數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)及功能特點淺析

崔陳龍

（天津工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院，天津 300160）

銑床基礎(chǔ)件稱為銑床大件，通常是指床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺等，是整臺銑床的基礎(chǔ)和框架。銑床的其他零部件，或者固定在基礎(chǔ)件上，或者工作時在其導(dǎo)軌上運動。其他機械結(jié)構(gòu)的組成，則按銑床的功能需要選用。

1 數(shù)控銑床的機械結(jié)構(gòu)

數(shù)控銑床是一種加工功能很強的數(shù)控機床，目前迅速發(fā)展起來的加工中心、柔性加工單元等，都是在數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者都離不開銑削方式。由于數(shù)控銑削工藝最復(fù)雜，需要解決的技術(shù)問題也最多，因此，人們在研究和開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)及自動編程語言的軟件系統(tǒng)時，也一直把銑削加工作為重點。

2 數(shù)控銑床的分類

2.1 按主軸的位置分類

（1）數(shù)控立式銑床。數(shù)控立式銑床在數(shù)量上，一直占據(jù)數(shù)控銑床的大多數(shù)，應(yīng)用范圍也最廣。從機床數(shù)控系繞控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前三坐標(biāo)數(shù)控立銑仍占大多數(shù)；一般可進行三坐標(biāo)聯(lián)動加工，但也有部分機床只能進行3個坐標(biāo)中的任意兩個坐標(biāo)聯(lián)動加工（常稱為2.5坐標(biāo)加工）。此外，還有機床主軸可以繞X、Y、Z坐標(biāo)軸中的其中一個或兩個軸，作數(shù)控擺角運動的四坐標(biāo)和五坐標(biāo)數(shù)控立銑。

（2）數(shù)控臥式銑床。與通用臥式銑床相同，其主軸軸線平行于水平面。為了擴大加工范圍和擴充功能，臥式數(shù)控銑床通常采用增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤或萬能數(shù)控轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)四、五坐標(biāo)加工。這樣，不但工件側(cè)面上的連續(xù)回轉(zhuǎn)輪廓可以加工出來，而且可以實現(xiàn)在一次安裝中，通過轉(zhuǎn)盤改變工位，進行“四面加工”。

（3）立臥兩用數(shù)控銑床。目前，這類數(shù)控銑床已不多見，由于這類銑床的主軸方向可以更換，能達到在一臺機床上既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，而同時具備上述兩類機床的功能，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工對象的余地更大，且給用戶帶來不少方便。特別是生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立、臥兩種方式加工時，用戶只需買一臺這樣的機床就行了。

2.2 按構(gòu)造上分類

（1）工作臺升降式數(shù)控銑床。這類數(shù)控銑床采用工作臺移動、升降，而主軸不動的方式。小型數(shù)控銑床一般采用此種方式。

（2）主軸頭升降式數(shù)控銑床。這類數(shù)控銑床采用工作臺縱向和橫向移動，且主軸沿垂向溜板上下運動；主軸頭升降式數(shù)控銑床在精度保持、承載重量、系統(tǒng)構(gòu)成等方面具有很多優(yōu)點，已成為數(shù)控銑床的主流。

（3）龍門式數(shù)控銑床。這類數(shù)控銑床主軸可以在龍門架的橫向與垂向溜板上運動，而龍門架則沿床身作縱向運動。大型數(shù)控銑床，因要考慮到擴大行程，縮小占地面積及剛性等技術(shù)上的問題，往往采用龍門架移動式。

2.3 數(shù)控銑床在結(jié)構(gòu)上的特點

（1）控制機床運動的坐標(biāo)特征。為了要把工件上各種復(fù)雜的形狀輪廓連續(xù)加工出來，必須控制刀具沿設(shè)定的直線、圓弧或空間的直線、圓弧軌跡運動，這就要求數(shù)控銑床的伺服拖動系統(tǒng)能在多坐標(biāo)方向同時協(xié)調(diào)動作，并保持預(yù)定的相互關(guān)系，也就是要求機床應(yīng)能實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動。數(shù)控銑床要控制的坐標(biāo)數(shù)，起碼是三坐標(biāo)中任意兩坐標(biāo)聯(lián)動，要實現(xiàn)連續(xù)加工直線變斜角工件，起碼要實現(xiàn)四坐標(biāo)聯(lián)動，而若要加工曲線變斜角工件，則要求實現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動。因此，數(shù)控銑床所配置的數(shù)控系統(tǒng)，在檔次上一般都比其他數(shù)控機床相應(yīng)更高一些。

（2）數(shù)控銑床的主軸特征?，F(xiàn)代數(shù)控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉(zhuǎn)與主軸變速等，都可以按程序介質(zhì)上編入的程序自動執(zhí)行。不同的機床，其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻機組（目前已很少采用），固定數(shù)種轉(zhuǎn)速，可任選一種編入程序，但不能在運轉(zhuǎn)時改變；有的采用變頻器調(diào)速，將轉(zhuǎn)速分為數(shù)檔，程編時可任選一檔，在運轉(zhuǎn)中可通過控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；有的則不分檔，程編可在整個調(diào)速范圍內(nèi)任選一值，在主軸運轉(zhuǎn)中，可以在全速范圍內(nèi)進行無級調(diào)整，但從安全角度考慮，每次只能調(diào)高或調(diào)低在允許的范圍內(nèi)，不能有大起大落的突變。在數(shù)控銑床的主軸套筒內(nèi)，一般都設(shè)有自動拉、退刀裝置，能在數(shù)秒內(nèi)完成裝刀與卸刀，使換刀顯得較方便。

3 華中數(shù)控系統(tǒng)功能特點

3.1 顯示功能

（1）實體圖形顯示功能。華中HNC-21T系統(tǒng)，可根據(jù)用戶選擇的不同形狀刀具，對用戶自定義大小的毛坯，進行仿真加工；

（2）圖形軌跡顯示功能?？筛鶕?jù)加工程序顯示刀具運行軌跡；

（3）正文顯示功能?？娠@示當(dāng)前運行程序，幫助操作者更好了解機床的運行狀況；

（4）大字符、坐標(biāo)聯(lián)合顯示功能。可顯示刀具在機床坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系下的指令值、實際值，還可顯示刀具運行各段程序時的剩余值；

（5）其他顯示功能?？娠@示當(dāng)前運行程序名，當(dāng)前運行程序行號，工件坐標(biāo)零點的坐標(biāo)值，刀具實際進給速度，實際主軸轉(zhuǎn)速，當(dāng)前刀具號，主軸速度、進給速度、快移速度的修調(diào)率等。

3.2 加工功能

（1）小線段高速連續(xù)插補功能?？筛咚賵A滑擬合小線段程序的軌跡，十分利于CAM生成的小線段程序的加工。

（2）斷點保存功能、任意指定行加工的功能和程序跳段功能。

3.3 編程指令特點

（1）除基本的直線、圓弧插補功能外，還可倒角、倒圓。

（2）華中數(shù)控HNC-21T（車床系統(tǒng)）還有直徑、半徑編程指令，螺紋加工指令，固定循環(huán)，復(fù)合循環(huán)，恒線速度控制指令等。復(fù)合循環(huán)指令的刀具軌跡，可完成每層粗切時的殘料加工，滿足現(xiàn)代加工中余量均勻的要求，有利于刀具壽命和加工精度。

（3）華中數(shù)控HNC-21M（銑床系統(tǒng)）還有絕對編程、增量編程指令，坐標(biāo)系設(shè)定指令，坐標(biāo)系選擇指令，刀具長度補償功能，螺旋線插補功能，極坐標(biāo)指令，鏡像功能，縮放功能，旋轉(zhuǎn)功能，鉆、鏜、鉸、锪等孔類加工的固定循環(huán)指令等。

（4）刀具半徑補償功能。運用該功能時，注意加入或取消補償?shù)臅r機，加入后必須取消；加入或取消時，刀補平面內(nèi)的移動軸必須有足夠的移動距離；可以在下刀前加入，也可在抬刀后取消，但不可在下刀或抬刀過程中加入或取消。

（5）華中數(shù)控系統(tǒng)強大的運算能力，保證了便捷的宏程序的功能，循環(huán)語句WHILE的運用，是編輯宏程序的基礎(chǔ)。華中車床系統(tǒng)的宏程序，可以用于復(fù)合循環(huán)中，車、銑系統(tǒng)的宏程序中，均可加入刀具半徑補償，應(yīng)用過程中注意刀具干涉的處理。

3.4 螺旋類加工插補指令及其應(yīng)用

（1）在數(shù)控加工中的應(yīng)用在數(shù)控銑削加工中，螺旋插補指令主要用于銑槽時的螺旋式下刀、加工螺紋等。

其一，以銑代鏜精銑內(nèi)輪廓螺旋插補指令，用于螺旋銑削圓形內(nèi)輪廓時，因刀具軌跡連續(xù)，故可提高輪廓側(cè)面的加工品質(zhì)（不存在分層時的接刀痕跡），同時只要求很小的開始空間。此外，使用這種方法，可以用一把銑刀加工多個不同尺寸的孔。

其二，銑槽加工的螺旋下刀銑槽加工屬于粗加工。常規(guī)的工藝是先預(yù)鉆孔，然后銑刀在此預(yù)鉆孔中下刀。若采用螺旋下刀，則無需預(yù)鉆孔。從而簡化了工藝，減少了刀具數(shù)量和換刀次數(shù)。

其三，銑削螺紋使用成型的螺紋銑刀，沿螺旋插補軌跡進行螺紋銑削加工。

（2）螺旋插補指令只適用于一圈以內(nèi)的螺旋線。對于多圈螺旋線，則需要多段程序才可完成，從而編程較為麻煩；同時因為控制螺距或螺紋升角，而易導(dǎo)致出現(xiàn)頂?shù)兜仁鹿省?/p>

隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，先進的數(shù)控系統(tǒng)不僅能向用戶編程提供一般的準(zhǔn)備功能和輔助功能，而且可為編程提供擴展數(shù)控功能的手段。HNC-21 M華中世紀(jì)星數(shù)控系統(tǒng)的宏指令編程，應(yīng)用靈活，形式自由，具備計算機高級語言的表達式、邏輯運算及類似的程序流程，使加工程序簡練易懂，實現(xiàn)普通編程難以實現(xiàn)的功能，可大大提高編程效率，擴展了數(shù)控系統(tǒng)的功能。

4 數(shù)控銑床的保護

如果紅色指示燈亮的時候，說明機床出錯報警，不能進行正常操作。機床報警一般為主軸報警、控制器報警、潤滑報警。

（1）在CRT上顯示錯誤代碼時，請查找原因，若錯誤代碼有“PS”二字，則一定是程序或者設(shè)定數(shù)據(jù)的錯誤，請修改程序或者修改設(shè)定的數(shù)據(jù)。

（2）在CRT上沒有顯示錯誤代碼時，可能是由于機床執(zhí)行了一些故障操作，請參照《維修手冊》進行調(diào)整。

（3）如果機床在遇到緊急情況時，應(yīng)立即按下急停按鈕，這時機床緊急停止，主軸也馬上緊急停轉(zhuǎn)。當(dāng)排除故障后，急停按鈕復(fù)位，機床操作正常。

（4）當(dāng)?shù)毒叱搅藱C床限位開關(guān)限定的行程范圍或者進入由參數(shù)指定的禁止區(qū)域，CRT顯示“超程”報警，要想解除急停報警，按機床正面的機床復(fù)位按鈕，用手輪方式移出限位區(qū)域，按復(fù)位按鈕解除報警即可。

5 結(jié)束語

數(shù)控機床加工程序，不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量的選擇、運動方式、刀具系統(tǒng)、切削規(guī)范以及工件的裝夾方法。大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)，已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

[1]蘇建修.數(shù)控加工工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]余英良.數(shù)控加工編程及操作[M].北京：高等教育出版社，2005.