数控铣床.docx

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数控铣床

定义:

数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统，可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。

如图所示，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：

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。

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。

控制系统

组装中的数控龙门铣床

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。

辅助装置

　　如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

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

编辑本段结构组成

数控铣床的基本结构

　　数控铣床形式多样，不同类型的数控铣床在组成上虽有所差别，但却有许多相似之处。

下面以XK5040A型数控立式升降台铣床为例介绍其组成情况。

　　Ⅺ锯040A型数控立式升降台铣床配有Ⅳ四3MA数控系统，采用全数字交流伺服驱动。

　　该机床由6个主要部分组成．即床身部分，铣头部分，丁作台部分，横进给部分，升降台部分，冷却、润滑部分。

（1）床身

　　床身内部布局合理，具有良好的刚性，底座上设有4个调节螺栓，便于机床进行水平调整，切削液储液褴设在机床座内部。

（2）铣头部分

　　铣头部分由有级（或无级）变速箱和铣头两个部件组成。

铣头主轴支承在高精度轴承上．保证主轴具有高回转精度和良好的刚性；主轴装有快速换刀螺母，前端锥采用1$0505锥度；主轴采用机械无级变速，其调节范围宽，传动平稳，操作方便。

刹车机构能使主轴迅速制动，可节省辅助时间，刹车时通过制动手柄撑开止动环使主轴立即制动。

启动主电动机时，应注意松开主轴制动手柄。

铣头部件还装有伺服电机、内齿带轮、滚珠丝杠副及主轴套简，它们形成垂直方向（z方向）进给传动链，使主轴作垂向直线运动。

　　（3）工作台

　　工作台与床鞍支承在升降台较宽的水平导轨上，工作台的纵向进给是由安装在工作台右端的伺服电机驱动的。

通过内齿带轮带动精密滚珠丝杠剐，从而使工作台获得纵向进给。

工作台左端装有手轮和刻度盘，以便进行手动操作。

床鞍的纵横向导轨面均采用了TuRcllEB贴塑面，从而提高了导轨的耐磨性、运动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。

　　（4）升降台（横向进路部分）

　　升降台前方装有交流伺服电机．驱动床鞍作横向进给运动，其传动原理与工作台的纵向进给相同。

此外．在横向滚珠丝杠前端还装有进给手轮，可实现手动进给。

升降台左侧装有锁紧手柄，轴的前端装有长手柄，可带动锥齿轮及升降台丝杆旋转，从而获得升降台的升降运动。

　　（5）冷郜与润滑装王

　　①冷却系统。

机床的冷却系统是由冷却泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等组成，冷却泵安装在机床底座的内腔里，冷却泵将切削液从底座内储液池打至出水管，然后经喷嘴喷出，对切削区进行冷却。

　　②润滑系统及方式。

润滑系统是由手动润捐油泵、分油器、节流阀、油管等组成。

机床采用周期润滑方式，用手动润滑油泵，通过分油器对主轴套筒、纵横向导轨及三向滚珠丝杆进行润滑，以提高机床的使用寿命。

数控铣床机械结构

　　从数字控制技术特点看．由于效控机床采用了伺服电机，应用数字技术实现了对机床执行部件工作顺序和运动位移的直接控制，传统机床的变速箱结构被取消或部分取消了，因而机械结构也大大简化了。

数字控制还要求机械系统有较高的传动刚度和无传动间隙，以确保控制指令的执行和控制品质的实现。

同时．由于计算机水平和控制能力的不断提高，同一台机床上允许更多功能部件同时执行所需要的各种辅助功能已成为可能，因而数控机床的机械结掏比传统机床具有更高的集成化功能要求。

　　从制造技术发展的要求看，随着新材料和新工艺的出现，以及市场竞争对低成本的要求，金属切削加工正朝着切削速度和精度越来越高、生产效率越来越高和系统越来越可靠的方向发展。

这就要求在传统机床基础上发展起来的数控机床精度更高．驱动功率更太，机械机构动’静、热态刚度更好，工作更可靠，能实现长时同连续运行和尽可能少的停机时间。

　　典型数控铣床的机械结构主要由基础件、主传动系统、进给传动系统、回转工作台及其他机械功能附件等几部分组成。

　　基础件

　　数控铣床的基础件通常是指床身、立柱、横梁、工作台、底座等结构件，其尺寸较大（俗称大件），井构成了机床的基本框架。

其他部件附着在基础件上，有的部件还需要沿着基础件运动。

由于基础件起着支撑和导向的作用，因而对基础件的本要求是刚度好。

[1]

编辑本段数控铣床的工作原理（图）：

编辑本段SAJ数控铣床变频器主要特点：

　　1、低频力矩大、输出平稳

数控铣床变频器

2、高性能矢量控制

　　3、转矩动态响应快、稳速精度高

　　4、减速停车速度快

　　5、抗干扰能力强

编辑本段工艺装备

　　数控铣床的工艺装备主要是指夹具和刀具。

1。

夹具

　　数控机床主要用于加工形状复杂的零件，但所使用夹具的结构往往并不复杂。

数控铣床夹具的选用可首先根据生产零件的批量来确定。

数控铣床

对单件、小批量、工作量较大的模具加工来说，一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位与夹紧，然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。

　　对有一定批量的零件来说，可选用结构较简单的夹具。

例如，加工图1所示的凸轮零件的凸轮曲面时，可采用图2中所示的凸轮夹具。

其中，两个定位销3、5与定位块4组成一面两销的六点定位，压板6与夹紧螺母7实现夹紧。

图中：

1-凸轮零件，2-夹具体，3-圆柱定位销，4-定位块，5-菱形定位销，6-压板，7-夹紧螺母。

　　图1凸轮零件图

　　图2凸轮夹具

2。

刀具

　　数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。

常见刀具见图3。

　　图3常见刀具

（1）铣刀类型选择

　　根据被加工零件的几何形状,选择刀具的类型有：

　　1）加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀,如图4所示。

　　图4加工曲面类铣刀

　　2）铣大的平面时：

为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀，如图5所示。

　　图5加工大平面铣刀

　　3）铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀，如图6所示。

　　图6加工台阶面铣刀

　　4）铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀，如图7所示。

　　图7加工槽类铣刀

　　5）孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具，如图8所示。

　　钻头　镗刀

　　图8孔加工刀具

（2）铣刀结构选择

　　铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。

由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式，刀片定位元件的结构又有不同类型，因此铣刀的结构形式有多种，分类方法也较多。

选用时，主要可根据刀片排列方式。

刀片排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。

　　1）平装结构（刀片径向排列）

　　图9平装结构铣刀

　　平装结构铣刀（如图9所示）的刀体结构工艺性好，容易加工，并可采用无孔刀片（刀片价格较低，可重磨）。

由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，容屑空间较小，且在切削力方向上的硬质合金截面较小，故平装结构的铣刀一般用于轻型和中量型的铣削加工。

　　2）立装结构（刀片切向排列）

　　图10立装结构铣刀

　　立装结构铣刀（如图10所示）的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上，结构简单，转位方便。

虽然刀具零件较少，但刀体的加工难度较大，一般需用五坐标加工中心进行加工。

由于刀片采用切削力夹紧，夹紧力随切削力的增大而增大，因此可省去夹紧元件，增大了容屑空间。

由于刀片切向安装，在切削力方向的硬质合金截面较大，因而可进行大切深、大走刀量切削，这种铣刀适用于重型和中量型的铣削加工。

　　（3）铣刀角度的选择

　　铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。

为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。

各种角度中最主要的是主偏角和前角（制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明）。

　　1）主偏角Kr

　　主偏角为切削刃与切削平面的夹角，如图11所示。

铣刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等几种。

　　图11主偏角

　　主偏角对径向切削力和切削深度影响很大。

径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能。

铣刀的主偏角越小，其径向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也随之减小。

　　90°主偏角　在铣削带凸肩的平面时选用，一般不用于纯平面加工。

该类刀具通用性好（即可加工台阶面，又可加工平面），在单件、小批量加工中选用。

由于该类刀具的径向切削力等于切削力，进给抗力大，易振动，因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。

在加工带凸肩的平面时，也可选用88°主偏角的铣刀，较之90°主偏角铣刀，其切削性能有一定改善。

　　60°～75°主偏角　适用于平面铣削的粗加工。

由于径向切削力明显减小（特别是60°时），其抗振性有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。

75°主偏角铣刀为通用型刀具，适用范围较广；60°主偏角铣刀主要用于镗铣床、加工中心上的粗铣和半精铣加工。

　　45°主偏角　此类铣刀的径向切削力大幅度减小，约等于轴向切削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。

用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高；在加工铸铁件时，工件边缘不易产生崩刃。

　　2）前角γ

　　铣刀的前角可分解为径向前角γf和轴向前角γp，径向前角γf主要影响切削功率；轴向前角γp则影响切屑的形成和轴向力的方向，当γp为正值时切屑即飞离加工面。

径向前角γf和轴向前角γp正负的判别见图12。

　　图12前角

　　常用的前角组合形式如下：

　　双负前角　双负前角的铣刀通常均采用方形（或长方形）无后角的刀片，刀具切削刃多（一般为8个），且强度高、抗冲击性好，适用于铸钢、铸铁的粗加工。

由于切屑收缩比大，需要较大的切削力，因此要求机床具有较大功率和较高刚性。

由于轴向前角为负值，切屑不能自动流出，当切削韧性材料时易出现积屑瘤和刀具振动。

　　凡能采用双负前角刀具加工时建议优先选用双负前角铣刀，以便充分利用和节省刀片。

当采用双正前角铣刀产生崩刃（即冲击载荷大）时，在机床允许的条件下亦应优先选用双负前角铣刀。

　　双正前角　双正前角铣刀采用带有后角的刀片，这种铣刀楔角小，具有锋利的切削刃。

由于切屑收缩比小，所耗切削功率较小，切屑成螺旋状排出，不易形成积屑瘤。

这种铣刀最宜用于软材料和不锈钢、耐热钢等材料的切削加工。

对于刚性差（如主轴悬伸较长的镗铣床）、功率小的机床和加工焊接结构件时，也应优先选用双正前角铣刀。

　　正负前角（轴向正前角、径向负前角）　这种铣刀综合了双正前角和双负前角铣刀的优点，轴向正前角有利于切屑的形成和排出；径向负前角可提高刀刃强度，改善抗冲击性能。

此种铣刀切削平稳，排屑顺利，金属切除率高，适用于大余量铣削加工。

瓦尔特公司的切向布齿重切削铣刀F2265就是采用轴向正前角、径向负前角结构的铣刀。

　　（4）铣刀的齿数（齿距）选择

　　铣刀齿数多，可提高生产效率，但受容屑空间、刀齿强度、机床功率及刚性等的限制，不同直径的铣刀的齿数均有相应规定。

为满足不同用户的需要，同一直径的铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型。

　　粗齿铣刀　适用于普通机床的大余量粗加工和软材料或切削宽度较大的铣削加工；当机床功率较小时，为使切削稳定，也常选用粗齿铣刀。

　　中齿铣刀　系通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性。

　　密齿铣刀　主要用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。

在专业化生产（如流水线加工）中，为充分利用设备功率和满足生产节奏要求，也常选用密齿铣刀（此时多为专用非标铣刀）。

　　为防止工艺系统出现共振，使切削平稳，还有一种不等分齿距铣刀。

如WALTER公司的NOVEX系列铣刀均采用了不等分齿距技术。

在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。

铣刀直径的选择

　　铣刀直径的选用视产品及生产批量的不同差异较大，刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。

　　1）平面铣刀

　　选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。

平面铣刀直径可按D=1.5d（d为主轴直径）选取。

在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。

　　2）立铣刀

　　立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。

如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度（60m/min）。

　　3）槽铣刀

　　槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择，并保证其切削功率在机床允许的功率范围之内。

铣刀的最大切削深度

　　不同系列的可转位面铣刀有不同的最大切削深度。

最大切削深度越大的刀具所用刀片的尺寸越大，价格也越高，因此从节约费用、降低成本的角度考虑，选择刀具时一般应按加工的最大余量和刀具的最大切削深度选择合适的规格。

当然，还需要考虑机床的额定功率和刚性应能满足刀具使用最大切削深度时的需要。

刀片牌号的选择

　　合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能。

一般选用铣刀时，可按刀具制造厂提供加工的材料及加工条件，来配备相应牌号的硬质合金刀片。

　　由于各厂生产的同类用途硬质合金的成份及性能各不相同，硬质合金牌号的表示方法也不同，为方便用户，国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：

P类、M类和K类。

根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中数字越大，其耐磨性越低、韧性越高。

立式数控铣床

P类合金（包括金属陶瓷）用于加工产生长切屑的金属材料，如钢、铸钢、可锻铸铁、不锈钢、耐热钢等。

其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。

　　M类合金用于加工产生长切屑和短切屑的黑色金属或有色金属，如钢、铸钢、奥氏体不锈钢、耐热钢、可锻铸铁、合金铸铁等。

其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。

　　K类合金用于加工产生短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铝合金、铜合金、塑料、硬胶木等。

其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。

　　上述三类牌号的选择原则如图13所示：

P01

P05

P10

P15

P20

P25

P30

P40

P50



M10

M20

M30

M40













K01

K10

K20

K30

K40









进给量



背吃刀量



切削速度



图13P、M、K类合金切削用量的选择

各厂生产的硬质合金虽然有各自编制的牌号，但都有对应国际标准的分类号，选用十分方便。

编辑本段数控铣床的选用

根据被加工零件的尺寸选用

　　规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，它最适宜中小零件的加工和复杂形面的轮廓铣削任务。

规格较大的如龙门式铣床，工作台在500—600mm以上，用来解决大尺寸复杂零件的加工需要。

根据加工零件的精度要求选用

　　我国已制定了数控铣床的精度标准，其中数控立式铣床升降台铣床已有专业标准。

标准规定其直线运动坐标的定位精度为0.04/300mm，重复定位精度为0.025mm，铣圆精0.035mm。

实际上，机床出厂精度均有相当的储备量，比国家标准的允差值大约压缩20%左右。

因此，从精度选择来看，一般的数控铣床即可满足大多数零件的加工需要。

对于精度要求比较高的零件，则应考虑选用精密型的数控铣床。

根据加工零件的加工特点来选择

　　对于加工部位是框形平面或不等高的各级台阶，那么选用点位---直线系统的数控铣床即可。

　　如果加工部位是曲面轮廓，应根据曲面的几何形状决定选择两坐标联动和三坐标联动的系统。

　　也可根据零件加工要求，在一般的数控铣床的基础上，增加数控分度头或数控回转工作台，这时机床的系统为四坐标的数控系统，可以加工螺旋槽、叶片零件等。

根据零件的批量或其他要求选择

　　对于大批量的，用户可采用专用铣床。

如果是中小批量而又是经常周期性重复投产的话，那么采用数控铣床是非常合适的，因为第一批量中准备好多工夹具、程序等可以存储起来重复使用。

从长远考虑，自动化程度高的铣床代替普通铣床，减轻劳动者的劳动量提高生产率的趋势是不可避免的。

编辑本段数控铣床编程的必备基础知识

　　由于数控铣床配置的数控系统不同，使用的指令在定义和功能上有一定的差异，但其基本功能和编程方法还是相同的。

1.数控铣床的主要功能

　　1）点位控制功能　数控铣床的点位控制主要用于工件的孔加工，如中心钻定位、钻孔、扩孔、锪孔、铰孔和镗孔等各种孔加工操作。

　　2）连续控制功能　通过数控铣床的直线插补、圆弧插补或复杂的曲线插补运动，铣削加工工件的平面和曲面。

　　3）刀具半径补偿功能

　　如果直接按工件轮廓线编程，在加工工件内轮廓时，实际轮廓线将大了一个刀具半径值;在加工工件外轮廓时，实际轮廓线又小了一个刀具半径值。

使用刀具半径补偿的方法，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具中心偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出符合图纸要求的轮廓。

利用刀具半径补偿的功能，改变刀具半径补偿量，还可以补偿刀具磨损量和加工误差，实现对工件的粗加工和精加工。

　　4）刀具长度补偿功能　改变刀具长度的补偿量，可以补偿刀具换刀后的长度偏差值，还可以改变切削加工的平面位置，控制刀具的轴向定位精度。

　　5）固定循环加工功能　应用固定循环加工指令，可以简化加工程序，减少编程的工作量。

　　6）子程序功能　如果加工工件形状相同或相似部分，把其编写成子程序，由主程序调用，这样简化程序结构。

引用子程序的功能使加工程序模块化，按加工过程的工序分成若干个模块，分别编写成子程序，由主程序调用，完成对工件的加工。

这种模块式的程序便于加工调试，优化加工工艺。

　　7）特殊功能　在数控铣床上配置仿形软件和仿形装置，用传感器对实物扫描及采集数据，经过数据处理后自动生成NC程序，进而实现对工件的仿形加工，实现反向加工工程。

总之，配置一定的软件和硬件之后，能够扩大数控铣床的使用功能。

　　2.数控铣床加工范围

　　1）平面加工　数控机床铣削平面可以分为对工件的水平面（XY）加工，对工件的正平面（XZ）加工和对工件的侧平面（YZ）加工。

只要使用两轴半控制的数控铣床就能完成这样平面的铣削加工。

　　2）曲面加工　如果铣削复杂的曲面则需要使用三轴甚至更多轴联动的数控铣床。

　　3.数控铣床的装备

　　1）夹具　数控铣床的通用夹具主要有平口钳、磁性吸盘和压板装置。

对于加工中、大批量或形状复杂的工件则要设计组合夹具，如果使用气动和液压夹具，通过程序控制夹具，实现对工件的自动装缷，则能进一步提高工作效率和降低劳动强度。

　　2）刀具　常用的铣削刀具有立铣刀、端面铣刀、成形铣刀和孔加工刀具。

编辑本段图书数控铣床

内容简介

　　本书为《数控机床加工实训丛书》之一。

书中从数控铣床加工实训的要求出发，注重技能训练，结合典型实例，详细介绍了机床操作、铣削加工工艺分析、编程、自动编程等核心内容。

在内容组织和编排上选用了技术先进、占市场份额最大的国产数控系统、FANUC（发那科）系统、SIEMENS（西门子）系统作为典型数控系统进行剖析，具有广泛的代表性。

书中精选的大量典型实例都来源于生产实际和教学实践，便于读者实习借鉴。

　　本书可供数控加工工程技术人员、技术工人参考，也可作为高等、高职、高专数控专业和其他机电专业学生的培训教程。

编辑推荐

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　　本书由高级工程师徐衡，工程师、高级技师段晓旭编著。

段晓旭编写了2.7～2.9节及第5章。

其余内容由徐衡编写。

　　限于编者的水平和经验，书中难免有欠妥之处，恳请读者指正。

目录

　　第1章数控铣床实训基础1

　　1.1数控铣床操作规程1

　　1.1.1数控机床操作安全规范1

　　1.1.2数控设备的通用操作规程2

　　1.1.3数控铣床操作规程3

　　1.2数控铣床