15数控机床的选用

15数控机床的选用

数控机床是机床体系分类中的一个类别，随着技术发展的不断进步，种类增长很快，下面是对各种

CNC机床进行简单的罗列：

⑤数控电

CNC机床的数量、

①数控铣床和加工中心；②数控车床和车削中心；③数控钻床；④数控镗床；加工机床；⑥数控冲床；⑦数控火焰切割机；⑧数控刨床；⑨数控激光加工机床；⑩数控外圆磨床；⑩数控焊接机床

⑩数控弯板机…………。

如按用途分类，可分为金属切削类数控机床、

数控机床也有种种的分类方法：金属成型因为它们是

类数控设备、数控特种加工设备。本书仅对金属切削类数控机床进行重点介绍，数控类机床中应用最多的机床。

1．5．1普通数控机床

和传统的通用机床一样，从切削工艺角度看：普通数控机床是指采用车、铣：钻、镗、磨、刨等各种切削工艺的数控机床，如数控车床、数控铣床、数控磨床等。而且切削工艺与相应的传统的通用机床相似。每一类中又有很多品种，例如数控铣床中就有立铣、具铣、龙门铣等，虽然这类机床的工艺性能和传统的通用机床相似，

卧铣、工

但不同的是它能自动化

加工更为复杂形状的零件，并且能进行精度、效率更高，更具有柔性的加工。

1．数控车床

CNC车床，能自动控制完成对轴类与盘类零件内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等

图1-5-1 全功能数控车床HM-077外形和结构组成

1-主轴电机 2-主轴箱 3-排屑器 4-卡盘 5-防护罩 6-尾座 7-刀架 8-床鞍滑板 9-床身 10-操作面板

切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔和铰孔等工作。数控车床具有加工精度稳定性好、加工灵活、通用性强，能适应多品种、小批生产自动化的要求，或盘类零件。

CNC车床由机床主轴带动工件旋转实现主运动，刀具并不旋转，切削刀具安装的转塔刀架或四方刀架上，沿平行主轴轴向（相对工件进给移动。

数控车床的进给系统与传统通用车床的进给系统在结构上存在着本质上的差别。式车床主轴的运动经过挂轮架、

进给箱、溜板箱传到刀架，实现纵向和横向进给运动，

传统卧传动

Z

Z）和垂直主轴轴线的横向（

X）两个方向的导轨，

特别适合加工形状复杂的轴类

路线长，传动精度低。而数控车床是采用伺服电动机，经滚珠丝杠传到滑板和刀架，实现向(纵向)和X向(横向)进给运动，传动路线短，传动精度高。

如图1-5-1所示为典型的全功能数控车床

HM-077外形和结构组成。

2．数控铣床

数控铣床是机床设备中应用非常广泛的加工机床，可以设计为轮廓加工和孔加工功能同时具有铣镗数控机床。

CNC铣床常主要设计为轮廓加工，也

它可以进行平面铣削、型腔铣削、

图1-5-2立式数控铣床

外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削，还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。

数控铣床如同传统的通用铣床一样，

按主轴在空间所处的状态，

分有立式和卧式以及立、

卧两用数控铣床。主轴在空间处于垂直状态的，称为立式数控铣床；主轴在空间处于水平状

称为立卧两用数控铣床。

如图1-5-2，

态的，称为卧式数控铣床。主轴可作垂直和水平转换的，是立式数控铣床。如图

数控铣床能被

1-5-3，是卧式数控铣床。

CNC控制的坐标进给运动多为三坐标轴，即有三个沿导轨方向的直线运

X、Y、Z分别对这三个直线运动的方向命名。

动，如左右、前后、上下方向，又用

如若数控铣床三个沿导轨方向运动中，只能其中两个方向的运动可以联动，称两轴半数控铣床，即在X、Y、Z三个坐标轴中，任意两轴可以联动。一般情况下，两轴半控制的数控铣床上只能用来加工平面曲线的轮廓。

如若数控铣床三个沿导轨方向运动能同时联动，即数控铣床能进行

X、Y、Z三个坐标轴联动加工，称

为三轴数控铣床。目前3坐标数控立式铣床仍占大多

图1-5-3卧式数控铣床

数，可以加工空间曲面。

对于有特殊要求的数控铣床，还可以加进一个绕

轴回转的进给运动，即增加一个数控分度头或数控回转工作台，这时机床的数控系统为四坐

标的数控系统，可用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件。

1．5．2 加工中心机床（MC）

加工中心（Machining Center，简称MC）是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速

发展起来的自动换刀数控机床。

相对那些普通数控机床更具有灵活性和适应性，

并且效率更

高，工艺能力更强，自动化程度更高。

1．各种加工中心

加工中心种类较多，根据加工方式分有：⑴车削加工中心

车削加工中心以车削为主，

主体是数控车床，机床上配备有转塔式刀

库或由换刀机械手和链式刀库组成的大容量刀库。车削加工中心还配置有铣削动力头。

⑵镗铣加工中心

镗铣加工中心，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在

一台加工设备上，且增设有自动换刀装置。

镗铣加工中心是机械加工行业应用最多的一类数

控设备，其工艺范围主要是铣削、钻削和镗削。

⑶复合加工中心

在一台设备上可以完成车削、

铣削、镗削和钻削等多种工序加工的加

工中心称之为复合加工中心，可代替多台机床实现多工序的加工。

复合加工中心多以车、

铣

加工的加工中心为多。

2．加工中心特点

加工中心机床的一个最为明显的特征是：加工中心是一种比普通数控机床多加装了刀具

库和自动换刀装置而构成的数控机床，刀库容量一般为几十甚至上百把刀具。

数控系统能控

制机床自动地更换刀具。

它与普通数控机床相比另一个更为重要的特征是：它利用机床刀库的多刀具和自动换刀能力，具有把几个不同的操作组合在一次装夹中并连续加工的能力，即集中工序加工。

如CNC镗铣加工中心，对工件连续进行的钻削、镗削、背镗、加工螺纹、锪孔以及轮廓铣削等加工都可编制为同一个

CNC程序。又如车削加工中心，几乎可以完成回转体零件的所

图1-5-4 加工中心装配了托盘交换装置

有加工工序。加工中心因为连续、自动、多工序加工，又称它为多工序数控机床。

加工中心机床实现一次装夹多工序的加工方式，

有效地避免了零件多次装夹造成的定位

误差，减少了机床台数和占地面积，有利于提高了加工精度。

由于电子技术的迅速发展，

加工中心的功能日趋完善。

交换工作台的方法，

比如：因为自动换刀缩短手动换让工件能在机外装卸从而缩短工

刀的时间；因为利用了托盘交换系统、件装夹的辅助时间；利用附加轴

A、B、C、的旋转运动以及许多其他功能来增强转换加工面

从而使

的灵活性。如图1-5-4所示的加工中心装配了托盘交换装置能实现工件的自动交换，工件装夹的辅助工作不占机床的加工时间。

本书主要对镗铣加工中心的应用介绍，下面提到的加工中心一般是指镗铣加工中心。

3．镗、铣加工中心两种类型设计

加工中心有两种基本设计即立式加工中心和卧式加工中心。按主轴在空间所处的状态，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的，称为立式加工中心；主轴在空间处于水平状态的，称为卧式加工中心。（主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或复合加工中心）。

如图1-5-5是JCS—018A型立式加工中心外观图。机床床能进行

X、Y、Z三个坐标轴联

图1-5-5 JCS-018A型加工中心

动加。机床有刀库，可装各类钻、铣类刀具并

自动换刀。对立式CNC加工中心来说，最适合加工的工件类型是有上端面结构或周边轮廓加工任务的零件，如盘盖、板类零件。工件可安装在工作台或夹具上。

某卧式加工中心外形如图

1-5-6所示，主轴水平放置。一般卧式加工中心配备一个旋转

坐标轴（回转工作台）。卧式加工中心适宜加工箱体类零件，一次装夹可对工件的多个面进行铣削、钻削、镗削、攻螺纹等工序加工，

特别适合孔与定位基面或孔与孔之间相对位置精

度要求较高的零件的加工，容易保证其加工精度。卧式加工中心的刀库一般比立式加工中心

它比立式加工中心的柔性

容量大，结构比立式加工中心复杂，占地面积比立式加工中心大，

强。卧式加工中心的制造成本比立式加工中心高，市场拥有量较少。

卧式加工中心调试程序及试切时不便观察，但加工时排屑容易，对加工有利。

加工时不便监视，零件装夹和测量不方便。

图1-5-6 卧式加工中心

1．5．3 柔性制造

⑴柔性制造单元(FMC)：

是由加工中心(MC)与自动交换装置、刀具和工件的自动测量装置、起来的，它比

MC具有更高的制造柔性和生产率。

FMS）：

System)是在成组技术、数控技术、计算机技术、自动检

工况监控功能而发展

⑵柔性制造系统（

FMS(Flexible Manufacturing

测和自动控制技术迅速发展的基础上产生的综合技术产物。主要由多工位的数控加工系统、自动化的物料输送和存储系统、

计算机控制信息系统组成。

生产全部过程由中央计算机进行

配合，

调度，若干台计算机进行工位控制，形成一个各种制造单元相对独立而又能灵活调节、

具有很强适应性的制造系统。数控机床是各种制造单元或工位中的主要加工设备。

1．5．4计算机集成制造系统CIMS

计算机集成制造系统机术将制造工厂全部活动

CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)是采用现代计算(设计、制造、装配、市场调查与决策、销售、管理等

)所需的各种

分散自动化系统的有机集成。

CIMS通常由管理信息系统、产品设计与制造工程设计自动化系统、制造自动化系统、

质量保证系统以及计算机网络和数据库系统等

(1)管理信息系统

6个分系统组成：

这个系统包括预测、经营决策、各级生产计划、生产技术准备、销

售、供应、财务、成本、设备、工具、人力资源等管理信息功能，通过信息的集成，以达到缩短产品生产周期、减少占用流动资金、提高企业的应变能力的目的。

(2)产品设计与制造工程设计自动化系统产品性能测试等阶段的工作，优质、自动化地进行。

(3)制造自动化系统

常用的是FMS系统。这个系统根据产品的工程技术信息、车间层

它是用计算机来辅助产品设计、制造准备和

就是CAD／CAPP／CAM系统。其目的使产品的开发更高效、

的加工指令，完成对零件毛坏加工的作业调度、制造等工作。

(4)质量保证系统

包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评估、控制与跟踪等功

能。系统保证从产品设计、制造、检验到售后服务的整个过程。 (5)

计算机网络

它是支持CIMS各个分系统的开放型网络通信系统，

采用国际标准和工

业标准规定的网络协议进行互联，以分布方式，满足各应用分系统对网络支持服务的不同需

求，支持资源共享、分布处理、分布数据库和实时控制。

(6)数据库系统成。

由上述可知，CIMS是建立在多项先进技术基础上的高技术制造系统。

它是支持

CIMS各分系统的数据库，以实现企业数据的共享和信息集

1．5．5 数控机床主要技术参数的选用

数控机床的主要技术参数包括工作台面积、

各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速

度范围、刀库容量、换刀时间、定位精度、重复定位精度等。可分成尺寸参数、接口参数、运动参数、动力参数、精度参数、其它参数几个方面来认识。

①尺寸参数。包括：工作台面积（长、宽）、承重；主轴端面到工作台的距离；交换工作台尺寸数量及交换时间；件、机床之间的干涉。

②接口参数。包括：工作台

T型槽数；槽宽槽间距；主轴孔锥度、直径；最大刀具尺作用：影响到加工工件的尺寸范围大小重量编程范围及刀具、

工

寸及重量；刀具容量交换时间等。作用：影响到工件、刀具安装及加工适应性和效率。

③运动参数。包括：各坐标行程及摆角范围；主轴转速范围；各坐标快速进给速度、切削进给速度范围。作用：响到加工性能及编程参数。

④动力参数。内容包括：主轴电机功率；伺服电机额定转矩。作用：影响到切削负荷⑤精度参数。内容包括：定位精度和重复定位精度；回转工作台的分度精度。作用：影响到加工精度及其一致性，

⑥其它参数。内容包括：外形尺寸、重量。作用：影响到使用环境。