1、第八章第八章 常用数控机床介绍常用数控机床介绍 2022-9-2912022-9-292第八章第八章 常用数控机床介绍常用数控机床介绍8.1 8.1 数控车床数控车床8.2 8.2 数控铣床数控铣床8.3 8.3 加工中心加工中心8.4 8.4 特种数控加工机床特种数控加工机床2022-9-2938.1.1 8.1.1 数控车床的主要功能及加工对象数控车床的主要功能及加工对象 主要是用于车削加工，在车床上一般可以加工各种回转表面，如内外柱面、圆锥面、成形回转表面及螺纹面等。在数控车床上还可加工高精度的曲面与端面螺纹。可加工精密、复杂回转体零件，如图8.1为数控车床加工零件图。8.1 8.1 数
2、控车床数控车床2022-9-294 8.1.2 8.1.2 数控车床的组成数控车床的组成 (1)主机 (2)数控装置 (3)伺服驱动系统 伺服驱动系统是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动。数控车床的主传动系统如图8.2所示，进给传动系统如图8.3所示。(4)辅助装置 2022-9-295 8.1.3 8.1.3 数控车床的特点与发展数控车床的特点与发展 (1)高精度 (2)高效率 (3)高柔性 (4)高可靠性 (5)工艺能力强 (6)模块化设计 数控车床将向高速化发展，进步提高主轴转速、刀架快速移动以及转位换刀速度；工艺和工序将更加复合化和集中化；数控车床向多主轴、多刀架加工
3、方向发展；为实现长时间无人化全自动操作，数控车床向全自动化方向发展；机床的加工精度向更高方向发展。同时，数控车床也向简易型发展。2022-9-2968.1.4 8.1.4 数控车床的分类数控车床的分类 1按数控系统的功能分类 (1)经济型数控车床 (2)全功能型数控车床 (见图8.4)一般采用闭环或半闭环控制系统，具有高强度、高精度和高效率等特点。(3)车削中心(图8.5)(4)FMC车床 2按主轴的配置形式分类 (1)卧式数控车床 （图8.6）主轴轴线处于水平位置的数控车床 (2)立式数控车床 （图8.7）主轴轴线处于垂直位置的数控车床2022-9-297 3按数控系统控制的轴数分类 (1)
4、两轴控制的数控车床 机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。(2)四轴控制的数控车床 机床上有两个独立的回转刀架，可实现四坐标控制。2022-9-298 8.1.5 8.1.5 数控车床的布局形式数控车床的布局形式 随着工件尺寸、质量和形状的变化，数控车床的布局可有卧式车床、落地式车床、单柱立式车床、双柱立式车床和龙门移动式立式车床等形式。随着生产率要求的不同，数控车床的布局可以产生单主轴单刀架、单主轴双刀架、双主轴双刀架等不同的结构变化。随着机床精度的不同，数控车床的布局要考虑切削力、切削热和切削振动的影响。出于对安全的要求和环境的保护，数控机床上采用防护罩，将机床加工区全部封闭起来，可
5、减小对加工尺寸的影响。2022-9-2998.1.6 8.1.6 数控车床的技术参数数控车床的技术参数 (1)最大回转直径；(2)最大加工直径、最大加工长度；(3)主轴转速范围、功率，主轴通孔直径；(4)尾座套筒直径、行程、锥孔尺寸；(5)刀架刀位数、刀具安装尺寸、工具孔直径；(6)坐标行程；(7)定位精度、重复定位精度（包括坐标、刀架）；(8)快速进给速度、切削进给速度；(9)外形尺寸、净重。2022-9-2910 8.2.1 8.2.1 数控铣床的主要功能及加工对象数控铣床的主要功能及加工对象 一般功能是指各类数控铣床普遍具有的功能，如点位控制功能、连续轮廓控制功能、刀具半径自动补偿功能、
6、镜像加工功能、固定循环功能等。特殊功能是指数控铣床在增加了某些特殊装置或附件后，分别具有或兼备的一些特殊功能，如刀具长度补偿功能、靠模加工功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数据采集功能等。可以对工件进行钻、扩、铰、锪和镗孔加工与攻螺纹等，但它主要还是用来进行铣削加工。8.2 8.2 数控铣床数控铣床2022-9-2911 1平面类零件 加工平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件。其特点是各个加工单元面是平面或可以展开为平面。数控铣床加工的绝大多数零件是属于平面类零件。2曲面类零件 其特点是加工面不能展开为平面，加工面始终与铣刀点接触。加工曲面类零件的数控铣床一
7、般采用三坐标数控铣床。3变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件，这类零件多数为飞机零件。其特点是加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。加工这类零件最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，如果没有上述机床，也可以在三坐标数控铣床上进行2坐标近似加工。数控铣床加工零件如图8.9所示，c图为手机模具。2022-9-29128.2.2 8.2.2 数控铣床的分类数控铣床的分类 (1)立式数控铣床（图8.10）(2)卧式数控铣床 （图8.11）(3)立、卧两用数控铣床 （图8.12）2022-9-2913 8.2.3 8.2.3 数控铣床的布
8、局数控铣床的布局 同是用于铣削加工的铣床，据工件的重量和尺寸的不同，可以有四种不同的布局方案。图8.13a是加工工件较轻的升降台铣床，由工件完成三个方向的进给运动，分别由工作台、滑鞍和升降台来实现。当加工工件较重或者尺寸较高时，改由铣头带着刀具来完成垂直进给运动，如图8.13b所示。如图8.13c所示的龙门式数控铣床，这样的布局不仅适用于重量大的工件加工，而且由于增多了铣头，使铣床的生产效率得到很大的提高。加工更大更重的工件时，采用如图8.13d所示的布局方案，全部进给运动均由铣头运动来完成，这种布局形式可以减小铣床的结构尺寸和重量。2022-9-2914 8.2.4 8.2.4 数控铣床总布
9、局的发展趋势数控铣床总布局的发展趋势 1)数控装置和强电控制电路日趋小型化，而且还采用气液传动装置，省去液压油泵站，这样就实现了机、电、液一体化结构，从而减少铣床占地面积，又便于操作管理。2)全封闭结构数控铣床的效率高，一般都采用大流量与高压力的冷却和排屑措施；铣床的运动部件也采用自动润滑装置，为了防止切屑与切削液飞溅，避免润滑油外泄，将铣床做成全封闭结构，只在工作区处留有可以自动开闭的门窗，用于观察和装卸工件。2022-9-29158.2.5 8.2.5 数控铣床主要技术参数数控铣床主要技术参数 1工作台尺寸、工作台承重；2坐标行程；3主轴转速范围、功率，主轴孔锥度；4主轴端面到工作台的距离
10、；5定位精度、重复定位精度；6快速进给速度、切削进给速度；7外形尺寸；8净重。2022-9-2916 8.3.1 8.3.1 加工中心的基本功能与特点加工中心的基本功能与特点 增加了自动换刀装置；一般带有自动分度回转工作台或主轴箱可自动改变角度，使工序集中，加工连续进行；加工中心能自动改变主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹；加工形状比较复杂、精度要求较高、品种更换频繁的工件时，更具有良好的经济性。数控加工中心加工零件如图8.14所示。8.3 8.3 加工中心加工中心2022-9-2917 8.3.2 8.3.2 加工中心的基本组成加工中心的基本组成 1基础部件 基础部件由床身、立柱和工作
11、台等部件组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须具有足够的强度。这些大件通常是铸铁或焊接而成的钢结构件，是加工中心中体积和重量最大的基础构件。2主轴部件 由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的起、停和变速等动作由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。3进给机构 由进给伺服电动机、机械传动装置和位移测量元件等组成。它驱动工作台等移动部件形成进给运动。2022-9-2918 4数控系统(CNC)加工中心的数控部分是由CNC 装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是完成加工过程的控制中心。5自动换刀系
12、统(ATC)自动换刀装置ATC(Automatic Tool Changer)由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。6辅助装置 它包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。2022-9-29198.3.3 8.3.3 加工中心的分类加工中心的分类 1.按照加工中心布局方式分类 (1)立式加工中心 （图8.15）(2)卧式加工中心 （图8.16）(3)龙门式加工中心 （图8.17）(4)万
13、能加工中心(复合加工中心)2按换刀形式分类 (1)带刀库、机械手的加工中心 (2)无机械手的加工中心 (3)转塔刀库式加工中心 2022-9-2920 3按加工中心机床的功用分类 (1)镗铣加工中心机床 (2)钻削加工中心机床 (3)车削加工中心机床 4按数控系统分类 有2坐标加工中心、3坐标加工中心和多坐标加工中心；有半闭环加工中心和全闭环加工中心。5按精度分类 可分为普通加工中心和精密加工中心。2022-9-2921 8.3.4 8.3.4 加工中心的发展加工中心的发展 1.高速化 是指主轴转速、进给速度、自动换刀和自动交换工作台的高速化。2.进一步提高精度 加工中心的运动精度，主要以坐标
14、定位精度、重复定位精度以及铣圆精度来表示。3.功能更加完善 (1)愈来愈完善的自诊断功能，(2)新式刀具破损检测装置，(3)加工中心复合化趋势，(4)功能更趋完善的数控装置，(5)MAP 的利用 柔性制造系统技术发展的最新特点是从发展大型柔性制造系统转向小型化，有点近似于柔性制造单元规模的柔性制造系统，但它们又具有良好的扩展性。这是着眼于经济效益和实用性的缘故。2022-9-29228.3.5 8.3.5 加工中心的参数加工中心的参数 （1）工作台尺寸、工作台承重、交换时间。（2）坐标行程、摆角范围。（3）主轴转速范围、功率，主轴孔锥度。（4）刀库容量、换刀时间、最大刀具尺寸及最大刀具重量。（
15、5）交换工作台尺寸、数量、交换时间。（6）定位精度、重复定位精度。（7）快速进给速度、切削进给速度。（8）外形尺寸。（9）净重。2022-9-29238.4 8.4 特种数控加工机床特种数控加工机床 8.4.1 8.4.1 数控电火花加工机床数控电火花加工机床 一、电火花加工的原理与特点 图8.18电火花加工原理。电火花加工有如下特点：可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工；脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放
16、电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。2022-9-2924 二、加工的应用 （1）火花穿孔、成型加工 该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。其中包括电火花型腔加工（见图8.19 和图8.20）和穿孔加工（见图8.21）两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木模的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔(圆孔、方孔、多边形孔、异形孔)、曲线孔(弯孔、螺旋孔)、小孔和微孔的加工。（2）电火花线切割加工 该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割，按线电极移动的速
17、度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。2022-9-2925 三、电火花加工机床的基本组成 电火花加工机床的基本结构如图 8.22 所示，它由机床本体、脉冲电源、自动调节系统和工作液循环过滤系统等四部分组成。1机床本体 作用是保证工具电极与工件的相互位置尺寸要求。（1）床身和立柱 床身和立柱是机床的主要基础件，要有足够的刚度。床身、工作台与立柱导轨之间有一定的垂直度要求。（2）工作台 工作台是支撑和安装工件的。工作液槽安装在工作台上。通过转动纵、横手轮，带动丝杠来移动纵、横工作台，从而改变工具电极和工具的位置。十字工作台示例见图8.23 所示。（3）主轴头 主轴头如图8.24 所示，它是电火花加
18、工机床的一个关键部件，它是自动调节系统的执行机构，控制工具电极与工件之间的间隙，主轴头的性能和质量对电火花加工工艺指标起着重大的影响。2022-9-2926 2脉冲电源 电火花加工机床脉冲电源的作用是将工频交流电转变成一定频率的单向脉冲电源，以提供电火花加工所需要的能量。电火花加工机床的脉冲电源及控制系统如图8.25 所示。3自动调节系统 在电火花加工中，工件与电极之间发生火花放电时要保持一定的距离，这段距离称为放电间隙。放电间隙随粗、细加工所选用的电参数的不同而有所变化，以满足不同加工的需要。4工作液循环过滤过程 电火花加工用的工作液循环过滤过程系统包括工作液泵、容器、过滤器及管道等，它能使
19、工作液强迫循环。如图8.26 所示为工作液循环过滤过程组成。2022-9-2927 8.4.2 8.4.2 数控电火花线切割加工机床数控电火花线切割加工机床 一、电火花切割加工的基本原理 电火花线切割加工机床配有电子计算机作数字程序控制，能按加工要求自动切割任意角度的直线和圆弧。其主要用于切割淬火钢、硬质合金等特殊材料，加工一般金属切割机床难以正常加工的细缝、槽或形状复杂的零件，因此在模具行业中的应用非常广泛。2022-9-2928 二、数控电火花线切割加工的功能及特点 数控电火花线切割机床是一种电火花加工机床，它是利用工具电极对工件进行脉冲放电实现加工的。但电火花线切割加工无需制造成型电极，
20、而是采用细金属丝作为工具电极，沿着给定的轨迹加工出相应几何图形的工件。数控电火花线切割加工的加工零件见图8.28。2022-9-2929三、数控电火花线切割机床的分类 (1)高速走丝电火花线切割机床 （图8.29）（WEDM-HS）这类机床的电极丝进行高速往复运动，一般走丝速度为（812）m/s。(2)低速走丝电火花线切割机床 （图8.30）（WEDM-LS）这类机床的电极丝进行低速单向运动，一般走丝速度为0.2m/s。2022-9-2930 四、数控线切割机床的主要机械结构 1.X、Y坐标工作台（图8.31）坐标工作台主要由拖板、导轨、滚珠丝杠传动副、齿轮部分组成。2储丝走丝部件 高速走丝主
21、要用来带动电极丝按一定线速度移动，并将电极丝整齐地排绕在储丝筒上。3高速走丝机构的结构 高速走丝机构由储丝筒组合件上、下拖板及齿轮副、丝杠副、换向装置和绝缘件等部分组成。储丝筒组合主要结构如图8.32 所示 4丝架、导轮部件的结构 5工作液结构 图8.33所示。6进电方式 2022-9-2931五、数控电火花线切割机床主要技术参数 （1）工作台尺寸 （2）最大加工厚度 （3）X、Y轴行程 （4）最大切割锥度 （5）定位精度 （6）最大加工电流 （7）最大加工速度 （8）电极丝直径范围 （9）电极丝运行速度 2022-9-29322022-9-2933图8.1 数控车床加工零件图 2022-9-
22、2934图8.2 主传动系统图8.3 进给传动系统2022-9-2935 车削中心2022-9-2936卧式数控车床2022-9-2937立式数控车床2022-9-2938图8.9 数控铣床加工零件图a b c 2022-9-2939立式数控铣床2022-9-2940卧式数控铣床2022-9-2941立、卧两用数控铣床2022-9-2942图8.13 数控铣床总体布局示意图 2022-9-2943图8.14 数控加工中心加工零件图 2022-9-2944立式加工中心2022-9-2945卧式加工中心2022-9-2946龙门加工中心2022-9-2947图8.18 电火花加工原理2022-9-
23、2948(a)精密冷冲模具(b)精密冷冲模具(c)复杂型腔零件(d)精密级进模具 图8.28 数控电火花线切割加工的加工零件图 2022-9-2949立柱式快走丝电火花线切割机床 2022-9-2950立式慢走丝电火花线切割机床2022-9-2951坐标工作台结构 2022-9-29528.4 全功能型数控车床2022-9-2953图8.19 普通数显电火花成型机床图8.20 电火花加工中心图8.21 高速电火花穿孔机床2022-9-2954图8.22 电火花加工机床图8.23 十字工作台图8.24 主轴头2022-9-2955图8.25 脉冲电源及控制系统2022-9-2956图8.26 工作液循环过滤过程结构2022-9-2957图8.32 储丝筒组合件1-储丝筒 2-电动机 3-联轴器 4-丝杠 5、6-支架7-拖板 8-底座 9-螺母2022-9-2958
