2--数控铣床和加工中心的组成与结构特点

• 图1.2数控铣床的组成 • 1-X向导轨防护 2-Y轴伺服驱动 3-Z向导轨防护 4-立柱 5-冷却水箱 6-底座 7-Y向导轨
防护 8-工作台 9-十字滑台 10-X轴伺服驱动 11-操纵台 12-主轴箱 13-主轴总成 14Z轴伺服驱动
• （1）铣床主体 铣床主体是数控铣床的机械部 件，包括床身、主轴箱、工作台、进给机构等。
作台，便于加工零件的不同侧面。目前单纯的数控卧式铣床现在 已比较少。 • 3.数控龙门铣床 • 对于大尺寸的数控铣床，一般采用对称的双立柱结构龙门铣床， 保证机床的整体刚性和强度，数控龙门铣床有工作台移动和龙门 架移动两种形式，它适用于加工整体结构件零件、大型箱体零件 和大型模具等。
• 加工中心的分类 • 加工中心品种繁多，形态各异，分类方法有多种。按照
• 3.加工中心的主要结构特点 • （1）具有刀库和自动换刀装置,加工中心是由
数控系统控制机床自动更换刀具。 • （2）加工中心一般带有自动分度回转工作台或
可自动转角度的主轴箱，从而使工件在一次装 夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多 工序加工。 • （3）有的加工中心具有自适应控制功能，在加 工过程中能随着加工条件的变化而自动调整最 佳切削参数，自动改变机床主轴转速、进给量 和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能， 从而可得到更好的加工质量。
• （2）控制部分(CNC装置) 控制部分是数控铣 床的控制核心，实际上是一台机床专用计算机， 由印刷电路板、各种电器元件、监视器、键盘 等组成。
• （3）驱动装置 驱动装置是数控铣床执行机构 的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电动 机等。
• （4）辅助装置 辅助装置是指数控铣床的一些 配套部件，包括液压和气动装置、冷却和润滑 系统、排屑装置等。
【知识拓展】
• 数控机床坐标轴通常分两类：一类是直线坐标轴X、Y、Z,另一类是 指分别围绕这些直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴。
• （1）二轴联动 主要用于数控车床加工曲线旋转面或数控铣床等加 工曲线柱面。
• （2）二轴半联动 主要用于三轴以上控制的机床，其中二轴联动， 另一个轴作周期性进给。
• （3）三轴联动 一般分成两类，一类就是X、Y、Z三个直线坐 标轴联动，比较多的用于数控铣床、加工中心等；另一类是除 了同时控制X、Y、Z中的两个直线坐标轴外，还同时控制围绕其 中某一直线坐标旋转的旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了 纵向(Z轴)、横向(X轴)两个直线坐标轴联动外，还需同时控制围 绕Z轴旋转的主轴(C轴)联动。
• （4）四轴联动 同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴与某一旋转 坐标轴联动。
• （5）五轴联动 除同时控制X、Y、Z三个直线坐标轴联动外， 还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的A、B、C坐标轴中的两 个旋转坐标轴，形成同时控制五个轴联动。这时刀具可以被定 在空间的任意方向。
数控铣床和加工中心的分类及主要加工对 象
数控铣床和加工中心 的组成与结构特点
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• 数控铣床的组成与结构特点 • 数控铣床是由普通铣床发展而来的一种数字控
制机床，其加工能力很强，加工灵活，通用性 强，数控铣床的最大特点是高柔性，即具有灵 活、通用、万能性，可以加工不同形状的工件。 • 1.数控铣床的用途 • 数控铣床能够铣削加工各种平面、斜面轮廓和 立体轮廓零件，如各种形状复杂的凸轮、样板、 模具、叶片、螺旋桨等。此外，配上相应的刀 具还可进行钻、扩、铰、锪、镗孔和攻螺纹等。
图1.4 加工中心的组成
l-底座 2-立柱 3-X轴伺服驱动 4-Y轴伺服驱动 5-Z轴伺服驱动 6-十字滑台与工 作台 7-操作箱 8-斗签式刀库 9-主轴 10-主轴箱 11-Z向防护罩 12-水箱 13-排 屑装置 14-整体防护 15-电器柜 16-X向导轨防护 17-Y向导轨防护 18-气动与润 滑
• 3.数控铣床的主要结构特点 • 数控铣床在结构上要比普通铣床复杂得多，与其他数控
机床(如数控车床)相比，数控铣床在结构上有下列特点: • （1）数控铣床的运动特征 为了将工件中各种复杂的形
状轮廓连续加工出来，必须控制刀具沿设定的直线、圆 弧或空间的直线、圆弧轨迹运动。这就要求数控铣床的 伺服系统能在多坐标方向同时协调动作并保持预定的相 互关系，即要求机床能实现多坐标联动。 • （2）数控铣床的主轴特性 在数控铣床的主轴套筒内一 般都设有自动夹刀、退刀装置，能在数秒钟内完成装刀 与卸刀，使换刀较为方便。
加工中心的组成
• 1.加工中心的用途 • 加工中心(Machining Center)是在数控铣床的基础上
发展而来的一种高度自动化的加工设备，它是一种带 有刀库和自动换刀装置(ATC)的数控机床，又称为自 动换刀数控机床或多工序数控机床。工件经一次装夹 后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择和更换 刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工 件的运动轨迹及其他辅助功能，连续地对工件各表面 自动进行铣(车)、钻、扩、铰、镗、攻螺纹等多种工 序的加工，适用于加工凸轮、箱体、支架、盖板、模 具等各种复杂型面的零件。
卧式加工中心
• 卧式加工中心一般具有3～5个运动坐标，常见的是3个直 线运动坐标加一个回转运动坐标。
• 3.龙门式加工中心
龙门式加工中心
• 4.五面体加工中心 • 这类加工中心具有立式加工中心和卧式加工中心的功能，工
件一次安装后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等5个面的 加工。但是由于复合加工中心存在结构复杂、造价高、占地 面积大等缺点，所以它的生产和使用远不如其他类型的加工 中心广泛，适于加工复杂箱体类零件和具有复杂曲线的工件 ，如螺旋桨叶片及各种复杂模具。
换刀的形式可分为带刀库、机械手的加工中心、无机械 手的加工中心和回转刀架式的加工中心。按其运动坐标 数和控制坐标的联动数可分为三轴二联动、三轴三联动、 四轴三联动、五轴四联动和六轴五联动加工中心等。常 用分类方法是按机床结构分，一般可分为立式加工中心、 卧式加工中心、龙门式加工中心和五面体加工中心。
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• 变斜角零件多为飞机上的零件，如飞机上的整体梁、 框、椽条和肋板等，如图1.7为飞机外形，图1.8所 示为变斜角梁椽条，在第2肋到第5肋的斜角从 3°10ˊ均匀变化为2°32ˊ，从第5肋到第8肋均匀变化 为1°20ˊ，最后从第9肋到第12肋均匀变化为0°。
波音737飞机外形
飞机变斜角梁椽条
• 1.立式加工中心 • 立式加工中心指主图。其结构 形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功 能，主要适合加工板材类、壳体类工件，也可用于模具 加工。一般具有3个直线运动坐标，如果在工作台上安 装一个水平轴的数控回转台，还可加工螺旋线类零件。 • 2.卧式加工中心 • 卧式加工中心是指主轴轴心线为水平状态设置的加工中 心，如图1.5所示。
、复杂型面铣削、钻削、镗削、螺纹切削及钻孔、扩 孔、铰孔、攻螺纹和镗孔加工等。 • • 1.箱体类零件 • 2.结构形状复杂的零件 • 3.外形不规则的异形件 • 4.盘、套、板类零件
作业： 1、数控铣床及加工中心的分类 2、加工中心的加工范围
• 数控机床组成和工作原理 • （1）数控机床组成 • 数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动
装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床 本体及测量反馈装置组成。如下图是数控机床的组成框图。
图 数控机床的组成
• （2）工作原理
• 使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几 何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加 工程序; 然后将加工程序输入到数控装置，按照 程序的要求，经过数控系统信息处理、分配，使 各坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件 的相对运动，完成零件的加工。
• 数控铣床加工的主要对象 • 根据数控铣床的特点，从铣削加工角度考虑，适合数控铣削
的主要加工对象有以下几类。 • 1.平面轮廓零件 • 这类零件的加工面平行或垂直于定位面，如各种盖板、凸轮
以及飞机整体结构件中的框、肋等。平面类零件加工中简单， 一般只需用三坐标数控铣床的两轴半坐标联动，就可以把它 们加工出来。 • 2.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零件， 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， 加工面与铣刀圆周的瞬时接触为一条线。
3.曲面类轮廓零件
加工面为空间曲面的零件如模具、叶片、螺旋桨等。曲面类零件不能展开为平面。 加工时，铣刀与加工面始终为点接触，一般采用球头刀在三坐标数控铣床上加工。 当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及相邻表面及需要刀具摆动时，需采用四坐标或 五坐标铣床加工。
• 加工中心加工的主要对象 • 加工中心可以进行平面铣削、型腔铣削、外轮廓铣削
• 数控铣床的分类 • 数控铣床常见的类型主要有数控立式铣床、数控卧式铣床和数
控龙门铣床等。 • 1.数控立式铣床 • 数控立式铣床主轴与机床工作台面垂直，一般采用固定式立柱
结构，工作台不升降，主轴箱作上下运动，主轴中心线与立柱 导轨面的距离不能太大，以保证机床的刚性。
• 2.数控卧式铣床 • 数控卧式铣床其主轴与机床工作台面平行。一般配有数控回转工