數控銑床結構及功能特點淺析

崔陳龍

（天津工業大學機電學院，天津 300160）

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

1 數控銑床的機械結構

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

2 數控銑床的分類

2.1 按主軸的位置分類

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

（2）數控臥式銑床。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，臥式數控銑床通常采用增加數控轉盤或萬能數控轉盤來實現四、五坐標加工。這樣，不但工件側面上的連續回轉輪廓可以加工出來，而且可以實現在一次安裝中，通過轉盤改變工位，進行“四面加工”。

（3）立臥兩用數控銑床。目前，這類數控銑床已不多見，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 按構造上分類

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

（2）主軸頭升降式數控銑床。這類數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；主軸頭升降式數控銑床在精度保持、承載重量、系統構成等方面具有很多優點，已成為數控銑床的主流。

（3）龍門式數控銑床。這類數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。大型數控銑床，因要考慮到擴大行程，縮小占地面積及剛性等技術上的問題，往往采用龍門架移動式。

2.3 數控銑床在結構上的特點

（1）控制機床運動的坐標特征。為了要把工件上各種復雜的形狀輪廓連續加工出來，必須控制刀具沿設定的直線、圓弧或空間的直線、圓弧軌跡運動，這就要求數控銑床的伺服拖動系統能在多坐標方向同時協調動作，并保持預定的相互關系，也就是要求機床應能實現多坐標聯動。數控銑床要控制的坐標數，起碼是三坐標中任意兩坐標聯動，要實現連續加工直線變斜角工件，起碼要實現四坐標聯動，而若要加工曲線變斜角工件，則要求實現五坐標聯動。因此，數控銑床所配置的數控系統，在檔次上一般都比其他數控機床相應更高一些。

（2）數控銑床的主軸特征。現代數控銑床的主軸開啟與停止，主軸正反轉與主軸變速等，都可以按程序介質上編入的程序自動執行。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），固定數種轉速，可任選一種編入程序，但不能在運轉時改變；有的采用變頻器調速，將轉速分為數檔，程編時可任選一檔，在運轉中可通過控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內自由調節；有的則不分檔，程編可在整個調速范圍內任選一值，在主軸運轉中，可以在全速范圍內進行無級調整，但從安全角度考慮，每次只能調高或調低在允許的范圍內，不能有大起大落的突變。在數控銑床的主軸套筒內，一般都設有自動拉、退刀裝置，能在數秒內完成裝刀與卸刀，使換刀顯得較方便。

3 華中數控系統功能特點

3.1 顯示功能

（1）實體圖形顯示功能。華中HNC-21T系統，可根據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。可根據加工程序顯示刀具運行軌跡；

（3）正文顯示功能。可顯示當前運行程序，幫助操作者更好了解機床的運行狀況；

（4）大字符、坐標聯合顯示功能。可顯示刀具在機床坐標系、工件坐標系下的指令值、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。可顯示當前運行程序名，當前運行程序行號，工件坐標零點的坐標值，刀具實際進給速度，實際主軸轉速，當前刀具號，主軸速度、進給速度、快移速度的修調率等。

3.2 加工功能

（1）小線段高速連續插補功能。可高速圓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）華中數控HNC-21T（車床系統）還有直徑、半徑編程指令，螺紋加工指令，固定循環，復合循環，恒線速度控制指令等。復合循環指令的刀具軌跡，可完成每層粗切時的殘料加工，滿足現代加工中余量均勻的要求，有利于刀具壽命和加工精度。

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

（4）刀具半徑補償功能。運用該功能時，注意加入或取消補償的時機，加入后必須取消；加入或取消時，刀補平面內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）華中數控系統強大的運算能力，保證了便捷的宏程序的功能，循環語句WHILE的運用，是編輯宏程序的基礎。華中車床系統的宏程序，可以用于復合循環中，車、銑系統的宏程序中，均可加入刀具半徑補償，應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用

（1）在數控加工中的應用在數控銑削加工中，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，以銑代鏜精銑內輪廓螺旋插補指令，用于螺旋銑削圓形內輪廓時，因刀具軌跡連續，故可提高輪廓側面的加工品質（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。常規的工藝是先預鉆孔，然后銑刀在此預鉆孔中下刀。若采用螺旋下刀，則無需預鉆孔。從而簡化了工藝，減少了刀具數量和換刀次數。

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，而易導致出現頂刀等事故。

隨著數控技術的發展，先進的數控系統不僅能向用戶編程提供一般的準備功能和輔助功能，而且可為編程提供擴展數控功能的手段。HNC-21 M華中世紀星數控系統的宏指令編程，應用靈活，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，實現普通編程難以實現的功能，可大大提高編程效率，擴展了數控系統的功能。

4 數控銑床的保護

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定數據的錯誤，請修改程序或者修改設定的數據。

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

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

（4）當刀具超越了機床限位開關限定的行程范圍或者進入由參數指定的禁止區域，CRT顯示“超程”報警，要想解除急停報警，按機床正面的機床復位按鈕，用手輪方式移出限位區域，按復位按鈕解除報警即可。

5 結束語

數控機床加工程序，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、切削規范以及工件的裝夾方法。大力發展以數控技術為核心的先進制造技術，已成為世界各發達國家加速經濟發展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

[1]蘇建修.數控加工工藝[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]余英良.數控加工編程及操作[M].北京：高等教育出版社，2005.