数控加工机床(数控机床有多少种？在加工中分为哪几类？看了这个你就知道了)

Posted 2023-05-27

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数控加工机床(数控机床有多少种？在加工中分为哪几类？看了这个你就知道了)

随着我国机床制造业的提高，数控机床已投放到各在零配件加工和自动化生产线中。是未来各大智能工厂不可缺少的连接设备。由于数控机床的品种很多，有金削设备钣金设备两大类。同时根据其控制原理、功能和组成部分，从不同的角度进行了分类，下面我们从实际零件加工中的功能体现给予分类：

一、零件孔系加工中以点位控制的数控机床。点位控制数控机床主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床及三坐标测量机等，印制电路板钻孔机是最简单的点位控制数控机床。点位控制的数控机床用于加工平面内的孔系，它控制加工平面内的两具坐标轴（一个坐标轴就是一个方向的进给运动）带动刀具与工件相对运动，从一个坐标公交车（一个坐标轴就是一个方向的进给运动）带动刀具与工件相对运动，从一个坐标位置（坐标点）快速移动到下一个坐标位置，然后控制第三个坐标轴进行切削加工。该类机床要求坐位置有较高的定位精度，为了提高生产效率，机床采用设定的最高进给速度进行定位运动，在接近定位点前进分级或连续降速，以便低速趋近终点，从而减少运动部件的惯性过冲和由此引起的定位误差。在定位移动过程中，数控机床不进行削加工，对运动轨迹没有任何要求。

二、在切削加工中应于最多直线控制数控机床。直线控制数控机床可控制刀具或工作台适当的进给速度，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内调整。直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可用于加工台阶轴。直线控制的数控铣床有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带着多个轴箱沿轴向进给，进行切削加工，它也可以算作一种直线控制的数控机床。

三、曲线和轮廓控制的复杂零件的数控机床。轮廓控制数控机床分为平面轮廓加工的数控机床和空间轮廓加工的数控机床。平面轮廓加工的数控机床有车削曲面零件的数控车床和铣削曲面轮廓的数控铣床，其加工零件的轮廓形状。零件的轮廓可以由直线、圆弧或任意平面曲线（如抛物线、阿基米德螺旋线等）组成。不管零配件轮廓由何种线段组成，加工时通常用小段直线来逼近曲线轮廓。在数控铣床上用圆柱铣刀铣削轮廓面时，数控系统控制刀具中心相对工件在单位时间内，同时在两个坐标轴方向上移动△xi、△y1i,刀具中对工件的合成位移△Li,则由轮廓曲线的等距线上的点I'移到点J',从而在工件上加工出一小段直线IJ,来逼近轮廓曲线上的IJ圆弧。连续控制两个相对位移分量△xi、△yi,便可加工出多段小直线组成的折线来逼近曲线轮廓。进给分量△xi、△yi,由合成进给速度单位时间、轮廓曲线的数学公式y=f(x)、刀具半径R及加工余量δ确定的刀具中心对零件轮廓的偏移量(D=R+6)等条件确定，并由数控系统实时计算获得。这样的运算称为插补运算和刀具半径补偿运算。

用计算所得的两个位移分量分别指令两个坐标轴同时运动，这种控制方式称为两坐标联动控制。用半径为R的圆弧切削刃车刀车削曲面零件时，同样也要进行插补运算与刀具半径补偿运算。用半径R=0的切削刃车刀进行加工时，可根据工件的轮廓直接运算，不需考虑刀具中心偏移的问题，故无须进行刀具半径补偿的运算，只做插补运算。能够进行两坐标联动控制的数控机床，一般也能够进行点位和直线控制。

具形状的不同有以下几种加工方法

①在三坐标控制两坐标联动的机床上，用“行切法”进行加工。也有将这种方法称为两轴半控制的，即X、Y、Z三轴中任意两轴做插补运动，第三轴做周期性进给运动，刀具采用球头铣刀，如图1.6所示。在Y向分为若干段，球头铣刀沿ZX平面的曲线进行插补加工，当一段加工完后，进给△y,再加工另一相邻曲线，如此依次用平面曲线来逼近整个中△y根据表面粗糙度的要求及刀头的半径选取，球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些，以减小表面粗糙度Ra值，增加刀具刚度和散热性能。但在加工凹面时，球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径，以免产生切削刃干涉。

②三坐标联动加工。内循环滚珠螺母的回珠器其滚道母线SS'为一条空间曲线，它可用空间直线去逼近，可在有空间直线插补功能的三坐标联动床上加工。但是编程计算较复杂，其加工程序可采用自动编程系统来编制。

③四坐标联动加工。所示的飞机大梁其加工表面是直纹扭曲面若用三坐标联动机床和球头铣刀加工，不但生产率低，而且零件表面的表面粗糙度也很差。以采用圆柱铣刀周边切削方式，在四坐标机床上加工，除三个移动坐标的联动外，为保刀具与工件型面在全长上始终贴合，刀具还应绕O1(或O2)做摆动联动。此摆动联动导致直线移动坐标要有附加的补偿移动，其附加运动量与摆心的位置有关，也需在编程时进行计算。加工程序要决定四个坐标轴的位移指令，以控制四轴联动加工，因此编程相当复杂的。

④五坐标联动加工。所有的空间轮廓几乎都可以用球头铣刀按“行切法”进行加工。对于一些大型的曲面轮廓，零件尺寸和曲面的曲率半径都比较大，改用面铣刀进行加工，可以提高生产率、减少加工的残留量(减小表面粗糙度Ra值),如图1.9所示。用面铣刀加工时，刀具的端面与工件轮廓在切削点处的切平面重合(加工凸面),或者与切平面成某一夹角(加工凹面),亦即刀具轴线与工件轮廓的法线平行或成某一夹角(该夹角可以避免产生切削刃干涉)。

加工时，切削点P(X,Y,Z)处的坐标与法线n的方向角θ是不断变化的，故刀具刀位点O的坐标与刀具轴线的方向角也要做相应的变化。目前的数控机床在编制加工程序时都是根据零件曲面轮廓的数学模型，计算出每一个切削点对应的刀位点O的坐标与方向角(即刀位数据),通过程序输入到数控系统，以控制刀具。刀位点的坐标位置以由三个直线进给坐标轴来实现，刀具轴线的方向角则可以由任意两个绕坐标轴旋转的转角合成实现。因此，用面铣刀加工空间曲面轮廓时，需控制五个坐标轴(三个直线坐标轴和两个圆周进给坐标轴)进行联动。五轴联动的数控机床是功能最全、控制最复杂的一种数控机床，五轴联动加工的程序编制也是最复杂的，应使用自动编程系统来编制。

上述分类主要是基于数控机床的加工功能。如果从控制轴数和联动轴数的角度来分类，数控机床可分为两轴联动数控机床、三轴控制两轴联动数控机床、三轴联动数控床及五轴联动数控机床等。

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