機(jī)床商務(wù)網(wǎng)
技術(shù)文章
數(shù)控銑床概述
閱讀：1078 發(fā)布時(shí)間：2012-6-22數(shù)控銑床的基本結(jié)構(gòu)
數(shù)控銑床形式多樣，不同類型的數(shù)控銑床在組成上雖有所差別，但卻有許多相似之處。下面以XK5040A型數(shù)控立式升降臺(tái)銑床為例介紹其組成情況。 Ⅺ鋸040A型數(shù)控立式升降臺(tái)銑床配有Ⅳ四3MA數(shù)控系統(tǒng)，采用全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)。 該機(jī)床由6個(gè)主要部分組成．即床身部分，銑頭部分，工作臺(tái)部分，橫進(jìn)給部分，升降臺(tái)部分，冷卻、潤滑部分。 （1）床身 床身內(nèi)部布局合理，具有良好的剛性，底座上設(shè)有4個(gè)調(diào)節(jié)螺栓，便于機(jī)床進(jìn)行水平調(diào)整，切削液儲(chǔ)液襤設(shè)在機(jī)床座內(nèi)部。 （2）銑頭部分 銑頭部分由有級（或無級）變速箱和銑頭兩個(gè)部件組成。銑頭主軸支承在高精度軸承上．保證主軸具有高回轉(zhuǎn)精度和良好的剛性；主軸裝有快速換刀螺母，前端錐采用1$0505錐度；主軸采用機(jī)械無級變速，其調(diào)節(jié)范圍寬，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作方便。剎車機(jī)構(gòu)能使主軸迅速制動(dòng)，可節(jié)省輔助時(shí)間，剎車時(shí)通過制動(dòng)手柄撐開止動(dòng)環(huán)使主軸立即制動(dòng)。啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)注意松開主軸制動(dòng)手柄。銑頭部件還裝有伺服電機(jī)、內(nèi)齒帶輪、滾珠絲杠副及主軸套簡，它們形成垂直方向（z方向）進(jìn)給傳動(dòng)鏈，使主軸作垂向直線運(yùn)動(dòng)。 （3）工作臺(tái) 工作臺(tái)與床鞍支承在升降臺(tái)較寬的水平導(dǎo)軌上，工作臺(tái)的縱向進(jìn)給是由安裝在工作臺(tái)右端的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。通過內(nèi)齒帶輪帶動(dòng)精密滾珠絲杠剮，從而使工作臺(tái)獲得縱向進(jìn)給。工作臺(tái)左端裝有手輪和刻度盤，以便進(jìn)行手動(dòng)操作。床鞍的縱橫向?qū)к壝婢捎昧薚uRcllE B貼塑面，從而提高了導(dǎo)軌的耐磨性、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度的保持性，消除了低速爬行現(xiàn)象。 （4）升降臺(tái)（橫向進(jìn)路部分） 升降臺(tái)前方裝有交流伺服電機(jī)．驅(qū)動(dòng)床鞍作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其傳動(dòng)原理與工作臺(tái)的縱向進(jìn)給相同。此外．在橫向滾珠絲杠前端還裝有進(jìn)給手輪，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)給。升降臺(tái)左側(cè)裝有鎖緊手柄，軸的前端裝有長手柄，可帶動(dòng)錐齒輪及升降臺(tái)絲桿旋轉(zhuǎn)，從而獲得升降臺(tái)的升降運(yùn)動(dòng)。 （5）冷郜與潤滑裝王 ①冷卻系統(tǒng)。機(jī)床的冷卻系統(tǒng)是由冷卻泵、出水管、回水管、開關(guān)及噴嘴等組成，冷卻泵安裝在機(jī)床底座的內(nèi)腔里，冷卻泵將切削液從底座內(nèi)儲(chǔ)液池打至出水管，然后經(jīng)噴嘴噴出，對切削區(qū)進(jìn)行冷卻。 ②潤滑系統(tǒng)及方式。潤滑系統(tǒng)是由手動(dòng)潤捐油泵、分油器、節(jié)流閥、油管等組成。機(jī)床采用周期潤滑方式，用手動(dòng)潤滑油泵，通過分油器對主軸套筒、縱橫向?qū)к壖叭驖L珠絲桿進(jìn)行潤滑，以提高機(jī)床的使用壽命。
數(shù)控銑床機(jī)械結(jié)構(gòu)
從數(shù)字控制技術(shù)特點(diǎn)看．由于效控機(jī)床采用了伺服電機(jī)，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對機(jī)床執(zhí)行部件工作順序和運(yùn)動(dòng)位移的直接控制，傳統(tǒng)機(jī)床的變速箱結(jié)構(gòu)被取消或部分取消了，因而機(jī)械結(jié)構(gòu)也大大簡化了。數(shù)字控制還要求機(jī)械系統(tǒng)有較高的傳動(dòng)剛度和無傳動(dòng)間隙，以確保控制指令的執(zhí)行和控制品質(zhì)的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)．由于計(jì)算機(jī)水平和控制能力的不斷提高，同一臺(tái)機(jī)床上允許更多功能部件同時(shí)執(zhí)行所需要的各種輔助功能已成為可能，因而數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)掏比傳統(tǒng)機(jī)床具有更高的集成化功能要求。 從制造技術(shù)發(fā)展的要求看，隨著新材料和新工藝的出現(xiàn)，以及市場競爭對低成本的要求，金屬切削加工正朝著切削速度和精度越來越高、生產(chǎn)效率越來越高和系統(tǒng)越來越可靠的方向發(fā)展。這就要求在傳統(tǒng)機(jī)床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)控機(jī)床精度更高．驅(qū)動(dòng)功率更太，機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)’靜、熱態(tài)剛度更好，工作更可靠，能實(shí)現(xiàn)長時(shí)同連續(xù)運(yùn)行和盡可能少的停機(jī)時(shí)間。 典型數(shù)控銑床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由基礎(chǔ)件、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其他機(jī)械功能附件等幾部分組成。 基礎(chǔ)件 數(shù)控銑床的基礎(chǔ)件通常是指床身、立柱、橫梁、工作臺(tái)、底座等結(jié)構(gòu)件，其尺寸較大（俗稱大件），井構(gòu)成了機(jī)床的基本框架。其他部件附著在基礎(chǔ)件上，有的部件還需要沿著基礎(chǔ)件運(yùn)動(dòng)。由于基礎(chǔ)件起著支撐和導(dǎo)向的作用，因而對基礎(chǔ)件的本要求是剛度好。
1。夾具
數(shù)控機(jī)床主要用于加工形狀復(fù)雜的零件，但所使用夾具的結(jié)構(gòu)往往并不復(fù)雜。數(shù)控銑床夾具的選用可首先根據(jù)生產(chǎn)零件的批量來確定。 數(shù)控銑床對單件、小批量、工作量較大的模具加工來說，一般可直接在機(jī)床工作臺(tái)面上通過調(diào)整實(shí)現(xiàn)定位與夾緊，然后通過加工坐標(biāo)系的設(shè)定來確定零件的位置。 對有一定批量的零件來說，可選用結(jié)構(gòu)較簡單的夾具。例如，加工圖1所示的凸輪零件的凸輪曲面時(shí)，可采用圖2中所示的凸輪夾具。其中，兩個(gè)定位銷3、5與定位塊4組成一面兩銷的六點(diǎn)定位，壓板6與夾緊螺母7實(shí)現(xiàn)夾緊。圖中：1-凸輪零件，2-夾具體，3-圓柱定位銷，4-定位塊，5-菱形定位銷，6-壓板，7-夾緊螺母。 圖1 凸輪零件圖 圖2 凸輪夾具
2。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。常見刀具見圖3。 圖3 常見刀具 （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(shí)，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點(diǎn)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,如圖4所示。 圖4 加工曲面類銑刀 2） 銑大的平面時(shí)：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，如圖5所示。 圖5 加工大平面銑刀 3） 銑小平面或臺(tái)階面時(shí)一般采用通用銑刀，如圖6所示。 圖6 加工臺(tái)階面銑刀 4） 銑鍵槽時(shí)，為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀，如圖7所示。 圖7 加工槽類銑刀 5）孔加工時(shí)，可采用鉆頭、鏜刀等孔加工類刀具，如圖8所示。 鉆頭 鏜刀 圖8 孔加工刀具 （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(shí)，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） 圖9 平裝結(jié)構(gòu)銑刀 平裝結(jié)構(gòu)銑刀（如圖9所示）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(jià)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） 圖10 立裝結(jié)構(gòu)銑刀 立裝結(jié)構(gòu)銑刀（如圖10所示）的刀片只用一個(gè)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(biāo)加工中心進(jìn)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(jìn)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。 （3）銑刀角度的選擇 銑刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角等。為滿足不同的加工需要，有多種角度組合型式。各種角度中zui主要的是主偏角和前角（制造廠的產(chǎn)品樣本中對刀具的主偏角和前角一般都有明確說明）。 1）主偏角Kr 主偏角為切削刃與切削平面的夾角，如圖11所示。銑刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等幾種。 圖11 主偏角 主偏角對徑向切削力和切削深度影響很大。徑向切削力的大小直接影響切削功率和刀具的抗振性能。銑刀的主偏角越小，其徑向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也隨之減小。 90°主偏角 在銑削帶凸肩的平面時(shí)選用，一般不用于純平面加工。該類刀具通用性好（即可加工臺(tái)階面，又可加工平面），在單件、小批量加工中選用。由于該類刀具的徑向切削力等于切削力，進(jìn)給抗力大，易振動(dòng)，因而要求機(jī)床具有較大功率和足夠的剛性。在加工帶凸肩的平面時(shí)，也可選用88°主偏角的銑刀，較之90°主偏角銑刀，其切削性能有一定改善。 60°～75°主偏角 適用于平面銑削的粗加工。由于徑向切削力明顯減小（特別是60°時(shí)），其抗振性有較大改善，切削平穩(wěn)、輕快，在平面加工中應(yīng)優(yōu)先選用。75°主偏角銑刀為通用型刀具，適用范圍較廣；60°主偏角銑刀主要用于鏜銑床、加工中心上的粗銑和半精銑加工。 45°主偏角 此類銑刀的徑向切削力大幅度減小，約等于軸向切削力，切削載荷分布在較長的切削刃上，具有很好的抗振性，適用于鏜銑床主軸懸伸較長的加工場合。用該類刀具加工平面時(shí)，刀片破損率低，耐用度高；在加工鑄鐵件時(shí)，工件邊緣不易產(chǎn)生崩刃。 2）前角γ 銑刀的前角可分解為徑向前角γf和軸向前角γp，徑向前角γf主要影響切削功率；軸向前角γp則影響切屑的形成和軸向力的方向，當(dāng)γp為正值時(shí)切屑即飛離加工面。徑向前角γf和軸向前角γp正負(fù)的判別見圖12。 圖12 前角 常用的前角組合形式如下： 雙負(fù)前角 雙負(fù)前角的銑刀通常均采用方形（或長方形）無后角的刀片，刀具切削刃多（一般為8個(gè)），且強(qiáng)度高、抗沖擊性好，適用于鑄鋼、鑄鐵的粗加工。由于切屑收縮比大，需要較大的切削力，因此要求機(jī)床具有較大功率和較高剛性。由于軸向前角為負(fù)值，切屑不能自動(dòng)流出，當(dāng)切削韌性材料時(shí)易出現(xiàn)積屑瘤和刀具振動(dòng)。 凡能采用雙負(fù)前角刀具加工時(shí)建議優(yōu)先選用雙負(fù)前角銑刀，以便充分利用和節(jié)省刀片。當(dāng)采用雙正前角銑刀產(chǎn)生崩刃（即沖擊載荷大）時(shí)，在機(jī)床允許的條件下亦應(yīng)優(yōu)先選用雙負(fù)前角銑刀。 雙正前角 雙正前角銑刀采用帶有后角的刀片，這種銑刀楔角小，具有鋒利的切削刃。由于切屑收縮比小，所耗切削功率較小，切屑成螺旋狀排出，不易形成積屑瘤。這種銑刀zui宜用于軟材料和不銹鋼、耐熱鋼等材料的切削加工。對于剛性差（如主軸懸伸較長的鏜銑床）、功率小的機(jī)床和加工焊接結(jié)構(gòu)件時(shí)，也應(yīng)優(yōu)先選用雙正前角銑刀。 正負(fù)前角（軸向正前角、徑向負(fù)前角） 這種銑刀綜合了雙正前角和雙負(fù)前角銑刀的優(yōu)點(diǎn)，軸向正前角有利于切屑的形成和排出；徑向負(fù)前角可提高刀刃強(qiáng)度，改善抗沖擊性能。此種銑刀切削平穩(wěn)，排屑順利，金屬切除率高，適用于大余量銑削加工。瓦爾特公司的切向布齒重切削銑刀F2265就是采用軸向正前角、徑向負(fù)前角結(jié)構(gòu)的銑刀。 （4）銑刀的齒數(shù)（齒距） 選擇 銑刀齒數(shù)多，可提高生產(chǎn)效率，但受容屑空間、刀齒強(qiáng)度、機(jī)床功率及剛性等的限制，不同直徑的銑刀的齒數(shù)均有相應(yīng)規(guī)定。為滿足不同用戶的需要，同一直徑的銑刀一般有粗齒、中齒、密齒三種類型。 粗齒銑刀 適用于普通機(jī)床的大余量粗加工和軟材料或切削寬度較大的銑削加工；當(dāng)機(jī)床功率較小時(shí)，為使切削穩(wěn)定，也常選用粗齒銑刀。 中齒銑刀 系通用系列，使用范圍廣泛，具有較高的金屬切除率和切削穩(wěn)定性。 密齒銑刀 主要用于鑄鐵、鋁合金和有色金屬的大進(jìn)給速度切削加工。在專業(yè)化生產(chǎn)（如流水線加工）中，為充分利用設(shè)備功率和滿足生產(chǎn)節(jié)奏要求，也常選用密齒銑刀（此時(shí)多為非標(biāo)銑刀）。 為防止工藝系統(tǒng)出現(xiàn)共振，使切削平穩(wěn)，還有一種不等分齒距銑刀。如WALTER公司的NOVEX系列銑刀均采用了不等分齒距技術(shù)。在鑄鋼、鑄鐵件的大余量粗加工中建議優(yōu)先選用不等分齒距的銑刀。
銑刀直徑的選擇
銑刀直徑的選用視產(chǎn)品及生產(chǎn)批量的不同差異較大，刀具直徑的選用主要取決于設(shè)備的規(guī)格和工件的加工尺寸。 1）平面銑刀 選擇平面銑刀直徑時(shí)主要需考慮刀具所需功率應(yīng)在機(jī)床功率范圍之內(nèi)，也可將機(jī)床主軸直徑作為選取的依據(jù)。平面銑刀直徑可按D=1.5d（d為主軸直徑）選取。在批量生產(chǎn)時(shí)，也可按工件切削寬度的1.6倍選擇刀具直徑。 2）立銑刀 立銑刀直徑的選擇主要應(yīng)考慮工件加工尺寸的要求，并保證刀具所需功率在機(jī)床額定功率范圍以內(nèi)。如系小直徑立銑刀，則應(yīng)主要考慮機(jī)床的zui高轉(zhuǎn)數(shù)能否達(dá)到刀具的zui低切削速度（60m/min）。 3）槽銑刀 槽銑刀的直徑和寬度應(yīng)根據(jù)加工工件尺寸選擇，并保證其切削功率在機(jī)床允許的功率范圍之內(nèi)。
銑刀的zui大切削深度
不同系列的可轉(zhuǎn)位面銑刀有不同的zui大切削深度。zui大切削深度越大的刀具所用刀片的尺寸越大，價(jià)格也越高，因此從節(jié)約費(fèi)用、降低成本的角度考慮，選擇刀具時(shí)一般應(yīng)按加工的zui大余量和刀具的zui大切削深度選擇合適的規(guī)格。當(dāng)然，還需要考慮機(jī)床的額定功率和剛性應(yīng)能滿足刀具使用zui大切削深度時(shí)的需要。
刀片牌號的選擇
合理選擇刀片硬質(zhì)合號的主要依據(jù)是被加工材料的性能和硬質(zhì)合金的性能。一般選用銑刀時(shí)，可按刀具制造廠提供加工的材料及加工條件，來配備相應(yīng)牌號的硬質(zhì)合金刀片。 由于各廠生產(chǎn)的同類用途硬質(zhì)合金的成份及性能各不相同，硬質(zhì)合號的表示方法也不同，為方便用戶，標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，切削加工用硬質(zhì)合金按其排屑類型和被加工材料分為三大類：P類、M類和K類。根據(jù)被加工材料及適用的加工條件，每大類中又分為若干組，用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，每類中數(shù)字越大，其耐磨性越低、韌性越高。 立式數(shù)控銑床P類合金（包括金屬陶瓷）用于加工產(chǎn)生長切屑的金屬材料，如鋼、鑄鋼、可鍛鑄鐵、不銹鋼、耐熱鋼等。其中，組號越大，則可選用越大的進(jìn)給量和切削深度，而切削速度則應(yīng)越小。 M類合金用于加工產(chǎn)生長切屑和短切屑的黑色金屬或有色金屬，如鋼、鑄鋼、奧氏體不銹鋼、耐熱鋼、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中，組號越大，則可選用越大的進(jìn)給量和切削深度，而切削速度則應(yīng)越小。 K類合金用于加工產(chǎn)生短切屑的黑色金屬、有色金屬及非金屬材料，如鑄鐵、鋁合金、銅合金、塑料、硬膠木等。其中，組號越大，則可選用越大的進(jìn)給量和切削深度，而切削速度則應(yīng)越小。