1任务一：认识数控铣床应用及其组成和坐标系统

任务一：认识数控铣床应用及其组成和坐标系统一、数控技术的发展前景科学技术是第一生产力说明了制造业是一个国家经济发展的基石，也是增强国家竞争力的基础。

有人坦言：“无论今后科学技术怎样进步，发展先进的制造业将是人类社会永恒的主题，制造业也将永远是人类社会的‘首席产业’”。

数控技术专业是一种集机、电、液、光、计算机、自动控制技术为一体的知识密集型技术,它是制造业实现现代化、柔性化、集成化生产的基础,同时也是提高产品质量,提高生产率必不可少的物质手段。

近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。

中国正逐步成为“世界制造中心”,数控化率已成为衡量一个国家或企业制造技术水平和经济实力的重要指标之一（数控化率：设备拥有量中数控设备所占的比例）。

目前我国机床的数控化率仅为1.9％,而日本高达30％,美国超过了40％。

二、数控技术就业方向我国高级技工正面临着“青黄不接”的严重局面,原有技工年龄已大,中年技工为数不多,青年技工尚未成熟。

在制造业,能够熟练操作现代化机床的人才已成稀缺,据统计,目前,我国技术工人中,高级技工占3.5%,中级工占35%,初级工占60%。

而发达国家技术工人中,高级工占35%、中级工占50%、初级工占15%。

随着产业布局、产品结构的调整,就业结构也将发生变化。

企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加,因此,既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才。

本专业毕业生主要面向珠三角外资大中型企事业单位及国有企事业单位的操作、销售、工艺、设备维护等部门，主要培养数控机床操作人员、数控编程工艺人员、CNC数控编程、数控设备维修人员、数控设备营销人员。

此外还能从事CAD/CAM软件应用，数控系统或设备的销售与技术服务工作，数控设备的安装调试及维护，以及车间生产组织与管理等工作等。

从全国的形势来看，沿海城市，长三角上海、浙江、江苏，珠三角的深圳、广东是制造业最发达，数控技工最容易找到工作的地方。

特别是浙江沿海一带，机械加工企业林立，一个企业没有数控制造就很快会被淘汰。

因此，巨大的岗位需求是学习数控技术及就业的保障。

1、数控铣床的主要功能与数控车削相比，数控铣床有着更为广泛的应用范围，能够进行外形轮廓铣削、平面或曲面型腔铣削及三维复杂型面的铣削，如各种凸轮、模具等，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。

加工中心是从数控铣床发展而来的。

与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。

2、数控铣床（加工中心）分类数控铣床（加工中心）按主轴布局方法分类⑴立式（主轴垂直装夹平面）立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中最常见的一种布局形式，应用范围最广。

立式数控铣床中又以三坐标（X、Y、Z）联动的数控铣床居多，其各坐标的控制方式主要有以下几种：①工作台纵、横向移动并升降，主轴不动，与普通立式升降台铣床相似。

目前小型立式数控铣床一般采用这种方式。

②工作台纵、横向移动，主轴升降。

这种方式一般运用在中型立式数控铣床中，如下图5-2所示。

③大型立式数控铣床，由于需要考虑扩大行程，缩小占地面积和刚性等技术问题，多采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动，。

为扩大立式数控铣床的使用功能和加工范围，可增加数控转盘来实现四轴或五轴联动加工。

主要加工：简单箱体、箱盖、板类、平面凸轮⑵卧式（主轴轴线平行于水平面）一般配有数控回转工作台，实现在一次安装中，通过转盘改变工位，以实现四、五轴加工，从而扩大加工范围。

比立式结构复杂，不利于观察，但排屑顺畅。

主要加工：复杂箱体、泵类、阀体⑶立卧式立、卧两用数控铣床的主轴方向可以变换，能达到在一台机床上即可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，使其应用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，给用户带来了很大的方便。

尤其是当生产批量小，品种多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需购买一台这样的机床就可以了。

(4)加工中心加工中心与数控铣床区别在于：数控铣床没有自动刀具交换装置（ATC）,只能手动换刀，而加工中心配备了ATC和刀库，可由ATC自动换刀。

按换刀形式分：带机械手、无机械手、转塔刀库、盘式刀库，对四轴、五轴的加工中心，可实现四面、五面加工，能一次装夹完成多面加工，特别适合加工复杂箱体类、泵体、阀体、壳体等零件。

3、数铣的加工对象适合采用数控铣削的零件有平面类、变斜角类和曲面类。

（1）平面类零件加工面平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件。

这一类零件的特点是：加工单元面为平面或可展开成平面。

其数控铣削相对比较简单，一般用两坐标联动就可以加工出来。

（2）曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。

这类零件的特点是：一是加工面不能展开成平面，二是加工面与加工刀具（铣刀）始终为点接触。

这类零件在数控铣床的加工中也较为常见，通常采用两轴半联动数控铣床加工精度要求不高的曲面；精度要求高的曲面需用三轴联动数控铣床加工；若曲面周围有干涉表面，需用四轴甚至五轴联动数控铣床加工。

（3）变斜角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件这类零件，多数为飞机零部件，如飞机上的整体梁、框、缘条与肋等，此外还有检验夹具与装配型架等。

变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。

最好采用4坐标和5坐标数控铣床摆角加工，在没有上述机床时，也可用3坐标数控铣床上进行2.5坐标近似加工。

（4）孔及螺纹采用定尺寸刀具进行钻、扩、铰、镗及攻丝等，一般数控铣都有镗、钻、铰功能。

4、数控铣床结构组成一般由铣床主机、控制部分、驱动装置、辅助装置等部分组成。

1、机床主机（本体）：机械部件，包括床身、主轴箱、工作台和进给机构等。

2、控制部分(CNC装置)：实现自动加工的核心，通过控制执行数控加工程序来控制机床进行加工，主要由监视器、主控制系统（CPU、存储器、控制器）、可编程控制器PLC、各类I/O接口等组成，主要控制对象为位置、角度、速度等机械量和温度、压力、流量等物理量。

3、驱动装置（伺服系统）：包括主轴伺服系统和进给伺服系统，主要由伺服电动机（执行元件）、伺服驱动器（动力源）和位置检测与反馈装置等组成。

数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台和刀架按照程序设定的速度运动。

4、辅助装置：如换刀机构、工件夹紧/自动变换机构、液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

5、数控铣床工作原理6、数控铣削加工的装备6.1、夹具在数控铣削加工中使用的夹具有通用夹具、专用夹具、组合夹具以及较先进的图3-14 内藏式液压角度虎钳、平口虎钳工件统一基准定位装夹系统等，主要根据零件的特点和经济性选择使用。

（1）通用夹具它具有较大的灵活性和经济性，在数控铣削中应用广泛。

常用的各种机械虎钳或液压虎钳。

如图3-14所示，为内藏式液压角度虎钳、平口虎钳。

（2）组合夹具它是机床夹具中一种标准化、系列化、通用化程度很高的新型工艺装备。

它可以根据工件的工艺要求，采用搭积木的方式组装成各种专用夹具，如图3-15图3-15 组合夹具的使用（钻孔、铣削）所示。

组合夹具的特点：灵活多变，为生产迅速提供夹具，缩短生产准备周期；保证加工质量，提高生产效率；节约人力、物力和财力；减少夹具存放面积，改善管理工作。

组合夹具的不足之处：比较笨重，刚性也不如专用夹具好，组装成套的组合夹具，必须有大量元件储备，开始投资的费用较大。

（3）专用铣削夹具专用铣削夹具是指专为某一工件或类似几种工件而设计制造的专用夹具，其结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批量生产。

6.2数控刀具系统图3-16 数控铣床的刀柄和拉钉图3-17 数控铣床的通用刀柄6.2.1刀柄数控铣床使用的刀具通过刀柄与主轴相连，刀柄通过拉钉和主轴内的拉刀装置固定在轴上，由刀柄夹持传递速度、扭矩。

数控铣床刀柄一般采用7：24锥面与主轴锥孔配合定位，这种锥柄不自锁，换刀方便，与直柄相比有较高的定心精度和刚度。

数控铣床的通用刀柄分为整体式和组合式两种。

为了保证刀柄与主轴的配合与连接，刀柄与拉钉的结构和尺寸均已标准化和系列化，在我国应用最为广泛的是BT40和BT50系列刀柄和拉钉，如图3-16、图3-17所示。

相同标准及规格的加工中心用刀柄也可以在数控铣床上使用，其主要区别是数控铣床所用的刀柄上没有供换刀机械手夹持的环形槽。

6.2.2数控铣削刀具1．数控铣削刀具的基本要求与普通铣床的刀具相比较，数控铣床刀具具有制造精度更高，要求高速、高效率加工，刀具使用寿命更长。

刀具的材质选用高强高速钢、硬质合金、立方氮化硼、人造金刚石等，高速钢、硬质合金采用TiC和TiN 涂层及TiC-TiN复合涂层来提高刀具使用寿命。

在结构形式上，采用整体硬质合金或使用可转位刀具技术。

（1）铣刀刚性要好铣刀刚性好的目的：一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。

例如，当工件各处的加工余量相差悬殊时，通用铣床遇到这种情况很容易采取分层铣削方法加以解决，而数控铣削就必须按程序规定的走刀路线前进，遇到余量大时无法象通用铣床那样“随机应变”，除非在编程时能够预先考虑到，否则铣刀必须返回原点，用改变切削面高度或加大刀具半径补偿值的方法从头开始加工，多走几刀。

但这样势必造成余量少的地方经常走空刀，降低了生产效率，如刀具刚性较好就不必这么办。

在数控铣削中，因铣刀刚性较差而断刀并造成工件损伤的事例是常有的，所以解决数控铣刀的刚性问题是至关重要的。

（2）铣刀的耐用度要高尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损较快，就会影响工件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使加工表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。

除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。

总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。

2．常用数控铣刀种类数控铣削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。

常用数控铣削刀具要：面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、球头铣刀、鼓形铣刀、成型铣刀和锯片铣刀等。