1、第三章数 控 铣 床 主编一、数控铣床简介 数控铣床是用计算机数字化信号控制的铣床。它可以加工由直线和圆弧两种几何要素构成平面轮廓，也可以直接用逼近法加工非圆曲线构成的平面轮廓(采用多轴联动控制)，还可以加工立体曲面和空间曲线。华中系统XK713数控立式铣床的结构布局如图3-1所示，FANUC系统 XK713数控立式升降台铣床的结构布局如图3-2所示。图3-2XK713 FANUC数控立式铣床图3-1XK713华中数控立式铣床二、数控铣床的组成结构(1)床身部件床身采用稠筋、封闭式框架结构。(2)工作台床鞍部件工作台位于床鞍上，用于安装工艺装备、夹具和工件，并与床鞍一起分别执行X、Y向的进给运
2、动。(3)立柱部件立柱安装于床身后部。(4)铣头部件铣头部件由铣头本体、主传动系统及主轴组成。(5)冷却系统机床的冷却系统是由冷却液压泵、出水管、回水管、开关及喷嘴等组成，冷却液压泵安装在机床底座的内腔里，冷却液压泵将切削液从底座内储液池打至出水管，然后经喷嘴喷出对切削区进行冷却。二、数控铣床的组成结构(6)润滑系统机床的润滑系统由手动液压泵、分油器、节流阀、油管等组成。(7)气动系统压缩空气经气动三联件过滤、减压进入管路，用于控制主轴刀具装卸。(8)电气系统电气箱一般位于机床后侧，装有显示屏的操作箱通过悬臂与电气箱连接，并可任意转动。表3-1常用润滑剂三、数控铣床的主要技术参数的含义1.工作
3、台2.主轴3.进给速度4.电动机容量5.外形尺寸6.机床净重7.精度四、数控铣床常用刀具和机床附件1.常用铣刀(1)面铣刀面铣刀一般采用在盘状刀体上机夹、焊接硬质合金刀片或其他刀头组成，如图3-3所示。(2)立铣刀立铣刀如图3-4所示，广泛用于加工平面类零件。图3-3面铣刀图3-4立铣刀a)锥柄b)直柄1.常用铣刀(3)成形铣刀成形铣刀如图3-5所示，一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状，如角度面、凹槽面等，也适用于特形孔或凸台。图3-5成形铣刀1.常用铣刀(4)球头铣刀球头铣刀如图3-6所示，主要用于加工空间曲面，有时也用于平面类零件上有较大转接凹圆弧
4、的过渡加工。(5)鼓形铣刀鼓形铣刀如图3-7所示，其切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。图3-6球头铣刀图3-7鼓形铣刀1.常用铣刀立铣刀尺寸的选择一般按下列经验数据选取：1)刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取R=(0.80.9)。2)零件的加工高度H(1/41/6)R，以保证刀具具有足够的刚度。3)对于不通孔(深槽)，选取L=H+(510)mm(L为刀具切削部分长度，H为零件高度)。4)加工外形及通槽时，选取L=H+r+(510)mm(r为刀尖半径)，如图3-8所示。5)粗加工内轮廓面时，如图3-9所示，铣刀最大直径D粗可按下式计算，即1.常用铣刀图3-9粗加工内轮
5、廓面图3-8立铣刀尺寸选择2.数控铣床附件(1)卸刀座卸刀座是完成铣刀的装卸装置，如图3-10所示。(2)刀柄数控铣床使用的刀具通过刀柄与主轴相连，刀柄通过拉钉紧固在主轴上，由刀柄夹持铣刀传递转速、转矩。图3-11弹簧夹头刀柄及卡簧图3-10卸刀座2.数控铣床附件图3-12莫氏锥度刀柄a)带扁尾莫氏圆锥孔刀柄b)无扁尾莫氏圆锥孔刀柄(3)Z轴设定器Z轴设定器如图3-16所示，主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的Z轴坐标，通过光电指示或指针指示判断刀具与对刀器是否接触，对刀精度应达到0.005mm。2.数控铣床附件图3-13铣刀杆图3-14镗刀杆2.数控铣床附件图3-15套筒图3-16Z轴
6、设定器2.数控铣床附件(4)寻边器寻边器如图3-17所示，主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的X、Y值，也可以测量工件的简单尺寸，有偏心式和光电式等类型。(5)回转工作台回转工作台可以使数控铣床增加一个或两个回转坐标，通过数控系统实现4、5轴联动，可有效扩大加工工艺范围，加工更为复杂的零件。(6)机用平口钳与铣床用卡盘形状比较规则的零件铣削时常用机用平口钳装夹，如图3-18所示；精度较高，需较大的夹紧力时，可采用较高精度的机械式或液压式机用平口钳。2.数控铣床附件图3-18机用平口钳图3-17寻边器五、数控铣床的一般操作规程1)开机前要检查润滑油、切削液是否充足，发现不足应及时补充。2)
7、打开数控铣床电器柜上的电器总开关。3)按下数控铣床控制面板上的ON按钮，启动数控系统，等自检完毕后进行数控铣床的强电复位。4)手动返回数控铣床参考点。5)手动操作时，在X、Y移动前，必须使Z轴处于较高位置，以免撞刀。6)数控铣床出现报警时，要根据报警号，查找原因，及时排除警报。7)更换刀具时应注意操作安全。五、数控铣床的一般操作规程8)在自动运行程序前，必须认真检查程序，确保程序的正确性。9)加工完毕后，应把刀架停放在远离工件的换刀位置。10)非机床操作人员禁止按控制面板的任何按钮、旋钮，以免发生意外及事故。11)严禁任意修改、删除机床参数。12)关机前，应使刀具处于较高位置，把工作台上的切屑
8、清理干净、把机床擦拭干净。13)关机时，先关闭系统电源，再关闭电器总开关。第二节手 动 操 作一、数控铣床面板1.FANUC 0i-MC数控铣床面板(1)数控面板数控面板如图3-19所示，包括显示器，MDI键盘和功能软键三部分组成。图3-19数控面板1.FANUC 0i-MC数控铣床面板表3-2MDI键盘说明1.FANUC 0i-MC数控铣床面板表3-2MDI键盘说明1.FANUC 0i-MC数控铣床面板表3-2MDI键盘说明(2)机床操作面板FANUC系统机床操作面板如图3-20所示，其按键功能见表3-3。1.FANUC 0i-MC数控铣床面板图3-20FANUC系统机床操作面板1.FANU
9、C 0i-MC数控铣床面板表3-3机床操作面板按键及其功能1.FANUC 0i-MC数控铣床面板表3-3机床操作面板按键及其功能1.FANUC 0i-MC数控铣床面板表3-3机床操作面板按键及其功能1.FANUC 0i-MC数控铣床面板表3-3机床操作面板按键及其功能2.华中世纪星数控铣床面板1)液晶显示器。2)NC键盘。3)机床控制面板。4)手持单元。图3-21华中HNC-21M数控系统的面板2.华中世纪星数控铣床面板(1)MDI键盘MDI键盘上各键功用，见表3-4。表3-4MDI键盘上各键功用2.华中世纪星数控铣床面板(2)机床控制面板上的键图3-22轴控制按钮二、手动回参考点1.FANU
10、C系统(1)操作步骤1)按回零按钮，选择回参考点方式。2)按照先Z轴再Y轴最后X轴顺序回零，通常情况下各轴“+”向回零有效，当机床上各轴指示灯亮则表示回零到位。同时在绝对坐标系中Z、Y和X坐标值为零。(2)注意事项1)机床各轴回参考点成功后，各轴所在位置距参考点应大于20mm，以防止操作者位置方向弄错而造成超程。同时，回零中需按下开关，选择速度较低的快速移动倍率，用以保证机床安全。依次按照“+Z”、“+Y”、“+X”的顺序进行回参考点操作。2)需重新回参考点的几种情况：机床断电后，接通数控系统的电源。急停信号解除后。超程报警解除后。2.华中系统2.华中系统(1)操作步骤1)按操作面板上按钮，确
11、保当前系统处于回零方式。2)按按钮，Z轴回到参考点后，按钮内的指示灯亮。表示Z轴回参考点到位。同样的方法使Y轴和X轴回到参考点。三轴回参考点指示点全亮表示回参考点成功。(2)注意事项华中系统手动回参考点的注意事项与FANUC系统相同，此处不再赘述。三、手动连续进给与手轮进给手动使X、Y、Z三轴按给定的速度进给或快速进给运动。1.FANUC系统(1)操作步骤1)手动连续进给。(2)注意事项1)在手动方式下，每次只能选择一个轴运动。2)在使用手动或手轮方式进行进给运动时，特别要注意手轮转向与轴的移动方向的关系。2.华中系统(1)操作步骤1)手动进给。第三节程序的录入与编辑一、程序的建立一、程序的建
12、立在操作数控铣床时，最常用的方法是手工输入程序。1.FANUC系统程序的建立1)在EDIT方式下按下键。2)按下地址键并输入程序号(四位数字)，如O1234。3)按下键，程序建好后如图3-23所示。2.华中系统程序的建立1)按F1键，进入程序编辑状态。2)新建程序。输入文件名。输入程序名。输入程序。1)按F1键，进入程序编辑状态。图3-23FANUC系统程序的建立1.FANUC系统1)选择EDIT编辑方式。2)按程序按钮进入程序界面。3)输入O02，按键建立程序名，如图3-24所示。图3-24输入程序号4)按程序内容输入到系统内。5)删去M8。6)将S1200改为S2000。7)检索程序。1.
13、FANUC系统图3-25将光标移到M8上1.FANUC系统图3-26将S1200改为S2000将进入图3-27所示的【新建程序】界面，系统提示“输入新建文件名：”，输入文件名后按Enter键，即可编辑新建文件了。在【程序功能】子菜单(图3-28)下按F2键，将弹出【编辑程序】界面。当选择一个零件程序后，系统也进入【编辑程序】界面，在此界面下可编辑当前程序。常用键及其功能见表3-5，快捷键见表3-6。2.华中系统(1)新建程序在指定磁盘或目录下建立一个新文件。图3-27【新建程序】界面图3-28【程序功能】子菜单2.华中系统表3-5常见键及其功能2.华中系统表3-6快捷键2.华中系统图3-29【
14、程序选择】界面(2)保存程序在编辑状态或在【程序选择】界面(图3-29)按F4键，系统显示图3-30所示的【保存程序】界面，按Enter键保存程序文件。2.华中系统图3-30【保存程序】界面图3-31不能保存程序提示第四节对 刀 操 作 主编1.对刀的分类1.对刀的分类 在进行数控铣床的编程和运行之前，必须确定刀具与机床及工件的相对位置，这个工艺过程称为对刀。对刀分为手动对刀和自动对刀。1)手动对刀是全部或大部分采用手工方式完成对刀过程，分为机外手动对刀和机内手动对刀。2)自动对刀是利用CNC装置，并通过刀具自动检测系统而实现的一种全自动化的机内对刀过程。2.常用对刀方法(1)长方体工件对刀方
15、法长方体工件对刀根据基准的不同分为单边对刀和分中对刀。(2)圆柱体工件对刀方法图3-32长方体工件对刀a)单边对刀b)分中对刀图3-33圆柱体工件对刀1)将杠杆式百分表安装到磁性表座或刀柄上，并装至机床主轴。(2)圆柱体工件对刀方法下面以常见的定位对刀法为例，详细说明圆柱体工件铣削加工前的对刀步骤，如图3-33所示。(2)圆柱体工件对刀方法2)在手轮方式下，移动工作台。3)若以当前点作为编程零点，把当前X、Y的机床坐标数值输入G54中即可。4)Z轴对刀时，需换加工所需的刀具来找正。图3-34用铣刀直接对刀3.FANUC系统数控铣床用铣刀直接对刀3.FANUC系统数控铣床用铣刀直接对刀 用铣刀直
16、接对刀，就是在工件已装夹完成并在主轴上装入刀具后，通过手摇脉冲发生器操作移动工作台及主轴，使旋转的刀具与工件的四个侧面及上表面(图3-34中15这五个位置)作极微量的接触切削(产生切削或摩擦声)1)工件装夹并校正平行后夹紧。2)在主轴上装入已装好刀具的刀柄。3)在MDI方式下，输入“M3S300；”，按使主轴的旋转与停止能手动操作。4)主轴停转。3.FANUC系统数控铣床用铣刀直接对刀5)手持盒上选择X轴，移动工作台(图3-37中)，使刀具处在工件的外侧(图3-37中B)；手持盒上选择Z轴，使主轴下降(图3-37中)，刀具到达图3-37中C；手持盒上重新选择X轴，移动工作台(图3-37中)，当
17、刀具接近工件侧面时用手转动主轴使刀具的切削刃与工件侧面相对，感觉切削刃很接近工件时，起动主轴使主轴转动，倍率选择10或1，此时应一格一格地转动手摇脉冲发生器，并注意观察有无切屑，一旦发现有切屑应马上停止脉冲进给。6)手持盒上选择Z轴(避免在后面的操作中不小心碰到脉冲发生器而出现意外)。7)转动手摇脉冲发生器(倍率重新选择为100)，使主轴上升(图3-37中)；移动到一定高度后，选择X轴，作水平移动(图3-37中)，再停止主轴的转动。4)主轴停转。图3-35选择坐标轴与倍率旋钮4)主轴停转。图3-36手摇脉冲发生器图3-37用铣刀直接对刀时的刀具移动6)手持盒上选择Z轴(避免在后面的操作中不小心
18、碰到脉冲发生器而出现意外)。图3-38【综合坐标显示】界面6)手持盒上选择Z轴(避免在后面的操作中不小心碰到脉冲发生器而出现意外)。图3-39【相对坐标显示】界面第五节零 件 加 工 主编1.编制程序1)工艺分析。铣外轮廓至图样要求，深度15mm，选用?10mm立铣刀，刀具长度补偿号为 H01，半径补偿号为H09。方形型腔加工，深度5 mm，选用?12mm键槽铣刀，刀具长度补偿号为H06，半径补偿号为H10。圆形型腔加工，深度2mm，选用?10mm键槽铣刀，刀具长度补偿号为H07，半径补偿号为H11；3个?4mm孔加工，深度8mm，选用?4mm钻头，长度补偿号为H08。2)编写零件的加工程序。
19、一、加工实例图3-40零件2.刀具和工件安装及找正 根据工艺分析可知，本次加工中需要4把刀具，分别为?10mm立铣刀、?4mm钻头、?12mm键槽铣刀和?10mm键槽铣刀，需要分别安装在4把BT40刀柄上；毛坯尺寸为110mm70mm25mm铝块。毛坯首先要进行定位面的铣削，当定位面铣好后方可进行工件的定位装夹。3.对刀操作(1)X轴对刀(2)Y轴对刀沿Y方向重复以上操作，记下试切被测边所得机床坐标系下的Y值，被测边的Y偏置值计算方法为：Y偏置值=试切被测所得机床坐标系下的Y值-5(刀具)。(3)Z 轴对刀 以?10mm立铣刀作为基准刀，其他两把刀与基准刀有一定的长度方向误差，只需在长度补偿输
20、入相应的长度差值就可以了，现以基准倒对刀为例。4.调试程序 对程序中用到的工件原点、刀具参数、偏置量、各种补偿量等参数在程序调试加工前必须输入。1)机床锁住调试。锁住机床，调出程序，在“图形模拟”功能下，实现图形轨迹的校验。“图形模拟”后，松开机床锁住按钮，重新回零。2)空运行调试。将工件坐标系的Z值向正方向移动50mm,适当降低进给速度，单段运行，检查刀具运动是否正确。5.运行程序 程序正确后，方可进行自动加工，在加工过程中根据情况调节进给倍率和切削用量，使加工效果达到最好。在加工过程中随时注意安全生产。第六节维 护 保 养 主编一、数控铣床的日常维护1)每天做好各导轨面的清洁润滑，有自动润
21、滑系统的机床要定期检查、清洗自动润滑系统，检查油量，及时添加润滑油，检查液压泵是否定时启动打油及停止。2)每天检查主轴箱自动润滑系统工作是否正常，定期更换主轴箱润滑油。3)检查电器柜中冷却风扇工作是否正常，风道过滤网有无堵塞，清洁沾附的尘土。4)检查冷却系统。5)检查主轴驱动带，调整其松紧程度。6)检查导轨镶条松紧程度，调节其间隙。一、数控铣床的日常维护7)检查机床液压系统油箱液压泵有无异常噪声，工作油面高度是否合适，压力计指示是否正常，管路及各接头有无泄露。8)检查导轨、机床防护罩是否齐全有效。9)检查各运动部件的机械精度，减少形状和位置误差。10)每天下班做好机床清扫卫生，清扫切屑，擦净导
22、轨部位的切削液，防止导轨生锈。二、维护注意事项1.数控系统1)严格遵守操作规程和日常维护制度。2)应尽量少开数控柜和强电柜的门。3)定时清扫数控柜的散热通风系统。4)定期维护数控系统的输入/输出装置。5)定期检查和更换直流电动机电刷。6)定期更换电池。7)备用电路板的维护。2.机械部件(1)主传动链的维护(2)滚珠丝杠螺纹副的维护3.液压和气动系统维护1)定期对各液压、气动系统的过滤器进行清洗或更换。2)定期对液压系统进行油质化验检查和更换液压油。3)定期对气压系统分水滤气器放水。4.机床精度的维护 定期进行机床水平和机械精度检查并校正。机械精度的校正方法分为软方法和硬方法两种。软方法主要是通
23、过系统参数补偿，如丝杠反向间隙补偿、各坐标定位精度定点补偿、机床回参考点位置校正等；硬方法一般要在机床大修时进行，如进行导轨修刮、滚珠丝杠螺母副预紧调整反向间隙等。三、数控铣床常见故障及排除1.数控铣床常见故障诊断方法(1)直观法维修人员通过对故障发生时产生的各种光、声、味等异常现象的观察、检查，可将故障缩小到某一个模块，甚至一块印制电路板。(2)系统自诊断法充分利用数控系统的自诊断能力，根据显示器上显示的报警信息及各模块上的发光二极管等器件的指示，可判断出故障的大致起因。(3)参数检查法数控系统的机床参数是保证机床正常运行的前提条件，它们直接影响着数控机床的性能。(4)功能测试法功能测试法是通过测试程序，检查机床的实际动作，判别故障的一种方法。1.数控铣床常见故障诊断方法(5)部件交换法部件交换法就是在故障范围大致确认，并在确认外部条件完全正确的情况下，利用同样的印制电路板、模块、集成电路芯片或元器件替换有疑点的部件，以逐一排除的方法。(6)测量比较法印制电路板在设计时，通常都设置有检测用的测量端子，以便于使用时的调整和维修。(7)原理分析法这是根据数控系统的组成及工作原理，从原理上分析各点的电平和参数，并利用万用表、示波器或逻辑分析仪等仪器对其进行测量、分析和比较，进而对故障进行系统检查的一种方法。
