数控机床项目四电子教案Word格式文档下载.docx
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数控镗铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件。
2.变斜角类零件
变斜角类零件多为飞机零件，如飞机的整体梁、框、缘条与肋等。
3.曲面（立体类）零件
曲面零件的特点是:
加工面不能展开为平面;
加工面与铣刀始终为点接触。
模块二数控镗铣床的组成及分类
数控镗铣床的机械结构与普通铣床基本相同，工作台可以做横向、纵向、垂直三个方向的运动。
因此普通铣床所能加工的工艺内容，数控镗铣床都能做到。
此外，数控系统还可以通过伺服系统同时控制两个或三个轴的运动，实现两轴或三轴联动，从而加工出平面轮廓及复杂的三维型面。
从机床运动分布特点来看，数控镗铣床可作为数控钻床或数控镗床，有时又称为数控铣床，可加工有一定位置精度要求的孔系。
一、数控镗铣床的组成及布局
1.数控镗铣床的组成
数控镗铣床主要由基础部件、主传动系统、进给传动系统、实现工件回转或定位的装置和附件、实现某些部件动作或辅助功能的系统和装置（如液压、气动、润滑、冷却等系统和排屑装置）、特殊功能装置（如刀具破损监控、精度检测和监控装置）、防护等装置、为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件等组成。
2.数控镗铣床的布局
图4-4为XK5040A数控镗铣床的布局图。
图4-4XK5040A数控镗铣床的布局图
1—底座；
2—强电柜；
3—变压器箱；
4—垂直升降进给伺服电动机；
5—主轴变速手柄和按钮板；
6—床身；
7—数控柜；
8、11—保护开关；
9—挡铁；
10—操纵台；
12—横向溜板；
13—纵向进给伺服电动机；
14—横向进给伺服电动机；
15升降—台；
16—纵向工作台
二、数控镗铣床机械结构的主要特点
1.高刚度和高抗振性
刚度是铣床的技术性能之一，它反映了铣床结构抵抗变形的能力。
为满足数控镗铣床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化的要求，与普通铣床比较，数控镗铣床具有更高的静、动刚度及更好的抗振性。
提高数控镗铣床结构刚度的措施主要有以下几种:
（1）提高铣床构件的静刚度和固有频率
改善薄弱环节的结构或布局，以减少所承受的弯曲载荷和转矩载荷。
举例说明。
（2）改善数控镗铣床结构的阻尼特性
在大件内腔中填充泥芯和混凝土等阻尼材料，在振动时因相对摩擦力较大而耗散振动能量。
（3）采用新材料和钢板焊接结构
数控铣床的床身等基础件可采用人造花岗岩复合材料制作，以提高抗振性和热稳定性；
或是用钢板焊接结构制作基础件代替传统铸件。
2.减少热变形的影响
铣床的热变形是影响加工精度的重要因素之一。
常用措施有以下几种:
（1）改进铣床布局和结构
采用热对称结构，这种结构相对于热源是对称的。
在产生热变形时，其工件或者刀具回转中心对称线的位置基本保持不变，因而可以减少对加工件的精度影响。
采用热平衡措施。
（2）控制发热部位的温度
对铣床发热部位（如主轴箱等），采用散热、风冷和液冷等控制温升的办法来吸收热源发出的热量。
（3）对切削部位采取强冷措施
在大进给量加工时，落在工作台、床身等部件上的炽热切屑是最重要的热源。
采用多喷嘴、大流量冷却液来冷却并排出这些炽热切屑，并对冷却液用大容量循环散热或用冷却装置以控制温升。
（4）热位移补偿
预测热变形规律，建立数学模型存入计算机中进行实时补偿。
3.简化传动系统机械结构
数控镗铣床的主轴驱动系统和进给驱动系统分别采用交流、直流主轴电动机和伺服电动机驱动，这两类电动机调速范围大，并可实现无级调速，因此使主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化。
数控镗铣床传动系统的机械结构如图4-5所示。
4.高传动效率和无间隙传动装置
数控镗铣床在高进给速度下，工作要求平稳，并有高定位精度。
目前，数控镗铣床进给传动系统中常用的机械装置主要有三种：
滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗轮机构和预加载荷双齿轮齿条。
5.低摩擦系数的导轨
铣床导轨是铣床的基本结构之一。
铣床加工精度和使用寿命在很大程度上取决于铣床导轨的质量，数控镗铣床对导轨则有更高的要求。
与普通床相比，数控机床机械机构简单，并且采用了高效率的传动部件以及更先进的传动结构。
如图4-5所示，在机械传动链上，数控镗铣床采用滚珠丝杠副6、直线滚动导轨2以及镶钢贴塑导轨。
数控机床常用导轨及其性能比较如表4-1所示。
三、数控镗铣床的分类
1.数控镗铣床
数控镗铣床是一种用途广泛的数控机床，分为立式和卧式两种。
三坐标立式数控镗铣床是数控镗铣床中数量最多的一种，应用范围也最为广泛。
一般三坐标立式数控镗铣床可进行三坐标联动加工，但也有部分机床只能进行三坐标中的任意两个坐标联动加工（常称为两轴半加工）。
典型立式、卧式数控镗铣床如图4-7所示。
⑴立式数控镗铣床
立式数控镗铣床各坐标轴如图4-8所示。
⑵卧式数控镗铣床
卧式数控镗铣床与普通卧式铣床相似，其主轴轴线平行于水平面。
为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控镗铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现四、五坐标加工。
尤其是万能数控转盘可以把工件上各种不同角度或空间角度的加工面摆成水平来加工，可以省去许多专用角度成型铣刀。
对需要在一次安装中改变工位的工件来说，选择带万能数控转盘的卧式数控镗铣床进行加工是非常合适的。
卧式数控镗铣床各坐标轴如图4-9所示。
⑶立、卧两用数控镗铣床
立、卧两用数控镗铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工的目的，其使用范围更广、功能更全、选择加工的对象和余地更大。
特别是当生产批量小、品种较多且需要采用立、卧两种方式加工时，用户只需购买一台这样的机床可以满足加工要求。
立、卧两用数控镗铣床的工作状态如图4-10所示。
立、卧两用数控镗铣床主轴方向的更换有手动与自动两种，采用数控万能主轴头的立、卧两用数控镗铣床，其主轴头可以任意转换方向，可以加工出与水平面呈各种不同角度的工作表面。
当立、卧两用数控镗铣床增加万能数控转盘后，除安装基面外，其他表面都可以在一次安装中进行加工。
2.数控仿形铣床
数控仿形铣床主要用于各种复杂型腔模具或工件的铣削加工，特别对由不规则的三维曲面和复杂边界构成的工件更显示出其优越性。
如图4-11所示是北京第一机床厂生产的数控定梁仿形龙门镗铣床。
新型数控仿形铣床通常具有以下功能:
（1）数控功能
数控功能类似于一台数控镗铣床具有的标准数控功能，包括三轴联动、刀具半径补偿和长度补偿、用户宏程序及手动数据输入和程序编辑等功能。
（2）仿形功能
在机床上安装仿形头，图4-11（b）所示的仿形头具有手动仿形和自动仿形功能。
自动仿形时可以进行单向仿形、二维或三维轮廓仿形，仿形速度为2m/min。
（3）数字化功能
仿形头在仿形加工的同时，可以采集仿形头运动轨迹数据，并将其处理成加工所需要的标准指令，存入存储器或其他介质，以便以后利用存储的数据进行加工。
3.数控工具铣床
数控工具铣床是在普通工具铣床的基础上，对机床的机械传动系统进行改造并增加数控系统后形成的数控镗铣床，它使工具铣床的功能大大增强。
这种机床适用于工装、刀具、各类复杂的平面、曲面零件的加工。
4.数控钻床
数控钻床能自动进行钻孔加工，用于以钻为主要工序的零件加工。
这类机床大多采取点位控制方式，同时沿两个轴或三个轴移动，以缩短定位时间。
有些机床也采用直线控制方式，以便于进行平行于机床轴线的钻削加工。
图4-12所示为典型的数控钻床。
5.数控龙门镗铣床
数控龙门镗铣床属于大型数控镗铣床，主要用于大中等尺寸、大中等质量的黑色金属和有色金属的各种平面、曲面和孔的加工。
在配置直角铣头的情况下，可以在工件一次装夹下分别对五个面进行加工。
适用于航空、重机、机车、造船、发电、机床、印刷、轻纺、模具等制造行业。
图4-13所示为北京第一机床厂生产的数控龙门镗铣床。
第二单元：
模块三XKA5750数控铣床
1.了解数控铣床的主要技术参数。
2.熟悉主传动系统的作用及特点。
3.熟悉数控铣床进给传动系统的组成以及典型进给传动装置。
4.了解数控回转工作台的结构。
5.了解数控铣床常用辅助装置。
1.主传动系统的作用及特点。
2.数控铣床进给传动系统的组成以及典型进给传动装置。
3.数控回转工作台的结构。
数控铣床进给传动系统的组成以及典型进给传动装置。
模块三KA5750数控铣床
一、XKA5750数控铣床的用途、布局及技术参数
XK5750型数控铣床又称作滑枕式数控铣，它与一般的数控铣床的区别在于横向移动由床身顶部的滑枕来完成，而工作台只做纵向移动和升降台的垂向移动，滑枕前端装有万能铣头。
1.XK5750型数控铣床的用途
XK5750型数控铣床是带有万能铣头具备立卧两用功能的数控铣床，可以实现三坐标联动，滑枕前端的铣头具有互成45°
夹角的两个回转面，能够铣削具有复杂曲线轮廓的零件，例如样板、凸轮、模具和叶片等零件。
2．XK5750数控铣床的布局
XK575型数控铣床的组成与布局如图4-14所示。
万能铣头9不仅可以调整到立式或卧式位置，而且还可以在前半个球体范围内，使铣轴中心线调整到任意倾斜位置。
3．XK5750数控铣床的主要技术参数
工作台：
工作台尺寸（长×
宽）1600mm×
500mm
工作台最大纵向行程1200mm
滑枕最大横向行程700mm
工作台最大垂直行程500mm
主轴：
主轴锥孔ISO50
主轴端面到工作台面距离50-550mm
主轴中心线至床身垂直导轨距离28-728mm
主轴转速范围
进给：
50~2500rpm
切削进给率：
X轴、Y轴6~3000mm/mim
快速移动速度：
X轴、Y轴6m/mim
Z轴3m/mim
电动机：
主轴电动机功率11KW
X轴电机扭矩9.3N·
m
Y轴电机扭矩3N·
Z轴电机扭矩13N·
润滑电动机功率60W
冷却电动机功率125W
数控系统：
控制轴数3（可选4轴）
同时控制轴数（联动轴数）3
二、主传动系统与传动结构
1.主运动传动系统
数控铣床主传动系统的作用是将主轴电动机的原动力通过传动系统变成可用于切削加工的切削力矩和切削速度。
为了适应各种不同材料的加工及各种不同的加工方法，要求数控镗铣床的主传动系统要有较宽的转速范围及相应的输出转矩，其主轴部件能满足高精度、高刚度、低振动、热变形及噪声等需要。
XKA5750数控铣床的传动系统如图4-15所示。
数控铣床的主运动是主轴的旋转运动，主轴的转速范围为50~2500r/min。
主轴转速低于625r/min时为恒转矩输出；
主轴转速为625~1875r/min时为恒功率输出；
主轴转速超过1875r/min后输出功率下降，主轴转速达到2500r/min时，输出功率下降到额定功率的1/3。
2.万能铣头结构
图4-16所示为万能铣头的结构示意图，图示状态主轴（IV）轴线垂直于工作台面。
（1）驱动主轴旋转
（2）主轴及传动轴的结构
XKA5750型数控铣床的万能铣头用螺栓和定位销安装在滑枕前端，作为一个整体部件直接带动刀具运动，因此要求它能传递较大的功率，具有足够的旋转精度、刚度和抗振性。
主轴为空心轴，通孔内安装有刀具夹紧机构，主轴前端的锥孔尺寸符合ISO50锥孔标准，可安装标准XT50型的铣刀或夹头。
（3）万能铣头立卧位置的转换
如图4-16所示，万能铣头的主轴Ⅳ可以分别绕传动轴Ⅱ和传动轴Ⅲ转动0~45°
以调节主轴的方位。
主轴绕水平轴线和45°
轴线转动的综合结果，使铣头主轴在前半个球体范围内可处于立、卧或其它倾斜位置。
三、进给传动系统及传动装置
1.进给传动系统
如图4-15所示，XKA5750数控铣床的进给运动包括工作台的X轴移动、滑枕的Y轴移动和升降台的Z轴移动。
X轴和Y轴的进给运动分别由交流伺服电动机通过21/42的一对同步圆弧齿形带轮，传动导程为6mm的滚珠丝杠，由螺母分别带动工作台移动和滑枕移动。
Z轴的进给运动由交流伺服电动机通过28/56的一对同步齿形带轮将运动传到轴Ⅶ，再经过一对弧齿锥齿轮传动垂直滚珠丝杠，由螺母带动升降台移动。
2.X向工作台传动装置
X向工作台传动机构如图4-17所示。
3.Z向升降台传动及自动平衡装置
XKA5750数控铣床Z向升降台传动及平衡结构如图4-18所示。
如图4-18中轴Ⅸ的实际安装位置是在水平面内，与轴Ⅶ的轴线呈90°
，其右端为自动平衡装置。
由于滚珠丝杠无自锁功能，在一般情况下，垂直放置的滚珠丝杠会因部件的重力作用而自动下落，所以必须有阻尼或锁紧机构。
除驱动工作台升降运动的电动机带有制动器外，还在传动机构中设置有自动平衡装置。
该自动平衡装置一方面可以防止工作台因自重而下落，另一方面还可以平衡工作台做升降运动时的驱动力。
平衡装置主要由单向超越离合器及自锁器组成。
对照图4-18介绍升降台自动平衡装置的工作过程。
四、数控回转工作台
数控回转工作台是数控铣床常用部件，常作为数控铣床的一个伺服轴，即立式数控铣床的C轴和卧式数控铣床的B轴。
数控回转工作台适用于板类和箱体类工件的连续回转加工和多面加工，由数控系统控制。
如图4-19所示为立卧式数控回转工作台的结构，它有两个相互垂直的定位面，而且装有定位键，可方便地进行立式或卧式安装。
对照图4-19介绍数控回转工作台的工作原理。
五、机床镗铣床主要辅助装置
1.润滑系统
数控镗铣床的润滑系统主要包括机床导轨、传动齿轮、滚珠丝杠及主轴箱等的润滑，其形式有电动间歇润滑泵和定量式集中润滑泵等。
2.液压和气动装置
现代数控机床需要配备液压和气动装置。
液压和气动装置在数控镗铣床中一般具有如下辅助功能:
机床运动部件的平衡，如机床主轴箱的重力平衡等；
机床运动部件的制动、离合器的控制和齿轮的拨叉挂挡等；
机床的润滑、冷却；
机床防护罩、板、门的自动开关；
工作台的松开、夹紧，交换工作台的自动交换动作等；
夹具的自动松开、夹紧；
工件、工具定位面自动吹屑功能等。
3.排屑装置
排屑装置的主要作用是将切屑从加工区排至数控机床以外。
此外，机床上的切屑中往往混合着切削液，排屑装置必须将切削液从其中分离出来，将切屑送入收集箱内，而将切削液回收到冷却液箱。
常见的排屑装置项目二中已经做了详细介绍
第三单元：
模块四数控镗铣床操作规程及基本操作
1.掌握数控镗铣床的操作规程。
2.掌握的基本操作方法。
1.数控镗铣床的操作规程。
2.数控镗铣床的基本操作方法。
数控镗铣床的基本操作方法。
模块四数控镗铣床操作规程及基本操作
一、数控镗铣床的操作规程、维护与保养
1.安全规程
安全规程涉及人身安全和设备安全，供14条必须掌握。
2.机床操作规程
（1）开机前仔细查阅“交接班记录”，并检查润滑油、冷却液是否充足，如果发现不足应及时补充。
（2）打开数控铣床电器柜上的机床总开关。
（3）按下数控铣床操作面板上的“ON”按钮，启动数控系统。
（4）执行手动返回参考点操作。
返回参考点时首先返回+Z方向，然后再进行+X和+Y方向返回参考点。
（5）手动操作时，在沿X、Y轴方向移动机床前，必须保证Z轴处于安全位置，以免发生撞刀故障。
（6）机床出现报警时，要根据报警号查找原因，及时排除报警。
（7）更换刀具时应注意操作安全。
在装入刀具时，应将刀柄和刀具擦拭干净。
（8）在自动运行程序前，必须认真检查程序，必要时使用DryRun等方式运行以检查程序。
在加工过程中集中注意力，谨慎操作。
运行过程中一旦发生问题，应及时按下急停按钮停止机床运行。
（9）加工完毕后，控制刀具停在远离工件的换刀位置。
（10）严禁任意修改、删除机床参数。
（11）加工过程中产生的废机油、切削液应分别存放在相应的标识桶内，尽量避免污染环境。
（12）关机时，应先关闭数控系统电源，再关闭机床总开关。
（13）做好机床清扫工作，认真执行交接班手续，填好交接班记录。
3.数控铣床日常维护与保养
（1）每日保养共有6条内容
（2）半年保养
1）清理滚珠丝杠润滑系统，更换新润滑油脂。
2）清洗液压阀、油箱底，更换或过滤液压油。
（3）每年保养
润滑液压泵保养，清理润滑油池底，清洗滤油器。
（4）不定期保养
1）及时清理油池中的废油，以免外溢。
2）检查各轴导轨上的镶条、压滚轮松紧状态，按机床说明书调整。
3）按机床说明书调整主轴驱动带松紧。
二、数控镗铣床的基本操作
1.FANUC0iB系统操作面板
数控系统操作面板又称为MDI（ManualDataInput，手动数据输入）面板。
MDI面板分为小MDI面板和大MDI面板，小MDI面板即一个地址/数字键代表两个字符，使用时用SHIFT键切换。
MDI面板分为手动数据输入面板和功能选择面板两大部分，如图4-22所示。
MDI面板上各键及其功能包括：
图4-22MDI面板
（1）地址/数字键
地址/数字键主要用于程序指令输入、参数设置。
对于有多个字母的按键，通过SHIFT键切换输入内容，如XU键，直接按字母输入X，先按SHIFT键再按字母键输入U。
（2）编辑键
在程序编辑模式下进行程序编辑时使用编辑键。
（3）换挡键SHIFT
对于那些有两个字符的地址/数字键，按下SHIFT键可以在两个字符之间切换。
（4）取消键CAN
取消键可删除写入续存区的字符。
（5）输入键INPUT
该键的功能与屏幕底端的操作软键中的INPUT键功能相同。
（6）功能键
功能键用于选择将要显示的屏幕的种类。
MDI面板上的功能键包括:
1）位置屏幕显示功能键
按该键并结合扩展功能软键，可显示当前位置在机床坐标系、工件坐标系、相对坐标系中的坐标值以及在程序执行过程中各坐标轴距指定位置的剩余移动量。
如图4-23所示为按下功能键、再按下操作软键［综合］后系统显示的界面。
2）程序屏幕显示功能键
在Edit（编辑）模式下，可进行程序的编辑、修改、查找，结合扩展功能软键可进行CNC系统与计算机之间进行程序传输，如图4-24所示为按下功能键、再按下操作软件［DIR+］后系统显示的界面。
3）偏置/设置屏幕显示功能键
设定加工参数，结合扩展功能软键可以设置页面刀具长度补偿值和刀具半径补偿值，如图4-25所示为按下功能键、再按下操作软键［补正］后系统显示的刀具补偿值设置界面;
系统状态设定页面，如图4-26所示为按下功能键、再按下操作软键［SETTING］并按软键向后翻页键后系统显示的与系统运行方式有关的参数设定界面；
工件坐标系设定页面，如图4-27所示为按下功能键、再按下操作软键［坐标系］后系统显示的界面。
4）系统屏幕显示功能键
用于设置、编辑参数;
显示、编辑PMC程序等，如图4-28所示。
这些功能仅供维修人员使用，通常情况下禁止修改，以免出现设备故障。
5）信息屏幕显示功能键
可用于显示报警信息，如图4-29所示。
6）刀具路径图形模拟页面功能键
结合扩展功能软键可进入动态刀具路径显示、坐标值显示以及刀具路径模拟有关参数设定页面，如图4-30所示。
（7）复位键
复位键用于系统热启动或取消报警等。
有些参数要求热启动系统才可使修改生效。
（8）帮助键
帮助键提供对MDI键操作方法的帮助信息。
（9）操作软键
操作软键位于屏幕的底端，在不同的页面中，操作软键有不同的功能。
按下某一功能键，属于所选功能的一组操作软键就会出现，如图4-31所示。
按下一个章节选择软键（屏幕下方会出现对应每个操作软键的操作提示），所选章节的屏幕就会显示出来，若目标章节的屏幕没有显示出来，可按菜单继续键进行搜索，直到目标章节显示后，按操作选择软键以显示要进行操作的数据。
图4-31LCD/MDI单元及操作软键
2.FANUC0iB系统机床操作面板
机床操作面板主要由操作模式开关、主轴转速倍率调整旋钮、进给速度调节旋钮、各种辅助功能选择开关、手轮、各种指示灯等组成。
操作模式开关有
（1）自动运行方式（MEM）
自动执行加工程序：
在“MEM”自动运行状态下，按下操作面板上各种机床功能开关，可使该功能起作用。
这些功能开关包括:
1）单程序段（SingleBlock）。
在自动运行方式（MEM）下，启动“单程序段”功能，用这种功能可以检查程序。
2）选择跳段（BlockDelete）。
在自动运行方式（MEM）下，当“选择跳段”功能起作用时，当程序执行到带有“/”的语句时，则跳过这个语句（不执行）。
3）选择停止（OptionStop）。
在自动运行方式（MEM）下，当“选择停止”功能起作用时，当程序执行到“M01”指令时，程序暂停，机床处于进给保持状态。
4）试运行（DryRun）。
不装夹工件只检查刀具的运动。
通过设定系统参数，控制刀具运动速
5）机床闭锁状态。
机床坐标轴处于停止状态，只有轴的位置显示在变。
可以将机床闭锁功能与试运行功能同时使用，用于快速检测程序。
6）辅助功能闭锁。
在机床锁住状态下，当自动运行被置于辅助功能闭锁方式时，所有辅助功能（主轴旋转、刀具更换、冷却液开/关等）均不执行。
（2）编辑方式（EDIT）
可输入及编辑加工程序。
（3）手动数据输入方式（MDI）
在MDI方式下，通过MDI面板可以编制最多10行的程序并执行，程序格式和通常程序一样。
MDI方式适用于简单的测试操作。
（4）DNC方式
有很多CNC系统可实现一边接收NC程序一边进行切削加工，即DNC加工。
此外，还可以先将接收的加工程序存储在系统内存里，而不同时进行切削加工。
（5）返参方式（REF）
参考点是确定坐标位置的一个基准点，有时将参考点设置为换刀点。
用操作面板上的开关或按钮将刀具移动到参考点位置即手动
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