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。它的機械結(jié)構(gòu)除基礎部件外，還包括主傳動系統(tǒng)和進給傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件，實現(xiàn)某些部件動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動、冷卻等系統(tǒng)和排屑、防護等裝置，特殊功能裝置，如刀具破損監(jiān)視、精度檢測和監(jiān)控裝置，為完成自動化控制功能的各種反饋信號裝置及元件。銑削加工是機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，也可以對零件進行鉆、擴、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床主軸的布置形式及機床的布局特點分類，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)控銑床一般可進行三坐標聯(lián)動加工，目前三坐標數(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床工作臺面垂直，工件裝夾方便，加工時便于觀察，但不便于排屑。一般采用固定式立柱結(jié)構(gòu)，工作臺不升降。主軸箱做上下運動，并通過立柱內(nèi)的重錘平衡主軸箱的質(zhì)量。為保證機床的剛性，主軸中心線距立柱導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，還有的機床主軸可以繞X、Y、Z坐標軸中其中一個或兩個做數(shù)控回轉(zhuǎn)運動的四坐標和五坐標數(shù)控立式銑床。通常，機床控制的坐標軸越多，尤其是要求聯(lián)動的坐標軸越多，機床的功能、加工范圍及可選擇的加工對象也越多。但隨之而來的就是機床結(jié)構(gòu)更加復雜，對數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程難度更大，設備的價格也更高。數(shù)控立式銑床也可以附加數(shù)控轉(zhuǎn)盤，采用自動交換臺，增加靠模裝置來擴大它的功能、加工范圍及加工對象，進一步提高生產(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床工作臺面平行，加工時不便于觀察，但排屑順暢。為了擴大加工范圍和擴充功能，一般配有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)四坐標、五坐標加工，這樣不但工件側(cè)面上的連續(xù)輪廓可以加工出來，而且可以實現(xiàn)在一次安裝過程中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“四面加工”。尤其是萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤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加工，這樣可以省去很多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌鹊某尚毋姷?。雖然臥式數(shù)控銑床在增加了數(shù)控轉(zhuǎn)盤后很容易做到對工件進行“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，而多是在配備自動換刀裝置(ATC)后成為臥式加工中心。（3) 數(shù)控龍門銑床對于大尺寸的數(shù)控銑床，一般采用對稱的雙立柱結(jié)構(gòu)，以保證機床的整體剛性和強度，這就是數(shù)控龍門銑床。如圖7-3所示，數(shù)控龍門銑床有工作臺移動和龍門架移動兩種形式。主要用于大、中等尺寸，大、中等質(zhì)量的各種基礎大件，板件、盤類件、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、機車、造船、機床、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)濟型數(shù)控銑床經(jīng)濟型數(shù)控銑床一般采用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，如SE.MENS802S等采用開環(huán)控制，可以實現(xiàn)三坐標聯(lián)動。這種數(shù)控銑床成本較低，功能簡單，加工精度不高，適用于一般復雜零件的加工，一般有工作臺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，一般可以實現(xiàn)四坐標以上的聯(lián)動，加工適應性強，應用最廣泛，如圖7-4(b)所示。 (a) 經(jīng)濟型數(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)控加工的一個發(fā)展方向，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，已逐漸得到廣泛的應用。這種數(shù)控銑床采用全新的機床結(jié)構(gòu)、功能部件和功能強大的數(shù)控系統(tǒng)，并配以加工性能優(yōu)越的刀具系統(tǒng)，加工時主軸轉(zhuǎn)速一般在800040000r/min，切削進給速度可達1030m/min，可以對大面積的曲面進行高效率、高質(zhì)量的加工，如圖7-5。但目前這種機床價格昂貴，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)、主傳動系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)等幾大部分組成： (1)主傳動系統(tǒng) 由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟動、停止等動作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具進行切削。 (2)進給伺服系統(tǒng) 由伺服電動機和進給執(zhí)行機構(gòu)組成，按照程序設定的進給速度實現(xiàn)刀具和工件之間的相對運動，包括直線進給運動和旋轉(zhuǎn)運動。 (3)控制系統(tǒng) 數(shù)控銑床運動控制的中心，執(zhí)行數(shù)控加工程序控制機床進行加工。 (4)輔助裝置 如液壓、氣動、潤滑、冷卻系統(tǒng)和排屑、防護等裝置。 (5)機床基礎件 通常是指底座、立柱、橫梁等，它是整個機床的基礎和框架。2主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機、傳動系統(tǒng)和主軸部件。由于主傳動系統(tǒng)的變速功能一般采用變頻或交流伺服主軸電動機，通過同步齒形帶帶動主軸旋轉(zhuǎn)，對于功率較大的數(shù)控銑床，為了實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩，有時加一級或二級或多級齒輪減速。對于經(jīng)濟型數(shù)控銑床的主傳動系統(tǒng)，則采用普通電動機通過V帶、塔輪、手動齒輪變速箱帶動主軸旋轉(zhuǎn)。通過改變電動機的接線形式和手動換擋方式進行有級變速。主軸具有刀具自動鎖緊和松開機構(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，在刀具松開后，向主軸錐孔吹氣，達到清潔錐孔的目的。3進給傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進給系統(tǒng)即進給驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置是指將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的整個機械傳動鏈，主要包括減速裝置、絲桿螺母副及導向元件等。在數(shù)控銑床上，將回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的傳動裝置一般采用雙螺母滾珠絲桿螺母副。進給系統(tǒng)的X、Y、Z軸傳動結(jié)構(gòu)是伺服電動機固定在支承座上，通過彈性聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與工作臺聯(lián)結(jié)螺母移動，實現(xiàn)X、Y、Z軸的進給。數(shù)控銑床的布局1工件的重量和尺寸與布局的關系可以有四種不同的布局方案：(1) 工件進給運動的升降臺銑床(2) 銑頭垂直進給運動的升降臺銑床(3) 工件一個方向進給運動的龍門式數(shù)控銑床(4) 銑頭垂直進給運動的龍門式數(shù)控銑床2運動的分配與部件的布局一般需要對工件的頂面進加工，則銑床主軸應布局成立式的。一般需要對工件的多個側(cè)面進行加工，則主軸應布局成臥式的。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。運動要求與加工功能相同的數(shù)控機床，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：剛性好框式立柱布局的優(yōu)點：熱變形對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，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切，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：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形銑刀3） 銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀4） 銑鍵槽時，為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀5）孔加工時，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，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，并可采用無孔刀片(刀片價格較低，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螺釘固定在刀槽上，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)位方便。雖然刀具零件較少，但刀體的加工難度較大，一般需用五坐標加工中心進行加工。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行連續(xù)銑削，適用于板件、盤件、模具等零件的銑削加工。機床的特點：（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， 機床的主要構(gòu)件剛度高，可進行強力切削，主軸系統(tǒng)進行了強力冷卻，因此，機床運行時噪聲低、震動小、熱變形小。（2）交流伺服電機經(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，由于機床基礎件剛度高，導軌副均采用直線滾動導軌副，使高速進給時震動小，低速進給時無爬行，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，機床外圍采用了全封閉式安全防護罩，使加工過程中的冷卻液和鐵屑得到安全充分的回收。該防護罩又具有開門斷電的功能，避免了工作者的意外傷害。（4）自動排屑功能可以大大減輕操作者的勞動強度。（5）機床的主要規(guī)格及參數(shù)：工作臺面尺寸為： 420mmX800mm工作臺T型槽寬X槽數(shù) 3-18H8工作臺T型槽距離 100mm工作臺左右行程（X軸） 650mm工作臺前后行程（Y軸） 400mm工作臺上下行程（z軸） 480mm主軸端面與工作臺面距離 80560mm主軸錐孔 BT40主軸轉(zhuǎn)速 808000轉(zhuǎn)/分主軸驅(qū)動電機 FANUC-iI 6/10000，帶內(nèi)置編碼器三坐標拖動電機 FANUC-is 12/2000，額定扭矩：10.5N.M 2000轉(zhuǎn)/分快速移動速度 （X、Y、Z軸） 20000mm/min進給速度 （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)中過高的或濕度可能引起控制機構(gòu)的失靈， 同樣溫度過低，會使氣動裝置的水受凍而損壞裝置。建議在以下的環(huán)境條件下使用機床：1）環(huán)境溫度 540C 2）最大溫度變動 1.1C3)相對濕度75%以下,短時間內(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)進行控制的，本篇的四個情境以FANUC系統(tǒng)為基礎進行相關知識介紹，典型的數(shù)控銑床機型是以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)動器采用的is VSP 20/20/40-11交流伺服驅(qū)動器，主軸電機采用的是iI 6/10000的伺服主軸電機，X、Y、Z軸采用的是is 12/2000伺服電機，i伺服放大器采用電源模塊、主軸模塊、進給伺服模塊為一體，方便了安裝與連接。is VSP 20/20/40-11交流伺服驅(qū)動器的強電輸出有：TB2接口控制主軸伺服電機，CZ2L接口控制X軸伺服電機，CZ2M接口控制Y軸伺服電機，CZ2N接口控制Z軸伺服電機。3主電路連接具體如圖7-，進線電源經(jīng)QF1總開關后，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)動器供電并給主軸風機提供電源，冷卻主軸電機。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