第一章 数控铣床的基本知识和特点.docx

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第一章数控铣床的基本知识和特点

第一章数控铣床的基本知识和特点

1.1数控铣床的特性

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,两者的加工工艺基本相同,结构也有些相似,但数控铣床是靠程序控制的自动加工机床,所以其结构也与普通铣床有很大区别.

数控铣床一般由数控系统、主传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统等几大部分组成：

1.1.1主轴箱

包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。

1.1.2进给伺服系统

由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。

1.1.3控制系统

数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。

1.1.4辅助装置

如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

1.1.5机床基础件

通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。

1.2数控铣床的工作原理

1.2.1根据零件形状、尺寸、精度和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺

选择加工参数。

通过手工编程或利用CAM软件自动编程，将编好的加工程序输入到控制器。

控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。

伺服装置向伺服电机发出控制信号。

主轴电机使刀具旋转，X、Y和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现工件的切削。

数控铣床主要由床身、铣头、纵向工作台、横向床鞍、升降台、电气控制系统等组成。

能够完成基本的铣削、镗削、钻削、攻螺纹及自动工作循环等工作，可加工各种形状复杂的凸轮、样板及模具零件等。

数控铣床的床身固定在底座上，用于安装和支承机床各部件，控制台上有彩色液晶显示器、机床操作按钮和各种开关及指示灯。

纵向工作台、横向溜板安装在升降台上，通过纵向进给伺服电机、横向进给伺服电机和垂直升降进给伺服电机的驱动，完成X、Y、Z坐标的进给。

电器柜安装在床身立柱的后面，其中装有电器控制部分。

1.2.2数控铣床的性能指标

1.2.3点位控制功能

可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。

1.2.4连续轮廓控制功能

可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。

1.2.5刀具半径补偿功能

可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。

1.2.6刀具度补偿功能

可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。

1.2.7比例及镜像加工功能

比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。

镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。

1.2.8旋转功能

可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。

1.2.9子程序调用功能

有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。

1.2.10宏程序功能

可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。

1.3数控铣床的坐标系

1.3.1铣床相对运动的规定

在机床上，始终认为工件静止，而刀具是运动的。

这样编程人员在不考虑机床上工件与刀具具体运动的情况下，就可以依据零件图样，确定机床的加工过程。

1.3.2机床坐标系的规定

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。

在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。

例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动，如图1所示。

在数控加工中就应该用机床坐标系来描述，如图2所示。

请按图2中按钮观察机床坐标系的相互关系。

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：

图1坐标系

1、伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90度。

则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。

2、大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。

右手直角笛卡尔坐标系编程平面与坐标系

3、围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意一轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。

请按图1中按钮观察机床运动的方向

4运动方向的规定

增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向。

3坐标轴方向确定

1.3.3Z坐标

Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为

Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。

如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。

图3所示为数控车床的Z坐标。

图2Z坐标系

1.3.4X坐标

X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。

如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向；

如果刀具做旋转运动，则分为两种情况：

1）Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；

2）Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。

1.3.5Y坐标

在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。

根据数控立式铣床结构图，试确定X、Y、Z直线坐标。

（1）Z坐标：

平行于主轴，刀具离开工件的方向为正；

（2）X坐标：

Z坐标垂直，且刀具旋转，所以面对刀具主轴向立柱方向看，向右为正；

（3）Y坐标：

在Z、X坐标确定后，用右手直角坐标系来确定。

1.4数控铣床的的特点及组成

1.4.1数控立式铣床

立式数控铣床，主体部分主要由底座、立柱、鞍座、工作台、主轴箱等部件组成，其中主体的五大件均采用高强度优质铸件且树脂砂造型，组织稳定，确保整机有良好的刚性和精度的保持性。

三轴导轨副均采用高频淬火及贴塑导轨组合，保证机床运行精度、降低磨擦阻力及损耗，三轴传动系统由精密滚珠丝杆及伺服系统电机构成，并配有自动润滑装置。

机床三轴均采用不锈钢制导轨伸缩罩，防护性能好，整机全闭式护罩，门窗更大，外观整齐美观，操作控制箱置于机床右前方，且可旋转，操作方便。

可进行各种铣削、镗孔、刚性攻丝等加工，且性价比高，是机械制造行业高质、高精、高效的理想设备。

1.4.2卧式数控铣床

与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。

为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。

这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。

1.4.3立卧两用数控铣床

目前，这类数控铣床已不多见，由于这类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，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。

特别是生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。

1.4.4数控铣床按构造分类

⑴工作台升降式数控铣床

这类数控铣床采用工作台移动、升降，而主轴不动的方式。

小型数控铣床一般采用此种方式。

⑵主轴头升降式数控铣床

这类数控铣床采用工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂向溜板上下运动；主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，已成为数控铣床的主流。

⑶龙门式数控铣床

这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。

大型数控铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。

第二章数控机床的安装与调试

一.数控机床的 安装方法

　　1.起吊和运输

机床的起吊和就位，应使用制造厂提供的专用起吊工具，不允许采用其他方法进行。

不需要专用起吊工具，应采用钢丝绳按照说明书规定部位起吊和就位。

　　2.基础及位置

　　机床应安装在牢固的基础上，位置应远离振源；避免阳光照射和热辐射；放置在干燥的地方，避免潮湿和气流的影响。

机床附近若有振源，在基础四周必须设置防振沟。

　　3.机床的安装

　　机床放置于基础上，应在自由状态下找平，然后将地脚螺栓均匀地锁紧。

对于普通机床，水平仪读数不超过0.04/1000mm，对于高精度的机床，水平仪不超过0.02／1000mm。

在测量安装精度时，应在恒定温度下进行，测量工具需经一段定温时间后再使用。

机床安装时应竭力避免使机床产生强迫变形的安装方法。

机床安装时不应随便拆下机床的某些部件，部件的拆卸可能导致机床内应力的重要新分配，从而影响机床精度。

4.试运转前的准备

机床几何精度检验合格后，需要对整机进行清理。

用浸有清洗剂的棉布或绸布，不得用棉纱或纱布。

清洗掉机床出厂时为保护导轨面和加工面而涂的防锈油或防锈漆。

清洗机床外表面上的灰尘。

在各滑动面及工作面涂以机床规定使滑油。

　　仔细检查机床各部位是否按要求加了油，冷却箱中是否加足冷却液。

机床液压站、自动间润滑装置的油是否到油位批示器规定的部位。

　　检查电气控制箱中各开关及元器件是否正常，各插装集成电路板是否到位。

　　通电启动集中润滑装轩，使各润滑部位及润滑油路中充满润滑油。

做好机床各部件动作前的一切准备。

二.开机调试

1.通电前

（1）按照说明书要求给需要加油部位加注油

（2）检查机床的几何精度

（3）检查各部分连接油管、气管，以及电源是否正确

2.通电

每一部分进行通电试车检查确认每部分都能正常工作情况，给设备整体通电试车。

3.通电试车

一般先用于手动车工作方式检查机床各项基本功能

4.机床状态选择

一般置于INCC点动进给，并将速度置于最低档位

四.机床试运行

为了全面检查机床功能及工作可靠性，数控机床在安装调试后应在一定负载后空载下进行较长一段时间的自动运行考验。

国家标准GB9061-1988中规定，数控机床的自动运行考验时间为16h，加工中心的自动运行考验时间为32h。

在自动运行期间，不应发生除误操作所致的故障以外的任何故障，否则应重新调整后再从头进行运行考验。

第三章数控系统的电气原理图介绍

1电源部分

在本设计中照明灯的AC24V电源和HNC-21的AC24V电源是各自独立

的工作电流较大的电磁阀用DC24V电源与输出开关量如继电器伺服

控制信号等用的DC24V电源也是各自独立的且中间用一个低通滤波器

隔离开来

总电源进线变压器输入端等处的抗干扰磁环和高压瓷片电容未在图

中表示出来

图1QF0QF4为三相空气开关QF5QF11为单相空气开关

KM1KM4为三相交流接触器RC1RC3为三相阻容吸收器灭弧器RC4

RC7为单相阻容吸收器灭弧器KA1KA10为直流24V继电器V1V2

V3VZ为续流二极管YV1YV2YV3YVZ为电磁阀和Z轴电机抱闸

图1铣床数控系统电气原理图

2继电器与输入输出开关量

继电器主要是由输出开关量控制的，输入开关量主要是指进给装置、主轴装置、机床电气等部分的状态信息与报警信息。

图2铣床数控系统电气原理图-继电器

图2中KA1~KA10为中间继电器：

SQX-1、SQX-3分别为X轴的正、负超载限位开关的常闭触电：

SQY-1、SQX-3分别为Y轴的正、负超载限位开关的常闭触电：

SQZ-1、SQX-3分别为Z轴的正、负超载限位开关的常闭触电：

440为来自私服电源模块与私服驱动模块的故障连锁：

100为图1中DC24V50W开关电源的地：