數控加工中心機械結構構成 典型數控加工中心的機械結構主要有基礎支承件、加工中心主軸系統、進給傳動系統、工作臺交換系統、回轉工作臺、刀庫及n動換刀裝置以及其他機械功能部件組成。圖2-1所示為H400加工中心結構圖. 加丁中心基礎支承件是指床身、立柱、橫梁、工作臺、底座等結構件，它構成了機床的基木框架。精礎支承件對加工中心各部件起支承和異向作用.因而要求A礎支承件具有較高的剛性、較高的固有頻率和較大的阻尼。主軸系統為加工中心的主要組成部分，它由主軸電動機、主軸傳動系統以及主軸組件組成.和常規機床主軸系統相比.加工中心主軸系統要具有更高的轉速、更高的回轉精度以及更高的結構剛性和抗振性。 加工中心進給馭動機械系統直接實現直線或旋轉運動的進給和定位。對加工的精度和質量形響很大，因此對加工中心進給系統的要求是運動精度、運動穩定性和快速響應能力。 根據工作要求，回轉工作臺通常分成兩種類型.即數控轉臺和分度轉臺。數控轉臺在加工過程中參與切削，相當于進給運動坐標軸;分度轉臺只完成分度運動.主要要求分度精度和在切削力作用下位置保持不變. 為了在一次安裝后能盡可能多地完成同一工件不同部位的加工要求，并盡可能減少加工中心的非故障停機時問，數控加工中心通常具有自動換刀裝置、刀庫和fl動托盤交換裝置。對自動換刀裝置的基本要求主要是結構簡單、功能可靠、交換迅速。 其他機械功能部件主要指冷卻、潤滑、排屑和監控裝置。由于數控加工中心生產效率極高·并可長時間實現自動化加工，因而冷卻、潤滑、排屑等問題比常規機床更為突出。大切削量的加工需要強力冷卻和及時排屑.人呈冷卻和潤滑液的作用還對系統的密封和泄翻提出更高的要求，從而導致半封閉、全封閉結構機床的實現。
數控銑床的相關指令與知識 1、旋轉陣列加工方法 如圖3.2.11所示軍件.其凸起部分是笨本圖形元求繞指定旋轉中心井按指定旋轉方向旋轉一定的角度而形成的.這種零件如果用一般的手工編程方法進行編程的話就比較復雜。針對這一現象，通常采用旋轉陣列加工，以簡化加工程序的編制。旋轉陣列加工指的是針對這類型零件所采取的編程加工方法.通過旋轉變換坐標.調用子程序來進行加工. 2、旋轉變換指令G68 ,G69 旋轉變換指令可使編程圖形按照指定旋轉中心及旋轉方向旋轉一定的角度。G68為坐標旋轉功能指令，表示開始坐標系旋轉;G69為取消坐標旋轉功能指令，用于撤銷旋轉功能， 指令格式為G6A X Y PG6g其中:P.一一旋轉角度，逆時針旋轉定義為正方向，順時針旋轉定義為負方向。當X、Y省略時。G68指令指定當前的位置為旋轉中心.在絕對方式下編程時，G68程序段后的第一個程序段必須使用絕對方式移動指令，才能確定旋轉中心。如果這一程序段為增最方式移動指令，那么系統將以當前位置為旋轉中心，按G68給定的角度旋轉坐標。 數控銑床操作中，坐標旋轉變換功能的實質就是旋轉變換工件坐標系，調用子程序.其旋轉功能示憊圖如圖3.2. 12所示。坐標系OX1Y1旋轉60度后得到坐標系OX2Y2,，旋轉120度后得到坐標系OX3Y3、依此類推，旋轉5次后完成旋轉變換。
利用龍門銑床水平銑頭加工溝箱及臺階 (1)組合式盤銑刀附件及支架結構組合式盤銑刀附件是安裝在龍門銑床水平銑刀頂部。如果重新設計制造新結構的水平銑頭主軸箱，使附件成為主軸箱一部分，這樣剛性比較大，如果改造現有水平銑頭，只有設計成附件安裝在水平銑頭頂部。 這種盤銑刀附件具有兩個可伸縮的支承桿，在其上安裝芯軸支架，如同萬能銑床的懸梁和支架。盤銑刀附件結構見圖7所示。 從圖7中看出，附件安裝在水平銑頭主軸箱上，依靠兩個銷子定位及螺釘8(八個)緊固。齒輪軸10利用軸承I、11支承，并用法蘭盤9壓緊;另一端面用堵2堵上。通過搬手插入齒輪軸10端面的方孔內，搖動搬手可使其轉動。通過齒輪與兩個帶有牙條的支承桿嚙合，使兩支承桿可以伸縮調距。 當伸出長度滿足需要時，通過擰緊4個專用螺釘6壓緊壓塊5(四個)，擠緊兩個支承桿。當不用時，松開專用螺釘6，在彈簧7的作用下，壓塊5彈回。然后搖回支承桿而不防礙水平銑頭正常使用。 其支架結構見圖8所示。 當支架穿入支承桿8上，通過專用螺釘6擰緊壓塊7擠緊兩支承桿8。如松開專用螺釘6時，靠彈簧9彈回壓塊7，可取下支架本休4。支架本體4兩個孔用堵3堵上，支架上的銅套1用背母2拉緊。 (2)附件的安裝及銑削方法在龍門銑床水平銑頭上采用組合式盤銑刀，相當于是安裝在同一芯軸_仁的幾把盤銑刀，這樣可以同時銑削兒個表面，使工步合并成復合工步，使效率成倍地提高。另外，由于盤銑刀代替了棒銑刀，使進給加大。同時加工尺寸是山銑刀尺寸和安裝尺寸預先決定的，所以減少了裝卡、試切和測量等輔助時間，保證零件的加工質量。 水平銑頭組合盤銑刀附件的安裝(見圖7 },要求附件和主軸箱頂部結合面，必須刮研，以保證其接觸精度。找好支承桿和水平銑頭主軸中心線的平行后，下好銷子，以保證附件定位，然后用周邊螺釘緊固。將兩支承桿伸出，安裝芯軸支架，并緊固在兩支承桿上，利用水平銑頭主軸箱的主軸及套筒移動，自投成}90D支架孔，以獲得同心精度。在使用時，支架本體內加些潤滑油。 龍門銑床銑削前將水平銑頭位置按照被加工工件劃線的上下位置，進行試切，然后將刀退出，進行測量各部分加工面的尺寸，進行調 整后銑切。對于銑削床身各部分溝槽、空刀、臺階等盤銑刀安裝方法見圖10所示，凡遇到類似加工面銑削，可參考圖10安裝方法。
加工中心及其工藝特點 決定零件加工質里的重要因素是刀具的正確選擇使用，對成本昂貴的加工中心更著重強調選用高效刀具，充分發揮機床的效率，降低加工成本，提高加工精度。加工中心使用的刀具主要有銑削用刀具和孔加工刀具兩大類。 (一)銳刀的種類和工藝特點 1.面銑刀 面銑刀主要用于面積較大的平面銑削和較平坦的立體輪廓的多坐標加工.硬質合金面銑刀與高速鋼銑刀相比，銑削速度較高、加工效率高、加工表面質量比較好，并可加工帶有硬皮和淬硬層的工件，故得到廣泛應用。硬質合金面銑刀按刀片和刀齒安裝方式不同，可分為整體焊接式、機夾一焊接式和可轉位式三種.圖1-9所示為常用的硬質合金面銑刀。 可轉位式面銑刀是將可轉位刀片通過夾緊元件夾固在刀體上，當刀片的一個切削刃用鈍后，可直接在機床上將刀片轉位或更換刀片。因此，這種銑刀在提高產品質里及加工效率、降低成本、操作使用方便性等方面都具有明顯的優越性，并逐步取代了整體焊接式和機夾一焊接式銑刀，得到了廣泛的應用。可轉位式銑刀要求刀片定位精度高、夾緊可靠、排屑容易、更 換刀片迅速等，同時各定位、夾緊元件通用性要好，制造要方便，并且應經久耐用。 2.立銑刀 立銑刀是加工中心上用得最多的一種銑刀，其結構如圖1-10 所示，立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃，它們可同時進行切削，也可單獨進行切削.立銑刀圓柱表面的切削刃為主切削刃，端面上的切削刃為副切削刃。主切削刃一般為螺旋齒，這樣可增加切削平穩性，提高加工精度;按端部切削刃的不同可以分為過中心刃和不過中心刃兩種，過中心刃立銑刀可直接軸向進刀，端面刃主要用來加工底平面。 3.模具銑刀 模具銑刀由立銑刀發展而成，它是加工金屬模具型面的銑刀的通稱.可分為圓錐形立銑刀、圓柱形球頭立銑刀和圓錐形球頭立銑刀三種，其柄部有直柄、削平形直柄、莫氏錐柄三種。它的結構特點是球頭或端面上布滿切削刃，圓周刃與球頭刃圓弧連接，可以作徑向和軸向進給。銑刀工作部分用高速鋼或硬質合金制造.國家標準規定直徑d=4---63mm,圖1-11所示為高速鋼模具銑刀，圖1-12 所示為硬質合金制造的模具銑刀。小規格的硬質合金模具銑刀多作成整體結構，價16mm以上直徑的，制成焊接或機夾可轉位刀片結構。 4.鍵槽銑刀 鍵棺銑刀有兩個刀齒，如圖1-13所示，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，也可把它看成是立銑刀的一種。按國家標準規定，直柄鍵槽銑刀直徑d=2^-22mm，錐柄鍵槽銑刀直徑d=14^-50mm,鍵槽銑刀直徑偏差有e8和d8兩種。鍵槽銑刀的圓周切削刃僅在靠近端面的一小段長度內發生磨損，重磨時，只需刃磨端面切削刃，重磨后銑刀直徑不發生變化。用鍵槽銑刀加工鍵槽時，一般先軸向進給到槽底，然后沿鍵槽輪廓銑出整個鍵槽.由于切削力引起刀具和工件變形，一次走刀銑出的鍵槽形狀誤差較大，槽底一般不是直角.為此，通常采用兩步法銑削鍵槽，即先用小號銑刀粗加工出鍵槽，然后以逆銑的方式精加工四周，可獲得******的精度，得到真正的直角. (二)孔加工刀具的類型與工藝特點 加工中心加工內容多樣性決定了所使用刀具的種類很多，除銑刀以外，加工中心使用比較多的就是孔加工刀具，包括加工各種大小孔徑的麻花鉆、擴孔鉆、惚孔鉆、鉸刀、幢刀、絲錐以及螺紋銑刀等。為了適應加工要求，這些孔加工刀具一般都采用硬質合金材料且帶有各種涂層，分為整體式鉆頭和機夾可轉位式健刀兩種，如圖1-16和圖1-17所示。
數控銑床相對坐標清零和手動鐵削任務要求(1)練習相對坐標清零操作.(2)練習手動銑削操作.基本內容1.華中數控銑削系統相對坐標清方法(1)將銑刀移動到需勢清零的位且。(2)按主萊單中的w0.示切換”鏈，將當前屏幕界面顯示為四坐標狀態.如圖1.3.3所示.按主菜單中的“設狡”鍵.進人設跪菜單.如圖1. 3. 4所示。分別選擇"F6","F7","F8"健，將相應的坐標軸的相對坐標清零。2、數控銑床手動銑削1)平面銑削采用華中數控銑削系統進行平面銑削的步孩如下(見圖1.3.6)(1)相對坐標清零.采用婦2立銳刀.主軸正轉1200 r/min. 在增量和四坐標界面方式下，軸向選擇為z軸，倍率開關為"X10"倍率(0. 01 mm),輕碰工件上表面，按"F5"鍵，并將z軸數據清零(按“Fa"鍵)，將當前工件相對坐標設l為zo.(2) z軸銑深0. 5 mm。刀具向x軸正方向移動.移動到工件范圈之外，將刀具沿z軸負方向下降0. 5 mm,當前工件相對坐標為L-0.5,刀具向X軸負方向移動，鐵削工件表面。(3) X,Y方向銑俐工件表面。沿Y軸方向步進，步進距離約為刀具直徑的75%一8090，這里012立銑刀取步進距離為10 mm.沿X軸方向左右鐵All ,直至工件表面銑削平整。2)夾位忱劉 夾位銳削(見圖1. 3.6)時，在Z軸方向上，應分別在倪削深度為Z--2,Z-4,Z-5處‘下刀.分3刀3層鐵削。在X軸方向上，粗加工時先銑削到4.8 m。的間距，留0-2 m。的精加工余量.Z軸深度為Z-5時，最后一刀銑掉所留的精加工余量，使得夾位側面光滑。銑削形狀如圖1.3.‘所示.
1.加工中心常用刀具的種類(1)立銑刀立銑刀主要用于立式銑床上銑削加工平面、臺 階面、溝槽、曲面等。針對不同的加工要素和加工效率，立銑刀的 常用形式有端面立銑刀、球頭立銑刀、環形銑刀和鍵槽銑刀。①端面立銑刀，其立銑刀的主切削刃分布在銑刀的圓柱面上， 副切削刃分布在銑刀的端面上，且端面中心有頂尖孔（圖1 -22)， 因此，銑削時一般不能沿銑刀軸向做進給運動，只能沿銑刀徑向做 進給運動。端面立銑刀有粗齒和細齒之分，粗齒齒數3?6個，適 用于粗加工;細齒齒數5?10個，適用于半精加工。端面立銑刀的 直徑范圍是c/>2?80mm。柄部有直柄、莫氏錐柄、7/24錐柄等多種 形式。為了切削有拔模斜度的輪廓面，還可使用主切削刃帶錐度 的圓錐形立銑刀。端面立銑刀應用較廣，但切削效率較低。主要用于平面輪廓 零件的加工。從結構上可分為整體式（小尺寸刀具）和機械夾固 式（尺寸較大刀具）。
加工中心主軸的軸長每個廠家有自己的標準，每個型號不同，按主軸規格來：BT30 BT40 BT50不同，直接式（聯軸器連接）、皮帶式，電主軸又不同，只要確定了廠家和型號，就比較好判斷了。 如果是設計機床機頭用，先確定主軸供應商，讓他們提供主軸資料，或者讓他們規劃機頭的主軸箱部分。設計時，一般先保證主軸的安裝孔的長度，其余部分可以考慮用轉接板調節。
數控銑床一般銑圓的編程，系統以發那科為例：在手動編輯里面編制程序就行了G02順時針方向圓弧切削G03逆時針方向圓弧切削一般基本都用G03逆時針切削視為順銑切削比如利用直徑30銑刀加工一個直徑為40的圓相對坐標設置圓心為X0Y0G91G01X-5.F****G03I5.X5.M30有深度的循環加工可以利用主程序調用子程序，(M98)主程序O0001M3S*****(M3主軸正轉)G91G01X-***(X-***：加工圓孔的半徑與刀具半徑的差值)M98P2L***（M98：調用子程序 P2：被調用子程序號為O0002 L***：循環次數，依圓孔深度與切削量指定）G91G01X***(X***：加工圓孔的半徑與刀具半徑的差值)M30子程序O0002G91G03I***(I***：I是指定半徑，即I后面跟的數值是加工圓孔的半徑與刀具半徑的差值)M99（M99為重復循環）
加工中心高速軸承的技術分析 完成電主軸高速化和情密化的關鍵是軸承的使用。當前在大功率高速梢密電主軸中使用的軸承主要是角觸摸陶瓷球軸承和液體動態壓軸承。空氣軸承不適合于大功率場合。磁懸浮軸承因為價格昂貴、控制系統雜亂，其實用性受到限制。 角接觸陶瓷球軸承 液體動靜壓軸承 角觸摸球軸承是精細數控機床常用的主軸支承。因為滾球高速工作時會發生宏大的離心力和陀螺力矩。其所形成的動載兩常常超越機床的切削負荷.為了降低傳統鋼質球的離心力和陀螺力矩.選用陶瓷球和鋼質套圈混合軸承成為一種選擇。最常用的陶瓷球資料是Si3N., SijN.肉瓷具有密度小、熱膨脹系數小、彈性模量大和硬度高級長處。用它作為高速主軸軸承的翻滾元件.可大大削減滾球的離心力和陀螺力矩，從而使軸承取得高速度、低沮升和長壽命的功能。除棍合軸承外，日前國內已開端在高速梢密主軸上試臉選用全肉瓷球軸承，其內外套圈、保持架和陶瓷球選用的資料有ZrO2. Si3N,. A2烏和聚四氛乙烯等。陶瓷球的等靜壓成jr和燒結是確保陶瓷球強度的基勸，球的加工精度靠加工和檢側來確保。當前國內滾球的加工精度可達G5級以上。關于全陶瓷球軸承，除陶瓷球外，陶瓷表里圈的梢密加工也是要害，需求描繪專門的工裝固定表里圈坯件才干完成精密加工，表里溝道的加工精度的一致性也要靠恰當的工裝和工序來確保。 雖然當前高速加工中心精密電主軸的支承絕大部分為角觸摸陶瓷球軸承.但由于在極限轉速和大負載工況下滾動軸承的功用損失很快，液體動態壓軸承的研討一向為國表里電主軸公司及教授所注重。動態壓軸承作為電主軸軸承的首要技能難點是完成高速化.對其要害技能的研討首要有:動態壓軸承的層流、紊流流體慣性的核算算法研討;動態壓軸承層油腔布局的研討;軸承沮升及熱變形操控技能的研究及光滑介質的研討等。
加工中心高速精密電主軸描繪方針需求主軸剛度高、梢度高、抗振性好、可靠性高。傳統的動力學剖析常常將軸承剛度用假設的繃簧替代，使用有限元或傳遞矩陣法等數值核算辦法核算主軸的各階固有頻率和振型，并在描繪時使主軸的一階固有頻率高于描繪的主軸最高轉速所對應的頻率。該辦法還能解說跟著主軸速度升高，球軸承離心力改變致使主軸固有頻率改變等動力學表象。但該辦法對球軸承剛度的非線性改變特色沒有充分思考。 依據電主軸的實踐工作特色，有必要將“軸承—主軸—電動機—軸承座’作為一個體系進行動力學剖析，一起充分思考支承剛度非線性、主軸熱擴敬及熱變形等熱態功能對主軸動態功能的影響，并對整個電主軸進行動態優化描繪，而軸承體系的動力學仿真是根底。1971-1982年，”MTI公司的Gupta等研討人員比擬體系地提出了模擬任愈工作條件下翻滾軸承功能的動力學剖析模型。1994年，Nailing公司選用在并行核算機上解微分方程組的辦法進行了軸承動態仿真研討。1997年NSK公司開發了翻滾軸承剖析軟件BRAIN ;同年，國內科研人員依據熱路網絡暖流最平衡原理，選用暖流網絡交換法對軸承體系的沮度場進行了核算機仿真;洛陽軸承研討所開發了軸承體系沮度場的剖析軟件，并對根本的軸承傳熱模V和輻射模V做了剖析。
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