动换刀时还必须进行主轴定向，所以必须采用带有定向功能的自动无级调速方式。

对于主轴转速要求不高的普通数控铣床来说，刀具的更换都是用手动方式进行，而且在加工过程中，同一把刀具选择不同转速的机会并不多见，在手动换刀的同时进行手动变速对生产效率的影响并不大，所以经常采用机械齿轮分级变速、人工换档的控制方式。与采用伺服电机进行无级调速的方案相比，可以显着地降低生产成本，节省能源，维修也简单，是

很实用的选择。

例二使用卧式加工中心对零件进行多面加工时，往往需要更换夹具并多次装卡，必须占用可贵的机床运行时间，选用有双工位自动托板交换（APC）装置的卧式加工中心，可以大大地节省零件装卡的占机时间，从而提高机床的生产效率，而且该功能的控制是由PLC控制程序来完成，除了多用几个输入/输出控制点外，数控系统的成本增加不多，是个功能/价格比很高的选择。

例三加工中心机床的换刀时间对生产效率有很大影响，而换刀速度与机械结构有很大的关系。例如，由油缸控制的机械手换刀时间一般在10秒以上，在2~3秒内能完成换刀动作的机械手一般采用伺服电机驱动，配有凸轮和内外油缸松刀机构。与机构不相当的换刀速度，可能使故障率增加。选择合理的切削路径、采用高质量的刀具、切削条件的最佳化也是提高生产效率的重要手段，应综合考虑。

数控功能的选择

除基本功能以外，数控系统还为用户提供多种可选功能，各知名品牌的数控系统的基本功能差别不大，所以，合理地选择适合机床的可选功能，放弃可有可无或不实用的可选功能，对提高产品的功能/价格比大有好处，下面列举几个例子供参考。

动画/轨迹显示功能

该功能用于模拟零件加工过程，显示真实刀具在毛坯上的切削路径，可以选择直角座标系中的两个不同平面的同时显示，也可选择不同视角的三维立体显示。可以在加工的同时作实时的显示，也可在机械锁定的方式下作加工过程的快速描绘。这是一种检验零件加工程序、提高编程效率和实时监视的有效工具。

软盘驱动器

通过这种数据传送工具可以将系统中已经调试完毕的加工程序存入软盘后存档，也可以通过它将在其它计算机生成的加工程序存入NC系统，从而减少加工程序的输入占机时间，更可以用它作各种机床数据的备份或存储，给程编和操作人员带来很大方便。

DNC-B通信功能

众所周知，由非圆曲线或曲面组成的零件加工程序的编制十分困难，通常的办法是借助于通用计算机，将它们细分为微小的三维直线段后再编写加工程序，所以程序容量极大。在模具加工中，这种长达几百K字节（4K字节约等于10米纸带长度）的加工程序经常遇到，而一般数控系统提供的基本程序存储容量为64128K字节，这给模具加工带来很大困难。

DNC-B通信功能具有两种工作方式，其一是在个人计算机和数控系统的加工程序存储区之间进行双向的程序传送，其二是将个人计算机的加工程序一段一段地传送到数控系统的缓冲运行存储器，边加工边传送，直到加工结束。这就彻底解决了大容量程序零件的加工问题。虽然选用这项功能需要增加一定的费用，但它确实是功能/价格比很高的选项。

当然，选择扩充内存容量也是解决曲面模具加工的有效方法，例如大隈OSP系统的最大运行缓冲存储器容量为512K字节。程序存储器容量可以扩充到4096K字节，这样就可以满足极大部分模具加工的需要，与采用DNC-B方式相比，它的优点是省去了个人计算机这个环节，使运行更加可靠，操作也比较方便。

简化编程的功能

为了提高编程的效率，缩短加工程序的长度，发挥程序存储器的潜力，数控系统提供了一些简化程序编制的方法。

固定循环

将常用的加工工序（例如钻孔、镗孔、攻丝及腔体和周边加工等）编写成参数式的固定循环程序，编程时由用户填入相应的数据（如基面、孔深、每次切入量以及主轴转速和进给速度等）就可完成预定的加工工序，并可多次重复使用。

座标计算功能

利用数控系统的实时计算能力，将以各种规则分布的孔加工工序（例如斜线、圆周和网格等）编写成参数式的固定循环程序，编程时由用户填入相应的数据（如角度、半径、孔数、行数和列数等）就可完成预定的加工工序。

子程序功能

用户可以将零件中多处用到的同一加工工序编成子程序，在相应的部位调用，从而缩短加工程序的长度。

用户宏程序

用户可以利用系统提供的各种算术、逻辑和函数运算符以及各种分支语句，来组成描述加工零件形状的数学表达式，在程序执行过程中，数控系统边运算，边输出结果，用很短的程序就可以实现特种曲线和曲面的加工。

刚性攻丝功能

刚性攻丝功能必须采用伺服电机来驱动主轴，不仅要求在主轴上增加位置传感器，而且对主轴传动机构的间隙和惯量都有严格的要求，所以不能忽略这个功能的成本。对用户来说，如果没有特殊的要求（例如高速高精度、特种材料或大直径孔加工等），可以采用弹性伸缩卡头，在一般主轴上进行柔性攻丝来满足加工要求，就不必选用刚性攻丝功能。

刀具寿命管理功能

在加工中心上是否要选用刀具寿命管理功能，必须考虑加工零件的批量、刀具和毛坯质量的一致性以及刀库的容量等因素，否则，不仅会造成许多人为的错误，影响生产的正常进行，而且备用刀具占用的刀位也将大大减少刀库的有效容量，使一些复杂零件因刀位不足而无法加工。

自动刀具半径/长度和工件测量功能

加工程序中的刀具运动轨迹通常按刀具中心和刀尖编写，所以在程序执行前必须输入相应的刀具半径和长度，这对加工中心尤其重要。

刀具半径和长度可以用普通的量具手工测量，也可用专门的刀具测量仪测量。操作者可以通过每把刀的刀尖在Z轴方向相对于机床上同一“对刀面”的位置差来作为长度偏移值进行补偿，采用数控系统本身提供的“半自动刀具长度测量”功能，输入相对于“标准刀具”的长度补偿值。

自动刀具半径/长度和工件测量功能，需要配备专用的接触式传感器及激光测头和信号接收器。选用此功能时应明确以下几点：

接触式传感器和信号接收器安装在机床工作区内，它的防护十分重要，切削量大，使用喷淋冲洗的机床不宜安装；

进行上述测量需要占用机床加工时间，可能影响机床的效率；

工件测量功能的一般用途是测量工件毛坯上作为程编原点的基准孔中心或其它基准点的位置，代替人工“对刀”，它的精度不会高于机床本身的定位精度。