15數(shù)控機(jī)床的選用

1、15數(shù)控機(jī)床的選用數(shù)控機(jī)床是機(jī)床體系分類(lèi)中的一個(gè)類(lèi)別，隨著技術(shù)發(fā)展的不斷進(jìn)步，CNC機(jī)床的數(shù)量、種類(lèi)增長(zhǎng)很快，下面是對(duì)各種CNC機(jī)床進(jìn)行簡(jiǎn)單的羅列：數(shù)控銃床和加工中心；數(shù)控車(chē)床和車(chē)削中心；數(shù)控鉆床；數(shù)控鏜床；數(shù)控電加工機(jī)床；數(shù)控沖床；數(shù)控火焰切割機(jī)；數(shù)控刨床；數(shù)控激光加工機(jī)床；數(shù)控外 圓磨床；數(shù)控焊接機(jī)床 數(shù)控彎板機(jī)。數(shù)控機(jī)床也有種種的分類(lèi)方法： 如按用途分類(lèi)，可分為金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床、 金屬成型 類(lèi)數(shù)控設(shè)備、數(shù)控特種加工設(shè)備。本書(shū)僅對(duì)金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行重點(diǎn)介紹，因?yàn)樗鼈兪菙?shù)控類(lèi)機(jī)床中應(yīng)用最多的機(jī)床。1. 5. 1普通數(shù)控機(jī)床和傳統(tǒng)的通用機(jī)床一樣，從切削工藝角度看：普通數(shù)控機(jī)床是指采用車(chē)、

2、銃：鉆、鏜、 磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銃床、數(shù)控磨床等。而且切削工藝與 相應(yīng)的傳統(tǒng)的通用機(jī)床相似。每一類(lèi)中又有很多品種，例如數(shù)控銃床中就有立銃、臥銃、工具銃、龍門(mén)銃等，雖然這類(lèi)機(jī)床的工藝性能和傳統(tǒng)的通用機(jī)床相似，但不同的是它能自動(dòng)化加工更為復(fù)雜形狀的零件，并且能進(jìn)行精度、效率更高，更具有柔性的加工。1 .數(shù)控車(chē)床CNC車(chē)床，能自動(dòng)控制完成對(duì)軸類(lèi)與盤(pán)類(lèi)零件內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、螺紋等圖1-5-1全功能數(shù)控車(chē)床HM-077外形和結(jié)構(gòu)組成1-主軸電機(jī)2-主軸箱3-排屑器4-卡盤(pán)5-防護(hù)罩6-尾座7-刀架8-床鞍滑板9-床身10-操作面板切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔

3、和鉸孔等工作。數(shù)控車(chē)床具有加工精度穩(wěn)定性好、加 工靈活、通用性強(qiáng)，能適應(yīng)多品種、小批生產(chǎn)自動(dòng)化的要求，特別適合加工形狀復(fù)雜的軸類(lèi)或盤(pán)類(lèi)零件。CNC車(chē)床由機(jī)床主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，刀具并不旋轉(zhuǎn)，切削刀具安裝的轉(zhuǎn)塔刀架或四方刀架上，沿平行主軸軸向（Z）和垂直主軸軸線(xiàn)的橫向（X）兩個(gè)方向的導(dǎo)軌，相對(duì)工件進(jìn)給移動(dòng)。數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)與傳統(tǒng)通用車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上存在著本質(zhì)上的差別。傳統(tǒng)臥式車(chē)床主軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)掛輪架、 進(jìn)給箱、溜板箱傳到刀架，實(shí)現(xiàn)縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 傳動(dòng) 路線(xiàn)長(zhǎng)，傳動(dòng)精度低。而數(shù)控車(chē)床是采用伺服電動(dòng)機(jī)，經(jīng)滾珠絲杠傳到滑板和刀架，實(shí)現(xiàn)Z向（縱向）和X向（橫向）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)路線(xiàn)短

4、，傳動(dòng)精度高。如圖1-5-1所示為典型的全功能數(shù)控車(chē)床 HM-077外形和結(jié)構(gòu)組成。2.數(shù)控銑床數(shù)控銃床是機(jī)床設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛的加工機(jī)床，CNC銑床常主要設(shè)計(jì)為輪廓加工，也可以設(shè)計(jì)為輪廓加工和孔加工功能同時(shí)具有銃鏜數(shù)控機(jī)床。它可以進(jìn)行平面銃削、型腔銃削、縱聞工低皆撩昨IS版圖1-5-2立式數(shù)控銃床外形輪廓銃削、三維及三維以上復(fù)雜型面銃削，還可進(jìn)行鉆削、鏜削、螺紋切削等孔加工。 加工中心、柔性制造單元等都是在數(shù)控銃床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。數(shù)控銃床如同傳統(tǒng)的通用銃床一樣，按主軸在空間所處的狀態(tài)，分有立式和臥式以及立、 臥兩用數(shù)控銃床。主軸在空間處于垂直狀態(tài)的，稱(chēng)為立式數(shù)控銃床；主軸在空間處于

5、水平狀態(tài)的，稱(chēng)為臥式數(shù)控銃床。主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的， 稱(chēng)為立臥兩用數(shù)控銃床。 如圖1-5-2 , 是立式數(shù)控銃床。如圖 1-5-3，是臥式數(shù)控銃床。數(shù)控銃床能被 CNC控制的坐標(biāo)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)多為三坐標(biāo)軸，即有三個(gè)沿導(dǎo)軌方向的直線(xiàn)運(yùn)圖1-5-3臥式數(shù)控銃床如若數(shù)控銃床三個(gè)沿導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)中，只能其中 兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)可以聯(lián)動(dòng)，稱(chēng)兩軸半數(shù)控銃床，即在 X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸中，任意兩軸可以聯(lián)動(dòng)。一般情 況下，兩軸半控制的數(shù)控銃床上只能用來(lái)加工平面曲 線(xiàn)的輪廓。如若數(shù)控銃床三個(gè)沿導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)能同時(shí)聯(lián)動(dòng)， 即數(shù)控銃床能進(jìn)行 X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工，稱(chēng) 為三軸數(shù)控銃床。目前 3坐標(biāo)數(shù)控立式銃床仍占大多

6、數(shù)，可以加工空間曲面。對(duì)于有特殊要求的數(shù)控銃床，還可以加進(jìn)一個(gè)繞這時(shí)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)為四坐軸回轉(zhuǎn)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即增加一個(gè)數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái), 標(biāo)的數(shù)控系統(tǒng)，可用來(lái)加工螺旋槽、葉片等立體曲面零件。1. 5. 2加工中心機(jī)床（MC加工中心（Machining Center ，簡(jiǎn)稱(chēng) MC是適應(yīng)省力、省時(shí)和節(jié)能的時(shí)代要求而迅速 發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。相對(duì)那些普通數(shù)控機(jī)床更具有靈活性和適應(yīng)性，并且效率更高，工藝能力更強(qiáng)，自動(dòng)化程度更高。1.各種加工中心加工中心種類(lèi)較多，根據(jù)加工方式分有：車(chē)削加工中心車(chē)削加工中心以車(chē)削為主，主體是數(shù)控車(chē)床，機(jī)床上配備有轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)或由換刀機(jī)械手和鏈?zhǔn)降稁?kù)組成的大容

7、量刀庫(kù)。車(chē)削加工中心還配置有銃削動(dòng)力頭。鏜銃加工中心鏜銃加工中心，它將數(shù)控銃床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺(tái)加工設(shè)備上，且增設(shè)有自動(dòng)換刀裝置。 鏜銃加工中心是機(jī)械加工行業(yè)應(yīng)用最多的一類(lèi)數(shù) 控設(shè)備，其工藝范圍主要是銃削、鉆削和鏜削。復(fù)合加工中心在一臺(tái)設(shè)備上可以完成車(chē)削、銃削、鏜削和鉆削等多種工序加工的加工中心稱(chēng)之為復(fù)合加工中心，可代替多臺(tái)機(jī)床實(shí)現(xiàn)多工序的加工。復(fù)合加工中心多以車(chē)、銃加工的加工中心為多。2.加工中心特點(diǎn)加工中心機(jī)床的一個(gè)最為明顯的特征是：加工中心是一種比普通數(shù)控機(jī)床多加裝了刀具庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置而構(gòu)成的數(shù)控機(jī)床，刀庫(kù)容量一般為幾十甚至上百把刀具。數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床自動(dòng)地更換刀具

8、。圖1-5-4 加工中心裝配了托盤(pán)交換裝置它與普通數(shù)控機(jī)床相比 另一個(gè)更為重要的特征是： 它利用機(jī)床刀庫(kù)的多刀具和 自動(dòng)換刀能力，具有把幾個(gè) 不同的操作組合在一次裝夾 中并連續(xù)加工的能力，即集 中工序加工。如CNG鏜銃加工中心，對(duì)工件連續(xù)進(jìn)行的鉆削、鏜削、背鏜、加工螺紋、锪孔以及輪廓 銃削等加工都可編制為同一個(gè)CNC程序。又如車(chē)削加工中心，幾乎可以完成回轉(zhuǎn)體零件的所有加工工序。加工中心因?yàn)檫B續(xù)、自動(dòng)、多工序加工，又稱(chēng)它為多工序數(shù)控機(jī)床。加工中心機(jī)床實(shí)現(xiàn)一次裝夾多工序的加工方式，有效地避免了零件多次裝夾造成的定位誤差，減少了機(jī)床臺(tái)數(shù)和占地面積，有利于提高了加工精度。由于電子技術(shù)的迅速發(fā)展，加工中

9、心的功能日趨完善。比如：因?yàn)樽詣?dòng)換刀縮短手動(dòng)換刀的時(shí)間；因?yàn)槔昧送斜P(pán)交換系統(tǒng)、交換工作臺(tái)的方法，讓工件能在機(jī)外裝卸從而縮短工 件裝夾的輔助時(shí)間；利用附加軸A、B、C的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及許多其他功能來(lái)增強(qiáng)轉(zhuǎn)換加工面的靈活性。如圖1-5-4所示的加工中心裝配了托盤(pán)交換裝置能實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)交換，從而使工件裝夾的輔助工作不占機(jī)床的加工時(shí)間。本書(shū)主要對(duì)鏜銃加工中心的應(yīng)用介紹，下面提到的加工中心一般是指鏜銃加工中心。3鏜、銑加工中心兩種類(lèi)型設(shè)計(jì)加工中心有兩種基本設(shè)計(jì)即立式加工中 心和臥式加工中心。按主軸在空間所處的狀 態(tài)，加工中心的主軸在空間處于垂直狀態(tài)的， 稱(chēng)為立式加工中心；主軸在空間處于水平狀態(tài) 的，稱(chēng)為

10、臥式加工中心。（主軸可作垂直和水平轉(zhuǎn)換的，稱(chēng)為立臥式加工中心或復(fù)合加工中 心）。如圖1-5-5是JCS-018A型立式加工中心 外觀圖。機(jī)床床能進(jìn)行 X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián) 動(dòng)加。機(jī)床有刀庫(kù)，可裝各類(lèi)鉆、銃類(lèi)刀具并 自動(dòng)換刀。對(duì)立式CNC加工中心來(lái)說(shuō)，最適合加工的工件類(lèi)型是有上端面結(jié)構(gòu)或周邊輪廓加 工任務(wù)的零件，如盤(pán)蓋、板類(lèi)零件。工件可安裝在工作臺(tái)或夾具上。某臥式加工中心外形如圖 1-5-6所示，主軸水平放置。一般臥式加工中心配備一個(gè)旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)軸（回轉(zhuǎn)工作臺(tái)）。臥式加工中心適宜加工箱體類(lèi)零件，一次裝夾可對(duì)工件的多個(gè)面進(jìn) 行銃削、鉆削、鏜削、攻螺紋等工序加工，特別適合孔與定位基面或孔與孔之間相對(duì)

11、位置精度要求較高的零件的加工，容易保證其加工精度。臥式加工中心的刀庫(kù)一般比立式加工中心 容量大，結(jié)構(gòu)比立式加工中心復(fù)雜，占地面積比立式加工中心大，它比立式加工中心的柔性強(qiáng)。臥式加工中心的制造成本比立式加工中心高，市場(chǎng)擁有量較少。臥式加工中心調(diào)試程序及試切時(shí)不便觀察，加工時(shí)不便監(jiān)視，零件裝夾和測(cè)量不方便。但加工時(shí)排屑容易，對(duì)加工有利。圖1-5-6臥式加工中心1. 5. 3柔性制造柔性制造單元（FMC）:是由加工中心（MC）與自動(dòng)交換裝置、刀具和工件的自動(dòng)測(cè)量裝置、工況監(jiān)控功能而發(fā)展起來(lái)的，它比 MC具有更高的制造柔性和生產(chǎn)率。柔性制造系統(tǒng)（FMS :FMS（Flexible Manufactur

12、ing System）是在成組技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的綜合技術(shù)產(chǎn)物。主要由多工位的數(shù)控加工系統(tǒng)、自動(dòng)化的物料輸送和存儲(chǔ)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制信息系統(tǒng)組成。生產(chǎn)全部過(guò)程由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)度，若干臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行工位控制，形成一個(gè)各種制造單元相對(duì)獨(dú)立而又能靈活調(diào)節(jié)、配合，具有很強(qiáng)適應(yīng)性的制造系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床是各種制造單元或工位中的主要加工設(shè)備。1. 5. 4計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是采用現(xiàn)代計(jì)算 機(jī)術(shù)將制造工廠(chǎng)全部活動(dòng)（設(shè)計(jì)、制造、裝配、市場(chǎng)調(diào)查與決

13、策、銷(xiāo)售、管理等）所需的各種分散自動(dòng)化系統(tǒng)的有機(jī)集成。CIMS通常由管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)、(1) 管理信息系統(tǒng) 這個(gè)系統(tǒng)包括預(yù)測(cè)、經(jīng)營(yíng)決策、各級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷(xiāo) 售、供應(yīng)、財(cái)務(wù)、成本、設(shè)備、工具、人力資源等管理信息功能，通過(guò)信息的集成，以達(dá)到 縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少占用流動(dòng)資金、提高企業(yè)的應(yīng)變能力的目的。(2) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)它是用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造準(zhǔn)備和產(chǎn)品性能測(cè)試等階段的工作， 就是 CAD CAPPCAM 系統(tǒng)。其目的使產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)更高效、 優(yōu)質(zhì)、自動(dòng)化地進(jìn)行。(3) 制造自動(dòng)化系統(tǒng) 常用的是 FMS 系統(tǒng)。這個(gè)

14、系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品的工程技術(shù)信息、車(chē)間層 的加工指令，完成對(duì)零件毛壞加工的作業(yè)調(diào)度、制造等工作。(4) 質(zhì)量保證系統(tǒng) 包括質(zhì)量決策、質(zhì)量檢測(cè)與數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量評(píng)估、控制與跟蹤等功 能。系統(tǒng)保證從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)到售后服務(wù)的整個(gè)過(guò)程。(5) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 它是支持 CIMS 各個(gè)分系統(tǒng)的開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)， 采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)， 以分布方式， 滿(mǎn)足各應(yīng)用分系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)支持服務(wù)的不同需 求，支持資源共享、分布處理、分布數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)控制。(6) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 它是支持 CIMS 各分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)的共享和信息集 成。由上述可知，CIMS是建立在多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上的高技術(shù)制造系統(tǒng)。1 55 數(shù)控機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的選用數(shù)控機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括工作臺(tái)面積、 各坐標(biāo)軸行程、 主軸轉(zhuǎn)速范圍、 切削進(jìn)給速 度范圍、刀庫(kù)容量、換刀時(shí)間、定位精度、重復(fù)定位精度等。可分成尺寸參數(shù)、接口參數(shù)、 運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)、精度參數(shù)、其它參數(shù)幾個(gè)方面來(lái)認(rèn)識(shí)。 尺寸參數(shù)。包括：工作臺(tái)面積(長(zhǎng)、寬)、承重；主軸端面到工作臺(tái)的距離；交換工 作臺(tái)尺寸數(shù)量及交換時(shí)間； 作用：影響到加工工件的尺寸范圍大小重量編程范圍及刀具、 工 件、機(jī)床之間的干涉。 接口參數(shù)。包括：工作臺(tái) T型槽數(shù)；槽寬槽間距