機床商務網
技術文章
數控銑床概述
閱讀：1070 發(fā)布時間：2012-6-22數控銑床的基本結構
數控銑床形式多樣，不同類型的數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型數控立式升降臺銑床為例介紹其組成情況。 Ⅺ鋸040A型數控立式升降臺銑床配有Ⅳ四3MA數控系統(tǒng)，采用全數字交流伺服驅動。 該機床由6個主要部分組成．即床身部分，銑頭部分，工作臺部分，橫進給部分，升降臺部分，冷卻、潤滑部分。 （1）床身 床身內部布局合理，具有良好的剛性，底座上設有4個調節(jié)螺栓，便于機床進行水平調整，切削液儲液襤設在機床座內部。 （2）銑頭部分 銑頭部分由有級（或無級）變速箱和銑頭兩個部件組成。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；主軸采用機械無級變速，其調節(jié)范圍寬，傳動平穩(wěn)，操作方便。剎車機構能使主軸迅速制動，可節(jié)省輔助時間，剎車時通過制動手柄撐開止動環(huán)使主軸立即制動。啟動主電動機時，應注意松開主軸制動手柄。銑頭部件還裝有伺服電機、內齒帶輪、滾珠絲杠副及主軸套簡，它們形成垂直方向（z方向）進給傳動鏈，使主軸作垂向直線運動。 （3）工作臺 工作臺與床鞍支承在升降臺較寬的水平導軌上，工作臺的縱向進給是由安裝在工作臺右端的伺服電機驅動的。通過內齒帶輪帶動精密滾珠絲杠剮，從而使工作臺獲得縱向進給。工作臺左端裝有手輪和刻度盤，以便進行手動操作。床鞍的縱橫向導軌面均采用了TuRcllE B貼塑面，從而提高了導軌的耐磨性、運動的平穩(wěn)性和精度的保持性，消除了低速爬行現(xiàn)象。 （4）升降臺（橫向進路部分） 升降臺前方裝有交流伺服電機．驅動床鞍作橫向進給運動，其傳動原理與工作臺的縱向進給相同。此外．在橫向滾珠絲杠前端還裝有進給手輪，可實現(xiàn)手動進給。升降臺左側裝有鎖緊手柄，軸的前端裝有長手柄，可帶動錐齒輪及升降臺絲桿旋轉，從而獲得升降臺的升降運動。 （5）冷郜與潤滑裝王 ①冷卻系統(tǒng)。機床的冷卻系統(tǒng)是由冷卻泵、出水管、回水管、開關及噴嘴等組成，冷卻泵安裝在機床底座的內腔里，冷卻泵將切削液從底座內儲液池打至出水管，然后經噴嘴噴出，對切削區(qū)進行冷卻。 ②潤滑系統(tǒng)及方式。潤滑系統(tǒng)是由手動潤捐油泵、分油器、節(jié)流閥、油管等組成。機床采用周期潤滑方式，用手動潤滑油泵，通過分油器對主軸套筒、縱橫向導軌及三向滾珠絲桿進行潤滑，以提高機床的使用壽命。
數控銑床機械結構
從數字控制技術特點看．由于效控機床采用了伺服電機，應用數字技術實現(xiàn)了對機床執(zhí)行部件工作順序和運動位移的直接控制，傳統(tǒng)機床的變速箱結構被取消或部分取消了，因而機械結構也大大簡化了。數字控制還要求機械系統(tǒng)有較高的傳動剛度和無傳動間隙，以確保控制指令的執(zhí)行和控制品質的實現(xiàn)。同時．由于計算機水平和控制能力的不斷提高，同一臺機床上允許更多功能部件同時執(zhí)行所需要的各種輔助功能已成為可能，因而數控機床的機械結掏比傳統(tǒng)機床具有更高的集成化功能要求。 從制造技術發(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)機床基礎上發(fā)展起來的數控機床精度更高．驅動功率更太，機械機構動’靜、熱態(tài)剛度更好，工作更可靠，能實現(xiàn)長時同連續(xù)運行和盡可能少的停機時間。 典型數控銑床的機械結構主要由基礎件、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、回轉工作臺及其他機械功能附件等幾部分組成。 基礎件 數控銑床的基礎件通常是指床身、立柱、橫梁、工作臺、底座等結構件，其尺寸較大（俗稱大件），井構成了機床的基本框架。其他部件附著在基礎件上，有的部件還需要沿著基礎件運動。由于基礎件起著支撐和導向的作用，因而對基礎件的本要求是剛度好。
1。夾具
數控機床主要用于加工形狀復雜的零件，但所使用夾具的結構往往并不復雜。數控銑床夾具的選用可首先根據生產零件的批量來確定。 數控銑床對單件、小批量、工作量較大的模具加工來說，一般可直接在機床工作臺面上通過調整實現(xiàn)定位與夾緊，然后通過加工坐標系的設定來確定零件的位置。 對有一定批量的零件來說，可選用結構較簡單的夾具。例如，加工圖1所示的凸輪零件的凸輪曲面時，可采用圖2中所示的凸輪夾具。其中，兩個定位銷3、5與定位塊4組成一面兩銷的六點定位，壓板6與夾緊螺母7實現(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
數控銑床上所采用的刀具要根據被加工零件的材料、幾何形狀、表面質量要求、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，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切，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：為了提高生產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） 銑小平面或臺階面時一般采用通用銑刀，如圖6所示。 圖6 加工臺階面銑刀 4） 銑鍵槽時，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，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）銑刀結構選擇 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，刀片定位元件的結構又有不同類型，因此銑刀的結構形式有多種，分類方法也較多。選用時，主要可根據刀片排列方式。刀片排列方式可分為平裝結構和立裝結構兩大類。 1）平裝結構（刀片徑向排列） 圖9 平裝結構銑刀 平裝結構銑刀（如圖9所示）的刀體結構工藝性好，容易加工，并可采用無孔刀片（刀片價格較低，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合金截面較小，故平裝結構的銑刀一般用于輕型和中量型的銑削加工。 2）立裝結構（刀片切向排列） 圖10 立裝結構銑刀 立裝結構銑刀（如圖10所示）的刀片只用一個螺釘固定在刀槽上，結構簡單，轉位方便。雖然刀具零件較少，但刀體的加工難度較大，一般需用五坐標加工中心進行加工。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合金截面較大，因而可進行大切深、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，進給抗力大，易振動，因而要求機床具有較大功率和足夠的剛性。在加工帶凸肩的平面時，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），其抗振性有較大改善，切削平穩(wěn)、輕快，在平面加工中應優(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，刀片破損率低，耐用度高；在加工鑄鐵件時，工件邊緣不易產生崩刃。 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γp為正值時切屑即飛離加工面。徑向前角γf和軸向前角γp正負的判別見圖12。 圖12 前角 常用的前角組合形式如下： 雙負前角 雙負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），且強度高、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，因此要求機床具有較大功率和較高剛性。由于軸向前角為負值，切屑不能自動流出，當切削韌性材料時易出現(xiàn)積屑瘤和刀具振動。 凡能采用雙負前角刀具加工時建議優(yōu)先選用雙負前角銑刀，以便充分利用和節(jié)省刀片。當采用雙正前角銑刀產生崩刃（即沖擊載荷大）時，在機床允許的條件下亦應優(yōu)先選用雙負前角銑刀。 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）、功率小的機床和加工焊接結構件時，也應優(yōu)先選用雙正前角銑刀。 正負前角（軸向正前角、徑向負前角） 這種銑刀綜合了雙正前角和雙負前角銑刀的優(yōu)點，軸向正前角有利于切屑的形成和排出；徑向負前角可提高刀刃強度，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、徑向負前角結構的銑刀。 （4）銑刀的齒數（齒距） 選擇 銑刀齒數多，可提高生產效率，但受容屑空間、刀齒強度、機床功率及剛性等的限制，不同直徑的銑刀的齒數均有相應規(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；當機床功率較小時，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給速度切削加工。在專業(yè)化生產（如流水線加工）中，為充分利用設備功率和滿足生產節(jié)奏要求，也常選用密齒銑刀（此時多為非標銑刀）。 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。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品及生產批量的不同差異較大，刀具直徑的選用主要取決于設備的規(guī)格和工件的加工尺寸。 1）平面銑刀 選擇平面銑刀直徑時主要需考慮刀具所需功率應在機床功率范圍之內，也可將機床主軸直徑作為選取的依據。平面銑刀直徑可按D=1.5d（d為主軸直徑）選取。在批量生產時，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考慮工件加工尺寸的要求，并保證刀具所需功率在機床額定功率范圍以內。如系小直徑立銑刀，則應主要考慮機床的zui高轉數能否達到刀具的zui低切削速度（60m/min）。 3）槽銑刀 槽銑刀的直徑和寬度應根據加工工件尺寸選擇，并保證其切削功率在機床允許的功率范圍之內。
銑刀的zui大切削深度
不同系列的可轉位面銑刀有不同的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，價格也越高，因此從節(jié)約費用、降低成本的角度考慮，選擇刀具時一般應按加工的zui大余量和刀具的zui大切削深度選擇合適的規(guī)格。當然，還需要考慮機床的額定功率和剛性應能滿足刀具使用zui大切削深度時的需要。
刀片牌號的選擇
合理選擇刀片硬質合號的主要依據是被加工材料的性能和硬質合金的性能。一般選用銑刀時，可按刀具制造廠提供加工的材料及加工條件，來配備相應牌號的硬質合金刀片。 由于各廠生產的同類用途硬質合金的成份及性能各不相同，硬質合號的表示方法也不同，為方便用戶，標準化組織規(guī)定，切削加工用硬質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，用兩位阿拉伯數字表示，每類中數字越大，其耐磨性越低、韌性越高。 立式數控銑床P類合金（包括金屬陶瓷）用于加工產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，則可選用越大的進給量和切削深度，而切削速度則應越小。 M類合金用于加工產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，則可選用越大的進給量和切削深度，而切削速度則應越小。 K類合金用于加工產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，則可選用越大的進給量和切削深度，而切削速度則應越小。