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1、1,第8章 数控铣床概述,8.1 数控铣床概述,8.1.1 数控铣床简介 数控铣床是在普通铣床上集成了数字控制系统，可以在程序代码的控制下较精确地进行铣削加工的机床。数控铣床适合于各种箱体类和板类零件的加工。它的机械结构除基础部件外，还包括主传动系统和进给传动系统，实现工件回转、定位的装置和附件，实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、冷却等系统和排屑、防护等装置，特殊功能装置，如刀具破损监视、精度检测和监控装置，为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、锪及螺纹加工等。,数控
2、铣床的分类按机床主轴的布置形式及机床的布局特点分类，可分为数控立式铣床、数控卧式铣床和数控龙门铣床等。 1. 立式数控铣床 一般可进行三坐标联动加工，目前数控立式铣床占大多数。如图8-1所示，数控立式铣床主轴与机床工作台面垂直，工件装夹方便，加工时便于观察，但不便于排屑。一般采用固定式立柱结构，工作台不升降。主轴箱带动主轴做上下运动，并通过立柱内的平衡块铁平衡主轴箱的质量。为保证机床的刚性，主轴中心线距立柱导轨面的距离不能太大，因此，这种结构主要用于中小尺寸的数控铣床。,图8-1 立式数控铣床 此外，还有的机床主轴可以绕X、Y坐标轴中其中一个或两个做数控回转运动的四坐标和五坐标数控立式铣床。,
3、通常，机床控制的坐标轴越多，尤其是要求联动的坐标轴越多，机床的功能、加工范围及可选择的加工对象也越多。但对数控系统的要求更高，编程难度更大，设备的价格也更高。 数控立式铣床也可以采用双工作台这样可以自动交换工作台，进一步提高生产效率。 2. 卧式数控铣床,卧式数控铣床与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。如图8-2所示，数控卧式铣床的主轴与机床工作台面平行，加工时不便于观察，但排屑顺畅。为了扩大加工范围和扩充功能，一般配有数控回转工作台或万能数控转盘来实现四坐标、五坐标加工，这样不但工件侧面上的连续轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装过程中，通过转盘改变工位，进行“多面加工”。尤其是
4、万能数控转盘可以把工件上各种不同的角度或空间角度的加工面摆成水平来加工，这样可以省去很多专用夹具或专用角度的成形铣刀。,虽然卧式数控铣床在增加了数控转盘后很容易做到对工件进行“多面加工”使其加工范围更加广泛，但从制造成本上考虑，单纯的数控卧式铣床现在已比较少，而多是在配备自动换刀装置以及刀库后成为卧式加工中心。,图8-2 卧式数控铣床,图8-3 数控龙门铣床,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，以保证机床的整体刚性和强度，这就是数控龙门铣床。如图8-3所示，数控龙门铣床有工作台移动和龙门架移动两种形式。主要用于大、中等尺寸，大、中等质量的各种基础大件的加工，适用
5、于航空、重机、机车、造船、机床、印刷和模具等制造行业。,8.1.2 数控铣床安全生产和注意事项 为了保证机床的安全生产和操作人员的安全，特制定了以下几点规则： 1)进入实训室应穿好工作服，戴好防护眼镜，头发过长应卷入工作帽中，不准戴手套及穿凉鞋工作。 2)每次开机后，必须首先进行回机床零点的操作。 3) 操作机床面板时，只允许单人操作，其他人不得触摸按键。操作数控系统时，对按键及开关的操作不得太用力，以防止损坏。,4)在手动方式下操作机床，要防止主轴和刀具与机床或夹具相撞。五、运行程序前要先对刀，确定工件坐标系原点。 5)首次运行新程序，必须先检查一遍该程序，改正程序中出现的错误，然后采用图形
6、模拟或空运行检验程序。空运行时必须将Z向提高一个安全高度。 6)机床运行时不要碰任何运动部件，发生故障时按紧急停止开关或按复位键来迅速停止机床运行。 7)在自动加工过程中，禁止打开机床防护门，操作人员不能随便离开工位。 8)不得擅自修改机床上的各种参数。,9)拆卸刀具时，要先观察压力表，待气压达到0.5MPa后，再执行松刀指令。若刀柄暂时未达到松刀状态，手持刀柄等待数秒。 10)工、夹、量具使用后，必须放在指定的位置，以免发生意外。 11)下课前要清除铁屑，擦干净机床。先按下急停开关，再关闭系统电源，最后关闭机床总电源。 12)禁止未经培训人员操作机床；未经管理人员许可，禁止操作机床。,8.2
7、 数控铣刀及安装 8.2.1 数控铣床常用刀具介绍 数控加工刀具从结构上可分为：整体式。镶嵌式，镶嵌式又可分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，又分为可转位和不转位两种。减振式，当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。内冷式，切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部。特殊现式，如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。,数控加工刀具从制造所采用的材料上可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；陶瓷刀具；立方氮化硼刀具；金刚石刀具。 数控铣床和加工中心上用到的刀具有：钻削刀具，分钻孔、攻螺纹、铰孔等刀具；镗削刀具，分粗镗、精镗等刀具；铣削刀具，分面铣、立铣、三面
8、刃铣等刀具。 1. 钻削刀具 在数控铣床上钻孔都是无钻模导套直接钻孔，一般钻孔深度约为直径的5倍左右，,加工细长孔时刀具易于折断，因此要注意冷却和排屑，一般采用啄钻的方法解决问题。图8-4是整体式硬质合金钻头，如果钻削深孔，切削液可以从钻头中心引入。为了提高钻头的寿命，钻头上涂有一层碳化钛，它的寿命为一般钻头的23倍。在钻孔前一般先用中心钻钻一个中心孔，或用一个刚性较好的短钻头划窝，解决在铸件毛坯表面的引正等问题。如代替孔的倒角，以提高小钻头的寿命。划窝一般采用815mm的钻头，如图8-5所示。,图8-4 整体式硬质合金钻头,图8-5 划窝钻孔加工,当工件毛坯表面非常硬，钻头无法划窝时可先用硬
9、质合金立铣刀，在欲钻孔部位先铣一个小平面，然后再用中心钻钻一引孔，解决硬表面钻孔的引正问题。 2. 铣削加工的刀具 铣削加工刀具种类很多，在数控机床和加工中心上常用的铣刀有： （1）面铣刀 面铣刀主要用于立式铣床上加工平面、台阶面等。如图8-6所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体一般为40Cr。,硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高，加工效率高，加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，故得到广泛应用。,图8-6 可转位式硬质合金面铣刀,目前广泛应用的可转位式硬质合金面铣刀结构如图8-7所示。它将可转位刀片通过夹紧元件夹固
10、在刀体上，当刀片的一个切削刃用钝后，可直接在机床上将刀片转位或更换新刀片。可转位式铣刀要求刀片定位精度高、夹紧可靠、排屑容易、更换刀片迅速等，同时各定位、夹紧元件通用性要好，制造要方便，并且应经久耐用。 （2）立铣刀 立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，主要用于立式铣床上加工凹槽、台阶面等，其结构如图8-7所示。,图8-7 立铣刀,立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。图中的直柄立铣刀分别为两刃、三刃和四刃的铣刀。当然立铣刀还有六刃、八刃等多刃，一般来说多刃立铣刀一般用来精加工侧面和底面。立铣刀和镶硬质合金刀片
11、的立铣刀主要用于加工凸轮、凹槽和箱口面等。,（3）模具铣刀 模具铣刀由立铣刀发展而成，主要用于立式铣床上加工模具型腔、三维成形表面等。可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀3种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。图8-8所示为高速钢制造的模具铣刀，图8-9所示为用硬质合金制造的模具铣刀。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，16mm以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。,曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较
12、差，因而应采用圆弧端铣刀（图8-9b）。 （4）键槽铣刀 键槽铣刀主要用于立式铣床上加工圆头封闭键槽等。如图8-10所示，键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃。键槽铣刀可以不经预钻工艺孔而轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。,（5）镗孔刀具 在数控铣上进行镗削加工通常是采用悬臂式加工，因此要求镗刀有足够的刚性和较好的精度。在镗孔过程中一般都是采用移动工作台或立柱完成Z向进给（卧式），保证悬伸不变，从而获得进给的刚性。加工中心常用的精镗孔刀具为如图8-11所示的精镗微调刀杆系统。,图8-10 键槽铣刀,图8-11 精镗微调镗刀 1.刀体 2.刀片 3.微调螺母 4.刀杆 5.螺母
13、 6.拉紧螺钉7.导向键,图8-12 可调双刃镗刀,大直径的镗孔加工可选用如图8-12所示的可调双刃镗刀系统，镗刀两端的双刃同时参与切削，每转进给量高，效率高，同时可消除切削力对镗杆的影响。 8.2.2 数控铣刀安装及其使 1. 弹簧夹头刀柄 数控铣床上用的立铣刀和钻头大多采用弹簧夹套装夹方式安装在刀柄上的，刀柄由主柄部，弹簧夹套、夹紧螺母组成，如图8-13所示。,图8-13 弹簧夹头刀柄的结构,铣刀安装顺序： 1）把弹簧夹套装置在夹紧螺母里。 2）将刀具放进弹簧夹套里边。 3）将前面做的刀具整体放到与主刀柄配合的位置上并用扳手将夹紧螺母拧紧使刀具夹紧。 4）将刀柄安装到机床的主轴上。,由于铣
14、刀使用时处于悬臂状态，在铣削加工过程中，有时可能出现立铣刀从刀夹中逐渐伸出，甚至完全掉落，致使工件报废的现象，其原因一般是因为刀夹内孔与立铣刀刀柄外径之间存在油膜，造成夹紧力不足所致。立铣刀出厂时通常都涂有防锈油，如果切削时使用非水溶性切削油，弹簧夹套内孔也会附着一层雾状油膜，当刀柄和弹簧夹套上都存在油膜时，弹簧夹套很难牢固夹紧刀柄，在加工中立铣刀就容易松动掉落。所以在立铣刀装夹前，应先将立铣刀柄部和弹簧夹套内孔用清洗液清洗干净，擦干后再进行装夹。当立铣刀的直径较大时，即使刀柄和刀夹都很清洁，还是可能发生掉刀事故，这时应选用带削平缺口的刀柄和相应的侧面锁紧方式。,2. 锥柄刀柄 数控铣床上用的
15、14mm以上的钻头大多采用莫氏锥柄安装在锥柄刀柄上的，刀柄由主柄部，退刀槽、锥柄组成，如图8-14所示。,图8-14 锥柄刀柄的结构,锥柄钻头的安装顺序： 1）把锥柄钻头安装在锥柄里。 2）用木块敲击钻头使其和刀柄紧密接触。 3）将刀柄安装到机床的主轴上。 由于锥柄钻头只是用来钻孔或者扩孔，所受的力是向上的压力所以这样的刀具不用夹紧径向夹紧力。,3. 盘铣刀刀柄 数控铣床上用的40mm以上的铣刀大多采用盘铣刀安装在盘铣刀刀柄上的，刀柄由主柄部，固定块、锁紧螺栓组成，如图8-15所示。,图8-15 盘铣刀刀柄的结构,盘铣刀的安装顺序： 1）把锁紧螺栓拧出。 2）把盘铣刀安装在刀柄上注意固定块要对
16、槽。 3）拧紧锁紧螺栓。 4）将刀柄安装到机床的主轴上。 盘铣刀由于直径比较大，所以加工效率比较一般铣刀效率高出很多。盘铣刀经常在大型模具以及工件的加工中。,4. 直柄钻头刀柄 数控铣床上用的14mm以下的钻头大多采用直柄钻头安装在直柄钻头刀柄上的，刀柄由主柄部，锁紧孔、夹头组成，如图8-16所示。,图8-16 直柄钻头刀柄的结构,直柄钻头的安装顺序： 1）用扳手扳住锁紧孔把夹头拧开。 2）把钻头装入夹头中。 3）用扳手扳拧紧夹头。 4）将刀柄安装到机床的主轴上。 5. 镗刀刀柄 数控铣床上加工精度比较高、内孔光洁度比较好的孔一般使用镗刀加工安装在镗刀刀柄，刀柄由主柄部，调节孔，镗刀刃组成，如图8-17所示。,镗刀的安装顺序： 1）拧调节孔把镗刀调节到合适的加工范围。 2）将刀柄安装到机床的主轴上。,图8-17 镗刀刀柄的结构,8.3 数控铣床基本操作 8.3.1 数控铣床开关机操作 1. 机床开机操作操作顺序 1）打开压缩空气开关。 2）将电气箱侧面的
