数控铣床（自动加工设备）
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更新时间：2023-07-27
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数控铣床是一种自动加工设备，它通过使用电子计数字化信号来控制铣床的加工过程。它是在传统铣床的基础上发展而来，但两者之间的加工工艺基本相同，结构也有些相似。根据是否带有刀库，数控铣床可以分为两类。数控铣床具有高精度、高效率、加工过程可控性高等优点，因此广泛应用于各种加工领域。数控铣床
本词条是多义词，共3个义项
自动加工设备
数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的一种自动加工设备，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似。数控铣床有分为不带刀库和带刀库两大类。其中带刀库的数控铣床又称为加工中心。
简介
产生与发展
随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需求频繁改型，特别是在宇航、造船、军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专用化程度高的自动化机床已不能适应这些要求。为了解决上述问题，一种新型的机床——数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后数控机床的发展方向。
数控机床的产生
世界上第一台成功研制的数控机床是一台三坐标的数控铣床，于1952年由美国帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院（MIT）合作完成。早在1948年，美国在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板的加工机床任务时，就提出了研制数控机床的初始设想。1949年，在美国空军部门的支持下，帕森斯公司正式接受委托，与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界上第一台数控机床试验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的真线插补三坐标连续控制铣床。其控制装置由2000多个电子管组成，占了一个普通实验室那么大。这台数控铣床的诞生，标志着机械制造的数字控制时代的开始。
数控铣床加工
铣床的加工表面形状一般是由直线、圆弧或其他曲线所组成。普通铣床操作者根据图样的要求。不断改变刀具与工件之间的相对位置，再与选定的铣刀转速相配合，使刀具对工件进行切削加工，便可加工出各种不同形状的工件。
数控机床加工是把刀具与工件的运动坐标分割成最小的单位量，即最小位移量。由数控系统根据工件程序的要求，使各坐标移动若干个最小位移量，从而实现刀具与工件的相对运动，以完成零件的加工。
功能特点
数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外，还有如下特点：
1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等；
2、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件；
3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件；
5、生产自动化程度高，可以减轻操作者的劳动强度。有利于生产管理自动化；
6、生产效率高，数控铣床一般不需要使用专用夹具等专用工艺设备，在更换工件时只需调用存储于数控装置中的加工程序、装夹工具和调整刀具数据即可，因而大大缩短了生产周期。其次，数控铣床具有铣床、镗床、钻床的功能，使工序高度集中，大大提高了生产效率。另外，数控铣床的主轴转速和进给速度都是无级变速的，因此有利于选择最佳切削用量；
工作原理（图）：
数控铣床
系统描述
系统分类
从数字控制技术特点看，由于数控机床采用了伺服电机，应用数字技术实现了对机床执行部件工作顺序和运动位移的直接控制，传统机床的变速箱结构被取消或部分取消了，因而机械结构也大大简化了。数字控制还要求机械系统有较高的传动刚度和无传动间隙，以确保控制指令的执行和控制品质的实现。同时，由于计算机水平和控制能力的不断提高，同一台机床上允许更多功能部件同时执行所需要的各种辅助功能已成为可能，因而数控机床的机械结构比传统机床具有更高的集成化功能要求。
从制造技术发展的要求看，随着新材料和新工艺的出现，以及市场竞争对低成本的要求，金属切削加工正朝着切削速度和精度越来越高、生产效率越来越高和系统越来越可靠的方向发展。这就要求在传统机床基础上发展起来的数控机床精度更高，驱动功率更太，机械机构动静、热态刚度更好，工作更可靠，能实现长时同连续运行和尽可能少的停机时间。
铣头部分
铣头部分由有级（或无级）变速箱和铣头两个部件组成。铣头主轴支承在高精度轴承上．保证主轴具有高回转精度和良好的刚性；主轴装有快速换刀螺母，前端锥采用1$0505锥度；主轴采用机械无级变速，其调节范围宽，传动平稳，操作方便。刹车机构能使主轴迅速制动，可节省辅助时间，刹车时通过制动手柄撑开止动环使主轴立即制动。启动主电动机时，应注意松开主轴制动手柄。铣头部件还装有伺服电机、内齿带轮、滚珠丝杠副及主轴套简，它们形成垂直方向（z方向）进给传动链，使主轴作垂向直线运动。
工作台与床鞍支承在升降台较宽的水平导轨上，工作台的纵向进给是由安装在工作台右端的伺服电机驱动的。通过内齿带轮带动精密滚珠丝杠剐，从而使工作台获得纵向进给。工作台左端装有手轮和刻度盘，以便进行手动操作。床鞍的纵横向导轨面均采用了TuRcllE B贴塑面，从而提高了导轨的耐磨性、运动的平稳性和精度的保持性，消除了低速爬行现象。
主轴箱
包括主轴箱体和主轴传动系统，用于装夹刀具并带动工具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。
进给伺服
由进给电机和进给执行机构组成，按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动，包括直线进给运动和旋转运动。
控制系统
数控铣床运动控制的中心，执行数控加工程序控制机床进行加工。
数控铣床
辅助装置
如液压、气动、润滑、冷却系统、排屑、自动报警和防护等装置。
夹具
数控机床主要用于加工形状复杂的零件，但所使用夹具的结构往往并不复杂。数控铣床夹具的选用可首先根据生产零件的批量来确定。对单件、小批量、工作量较大的模具加工来说，一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位与夹紧，然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。
数控铣床
刀具
数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。
（1）铣刀类型选择：根据被加工零件的几何形状，选择刀具的类型有：
2）铣大的平面时：为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀。
3）铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀。
（2）铣刀结构选择：铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式，刀片定位元件的结构又有不同类型，因此铣刀的结构形式有多种，分类方法也较多。选用时，主要可根据刀片排列方式。刀片排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。
1）平装结构（刀片径向排列）
平装结构铣刀的刀体结构工艺性好，容易加工，并可采用无孔刀片（刀片价格较低，可重磨）。由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，容屑空间较小，且在切削力方向上的硬质合金截面较小，故平装结构的铣刀一般用于轻型和中量型的铣削加工。
2）立装结构（刀片切向排列）
立装结构铣刀的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上，结构简单，转位方便。虽然刀具零件较少，但刀体的加工难度较大，一般需用五坐标加工中心进行加工。由于刀片采用切削力夹紧，夹紧力随切削力的增大而增大，因此可省去夹紧元件，增大了容屑空间。由于刀片切向安装，在切削力方向的硬质合金截面较大，因而可进行大切深、大走刀量切削，这种铣刀适用于重型和中量型的铣削加工。
①主偏角Kr
主偏角对径向切削力和切削深度影响很大。径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能。铣刀的主偏角越小，其径向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也随之减小。
②前角γ
常用的前角组合形式如下：
双负前角，双负前角的铣刀通常均采用方形（或长方形）无后角的刀片，刀具切削刃多（一般为8个），且强度高、抗冲击性好，适用于铸钢、铸铁的粗加工。由于切屑收缩比大，需要较大的切削力，因此要求机床具有较大功率和较高刚性。由于轴向前角为负值，切屑不能自动流出，当切削韧性材料时易出现积屑瘤和刀具振动。
凡能采用双负前角刀具加工时建议优先选用双负前角铣刀，以便充分利用和节省刀片。当采用双正前角铣刀产生崩刃（即冲击载荷大）时，在机床允许的条件下亦应优先选用双负前角铣刀。
双正前角：双正前角铣刀采用带有后角的刀片，这种铣刀楔角小，具有锋利的切削刃。由于切屑收缩比小，所耗切削功率较小，切屑成螺旋状排出，不易形成积屑瘤。这种铣刀最宜用于软材料和不锈钢、耐热钢等材料的切削加工。对于刚性差（如主轴悬伸较长的镗铣床）、功率小的机床和加工焊接结构件时，也应优先选用双正前角铣刀。
正负前角（轴向正前角、径向负前角）：这种铣刀综合了双正前角和双负前角铣刀的优点，轴向正前角有利于切屑的形成和排出；径向负前角可提高刀刃强度，改善抗冲击性能。此种铣刀切削平稳，排屑顺利，金属切除率高，适用于大余量铣削加工。瓦尔特公司的切向布齿重切削铣刀F2265就是采用轴向正前角、径向负前角结构的铣刀。
铣刀齿数多，可提高生产效率，但受容屑空间、刀齿强度、机床功率及刚性等的限制，不同直径的铣刀的齿数均有相应规定。为满足不同用户的需要，同一直径的铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型。
粗齿铣刀：适用于普通机床的大余量粗加工和软材料或切削宽度较大的铣削加工；当机床功率较小时，为使切削稳定，也常选用粗齿铣刀。
中齿铣刀：系通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性。
密齿铣刀：主要用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。在专业化生产（如流水线加工）中，为充分利用设备功率和满足生产节奏要求，也常选用密齿铣刀（此时多为专用非标铣刀）。
铣刀直径选择
铣刀直径的选用视产品及生产批量的不同差异较大，刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。
（1）平面铣刀
选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。平面铣刀直径可按
（d位主轴直径）选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。
（2）立铣刀
立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度（60m/min）。
（3）槽铣刀
槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择，并保证其切削功率在机床允许的功率范围之内。
刀片牌号选择
由于各厂生产的同类用途硬质合金的成份及性能各不相同，硬质合金牌号的表示方法也不同，为方便用户，国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：P类、M类和K类。根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中数字越大，其耐磨性越低、韧性越高。
K类合金用于加工产生短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铝合金、铜合金、塑料、硬胶木等。
最大切削深度
不同系列的可转位面铣刀有不同的最大切削深度。最大切削深度越大的刀具所用刀片的尺寸越大，价格也越高，因此从节约费用、降低成本的角度考虑，选择刀具时一般应按加工的最大余量和刀具的最大切削深度选择合适的规格。当然，还需要考虑机床的额定功率和刚性应能满足刀具使用最大切削深度时的需要。
特点
尺寸
规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，它最适宜中小零件的加工和复杂形面的轮廓铣削任务。规格较大的如龙门式铣床，工作台在500—600mm以上，用来解决大尺寸复杂零件的加工需要。
数控铣床
批量
对于大批量的，用户可采用专用铣床。如果是中小批量而又是经常周期性重复投产的话，那么采用数控铣床是非常合适的，因为第一批量中准备好多工夹具、程序等可以存储起来重复使用。从长远考虑，自动化程度高的铣床代替普通铣床，减轻劳动者的劳动量提高生产率的趋势是不可避免的。
编程知识
由于数控铣床配置的数控系统不同，使用的指令在定义和功能上有一定的差异，但其基本功能和编程方法还是相同的。
主要功能
（3）刀具半径补偿功能：如果直接按工件轮廓线编程，在加工工件内轮廓时，实际轮廓线将大了一个刀具半径值；在加工工件外轮廓时，实际轮廓线又小了一个刀具半径值。使用刀具半径补偿的方法，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具中心偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出符合图纸要求的轮廓。利用刀具半径补偿的功能，改变刀具半径补偿量，还可以补偿刀具磨损量和加工误差，实现对工件的粗加工和精加工。
（5）固定循环加工功能：应用固定循环加工指令，可以简化加工程序，减少编程的工作量。
（6）子程序功能：如果加工工件形状相同或相似部分，把其编写成子程序，由主程序调用，这样简化程序结构。引用子程序的功能使加工程序模块化，按加工过程的工序分成若干个模块，分别编写成子程序，由主程序调用，完成对工件的加工。这种模块式的程序便于加工调试，优化加工工艺。
数控铣床加工范围
（2）曲面加工：如果铣削复杂的曲面则需要使用三轴甚至更多轴联动的数控铣床。
操作规程
过程注意事项
1、加工零件时，必须关上防护门，不准把头、手抻入防护门内，加工过程中不允许打开防护门；
2、加工过程中，操作者不得擅自离开机床，应保持思想高度集中，观察机床的运行状态。若发生不正常现象或事故时，应立即终止程序运行，切断电源并及时报告指导老师，不得进行其它操作；
3、严禁用力拍打控制面板、触摸显示屏。严禁敲击工作台、分度头、夹具和导轨；
4、严禁私自打开数控系统控制柜进行观看和触摸；
5、操作人员不得随意更改机床内部参数。实习学生不得调用、修改其它非自己所编的程序；
6、机床控制微机上，除进行程序操作和传输及程序拷贝外，不允许作其它操作；
7、数控铣床属于大精设备，除工作台上安放工装和工件外，机床上严禁堆放任何工、夹、刃、量具、工件和其它杂物；
9、禁止用手或其它任何方式接触正在旋转的主轴、工件或其它运动部位；
10、禁止加工过程中测量工件、手动变速，更不能用棉丝擦拭工件、也不能清扫机床；
11、禁止进行尝试性操作；
12、使用手轮或快速移动方式移动各轴位置时，一定要看清机床X、Y、Z轴各方向“ 、-”号标牌后再移动。移动时先慢转手轮观察机床移动方向无误后方可加快移动速度；
13、在程序运行中须暂停测量工件尺寸时，要待机床完全停止、主轴停转后方可进行测量，以免发生人身事故；
14、机床若数天不使用，则每隔一天应对NC及CRT部分通电2-3小时；
15、关机时，要等主轴停转3分钟后方可关机。
现状前景
2012年，我国经济发展速度放缓，工业增长的乏力给整个加工中心行业产生了重大影响，现代社会，加工中心行业产能过剩所带来的负面效应开始显现。下一阶段行业将通过兼并重组吸收掉一批小厂家、淘汰一批落后企业、转移一批加工中心到国外、提高产品质量。这样既解决了产能过剩问题，又提高了加工中心行业整体水平。
数控铣床
市场的低迷也给加工中心企业带来了转型的机遇，企业应将主要精力由销售产品转移到提高产品的质量上来，重新设定产品线，制定发展战略，淘汰掉落后的产品，多研发盈利能力强的加工中心，为市场回暖做好准备。
受益于国家振兴装备制造业的大环境和强劲的市场需求拉动，国内铣床工具行业出现了技术长足发展、投资热情高涨的局面。“十二五”规划已将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容，数控铣床则成为振兴装备制造业的重点之一。未来，我国将重点发展高速、精密、复合数控金切铣床；重型数控金切铣床；数控特种加工铣床；大型数控成形冲压设备及数控铣床的相关部件等。
2011年，中国生产铣床109.84万台，实现工业总产值6606.5亿元，同比增长32.1%，其中数控铣床27.21万台，增速达15.26%，数控铣床已成为铣床消费的主流。尤其是高档数控铣床属于高端装备制造业，具有高技术含量、高技术附加值的特征，是发展战略性新兴产业重要着力点，未来高档数控铣床市场巨大。
附件
参考资料
[1]
一技走天下 | 职校学子“逆袭”入职清华：“从入行数控，我的人生就找到坐标”2022-04-14T15:53:52+08:00[引用日期2022-05-26 19:04:46]
[2]
数控线切割机床安全操作规程-桂林电子科技大学教学实践部2018-09-16T10:32:00+08:00[引用日期2022-05-26 19:05:11]
[3]
一技走天下 | 职校学子“逆袭”入职清华：“从入行数控，我的人生就找到坐标”2022-04-14T15:53:52+08:00[引用日期2022-05-26 19:13:40]
[4]
数控铣项目：中国队在这个项目上实现了三连冠2020-11-13T13:57:04+08:00[引用日期2022-05-27 11:04:08]
