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1、数控加工中心培训资料第1章 数控加工中心概述数控（Numerical Control，NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控铣床/加工中心广泛应用于数控加工中。1数控铣床/加工中心的组成2数控铣床/加工中心的工作原理3数控铣床/加工中心的分类4数控铣床/加工中心的主要功能5数控铣床/加工中心的主要功能1.1 数控铣床/加工中心的组成如图1.1所示，数控铣床一般由主轴箱、进给伺服系统、控制系统、辅助装置、机床基础件等几大部分组成。图图1.1 数控铣床的组成数控铣床的组成1主轴箱主轴箱包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动刀具旋转，主轴转
2、速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。 2进给伺服系统进给伺服系统由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。 3控制系统控制系统是数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。 4辅助装置辅助装置主要包括液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。 5机床基础件通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。加工中心如图1.2所示。图图1.2 加工中心的组成加工中心的组成加工中心最初是从数控铣床发展而来的。与数控铣床相同的是，加工中心同样由计算机数控系统、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。加工中心与数
3、控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能 加工中心利用刀库实现换刀，按照换刀过程有无机械手参与，分成有机械手换刀和无机械手换刀两种情况。刀库加工中心常见的形式有盘式（见图1.3）、链式（见图1.4）两种刀库。 图图1.3 盘式刀库盘式刀库 图图1.4 链式刀库链式刀库 自动换刀装置可分为5种基本形式，即转塔式（见图1.5）、 180回转式（见图1.6）、回转插入式（见图1.7）、二轴转动式（见图1.8）和主轴直接式（见图1.9）。 图图1.5 转塔式换刀装置转塔式换刀装置 图图1.6 180回转式换刀装置回转式换刀装置 图图1.7 回转插入式换刀装置（最常用）回转插入式换刀装置（最常
4、用） 图图1.8 二轴转动式换刀装置二轴转动式换刀装置图图1.9 主轴直接式换刀装置及换刀动作顺序主轴直接式换刀装置及换刀动作顺序1.2数控铣床/加工中心的工作原理图图1.10 数控铣床工作原理数控铣床工作原理1.3 数控铣床/加工中心的分类数控铣床/加工中心可按主轴的位置和构造两种方式进行分类。1按主轴的位置分类（1）立式数控铣床。主轴垂直布置，占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。 图图1.11 立式数控铣床立式数控铣床（2）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。图1.12所示就是一种卧式数控铣床。 图图1.12 卧式数控铣床卧式数控铣床 （3）立卧两用数控铣床。目前，
5、这类数控铣床已不多见，这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，图1.13所示就是一种立卧两用数控铣床。 图图1.13 立卧两用数控铣床立卧两用数控铣床2. 数控铣床按构造上分类（1）工作台升降式数控铣床。 工作台移动、升降，主轴不动。 图1.14所示就是一种工作台升降式数控铣床。 图图1.14 工作台升降式数控铣床工作台升降式数控铣床 （2）主轴头升降式数控铣床。工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂向溜板上下运动。 图1.15所示就是一种主轴头升降式数控铣床。 图图1.15 主轴头升降式数控铣床主轴头升降式数控铣床（3）龙门式数控铣床。主轴可以在龙门架
6、的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。 图1.16所示就是一种龙门式数控铣床。图图1.16 龙门式数控铣床龙门式数控铣床1.4数控铣床/加工中心的主要功能1点位控制功能 此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。 2连续轮廓控制功能 此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。3刀具半径补偿功能此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。4刀具长度补偿功能此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。5比例及镜像加工功能比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。 6旋转功能
7、该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。7子程序调用功能有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。8宏程序功能该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。1.5数控铣床/加工中心的加工工艺范围铣削加工主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工（见图1.17）等。 数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。图图1.17 数控铣削常见加工方法数控铣削常见加工方法1平面类零件平面类零件是指加工面平行或垂直于水平
8、面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，图1.18所示的3个零件均为平面类零件。 图图1.18 平面类零件平面类零件2直纹曲面类零件直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。 如图1.19所示零件的加工面就是一种直纹曲面。 图图1.19 直纹曲面直纹曲面3立体曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床，采用以下两种加工方法。（1）行切加工法。采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工，即行切加工法。如图1.20所示。 图图1.20 行切加工法行切加工法 （2）三坐标联动加工。采用三坐标数控铣床三轴联动加工，即进行空间直线插补。
9、如图1.21所示。 图图1.21 三坐标联动加工三坐标联动加工第 2 章 编程工艺基础机械加工工艺过程是指用材料去除方法改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为达到设计要求的产品的过程。 选择并确定数控铣削加工部位及工序内容2.1零件图样的工艺性分析2.2零件的加工路线2.3夹具及装夹方式的选用2.4数控铣削刀具的选用2.5数控铣削加工切削用量的选择2.62.1选择并确定数控铣削加工部位及 工序内容在考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等因素下，以下加工内容可以考虑到数控机床上加工。 通用机床无法加工的内容。 通用机床难以加工，即使通用机床能加工，但质量也难保证的内容。 通用机床加工效率低、
10、工人手工操作劳动强度大的内容。主要选择的加工内容有以下7种。（1）工件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓，如图2.1所示的正弦曲线。（2）已给出数学模型的空间曲面，例如，图2.2所示的球面。图2.1Y=sin(X)曲线 图2.2球面（3）形状复杂、尺寸繁多、画线与检测困难的部位。（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽。（5）以尺寸协调的高精度孔和面。（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状。（7）用数控铣削方式加工后，能成倍提高生产率，大大减轻劳动强度的一般加工内容。2.2 零件图样的工艺性分析1零件图样尺寸的正确标注各图形几何元素间的相
11、互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确，各种几何元素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序安排的封闭尺寸等。 2统一内壁圆弧的尺寸加工轮廓上内壁圆弧的尺寸往往限制刀具的尺寸。主要有以下两种情况。（1）内壁转接圆弧半径R。如图2.4（a）所示，当工件的被加工轮廓高度H较小，内壁转接圆弧半径R较大时，则可采用刀具切削刃长度L较小，直径D较大的铣刀加工。反之如图2.4（b）所示。 图2.4内壁转接圆弧半径R（2）内壁与底面转接圆弧半径r。如图2.5（a）所示，铣刀直径D一定时，工件的内壁与底面转接圆弧半径r越小，铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D2r也越大，铣刀端刃铣削平面的面积越大，
12、则加工平面的能力越强，反之，工艺性越差，如图2.5（b）所示。图2.5内壁与底面转接圆弧半径r3保证基准统一的原则4分析零件的变形情况加工工艺取决于产品零件的结构形状、尺寸和技术要求等。在表2.1中给出了改进零件结构提高工艺性的一些实例。2.3 零件的加工路线常用的铣削加工路线有如下5种。1铣削轮廓的加工路线对于连续铣削轮廓，要注意刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。图2.6刀具的切入/切出2铣削曲面的加工路线铣削曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的。对于边界敞开
13、的曲面加工，可采用两种加工路线，如图2.7所示。图2.7铣削曲面的加工路线3位置精度要求高的孔加工路线对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，当安排不当时，就有可能沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。图2.8位置精度高的多孔加工路线4多孔最短走刀路线5铣削内腔的走刀路线图2.9多孔走刀路线图2.10铣削内腔的走刀路线2.4夹具及装夹方式的选用1工件的定位原理（1）六点定位原理。 图2.11六点定位原理（2）限制自由度与工件加工要求的关系。对加工要求有影响的自由度必须限制，而不影响加工要求的自由度不必限制。（3）完全定位与不完全定位。工件的6个自由度都被限制的定位称为
14、完全定位，工件被限制的自由度少于6个，但不影响加工要求的定位，称为不完全定位 （4）工件安装的基本原则。 力求设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。 尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位和装夹后就能加工出全部待加工表面。 避免采用占机调整式方案，以充分发挥数控机床的效能。2工件的夹紧（1）对夹紧的基本要求。 工件在夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。 夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中的位置不能发生任何变动，又要使工件不产生大的夹紧变形；同时也要使得加工振动现象尽可能小。 操作方便、省力、安全。 夹紧装置的自动化程度及复杂程度，应与工件的批量大小相适应。（2）夹紧力方向和夹
15、紧点的确定。 夹紧力应尽可能朝向主要定位基准，这样可以保证夹紧工件时不破坏工件的定位，影响工件的加工精度要求。 夹紧力方向应有利于减小夹紧力，要求能够在最小的夹紧力作用下，完成零件的加工过程。 夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和方位上，这一原则对刚性较差的零件特别重要，可以保证零件的夹紧变形量最小。 夹紧力作用点应尽量靠近零件的加工表面，保证主要夹紧力的作用点与加工表面之间的距离最短，可有效提高零件装夹的刚性，减少加工过程中的振动。 夹紧力的作用方向应在定位支撑的有效范围内，不破坏零件的定位要求。3夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向
16、相对固定；二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点。（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。 （2）装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，以提高生产效率。（3）在数控机床上使用的夹具，要能够安装准确，能保证工件和机床坐标系的相对位置和尺寸，力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减小基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。（4）尽量减少装夹次数，做到一次装夹后完成全部零件表面的加工或大多数表面的加工，以减小装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，达到充分提高数控机床效率的目的。2.5数控铣削刀具的选用1数铣刀具的的选用数控铣床与加工中心使用的刀具种类很多（见图2.12），主要分铣削刀具和孔加工刀具两大类，数控铣削常见刀具的构成如图2.13所示。 图2.12常见数控铣削刀具图2.13数控铣削常见刀具构成刀具选择应考虑的主要因素有以下5种。（1）被
