數(shù)控銑床概述.doc

數(shù)控銑床概述數(shù)控銑床的工藝范圍數(shù)控銑床(Numerical Control Milling Machine)適合于各種箱體類和板類零件的加工。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)除基礎(chǔ)部件外，還包括主傳動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件，實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動(dòng)、冷卻等系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置，特殊功能裝置，如刀具破損監(jiān)視、精度檢測(cè)和監(jiān)控裝置，為完成自動(dòng)化控制功能的各種反饋信號(hào)裝置及元件。銑削加工是機(jī)械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面銑削和輪廓銑削，也可以對(duì)零件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、锪及螺紋加工等。數(shù)控銑床的分類1按主軸布置形式分類按機(jī)床主軸的布置形式及機(jī)床的布局特點(diǎn)分類，可分為數(shù)控立式銑床、數(shù)控臥式銑床和數(shù)控龍門(mén)銑床等。（1) 立式數(shù)控銑床圖7-1 立式數(shù)控銑床一般可進(jìn)行三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，目前三坐標(biāo)數(shù)控立式銑床占大多數(shù)。如圖7-1所示，數(shù)控立式銑床主軸與機(jī)床工作臺(tái)面垂直，工件裝夾方便，加工時(shí)便于觀察，但不便于排屑。一般采用固定式立柱結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)不升降。主軸箱做上下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)立柱內(nèi)的重錘平衡主軸箱的質(zhì)量。為保證機(jī)床的剛性，主軸中心線距立柱導(dǎo)軌面的距離不能太大，因此，這種結(jié)構(gòu)主要用于中小尺寸的數(shù)控銑床。此外，還有的機(jī)床主軸可以繞X、Y、Z坐標(biāo)軸中其中一個(gè)或兩個(gè)做數(shù)控回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的四坐標(biāo)和五坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。通常，機(jī)床控制的坐標(biāo)軸越多，尤其是要求聯(lián)動(dòng)的坐標(biāo)軸越多，機(jī)床的功能、加工范圍及可選擇的加工對(duì)象也越多。但隨之而來(lái)的就是機(jī)床結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程難度更大，設(shè)備的價(jià)格也更高。數(shù)控立式銑床也可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)，采用自動(dòng)交換臺(tái)，增加靠模裝置來(lái)擴(kuò)大它的功能、加工范圍及加工對(duì)象，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。（2) 臥式數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面。如圖7-2所示，數(shù)控臥式銑床的主軸與機(jī)床工作臺(tái)面平行，加工時(shí)不便于觀察，但排屑順暢。為了擴(kuò)大加工范圍和擴(kuò)充功能，一般配有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)、五坐標(biāo)加工，這樣不但工件側(cè)面上的連續(xù)輪廓可以加工出來(lái)，而且可以實(shí)現(xiàn)在一次安裝過(guò)程中，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)改變工位，進(jìn)行“四面加工”。尤其是萬(wàn)能數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)可以把工件上各種不同的角度或空間角度的加工面擺成水平來(lái)加工，這樣可以省去很多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌鹊某尚毋姷丁ｋm然臥式數(shù)控銑床在增加了數(shù)控轉(zhuǎn)盤(pán)后很容易做到對(duì)工件進(jìn)行“四面加工”。使其加工范圍更加廣泛。但從制造成本上考慮，單純的數(shù)控臥式銑床現(xiàn)在已比較少，而多是在配備自動(dòng)換刀裝置(ATC)后成為臥式加工中心。（3) 數(shù)控龍門(mén)銑床對(duì)于大尺寸的數(shù)控銑床，一般采用對(duì)稱的雙立柱結(jié)構(gòu)，以保證機(jī)床的整體剛性和強(qiáng)度，這就是數(shù)控龍門(mén)銑床。如圖7-3所示，數(shù)控龍門(mén)銑床有工作臺(tái)移動(dòng)和龍門(mén)架移動(dòng)兩種形式。主要用于大、中等尺寸，大、中等質(zhì)量的各種基礎(chǔ)大件，板件、盤(pán)類件、殼體件和模具等多品種零件的加工，工件一次裝夾后可自動(dòng)高效、高精度的連續(xù)完成銑、鉆、鏜和鉸等多種工序的加工，適用于航空、重機(jī)、機(jī)車、造船、機(jī)床、印刷、輕紡和模具等制造行業(yè)。 圖7-2臥式數(shù)控銑床 圖7-3 數(shù)控龍門(mén)銑床2按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類，數(shù)控銑床可分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床、全功能數(shù)控銑床和高速數(shù)控銑床等。（1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床一般采用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，如SE.MENS802S等采用開(kāi)環(huán)控制，可以實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)。這種數(shù)控銑床成本較低，功能簡(jiǎn)單，加工精度不高，適用于一般復(fù)雜零件的加工，一般有工作臺(tái)升降式和床身式兩種類型。如圖7-4(a)所示。（2）全功能數(shù)控銑床全功能數(shù)控銑床采用半閉環(huán)控制或閉環(huán)控制，其數(shù)控系統(tǒng)功能豐富，一般可以實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)以上的聯(lián)動(dòng)，加工適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用最廣泛，如圖7-4(b)所示。 (a) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床 (b) 全功能數(shù)控銑床圖7-5 高速數(shù)控銑床圖7-4 數(shù)控銑床（3）高速數(shù)控銑床高速銑削是數(shù)控加工的一個(gè)發(fā)展方向，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，已逐漸得到廣泛的應(yīng)用。這種數(shù)控銑床采用全新的機(jī)床結(jié)構(gòu)、功能部件和功能強(qiáng)大的數(shù)控系統(tǒng)，并配以加工性能優(yōu)越的刀具系統(tǒng)，加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速一般在800040000r/min，切削進(jìn)給速度可達(dá)1030m/min，可以對(duì)大面積的曲面進(jìn)行高效率、高質(zhì)量的加工，如圖7-5。但目前這種機(jī)床價(jià)格昂貴，使用成本比較高。數(shù)控銑床的組成1數(shù)控銑床一般由數(shù)控系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給伺服系統(tǒng)、冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)等幾大部分組成： (1)主傳動(dòng)系統(tǒng) 由主軸箱、主軸電機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動(dòng)、停止等動(dòng)作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。 (2)進(jìn)給伺服系統(tǒng) 由伺服電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，按照程序設(shè)定的進(jìn)給速度實(shí)現(xiàn)刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包括直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 (3)控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床運(yùn)動(dòng)控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機(jī)床進(jìn)行加工。 (4)輔助裝置 如液壓、氣動(dòng)、潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。 (5)機(jī)床基礎(chǔ)件 通常是指底座、立柱、橫梁等，它是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)和框架。2主傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主傳動(dòng)系統(tǒng)包括主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸部件。由于主傳動(dòng)系統(tǒng)的變速功能一般采用變頻或交流伺服主軸電動(dòng)機(jī)，通過(guò)同步齒形帶帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)于功率較大的數(shù)控銑床，為了實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩，有時(shí)加一級(jí)或二級(jí)或多級(jí)齒輪減速。對(duì)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床的主傳動(dòng)系統(tǒng)，則采用普通電動(dòng)機(jī)通過(guò)V帶、塔輪、手動(dòng)齒輪變速箱帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的接線形式和手動(dòng)換擋方式進(jìn)行有級(jí)變速。主軸具有刀具自動(dòng)鎖緊和松開(kāi)機(jī)構(gòu)，用于固定主軸和刀具的連接。由碟形彈簧、拉桿和氣缸或液壓缸組成。主軸具有吹氣功能，在刀具松開(kāi)后，向主軸錐孔吹氣，達(dá)到清潔錐孔的目的。3進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)給系統(tǒng)即進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置是指將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，主要包括減速裝置、絲桿螺母副及導(dǎo)向元件等。在數(shù)控銑床上，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置一般采用雙螺母滾珠絲桿螺母副。進(jìn)給系統(tǒng)的X、Y、Z軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)是伺服電動(dòng)機(jī)固定在支承座上，通過(guò)彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與工作臺(tái)聯(lián)結(jié)螺母移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z軸的進(jìn)給。數(shù)控銑床的布局1工件的重量和尺寸與布局的關(guān)系可以有四種不同的布局方案：(1) 工件進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)銑床(2) 銑頭垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的升降臺(tái)銑床(3) 工件一個(gè)方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的龍門(mén)式數(shù)控銑床(4) 銑頭垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的龍門(mén)式數(shù)控銑床2運(yùn)動(dòng)的分配與部件的布局一般需要對(duì)工件的頂面進(jìn)加工，則銑床主軸應(yīng)布局成立式的。一般需要對(duì)工件的多個(gè)側(cè)面進(jìn)行加工，則主軸應(yīng)布局成臥式的。3銑床的布局與結(jié)構(gòu)性能數(shù)控銑床的布局應(yīng)能兼顧銑床有良好的精度、剛度、抗振性和熱穩(wěn)定性等結(jié)構(gòu)性能。運(yùn)動(dòng)要求與加工功能相同的數(shù)控機(jī)床，結(jié)構(gòu)的總體布局不同，結(jié)構(gòu)性能是有差異的。T形床身布局的優(yōu)點(diǎn)：剛性好框式立柱布局的優(yōu)點(diǎn)：熱變形對(duì)加工精度的影響小數(shù)控銑床刀具數(shù)控銑床上所采用的刀具要根據(jù)被加工零件的材料、幾何形狀、表面質(zhì)量要求、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量等，選擇剛性好、耐用度高的刀具。1）銑刀類型選擇 根據(jù)被加工零件的幾何形狀,選擇刀具的類型有： 1）加工曲面類零件時(shí)，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點(diǎn)相切，而避免刀刃與工件輪廓發(fā)生干涉，一般采用球頭刀，粗加工用兩刃銑刀，半精加工和精加工用四刃銑刀2） 銑大的平面時(shí)：為了提高生產(chǎn)效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片鑲嵌式盤(pán)形銑刀3） 銑小平面或臺(tái)階面時(shí)一般采用通用銑刀4） 銑鍵槽時(shí)，為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀5）孔加工時(shí)，可采用鉆頭、鏜刀等孔加工類刀具（2）銑刀結(jié)構(gòu)選擇 銑刀一般由刀片、定位元件、夾緊元件和刀體組成。由于刀片在刀體上有多種定位與夾緊方式，刀片定位元件的結(jié)構(gòu)又有不同類型，因此銑刀的結(jié)構(gòu)形式有多種，分類方法也較多。選用時(shí)，主要可根據(jù)刀片排列方式。刀片排列方式可分為平裝結(jié)構(gòu)和立裝結(jié)構(gòu)兩大類。 1）平裝結(jié)構(gòu)(刀片徑向排列) 平裝結(jié)構(gòu)銑刀的刀體結(jié)構(gòu)工藝性好，容易加工，并可采用無(wú)孔刀片(刀片價(jià)格較低，可重磨)。由于需要夾緊元件，刀片的一部分被覆蓋，容屑空間較小，且在切削力方向上的硬質(zhì)合金截面較小，故平裝結(jié)構(gòu)的銑刀一般用于輕型和中量型的銑削加工。2)立裝結(jié)構(gòu)(刀片切向排列) 立裝結(jié)構(gòu)銑刀的刀片只用一個(gè)螺釘固定在刀槽上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)位方便。雖然刀具零件較少，但刀體的加工難度較大，一般需用五坐標(biāo)加工中心進(jìn)行加工。由于刀片采用切削力夾緊，夾緊力隨切削力的增大而增大，因此可省去夾緊元件，增大了容屑空間。由于刀片切向安裝，在切削力方向的硬質(zhì)合金截面較大，因而可進(jìn)行大切深、大走刀量切削，這種銑刀適用于重型和中量型的銑削加工。數(shù)控銑床的電路分析1VMC650數(shù)控立式銑床簡(jiǎn)介VMC650數(shù)控立式銑床如圖7-6，數(shù)控系統(tǒng)采用FANUC Series 0i Mate-MC，該銑床是在裝夾工件后進(jìn)行連續(xù)銑削，適用于板件、盤(pán)件、模具等零件的銑削加工。機(jī)床的特點(diǎn)：（1）由于采用的是伺服主軸，并經(jīng)同步齒形帶傳到主軸，主軸轉(zhuǎn)速恒功率范圍寬，低轉(zhuǎn)速的扭矩較大， 機(jī)床的主要構(gòu)件剛度高，可進(jìn)行強(qiáng)力切削，主軸系統(tǒng)進(jìn)行了強(qiáng)力冷卻，因此，機(jī)床運(yùn)行時(shí)噪聲低、震動(dòng)小、熱變形小。（2）交流伺服電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸節(jié)和滾球絲桿副直聯(lián)，使X、Y、Z軸獲得高速移動(dòng)，由于機(jī)床基礎(chǔ)件剛度高，導(dǎo)軌副均采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，使高速進(jìn)給時(shí)震動(dòng)小，低速進(jìn)給時(shí)無(wú)爬行，并且有很高的精度穩(wěn)定性。 圖7-6 VMC650數(shù)控銑床（3）全封閉式安全防護(hù)，機(jī)床外圍采用了全封閉式安全防護(hù)罩，使加工過(guò)程中的冷卻液和鐵屑得到安全充分的回收。該防護(hù)罩又具有開(kāi)門(mén)斷電的功能，避免了工作者的意外傷害。（4）自動(dòng)排屑功能可以大大減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。（5）機(jī)床的主要規(guī)格及參數(shù)：工作臺(tái)面尺寸為： 420mmX800mm工作臺(tái)T型槽寬X槽數(shù) 3-18H8工作臺(tái)T型槽距離 100mm工作臺(tái)左右行程（X軸） 650mm工作臺(tái)前后行程（Y軸） 400mm工作臺(tái)上下行程（z軸） 480mm主軸端面與工作臺(tái)面距離 80560mm主軸錐孔 BT40主軸轉(zhuǎn)速 808000轉(zhuǎn)/分主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī) FANUC-iI 6/10000，帶內(nèi)置編碼器三坐標(biāo)拖動(dòng)電機(jī) FANUC-is 12/2000，額定扭矩：10.5N.M 2000轉(zhuǎn)/分快速移動(dòng)速度 （X、Y、Z軸） 20000mm/min進(jìn)給速度 （X、Y、Z軸） 15000mm/min（6）電源的要求：電壓為AC380V，+10%15%，50Hz1Hz，3相，最大電源容量：15KVA（7）氣源的要求：氣源流量：300升/分，氣源壓力：0.51MPa（510公斤/厘米2）（8）環(huán)境的要求：數(shù)控系統(tǒng)中過(guò)高的或濕度可能引起控制機(jī)構(gòu)的失靈， 同樣溫度過(guò)低，會(huì)使氣動(dòng)裝置的水受凍而損壞裝置。建議在以下的環(huán)境條件下使用機(jī)床：1）環(huán)境溫度 540C 2）最大溫度變動(dòng) 1.1C3)相對(duì)濕度75%以下,短時(shí)間內(nèi)最大濕度95%2在眾多數(shù)控銑床中，有不少是采用FANUC系統(tǒng)進(jìn)行控制的，本篇的四個(gè)情境以FANUC系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行相關(guān)知識(shí)介紹，典型的數(shù)控銑床機(jī)型是以VMC650數(shù)控銑床為例，該銑床采用的是FANUC Series 0i Mate-MC數(shù)控系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)器采用的is VSP 20/20/40-11交流伺服驅(qū)動(dòng)器，主軸電機(jī)采用的是iI 6/10000的伺服主軸電機(jī)，X、Y、Z軸采用的是is 12/2000伺服電機(jī)，i伺服放大器采用電源模塊、主軸模塊、進(jìn)給伺服模塊為一體，方便了安裝與連接。is VSP 20/20/40-11交流伺服驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)電輸出有：TB2接口控制主軸伺服電機(jī)，CZ2L接口控制X軸伺服電機(jī)，CZ2M接口控制Y軸伺服電機(jī)，CZ2N接口控制Z軸伺服電機(jī)。3主電路連接具體如圖7-，進(jìn)線電源經(jīng)QF1總開(kāi)關(guān)后，一路經(jīng)QF2控制冷卻泵，一路經(jīng)變壓器TM11，給交流伺服驅(qū)動(dòng)器供電并給主軸風(fēng)機(jī)提供電源，冷卻主軸電機(jī)。圖77 VMC650主電路4控制電路連接具體如圖7-，變壓器TC1給各控制電路提供電源，控制電