数控铣床简介

第1章数控铣床简介数控铣床是世界上最早研制出来的数控机床，是一种功能很强的机床。它加工范围广，工艺复杂，涉及的技术问题多，是数控加工领域中具有代表性的一种机床。目前迅速发展起来的加工中心和柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上发展起来的。人们在研究和开发新的数控系统和自动编程软件时，也把数控铣削加工作为重点。与普通铣床相比，数控铣床的加工精度高，精度稳定性好，适应性强，操作劳动强度低，特别适应于板类、盘类、壳具类、模具类等复杂形状的零件或对精度保持性要求较高的中、小批量零件的加工。下一页第1章数控铣床简介1.1数控铣床的结构特点和分类1.2数控铣床的组成和工作原理1.3数控铣床的主要功能1.4数控铣床的主要规格参数1.1数控铣床的结构特点和分类1.1.1数控铣床的结构特点以南通纵横国际机床股份公司的VM600（XK714B）床身型数控铣床为例，该机床采用立式主轴、十字型床鞍工作台布局，结构十分紧凑。其主要结构特点如下：1.床身部分：它是整个机床的基础。床身底面通过调节螺栓和垫铁与地面相连。调整调节螺栓可使机床工作台处于水平。床身上的Y向矩形导轨连接床鞍，并使其沿导轨运动。2.立柱部分：安装于床身后部，上面设有Z向矩形导轨用于连接铣头部件，并使其沿导轨作Z向进给运动。内部空间安放平衡锤，用于平衡铣头部件重量，减少垂直方向滚珠丝杠的拉力。它是由铣头上下移动经铣头上连接杆、套筒滚子链、链轮等带动而上下运动的。下一页返回1.1数控铣床的结构特点和分类3.铣头部分：由铣头壳体、主传动系统及主轴组成，用于支撑主轴组件及各传动件。壳体后部的垂直导轨处装有压板、镶条及调节螺钉用于调节铣头与立柱导轨的间隙。主传动系统用于实现夹刀、装刀动作，并保证主轴的回转精度。4.工作台床鞍部件：位于床鞍上，用于安装工件并与床鞍一起分别执行X、Y向的进给运动。工作台、床鞍采用矩形导轨以及相应的压板、镶条及调节螺钉，确保导轨副的高精密配合。1.1.2数控铣床的分类数控铣床按不同的分类方式有不同的种类。1.按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分类：上一页下一页返回1.1数控铣床的结构特点和分类（1）立式数控铣床，如图1-1所示。主轴与工件台面垂直，工件装夹方便，加工时便于观察工件的情况，但不便于排屑。立式数控铣床又可分为小、中、大三种类型。小型采用工作台移动和升降而主轴不移动的方式；中型采用纵向和横向移动方式，且主轴可沿垂直方向上下移动；大型考虑到扩大行程、缩小占地面积及保持刚性等技术上的诸多因素普遍采用龙门移动式，其主轴可在龙门架横向和垂直移动，龙门架则沿床身作纵向运动。（2）卧式数控铣床，如图1-2所示。主轴与工作台面平行，加工时不便观察，但排屑顺畅，一般配有数控回转台能加工零件的不同侧面。相对立式数控铣床尺寸要大，目前大都配备自动换刀装置成为卧式加工中心。上一页下一页返回1.1数控铣床的结构特点和分类（3）立卧两用数控铣床。主轴可变换角度。特别是采用数控万能主轴头的立卧两用数控铣床，其主轴头可任意转换方向，加工出与水平面呈各种不同角度的工件表面。若增加数控回转台，就可实现对工件的五面加工。如图1-3所示为立卧两用数控铣床主轴呈水平和垂直的两种状态。2.其它分类按数控铣床结构不同，可以分为立柱移动式数控铣床、主轴头可倾式和可交换工作台式数控铣床；按加工对象的不同可以分为仿形数控铣床、数控摇臂铣床和数控万能工具铣等。上一页返回1.2数控铣床的组成和工作原理1.2.1数控铣床的组成一般由铣床本体、数控装置部分、伺服驱动装置、辅助装置等部分组成。1.铣床本体：数控铣床的机械部件，包括床身、立柱、主轴箱、工作台和进给机构等。2.数控装置部分（CNC装置）：数控机床的核心部分，控制数控机床几乎所有的控制功能。3.伺服驱动装置：数控铣床执行机构的驱动部件，主要包括主轴电机和进给伺服电机，经济型数控机床常采用步进电动机。它把来自数控装置的运动指令进行放大，驱动铣床的运动部件，使工作台按规定轨迹移动或准确定位。4.辅助装置：主要指数控铣床的一些辅助配套部件，如手动换刀时用的气动装置、加工冷却时用的冷却装置、冲屑时用的排屑装置等。下一页返回1.2数控铣床的组成和工作原理1.2.2数控铣床的基本工作原理数控铣床的基本工作原理如图1-4所示。根据被加工零件的图样、尺寸、材料及技术要求等内容进行工艺分析如加工顺序、走刀路线、切削用量等，通过面板键盘输入或磁盘读入等方法把加工程序输入到数控铣床的专用计算机（数控装置）中，数控装置经过驱动电路控制和放大，使伺服电机转动，通过齿轮副(或直接)经滚珠丝杠，驱动铣床工作台（X、Y轴）和Z方向（头架滑板）。再与选定的主轴转速相配合。半闭环和闭环的数控机床检测反馈装置可把测得的信息反馈给数控装置进行比较后再处理，最终完成整个加工。加工结束机床自动停止。上一页返回1.3数控铣床的主要功能1.3.1数控铣床的主要功能数控铣床主要可完成零件的铣削加工以及孔加工，配合不同档次的数控系统，其功能会有较大的差别，但一般都应具有以下主要功能：1.铣削加工功能数控铣床一般应具有三坐标以上联动功能，能够进行直线插补、圆弧插补和螺旋插补，自动控制主轴旋转带动刀具对工件进行铣削加工。如图1-5所示，为三坐标联动曲面铣削加工。联动轴数越多，对工件的装夹要求就越低，加工工艺范围越大。如图1-6所示的叶片模型，利用五轴联动数控铣床可很方便地加工。2.孔及螺纹加工加工孔可采用定尺寸的孔加工刀具如麻花钻、铰刀等进行钻、扩、铰、镗等加工如图1-7所示，也可采用铣刀铣削加工孔。下一页返回1.3数控铣床的主要功能螺纹孔可用丝锥进行攻螺纹，也可采用螺纹铣刀如图1-8所示，铣削内螺纹和外螺纹，螺纹铣削主要利用数控铣床的螺旋插补功能，比传统丝锥加工效率高得多。3.刀具补偿功能包括半径补偿功能和刀具长度补偿功能。半径补偿功能可在平面轮廓加工时解决刀具中心轨迹和零件轮廓之间的位置尺寸关系，同时可改变刀具半径补偿值实现零件的粗精加工。刀具长度补偿解决不同长度的刀具利用长度补偿程序实现设定位置与实际长度的协调问题。4.公制、英制转换功能此项功能可根据图纸的标注选择公制单位编程和英制单位编程，不必单位换算，使程序编程更加方便。5.绝对坐标和增量坐标编程功能在程序编制中，坐标数据可以用绝对坐标或者增量坐标，使数据的计算或程序的编写变得灵活。上一页下一页返回1.3数控铣床的主要功能6.进给速度、主轴转速调节功能用来在程序执行中根据加工状态和编程设定值来随时调整实际的进给速度和主轴转速，以达到最佳的切削效果。7.固定循环功能可实现一些具有典型性的需多次重复加工的内容，如孔的相关加工、挖槽加工等。只要改变参数就可以适应不同尺寸的需要。8.工件坐标系设定功能用来确定工件在工作台上的装夹位置，对于单工作台上一次加工多个零件非常方便。且可对工件坐标系进行平移和旋转以适应不同特征的工件。9.子程序功能对于需要多次重复加工的内容可将其编成子程序在主程序中调用。子程序可以嵌套，嵌套层数视不同的数控系统而定。上一页下一页返回1.3数控铣床的主要功能10.通信及在线加工（DNC）功能数控铣床一般通过RS232接口与外部PC机实现数据的输入输出，如把加工程序传入数控铣床，或者把机床数据输出到PC机备份。有些复杂零件的加工程序很长，超过了数控铣床的内存容量，可以利用传输软件进行边传输边加工的方式。上一页返回1.4数控铣床的主要规格参数数控铣床种类规格较多，但其基本原理和操作方法基本相似。下面以VM600（XK714B）型数控铣床为例介绍其主要规格参数。：1.主轴主轴锥孔BT40#（7：24）主轴转速80~8000rpm2.工作台工作台面积（长×宽）800mm×400mmT型槽数及宽度3×18mmT型槽间距100mm工作台允许最大承重500kg3.行程工作台X向行程600mm工作台Y向行程410mm工作台Z向行程510mm下一页返回1.4数控铣床的主要规格参数主轴端面至工作台面距离125~635mm主轴中心至立柱导轨面距离420mm工作台中心至立柱导轨面距离215~625mm4.进给速度进给速度范围1~5000mm/min快速移动速度15m/min5.精度分辨率0.001mm定位精度X、Z轴0.04mm定位精度Y轴0.03mm重复定位精度0.016mm上一页下一页返回1.4数控铣床的主要规格参数6.控制系统控制系统型号SINUMERIK802D（FANUC0i-MC）系统分辨率0.001mm7.电机容量主轴电机7.5kw进给电机X、Y、Z向3.5kw机床电源380v50Hz8.外形尺寸2500×2295×25509.机床重量4500kg上一页返回图1-1立式数控铣床图1-1立式数控铣床返回图1-2卧式数控铣床图1-2卧式数控铣床返回图1-3立卧两用数控铣床（a）（b）图1-3立卧两用数控铣床（a）主轴呈水平状态；（b）主轴呈垂直状态返回图1-4数控铣床基本工作原理图图1-4数控铣床基本工作原理图返回图1-5三坐标曲面加工图1-5三坐标曲面加工返回图1-6叶片模型图1-6叶片模型返回图1-7钻孔图1-7钻孔返回图1-8螺纹铣削图1-8螺纹铣削返回