數(shù)控銑床是主要采用銑削方式加工零件的數(shù)控機床，它能夠進行外形輪廓銑削、平面或曲面型腔銑削及三維復(fù)雜型面的銑削，如凸輪、模具、葉片等，另外數(shù)控銑床還具有孔加工的功能，通過特定的功能指令可進行一系列孔的加工，如鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔和攻絲等，如圖1-1所示。項目四數(shù)控銑床（加工中心）概述數(shù)控銑床是主要采用銑削方式加工零件的數(shù)控機床，它能夠進1

圖1-1數(shù)控銑床圖1-1數(shù)控銑床2圖1-2加工中心圖1-2加工中心3

第一節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的組成和工作原理一、數(shù)控銑床（加工中心）的數(shù)控銑床（加工中心）大體由輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測及其輔助裝置和機床本體等組成。1、輸入裝置數(shù)控程序編制后需要存儲在一定的介質(zhì)上，按目前的控制介質(zhì)大致分為紙介質(zhì)和電磁介質(zhì)，相應(yīng)地通過不同方法輸入到數(shù)控裝置中去。紙帶輸入方法，即在專用的紙帶上穿孔，用不同孔的位置組成數(shù)控代碼，再通過紙帶閱讀機將代表不同含義的信息讀入。手動輸入是將數(shù)控程序通過數(shù)控機床上的鍵盤輸入，程序內(nèi)容將存儲在數(shù)控系統(tǒng)的存儲器內(nèi)，使用時可以隨時調(diào)用。

第一節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的組成和工作原理4數(shù)控程序的產(chǎn)生由計算機編程軟件或手工輸入到計算機中，就可采用通訊方式來傳遞數(shù)控程序到數(shù)控系統(tǒng)中，通常使用數(shù)控裝置的RS232C串行口或RJ45口等來完成。2、數(shù)控裝置一般數(shù)控系統(tǒng)是由專用或通用計算機硬件加上系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成，完成數(shù)控設(shè)備的運動控制功能、人機交互功能、數(shù)據(jù)管理功能和相關(guān)的輔助控制等功能。它是數(shù)控設(shè)備功能實現(xiàn)和性能保證的核心組成部分，是整個數(shù)控設(shè)備的中心控制機構(gòu)。隨著開放式數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)具備了自我擴展和自我維護的功能，為數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用提供了自由完善、自定義系統(tǒng)軟硬件功能和性能的能力。

數(shù)控程序的產(chǎn)生由計算機編程軟件或手工輸入到計算機中，5圖1-4數(shù)控裝置圖1-4數(shù)控裝置6數(shù)控裝置是數(shù)控銑床的核心，是由數(shù)控系統(tǒng)、輸入和輸出接口等組成，它接收到的數(shù)控程序，經(jīng)過編譯、數(shù)學(xué)運算和邏輯處理后，輸出各種信號到輸出接口上。3、伺服系統(tǒng)連接數(shù)控裝置和機械結(jié)構(gòu)的控制傳輸通道，它將數(shù)控裝置的數(shù)字量的指令輸出轉(zhuǎn)換成各種形式的電動機運動，帶動機械結(jié)構(gòu)上執(zhí)行元件實現(xiàn)其所規(guī)定出來的運動軌跡。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動放大器和電動機兩個主要部分，其任務(wù)實質(zhì)是實現(xiàn)一系列數(shù)?；蚰?shù)之間的信號轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)形式就是位置控制和速度控制。數(shù)控裝置是數(shù)控銑床的核心，是由數(shù)控系統(tǒng)、輸入和輸出7伺服系統(tǒng)接收數(shù)控裝置輸出的各種信號，經(jīng)過分配、放大、轉(zhuǎn)換等功能，驅(qū)動各運動部件，完成零件的切削加工。4、檢測裝置位置檢測、速度反饋裝置根據(jù)系統(tǒng)要求不斷測定運動部件的位置或速度，轉(zhuǎn)換成電信號傳輸?shù)綌?shù)控裝置中，與目標信號進行比較、運算，進行控制。5、運動部件由包括床身、主軸箱、工作臺、進給機構(gòu)等組成的機械部件，伺服電機驅(qū)動運動部件運動，完成工件與刀具之間的相對運動。伺服系統(tǒng)接收數(shù)控裝置輸出的各種信號，經(jīng)過分配、放大、86、輔助裝置輔助裝置是指數(shù)控銑床（加工中心）的一些配套部件，包括刀庫、液壓和氣動裝置、冷卻系統(tǒng)和排屑裝置等。二、數(shù)控銑床（加工中心）的工作原理

控制面板輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服裝置（主軸、進給）驅(qū)動裝置測量反饋裝置機床主體圖1-3數(shù)控機床工作原理圖6、輔助裝置控制面板輸入輸出設(shè)備伺服裝置（主軸、進給）測量91、數(shù)控加工的過程首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，也就是將刀具與工件的相對運動軌跡、加工過程中主軸速度和進給速度的變換、冷卻液的開關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，按規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序,然后送入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進行相應(yīng)的運算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標軸、主軸及相關(guān)的輔助動作相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。1、數(shù)控加工的過程102、數(shù)控機床的工作過程數(shù)控機床接通電源后，數(shù)控系統(tǒng)對各組成部分的工作狀況進行自檢，并根據(jù)廠家設(shè)定的參數(shù)要求設(shè)置為初始狀態(tài)，一切正常，無報警提示，等待用戶輸入信息。零件的加工程序編制可以脫開機床編程，也可以在線編程。在線編程就是利用數(shù)控系統(tǒng)提供的面板鍵盤進行輸入相關(guān)格式指令完成，程序直接進入數(shù)控系統(tǒng)的存儲區(qū)域，可以隨時調(diào)用；脫機編程是操作者在機床外用計算機進行一種編程方式，編寫好的程序存儲在磁盤等介質(zhì)上，要進行使用時，通過數(shù)控機床提供的RS-232C、RJ45等接口與計算機相連，用傳輸軟件將數(shù)控程序送入數(shù)控2、數(shù)控機床的工作過程11系統(tǒng)進行加工，它可以實現(xiàn)DNC方式加工。

在加工之前，為了使機床明白操作者設(shè)定的編程坐標，操作者必須通過對刀方式將編程坐標系轉(zhuǎn)換成機床工件坐標系，也就是加工前輸入實際使用刀具的參數(shù)及工件坐標系原點相對于機床坐標系的坐標值。加工程序輸入后，數(shù)控系統(tǒng)啟動運行，系統(tǒng)對輸入的信息進行內(nèi)部處理，編譯成二進制數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)計算，轉(zhuǎn)換成控制信號。數(shù)控系統(tǒng)對信息預(yù)處理后，運行數(shù)控加工程序，系統(tǒng)根據(jù)程序中給出的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)進行插補計算，確定各線段的起點、終點，確定坐系統(tǒng)進行加工，它可以實現(xiàn)DNC方式加工。12標軸運動的方向、大小和速度，分別向各個控制軸發(fā)出運動序列指令。伺服系統(tǒng)接受信息后完成驅(qū)動，再根據(jù)機床上位置檢測裝置測得的實際數(shù)值反饋到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的位置調(diào)節(jié)器，與理想數(shù)值進行比較、調(diào)節(jié)，輸出補償信息，控制各坐標軸的精確運動。數(shù)控系統(tǒng)再次進行數(shù)控程序中程序段的插補計算和位置控制，逐行完成程序段的編譯和處理，直至零件加工程序執(zhí)行完畢。標軸運動的方向、大小和速度，分別向各個控制軸發(fā)出運13第二節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的分類和特點

數(shù)控機床加工與普通機床有著一定的區(qū)別：１）工序集中數(shù)控機床一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程序控制自動進行，因此，工序比較集中，減少機床占地面積，節(jié)約廠房，同時減少或沒有中間環(huán)節(jié)（如半成品的中間檢測、暫存搬運等），既省時間又省人力。２）自動化程度高數(shù)控機床加工時，不需人工控制刀具，自動化程度高，對操作工人的要求降低。數(shù)控操作工在數(shù)控機床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機床上加工出的零件精度高，而且省時、省力，降低了工人的勞動強度。第二節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的分類和特點14３）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。４）加工效率高數(shù)控機床的自動換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動生產(chǎn)率。５）柔性化高改變數(shù)控加工程序，就可以在數(shù)控機床上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機床很適應(yīng)市場競爭。６）加工能力強數(shù)控機床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機床上無法加工。３）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人15一、數(shù)控銑床的分類和特點

（一）數(shù)控銑床的分類數(shù)控銑床是一種用途廣泛的數(shù)控機床，按照不同方法分為不同種類。1、按主軸軸線位置方向分為數(shù)控立式銑床、數(shù)控臥式銑床。2、按加工功能分數(shù)控銑床、數(shù)控仿形銑床、數(shù)控齒輪銑床等。3、按控制坐標軸數(shù)分兩坐標數(shù)控銑床、兩坐標半數(shù)控銑床、三坐標數(shù)控銑床等。4、按伺服系統(tǒng)方式分為閉環(huán)伺服系統(tǒng)、開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控銑床等。一、數(shù)控銑床的分類和特點16（二）數(shù)控銑床的特點數(shù)控銑床一般都能完成銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面、鉆孔、鏜孔、攻螺紋等加工，一般情況下，可以在一次裝夾中完成所需的加工工序。目前數(shù)控裝置的脈沖當量一般為0.001mm，高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達0.0001mm，能保證工件精度。數(shù)控加工還可避免工人的操作誤差，一批加工零件的尺寸同一性特別好，定位精度比較高，在加工各種復(fù)雜模具中顯示較好的優(yōu)越性。數(shù)控銑床的最大特點是高柔性，一般不需要使用專用夾具工藝裝備，在更換工件時，只（二）數(shù)控銑床的特點17需調(diào)用存儲于計算機中的加工程序，裝夾工件和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，能大大縮短生產(chǎn)周期。一般的數(shù)控銑床都具有銑床、鏜床和鉆床的功能，使工序高度集中，大大提高了生產(chǎn)效率并減少了工件的裝夾誤差。數(shù)控機床加工極大地降低了勞動強度，機床操作者的勞動趨于智力型工作。二、加工中心的分類和特點

（一）加工中心的分類1、按照機床結(jié)構(gòu)分類分為立式、臥式、龍門式和萬能加工中心。需調(diào)用存儲于計算機中的加工程序，裝夾工件和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，18圖1-5立式加工中心外形圖圖1-5立式加工中心外形圖19圖1-6臥式加工中心外形圖、圖1-6臥式加工中心外形圖20圖1-7龍門式加工中心外形圖圖1-7龍門式加工中心外形圖212、按自動換刀裝置分類通常可以分為四類：1）轉(zhuǎn)塔頭加工中心轉(zhuǎn)塔頭加工中心有立式和臥式兩種。主軸數(shù)一般為6~12個，這種結(jié)構(gòu)換刀時間短、刀具數(shù)量少、主軸轉(zhuǎn)塔頭定位精度要求較高。一般主要以孔加工為主。2）刀庫+主軸換刀加工中心這種加工中心特點是無機械手式主軸換刀，其換刀是通過刀庫和主軸箱的配合動作來完成，并由主軸箱上下運動進行選刀和換刀，換刀時，主軸運動到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具。2、按自動換刀裝置分類223）刀庫+機械手+主軸換刀加工中心換刀裝置是由刀庫和機械手組成，換刀機械手完成換刀工作。4）刀庫+機械手+雙主軸轉(zhuǎn)塔頭加工中心這種加工中心在主軸上的刀具進行切削時，通過機械手將下一步所用的刀具換在轉(zhuǎn)塔頭的非切削主軸上。當主軸上的刀具切削完畢后，轉(zhuǎn)塔頭即回轉(zhuǎn)，完成換刀工作，換刀時間短。3）刀庫+機械手+主軸換刀加工中心換刀裝置是由刀庫和機械233、按加工中心完成功能特征分類按功能特征分類，可分為鏜銑、鉆削和復(fù)合加工中心；按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。1）鏜銑加工中心以鏜銑為主，適用于箱體、殼體類零件加工以及各種復(fù)雜零件的特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，用于多品種、小批量的生產(chǎn)方式。2）鉆削加工中心以鉆削為主，刀庫形式以轉(zhuǎn)塔頭形式為主，適用于中、小批量零件的鉆孔、擴孔、較孔、攻螺紋及連續(xù)輪廓銑削等多工序加工。3、按加工中心完成功能特征分類243）復(fù)合加工中心復(fù)合加工中心主要指五面復(fù)合加工，可自動回轉(zhuǎn)主軸頭，進行立臥加工，主軸自動回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直面實現(xiàn)刀具自動交換。4、按加工中心機械結(jié)構(gòu)特征分類按工作臺種類分，加工中心工作臺有各種結(jié)構(gòu)，可分為單、雙和多工作臺。設(shè)置工作臺的目的是為了縮短零件的輔助準備時間，提高生產(chǎn)效率和機床自動化程度。最常見的是單工作臺和雙工作臺兩種形式。3）復(fù)合加工中心復(fù)合加工中心主要指五面復(fù)合加工，可自動回255、按主軸結(jié)構(gòu)特征分類根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)特征分類，可分為單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心。（二）加工中心的特點加工中心可以自動連續(xù)地完成銑、鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋等多工序加工，適合于小型板類、盤類、殼體類、模具等零件的多品種小批量加工。它除了具有數(shù)控機床的共同特點外，還具有其獨特的特點：1、工序集中2、強力切削3、對加工對象的實用性強4、加工生產(chǎn)率高5、按主軸結(jié)構(gòu)特征分類265、高速定位6、減輕操作者的勞動強度7、隨機換刀8、經(jīng)濟效益高9、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化三、數(shù)控銑床及加工中心機械結(jié)構(gòu)的主要組成部分１、機床基礎(chǔ)件，如床身，底座等。２、主傳動系統(tǒng)，主軸電機及傳動部分。主軸組件一般由軸承、支承、傳動件和刀具夾緊等裝置組成，３、進給系統(tǒng)。進給系統(tǒng)由聯(lián)軸節(jié)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌等組成，如圖1-8所示。5、高速定位27圖1-8滾珠絲杠數(shù)控銑床加工中心課件28４、實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動通常采用回轉(zhuǎn)工作臺和分度工作臺，分度工作臺只是將工件分度轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)分別加工工件的各個表面的目的，而回轉(zhuǎn)工作臺除了分度和轉(zhuǎn)位的功能外，還能實現(xiàn)圓周進給運動。５、自動換刀裝置（ATC）。帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)是由刀庫和換刀機構(gòu)組成，刀庫可以存放很多刀具。刀庫類型分為盤式、鏈式和箱式，盤式刀庫又稱斗笠式刀庫，容量較??；鏈式刀庫容量較大，一般配有30把以上的刀具時采用，箱式刀庫容量更大，空間利用率高，但是換刀時間長。刀庫與主軸交換方式通常有機械手交換刀具方式和由刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換方式。４、實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。29６、自動托盤交換裝置(APC)。托盤交換裝置按其運動方式有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種，托盤交換器在機床運行時是加工中心的一個輔件，完成或協(xié)助完成物料（工件）的裝卸與交換，并起緩沖作用。７、輔助裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻、排屑、防護等裝置。數(shù)控機床配備液壓和氣動裝置來完成自動運行功能，液壓傳動裝置使用工作壓力高的油性介質(zhì)，動作平穩(wěn)，噪音較?。粴鈩友b置的氣源容易獲得，結(jié)構(gòu)簡單，動作頻率高，適合頻繁起動的輔助工作。如圖1-9所示的直動式電液伺服閥等。６、自動托盤交換裝置(APC)。30８、工具系統(tǒng)一般分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩大類。如圖1-10所示刀具系統(tǒng)附件，圖1-11對刀儀等，整體式刀具系統(tǒng)基本上由整體柄部和整體刃部（整體式刀具）兩者組成，傳統(tǒng)的鉆頭、銑刀、鉸刀等就屬于整體式刀具。模塊式刀具系統(tǒng)是把整體式刀具系統(tǒng)按功能進行分割，做成系列化的標準模塊（如刀柄、刀桿、接長桿、接長套、刀夾、刀體、刀頭、刀刃等），再根據(jù)需要快速地組裝成不同用途的刀具，當某些模塊損壞時可部分更換。這樣既便于批量制造，降低成本，也便于減少用戶的刀具儲備，節(jié)省開支，因此模塊式刀具系統(tǒng)在使用中倍受推崇。８、工具系統(tǒng)31常用的是40、45、50號7：24長圓錐柄，在該系列中，我國的GB10944-89、德國的DIN69871、美國的ANSIL5.50都已與ISO7388標準趨于一致，在主軸端為同一錐度號的主軸孔，以及刀庫、換刀機械手之間互相通用。如JT40－XS16－75，其中JT40表示刀柄型式及尺寸，其后數(shù)字為相應(yīng)的ISO錐度號，40代表大端直徑44.45的7:24錐度。BT表示采用日本標準MAS403號加工中心機床用錐柄形式；XS16表示刀柄用途及主參數(shù)；（XD裝三面銑刀刀柄，MW無扁尾氏錐柄刀柄，XS裝三面刃銑刀刀柄，M有扁尾氏錐柄刀柄，Z（J）裝鉆夾頭刀柄，XP裝削平柄銑刀刀柄）后面的數(shù)字表示工具的工作特性，75數(shù)字為其輪廓尺寸D或L。常用的是40、45、50號7：24長圓錐柄，在該系列中32圖1-9直動式電液伺服閥圖1-9直動式電液伺服閥33圖1-10刀柄、對刀器、卸刀器等附件數(shù)控銑床加工中心課件34圖1-11機外對刀儀圖1-11機外對刀儀35四、數(shù)控銑床及加工中心主要技術(shù)參數(shù)

工作臺尺寸（長×寬）:表示工作臺面大小。行程（X×Y×Z）:表示各軸向最大位移。主電機功率:表示主軸電機的額定功率，如7.5/11KW，正常工作可以維持在7.5KW，短時間負載功率可達11KW。主軸轉(zhuǎn)速范圍（無級調(diào)速）主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍。定位精度、重復(fù)定位精度各軸定位的精確性。進給速度表示各進給軸快進速度。工作臺承重工作臺承受的最大重量。四、數(shù)控銑床及加工中心主要技術(shù)參數(shù)36刀柄：主軸使用刀柄格式，換刀方式以及換刀時間，刀柄承重和回轉(zhuǎn)直徑等。數(shù)控系統(tǒng)：機床使用的控制系統(tǒng)。機床重量：機床總重量。五、數(shù)控銑床及加工中心的選用原則１、數(shù)控銑床的選用數(shù)控銑床的選擇主要由被加工的零件、加工精度，零件的批量等決定。規(guī)格較小的數(shù)控銑床，其工作臺寬度多在400mm以下，它最適宜中小零件的加工和復(fù)雜形面的輪廓銑削任務(wù)。規(guī)格較大的數(shù)控銑床，工作臺在500mm以上，用來解決大尺寸復(fù)雜零件的加工需要。刀柄：主軸使用刀柄格式，換刀方式以及換刀時間，刀柄承重37

根據(jù)加工零件是二維還是三維輪廓的幾何形狀決定選擇兩坐標聯(lián)動和三坐標聯(lián)動的數(shù)控機床，也可根據(jù)零件加工要求，增加數(shù)控分度頭或數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，加工螺旋槽、葉片零件等。對于大批量的零件加工，用戶可采用專用銑床；中小批量而又是經(jīng)常周期性重復(fù)投產(chǎn)的產(chǎn)品，采用數(shù)控銑床是非常合適的，因為第一批量中準備好多工夾具、程序等可以存儲起來重復(fù)使用。２、加工中心的選用根據(jù)加工零件是二維還是三維輪廓的幾何形狀決定選擇兩坐標聯(lián)38加工中心選用主要是由加工零件的復(fù)雜程度、精度、加工工序等因素確定。一般來說：具備下列特點的零件適合在加工中心加工：需要用許多把刀具在一個工件上進行加工的零件；有定位孔距精度要求的多孔加工，定位繁瑣的工件；重復(fù)生產(chǎn)型的工件；復(fù)雜形狀的零件：如模具、航空用零件等；能借助自動編程軟件編程的各種異形零件；箱體類、板類零件適合在臥式加工中心上加工，如主軸箱體、泵體、閥體、內(nèi)燃機缸體等。連頂面也要一次裝夾中加工，可選用五面體加工中心。立式加工中心適合加工箱蓋缸蓋、平面凸輪等。加工中心選用主要是由加工零件的復(fù)雜程度、精度、加工工序等39龍門加工中心用于加工大型箱體、板類零件，如內(nèi)燃機車缸體、加工中心立柱、床身、印刷墻板機等。３、選擇數(shù)控銑床與加工中心加工零件時注意事項由于零件加工的工序多，使用的刀具種類多，甚至在一次裝夾下，要完成粗加工、半精加工與精加工，應(yīng)周密合理地安排各個工序的加工順序，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)效率。根據(jù)加工批量等情況決定換刀形式，對于換刀比較頻繁時，就應(yīng)選擇加工中心進行加工，而龍門加工中心用于加工大型箱體、板類零件，如內(nèi)燃機車缸體、40對于換刀不頻繁工序單一的加工時，宜采用銑床加工，減少了刀具的調(diào)整時間，提高效率。加工編程時應(yīng)充分考慮到換刀的空間，以免發(fā)生撞刀事故，有條件的采用機外預(yù)調(diào)刀具參數(shù)，便于操作者在運行程序前，及時修改刀具補償參數(shù)。檢驗與試切工作，對于手工編程有很多人為因素造成錯誤，所以在加工前要認真進行程序的檢查與較驗，以防不測事件發(fā)生。對于換刀不頻繁工序單一的加工時，宜采用銑床加工，減少了刀具的41思考練習(xí)題1-1

什么是數(shù)控、數(shù)控技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床？1-2

數(shù)控機床由哪幾部分組成？各有什么作用？1-3

采用數(shù)控機床與普通機床加工相比較有何特點？1-4

數(shù)控銑床、加工中心按工藝用途有那些類型？各用于什么場合？思考練習(xí)題42數(shù)控銑床是主要采用銑削方式加工零件的數(shù)控機床，它能夠進行外形輪廓銑削、平面或曲面型腔銑削及三維復(fù)雜型面的銑削，如凸輪、模具、葉片等，另外數(shù)控銑床還具有孔加工的功能，通過特定的功能指令可進行一系列孔的加工，如鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔和攻絲等，如圖1-1所示。項目四數(shù)控銑床（加工中心）概述數(shù)控銑床是主要采用銑削方式加工零件的數(shù)控機床，它能夠進43

圖1-1數(shù)控銑床圖1-1數(shù)控銑床44圖1-2加工中心圖1-2加工中心45

第一節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的組成和工作原理一、數(shù)控銑床（加工中心）的數(shù)控銑床（加工中心）大體由輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測及其輔助裝置和機床本體等組成。1、輸入裝置數(shù)控程序編制后需要存儲在一定的介質(zhì)上，按目前的控制介質(zhì)大致分為紙介質(zhì)和電磁介質(zhì)，相應(yīng)地通過不同方法輸入到數(shù)控裝置中去。紙帶輸入方法，即在專用的紙帶上穿孔，用不同孔的位置組成數(shù)控代碼，再通過紙帶閱讀機將代表不同含義的信息讀入。手動輸入是將數(shù)控程序通過數(shù)控機床上的鍵盤輸入，程序內(nèi)容將存儲在數(shù)控系統(tǒng)的存儲器內(nèi)，使用時可以隨時調(diào)用。

第一節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的組成和工作原理46數(shù)控程序的產(chǎn)生由計算機編程軟件或手工輸入到計算機中，就可采用通訊方式來傳遞數(shù)控程序到數(shù)控系統(tǒng)中，通常使用數(shù)控裝置的RS232C串行口或RJ45口等來完成。2、數(shù)控裝置一般數(shù)控系統(tǒng)是由專用或通用計算機硬件加上系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成，完成數(shù)控設(shè)備的運動控制功能、人機交互功能、數(shù)據(jù)管理功能和相關(guān)的輔助控制等功能。它是數(shù)控設(shè)備功能實現(xiàn)和性能保證的核心組成部分，是整個數(shù)控設(shè)備的中心控制機構(gòu)。隨著開放式數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)控系統(tǒng)具備了自我擴展和自我維護的功能，為數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用提供了自由完善、自定義系統(tǒng)軟硬件功能和性能的能力。

數(shù)控程序的產(chǎn)生由計算機編程軟件或手工輸入到計算機中，47圖1-4數(shù)控裝置圖1-4數(shù)控裝置48數(shù)控裝置是數(shù)控銑床的核心，是由數(shù)控系統(tǒng)、輸入和輸出接口等組成，它接收到的數(shù)控程序，經(jīng)過編譯、數(shù)學(xué)運算和邏輯處理后，輸出各種信號到輸出接口上。3、伺服系統(tǒng)連接數(shù)控裝置和機械結(jié)構(gòu)的控制傳輸通道，它將數(shù)控裝置的數(shù)字量的指令輸出轉(zhuǎn)換成各種形式的電動機運動，帶動機械結(jié)構(gòu)上執(zhí)行元件實現(xiàn)其所規(guī)定出來的運動軌跡。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動放大器和電動機兩個主要部分，其任務(wù)實質(zhì)是實現(xiàn)一系列數(shù)?；蚰?shù)之間的信號轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)形式就是位置控制和速度控制。數(shù)控裝置是數(shù)控銑床的核心，是由數(shù)控系統(tǒng)、輸入和輸出49伺服系統(tǒng)接收數(shù)控裝置輸出的各種信號，經(jīng)過分配、放大、轉(zhuǎn)換等功能，驅(qū)動各運動部件，完成零件的切削加工。4、檢測裝置位置檢測、速度反饋裝置根據(jù)系統(tǒng)要求不斷測定運動部件的位置或速度，轉(zhuǎn)換成電信號傳輸?shù)綌?shù)控裝置中，與目標信號進行比較、運算，進行控制。5、運動部件由包括床身、主軸箱、工作臺、進給機構(gòu)等組成的機械部件，伺服電機驅(qū)動運動部件運動，完成工件與刀具之間的相對運動。伺服系統(tǒng)接收數(shù)控裝置輸出的各種信號，經(jīng)過分配、放大、506、輔助裝置輔助裝置是指數(shù)控銑床（加工中心）的一些配套部件，包括刀庫、液壓和氣動裝置、冷卻系統(tǒng)和排屑裝置等。二、數(shù)控銑床（加工中心）的工作原理

控制面板輸入輸出設(shè)備數(shù)控裝置伺服裝置（主軸、進給）驅(qū)動裝置測量反饋裝置機床主體圖1-3數(shù)控機床工作原理圖6、輔助裝置控制面板輸入輸出設(shè)備伺服裝置（主軸、進給）測量511、數(shù)控加工的過程首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，也就是將刀具與工件的相對運動軌跡、加工過程中主軸速度和進給速度的變換、冷卻液的開關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，按規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序,然后送入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進行相應(yīng)的運算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標軸、主軸及相關(guān)的輔助動作相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。1、數(shù)控加工的過程522、數(shù)控機床的工作過程數(shù)控機床接通電源后，數(shù)控系統(tǒng)對各組成部分的工作狀況進行自檢，并根據(jù)廠家設(shè)定的參數(shù)要求設(shè)置為初始狀態(tài)，一切正常，無報警提示，等待用戶輸入信息。零件的加工程序編制可以脫開機床編程，也可以在線編程。在線編程就是利用數(shù)控系統(tǒng)提供的面板鍵盤進行輸入相關(guān)格式指令完成，程序直接進入數(shù)控系統(tǒng)的存儲區(qū)域，可以隨時調(diào)用；脫機編程是操作者在機床外用計算機進行一種編程方式，編寫好的程序存儲在磁盤等介質(zhì)上，要進行使用時，通過數(shù)控機床提供的RS-232C、RJ45等接口與計算機相連，用傳輸軟件將數(shù)控程序送入數(shù)控2、數(shù)控機床的工作過程53系統(tǒng)進行加工，它可以實現(xiàn)DNC方式加工。

在加工之前，為了使機床明白操作者設(shè)定的編程坐標，操作者必須通過對刀方式將編程坐標系轉(zhuǎn)換成機床工件坐標系，也就是加工前輸入實際使用刀具的參數(shù)及工件坐標系原點相對于機床坐標系的坐標值。加工程序輸入后，數(shù)控系統(tǒng)啟動運行，系統(tǒng)對輸入的信息進行內(nèi)部處理，編譯成二進制數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)計算，轉(zhuǎn)換成控制信號。數(shù)控系統(tǒng)對信息預(yù)處理后，運行數(shù)控加工程序，系統(tǒng)根據(jù)程序中給出的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)進行插補計算，確定各線段的起點、終點，確定坐系統(tǒng)進行加工，它可以實現(xiàn)DNC方式加工。54標軸運動的方向、大小和速度，分別向各個控制軸發(fā)出運動序列指令。伺服系統(tǒng)接受信息后完成驅(qū)動，再根據(jù)機床上位置檢測裝置測得的實際數(shù)值反饋到數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的位置調(diào)節(jié)器，與理想數(shù)值進行比較、調(diào)節(jié)，輸出補償信息，控制各坐標軸的精確運動。數(shù)控系統(tǒng)再次進行數(shù)控程序中程序段的插補計算和位置控制，逐行完成程序段的編譯和處理，直至零件加工程序執(zhí)行完畢。標軸運動的方向、大小和速度，分別向各個控制軸發(fā)出運55第二節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的分類和特點

數(shù)控機床加工與普通機床有著一定的區(qū)別：１）工序集中數(shù)控機床一般帶有可以自動換刀的刀架、刀庫，換刀過程由程序控制自動進行，因此，工序比較集中，減少機床占地面積，節(jié)約廠房，同時減少或沒有中間環(huán)節(jié)（如半成品的中間檢測、暫存搬運等），既省時間又省人力。２）自動化程度高數(shù)控機床加工時，不需人工控制刀具，自動化程度高，對操作工人的要求降低。數(shù)控操作工在數(shù)控機床上加工出的零件比普通工在傳統(tǒng)機床上加工出的零件精度高，而且省時、省力，降低了工人的勞動強度。第二節(jié)數(shù)控銑床（加工中心）的分類和特點56３）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人的疲勞、粗心等人為誤差，提高了產(chǎn)品的一致性。４）加工效率高數(shù)控機床的自動換刀等使加工過程緊湊，提高了勞動生產(chǎn)率。５）柔性化高改變數(shù)控加工程序，就可以在數(shù)控機床上加工新的零件，且又能自動化操作，柔性好，效率高，因此數(shù)控機床很適應(yīng)市場競爭。６）加工能力強數(shù)控機床能精確加工各種輪廓，而有些輪廓在普通機床上無法加工。３）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機床的加工自動化，免除了普通機床上工人57一、數(shù)控銑床的分類和特點

（一）數(shù)控銑床的分類數(shù)控銑床是一種用途廣泛的數(shù)控機床，按照不同方法分為不同種類。1、按主軸軸線位置方向分為數(shù)控立式銑床、數(shù)控臥式銑床。2、按加工功能分數(shù)控銑床、數(shù)控仿形銑床、數(shù)控齒輪銑床等。3、按控制坐標軸數(shù)分兩坐標數(shù)控銑床、兩坐標半數(shù)控銑床、三坐標數(shù)控銑床等。4、按伺服系統(tǒng)方式分為閉環(huán)伺服系統(tǒng)、開環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控銑床等。一、數(shù)控銑床的分類和特點58（二）數(shù)控銑床的特點數(shù)控銑床一般都能完成銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面、鉆孔、鏜孔、攻螺紋等加工，一般情況下，可以在一次裝夾中完成所需的加工工序。目前數(shù)控裝置的脈沖當量一般為0.001mm，高精度的數(shù)控系統(tǒng)可達0.0001mm，能保證工件精度。數(shù)控加工還可避免工人的操作誤差，一批加工零件的尺寸同一性特別好，定位精度比較高，在加工各種復(fù)雜模具中顯示較好的優(yōu)越性。數(shù)控銑床的最大特點是高柔性，一般不需要使用專用夾具工藝裝備，在更換工件時，只（二）數(shù)控銑床的特點59需調(diào)用存儲于計算機中的加工程序，裝夾工件和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，能大大縮短生產(chǎn)周期。一般的數(shù)控銑床都具有銑床、鏜床和鉆床的功能，使工序高度集中，大大提高了生產(chǎn)效率并減少了工件的裝夾誤差。數(shù)控機床加工極大地降低了勞動強度，機床操作者的勞動趨于智力型工作。二、加工中心的分類和特點

（一）加工中心的分類1、按照機床結(jié)構(gòu)分類分為立式、臥式、龍門式和萬能加工中心。需調(diào)用存儲于計算機中的加工程序，裝夾工件和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)即可，60圖1-5立式加工中心外形圖圖1-5立式加工中心外形圖61圖1-6臥式加工中心外形圖、圖1-6臥式加工中心外形圖62圖1-7龍門式加工中心外形圖圖1-7龍門式加工中心外形圖632、按自動換刀裝置分類通?？梢苑譃樗念悾?）轉(zhuǎn)塔頭加工中心轉(zhuǎn)塔頭加工中心有立式和臥式兩種。主軸數(shù)一般為6~12個，這種結(jié)構(gòu)換刀時間短、刀具數(shù)量少、主軸轉(zhuǎn)塔頭定位精度要求較高。一般主要以孔加工為主。2）刀庫+主軸換刀加工中心這種加工中心特點是無機械手式主軸換刀，其換刀是通過刀庫和主軸箱的配合動作來完成，并由主軸箱上下運動進行選刀和換刀，換刀時，主軸運動到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具。2、按自動換刀裝置分類643）刀庫+機械手+主軸換刀加工中心換刀裝置是由刀庫和機械手組成，換刀機械手完成換刀工作。4）刀庫+機械手+雙主軸轉(zhuǎn)塔頭加工中心這種加工中心在主軸上的刀具進行切削時，通過機械手將下一步所用的刀具換在轉(zhuǎn)塔頭的非切削主軸上。當主軸上的刀具切削完畢后，轉(zhuǎn)塔頭即回轉(zhuǎn)，完成換刀工作，換刀時間短。3）刀庫+機械手+主軸換刀加工中心換刀裝置是由刀庫和機械653、按加工中心完成功能特征分類按功能特征分類，可分為鏜銑、鉆削和復(fù)合加工中心；按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。1）鏜銑加工中心以鏜銑為主，適用于箱體、殼體類零件加工以及各種復(fù)雜零件的特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，用于多品種、小批量的生產(chǎn)方式。2）鉆削加工中心以鉆削為主，刀庫形式以轉(zhuǎn)塔頭形式為主，適用于中、小批量零件的鉆孔、擴孔、較孔、攻螺紋及連續(xù)輪廓銑削等多工序加工。3、按加工中心完成功能特征分類663）復(fù)合加工中心復(fù)合加工中心主要指五面復(fù)合加工，可自動回轉(zhuǎn)主軸頭，進行立臥加工，主軸自動回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直面實現(xiàn)刀具自動交換。4、按加工中心機械結(jié)構(gòu)特征分類按工作臺種類分，加工中心工作臺有各種結(jié)構(gòu)，可分為單、雙和多工作臺。設(shè)置工作臺的目的是為了縮短零件的輔助準備時間，提高生產(chǎn)效率和機床自動化程度。最常見的是單工作臺和雙工作臺兩種形式。3）復(fù)合加工中心復(fù)合加工中心主要指五面復(fù)合加工，可自動回675、按主軸結(jié)構(gòu)特征分類根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)特征分類，可分為單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心。（二）加工中心的特點加工中心可以自動連續(xù)地完成銑、鉆、擴、鉸、锪、攻螺紋等多工序加工，適合于小型板類、盤類、殼體類、模具等零件的多品種小批量加工。它除了具有數(shù)控機床的共同特點外，還具有其獨特的特點：1、工序集中2、強力切削3、對加工對象的實用性強4、加工生產(chǎn)率高5、按主軸結(jié)構(gòu)特征分類685、高速定位6、減輕操作者的勞動強度7、隨機換刀8、經(jīng)濟效益高9、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化三、數(shù)控銑床及加工中心機械結(jié)構(gòu)的主要組成部分１、機床基礎(chǔ)件，如床身，底座等。２、主傳動系統(tǒng)，主軸電機及傳動部分。主軸組件一般由軸承、支承、傳動件和刀具夾緊等裝置組成，３、進給系統(tǒng)。進給系統(tǒng)由聯(lián)軸節(jié)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌等組成，如圖1-8所示。5、高速定位69圖1-8滾珠絲杠數(shù)控銑床加工中心課件70４、實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動通常采用回轉(zhuǎn)工作臺和分度工作臺，分度工作臺只是將工件分度轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)分別加工工件的各個表面的目的，而回轉(zhuǎn)工作臺除了分度和轉(zhuǎn)位的功能外，還能實現(xiàn)圓周進給運動。５、自動換刀裝置（ATC）。帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)是由刀庫和換刀機構(gòu)組成，刀庫可以存放很多刀具。刀庫類型分為盤式、鏈式和箱式，盤式刀庫又稱斗笠式刀庫，容量較?。绘準降稁烊萘枯^大，一般配有30把以上的刀具時采用，箱式刀庫容量更大，空間利用率高，但是換刀時間長。刀庫與主軸交換方式通常有機械手交換刀具方式和由刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換方式。４、實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件。71６、自動托盤交換裝置(APC)。托盤交換裝置按其運動方式有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種，托盤交換器在機床運行時是加工中心的一個輔件，完成或協(xié)助完成物料（工件）的裝卸與交換，并起緩沖作用。７、輔助裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻、排屑、防護等裝置。數(shù)控機床配備液壓和氣動裝置來完成自動運行功能，液壓傳動裝置使用工作壓力高的油性介質(zhì)，動作平穩(wěn)，噪音較??；氣動裝置的氣源容易獲得，結(jié)構(gòu)簡單，動作頻率高，適合頻繁起動的輔助工作。如圖1-9所示的直動式電液伺服閥等。６、自動托盤交換裝置(APC)。72８、工具系統(tǒng)一般分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩大類。如圖1-10所示刀具系統(tǒng)附件，圖1-11對刀儀等，整體式刀具系統(tǒng)基本上由整體柄部和整體刃部（整體式刀具）兩者組成，傳統(tǒng)的鉆頭、銑刀、鉸刀等就屬于整體式刀具。模塊式刀具系統(tǒng)是把整體式刀具系統(tǒng)按功能進行分割，做成系列化的標準模塊（如刀柄、刀桿、接長桿、接長套、刀夾、刀體、刀頭、刀刃等），再根據(jù)需要快速地組裝成不同用途的刀具，當某些模塊損壞時可部分更換。這樣既便于批量制造，降低成本，也便于減少用戶的刀具儲備，節(jié)省開支，因此模塊式刀具系統(tǒng)在使用中倍受推崇。８、工具系統(tǒng)73常用的是40、45、50號7：24長圓錐柄，在該系列中，我國的GB10944-89、德國的DIN69871、美國的ANSIL5.50都已與ISO7388標準趨于一致，在主軸端為同一錐度號的主軸孔，以及刀庫、換刀機械手之間互相通用。如JT40－XS16－75，其中JT40表示刀柄型式及尺寸，其后數(shù)字為相應(yīng)的ISO錐度號，40代表大端直徑44.45的7:24錐度。BT表示采用日本標準MAS403號加工中心機床用錐柄形式；XS16表示刀柄用途及主參數(shù)；（XD裝三面銑刀刀柄，MW無扁尾氏錐柄刀柄，XS裝三面刃銑刀刀柄，M有扁尾氏錐柄刀柄，Z（J）裝鉆夾頭刀柄，XP裝削平柄銑刀刀柄）后面的數(shù)字表示工具的工作特性，75數(shù)字為其輪廓尺寸D或L。常用的是40、45、50號7：24長圓錐柄，在該系列中74圖1-9直動式電液伺服閥圖1-9直動式電液伺服閥75圖1-10刀柄、