工作台升降式数控铣床：切削工具及加工大型工件

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：数控铣床使用的刀具主要有立铣刀、面铣刀、成形铣刀和孔加工刀具等。工作台升降式数控铣床主要用于小型数控铣床的工作台升降，其主轴保持不动。此类数控铣床具有良好的动态响应性，承载能力是同类机床的2～3倍，可完成大型工件的加工。

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似。数控铣床主要用于平面、沟槽、螺旋槽、成形表面和孔，以及空间曲线式复杂型面的铣削加工，适于模具、凸轮、板类和箱体类零件的加工，配置了数控分度头或数控回转工作台的四坐标数控铣床可实现螺旋槽和叶片零件的加工。数控铣床使用的刀具主要有立铣刀、面铣刀、成形铣刀和孔加工刀具等。

1.数控铣床的分类

按主轴的布局位置分类，可将数控铣床分为立式数控铣床、卧式数控铣床和立卧两用数控铣床三种。

（1）立式数控铣床（见图1-7a）其主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中常见的一种布局形式，应用范围广泛。它可使用立铣刀、机夹刀盘和钻头等进行水平面内型面的加工，增加数控分度头后还可以加工圆柱表面上的曲线沟槽。

图1-7 主轴头升降式数控铣床

（2）卧式数控铣床（见图1-7b）其主轴轴线平行于水平面，主要用来加工箱体类零件。通常，增加数控回转工作台后可实现机床的4轴联动控制，从而满足箱体、泵体、阀体或壳体等复杂零件的一次装夹中多表面的加工。

（3）立卧两用数控铣床该类型铣床可变换主轴轴线方向，使用范围较广，功能较多。数控万能主轴可实现与水平面成各种角度的零件表面加工，数控回转工作台可对工件实现除定位面外的五面加工。

按机床构造分类，可将数控铣床分为工作台升降式数控铣床、主轴头升降式数控铣床和龙门式数控铣床三种。

（1）工作台升降式数控铣床主要用于小型数控铣床的工作台升降，其主轴保持不动。

（2）主轴头升降式数控铣床（主流）图1-7所示的三种结构形式的数控铣床均为主轴头升降式数控铣床。该数控铣床的主轴可沿垂向溜板上下运动，工作台纵向和横向移动。

（3）龙门式数控铣床按运动形式的不同，龙门式数控铣床又可分为动台式数控铣床（即工作台运动，见图1-7c）和动梁式数控铣床（即框架运动而工作台不动）两种。龙门式数控铣床具有龙门框架，且框架上装有主轴头；工作台为落地式，X、Y、Z三个方向的运动是由横梁、滑座和滑枕铣头的联动完成的。此类数控铣床具有良好的动态响应性，承载能力是同类机床的2～3倍，可完成大型工件的加工。

2.数控铣床的结构组成

数控铣床通常由输入/输出装置、数控装置（FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI等）、主轴驱动系统和伺服进给系统、位置检测装置（FANUC、HEIDENHIAN等）、机床本体（床身、立柱、工作台和滑座）、电气控制回路、液压系统和辅助装置（润滑系统、冷却系统及排屑装置）等部分组成，有的带刀库和自动换刀机械手。数控铣床的标准配置为3个直线进给轴，可实现3轴联动控制（即X、Y、Z轴同时完成插补运动）；立式数控铣床增加回绕X轴旋转的A轴后，可实现4轴联动选配控制；卧式数控铣床增加回绕Y轴旋转的数控回转工作台（B轴）后，也可实现4轴联动控制，以满足工件的四面加工要求。数控铣床可配置FANUC 0i MC/MD或SINU-MERIK 810D/840D等数控系统，以实现3轴及以上的联动控制功能。以下主要介绍主轴驱动系统、伺服进给系统、机床本体和辅助装置。

（1）主轴驱动系统数控铣床的主轴一般采用与数控系统配套的串行数字主轴（如FANUC公司的α或αi系列主轴驱动），由交流主轴电动机带动同步齿形带旋转并使主轴一同运转（见图1-8）；对于功率较大的数控铣床，为满足低速大转矩的要求，需增加一级、二级或多级齿轮减速机构（见图1-9）。近年来，还出现了无级变速，即电动机与主轴一体化的电主轴（见图1-10）直接带动刀具旋转。

（2）伺服进给系统数控铣床的伺服进给运动包括主轴箱升降、工作台纵向移动和滑座横向移动，且分别通过X、Y、Z伺服轴的伺服电动机和联轴器带动滚珠丝杠螺母副旋转，从而将回转运动转化为各轴的直线运动（数控铣床X轴的传动结构图见图1-11）。

图1-8 带传动的数控铣床主轴结构图

1—锁紧螺母 2—同步带轮 3—键 4、6—支承轴承 5—碟形弹簧 7—端盖 8—端面键 9—主轴 10—滑套 11—拉杆 12—主轴箱体 13—防松垫 14—调整螺母

图1-9 多级齿轮减速机构

图1-10 电主轴

图1-11 数控铣床X轴的传动结构图

1—伺服电动机 2—连接螺栓 3—联轴器 4—轴承端盖 15—锁紧螺母 6、9—支承轴承 7—双螺母 8—滚珠丝杠 10—轴承端盖2

（3）机床本体——床身、立柱、工作台和滑座

1）床身和立柱：床身和立柱的导轨为矩形，其承载能力强，精度保持性好。立柱紧固在床身背后，立柱内装有一套主轴箱质量平衡装置，主轴箱与平衡锤的质量约1∶1；立柱上的伺服电动机带制动器（如FANUC αi/βiS系列垂直轴伺服电动机，见图1-12），防止断电等异常时垂直轴自由下滑。

图1-12 FANUC αi/βiS系列垂直轴伺服电动机（带电磁制动器）

2）工作台和滑座（见图1-13a）：工作台和滑座的导轨为矩形导轨，其承载能力强，工作台导轨和滑座的下导轨需贴塑处理。由于工作台是伺服进给中的执行部件，滑座导轨是支承和引导工作台直线运动的部件，故两者使用一段时间后，需调整工作台与导轨镶条之间的间隙，以保持伺服进给的精度。

图1-13 数控铣床的工作台和滑座以及导轨镶条

（4）辅助装置（见图1-14）为了延长机床各零部件的使用寿命和减小摩擦阻力，数控铣床的导轨、传动齿轮、滚珠丝杠螺母副及主轴箱等部位均需配置润滑系统，一般采用电动间歇润滑泵或定量式集中润滑泵供油。为了提高数控铣床的加工自动性和减少发热，一般都配置有排屑装置。通常，排屑装置有平板链式排屑装置、刮板式排屑装置和螺旋式排屑装置3种。

图1-14 数控铣床的辅助装置

工作台升降式数控铣床：切削工具及加工大型工件

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