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金属切削机床的分类及应用
铣床及其应用
四、铣床及其应用
铣床的主要功能是铣削平面、沟槽及成形面等。铣削加工时，主运动是铣刀的旋转运动，进给运动是工件（或刀具）的移动。
四、铣床及其应用
2.铣床的组成
图1所示为XW6132型卧式万能升降台铣床。
四、铣床及其应用
2.铣床的组成
它的主轴是水平的，与工作台平行。床身用来固定和支承铣床上的其他部件和结构；悬梁可沿床身的水平导轨移动，以调整其伸出长度；升降台可沿床身的垂直导轨上下移动，以调整工作台与铣刀之间的距离；工作台用来安装工件夹具、分度头等，工作台位于回转盘上，可沿回转盘上的导轨做纵向进给；床鞍位于升降台上的水平导轨中，可带动工作台一起做横向进给；主轴为空心轴，用来安装铣刀刀杆并带动铣刀回转。工作台的纵向进给、横向进给及垂直进给可以自动完成也可以手动完成。
四、铣床及其应用
2.铣床的组成
图2所示为X5012型立式升降台铣床。立式升降台铣床与卧式升降台铣床的主要区别在于它的主轴是直立的，并与工作台垂直。
四、铣床及其应用
3.铣削方法
铣削是指由铣刀旋转做主运动，工件或铣刀移动做进给运动的切削加工方法。铣削平面的方法主要有圆周铣削（或称周铣）和端面铣削（或称端铣）。圆周铣削是用铣刀圆周上的刀齿进行铣削的方法，端面铣削是用铣刀端面上的刀齿进行铣削的方法。圆周铣削又分为顺铣和逆铣，如图3所示。
四、铣床及其应用
3.铣削方法
铣削过程中，在铣刀与工件已加工表面的切点处，铣刀切削刃的运动方向与工件进给方向相同的铣削称为顺铣。顺铣时，由于机床上的丝杠与螺母一般存在间隙，所以铣削时容易产生工作台窜动和扎刀现象。
铣削过程中，在铣刀与工件已加工表面的切点处，铣刀切削刃的运动方向与工件进给方向相反的铣削称为逆铣。逆铣时，不存在工作台窜动和扎刀现象，铣削平稳，表面质量较高，但铣刀磨损较大。
四、铣床及其应用
4.铣刀及分度头
1.铣刀
铣刀是用于铣削加工的刀具，通常有多个刀齿，结构比较复杂，但不论多么复杂，每个刀齿都可看成一把简单的车刀。加工平面的铣刀主要有圆柱铣刀、面铣刀及立铣刀等；加工沟槽的铣刀主要有立铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀及键槽铣刀等；加工成形面的铣刀主要有角度铣刀、T形槽铣刀、燕尾槽铣刀及铣齿刀等。
四、铣床及其应用
4.铣刀及分度头
2.分度头
分度头（图4）是铣床的重要附件，主要用于铣削多边形、花键及齿轮等。分度头由基座、回转体及主轴等组成。基座固定在工作台上，主轴可随同回转体绕底座在0~90°范围内旋转任意角度。主轴前端锥孔内可安装顶尖，外部有螺纹用以装卡盘或拨盘。回转体的侧面有分度盘，分度盘的两面设有许多均匀分布的小孔。转动分度手柄，通过分度头内部的蜗轮蜗杆带动分度头主轴旋转并进行分度。
四、铣床及其应用
5.铣削加工
铣削加工的应用范围包括铣削平面、沟槽及成形面等，如图5所示。
四、铣床及其应用
5.铣削加工
1.铣水平面
铣水平面可使用圆柱铣刀在卧式铣床上完成。铣削时，铣刀刀齿逐渐切入，切削力变化小，切削过程平稳，加工质量较高，如图6所示。
四、铣床及其应用
5.铣削加工
2.铣垂直面
较小的垂直面可用圆柱铣刀在立式铣床上铣削（图7a），也可用三面刃铣刀在卧式铣床上铣削（图7b）。
四、铣床及其应用
5.铣削加工
3.铣斜面
常用的铣斜面方法有三种：
①将工件斜压在工作台上形成所需要的角度铣斜面，如图8a所示。
②旋转立铣头，把铣刀转一个所需要的角度铣斜面，如图8b所示。
③用角度铣刀铣斜面，如图8c所示。
四、铣床及其应用
5.铣削加工
4.铣沟槽
沟槽是水平面与垂直面或斜面的组合。沟槽的形状很多，因此加工沟槽的铣刀也很多。加工沟槽实际上是正确选用铣刀，合理装夹工件的过程。下面介绍铣键槽与铣T形槽的方法。
四、铣床及其应用
5.铣削加工
4.铣沟槽
（1）铣键槽
轴类零件的键槽如图9a所示，常用V形铁及螺钉压板将其装夹在铣床工作台上（图9b），用键槽铣刀在立式铣床上铣削（图9c）。
四、铣床及其应用
5.铣削加工
4.铣沟槽
（2）铣T形槽
铣T形槽的步骤如图10所示。
四、铣床及其应用
6.铣削的工艺特点
铣削加工应用范围广泛，其加工质量不如车削加工质量高，精铣后尺寸加工精度可达IT9~IT7，表面粗糙度为Ra6.3~1.6μm。由于铣床结构复杂，铣刀制造和刃磨比较困难，所以铣削加工成本较高。
四、铣床及其应用
根据文字记载，公元1668年我国已使用直径为6.6m的镶片铣刀，该铣刀由牲畜带动旋转，用来加工天文仪上的铜环。
史海拾贝
数控机床及其应用
五、数控机床及其应用
数字控制是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控。利用数字控制方式，按照给定程序自动进行加工的机床称为数字控制机床，简称数控机床。目前，一个国家数控机床的生产数量及应用程度已成为衡量这个国家工业化程度和技术装备水平的重要标志之一，应用数控机床也是现代机械制造的发展趋势。
操作者根据零件图样和工艺要求编制以数码表示的程序并输入机床的数控装置或控制计算机中，控制工件和刀具的相对运动，使机床加工出合格零件的方法称为数控加工。
五、数控机床及其应用
利用普通金属切削机床加工零件是操作者根据图样的要求不断改变刀具与工件之间的运动参数（位置、速度等），利用刀具对工件进行切削加工，最终得到所需要的合格零件。利用数控机床加工零件是把刀具与工件的运动坐标分割成一些最小的单位量，即最小位移量，由数控系统按照零件加工程序的要求使坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。
实际上，数控机床加工零件的工艺流程基本上与普通金属切削机床是相同的，但数控机床是通过数字信号控制零件和刀具实现相应的运动和位移，并进行相应的加工。
1.数控机床加工零件的基本原理
五、数控机床及其应用
数控机床由程序载体、输入装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统和机床机械部件组成，如图1所示。
2.数控机床的组成
五、数控机床及其应用
程序载体的作用是存储按一定的格式编制的零件加工程序。输入装置的作用是将程序载体内有关加工的信息输入CNC单元，现代数控机床可以通过手动方式（或计算机自动编程方式）将零件加工程序通过数控系统操作面板上的按键直接输入CNC单元。CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。程序载体通过输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令，传给伺服系统和主运动控制部分。
2.数控机床的组成
五、数控机床及其应用
伺服系统的作用是根据CNC单元传来的速度及位置指令驱动机床的进给运动部件，完成指令规定的运动。位置反馈系统分为伺服电动机的转角位移反馈和数控机床执行机构（工作台）的位移反馈两种。运动部分通过传感器将上述角位移或直线位移转换成电信号，输送给CNC单元，与指令进行比较，并由CNC单元发出指令纠正所产生的误差。
2.数控机床的组成
五、数控机床及其应用
在数控加工程序中，使用各种G指令和M指令来描述工艺过程的各种操作和运动特征。在ISO标准中，准备功能指令由字母G和其后的两位数字组成，从G00到G99共有100种，它命令数控机床进行相应的操作。辅助功能指令由M及其后的两位数字组成，从M00到M99也有100种，它表示数控机床的各种辅助动作及状态。表1列出了常用的G指令和M指令。此外，还规定了进给速度功能指令F、主轴转速功能指令S、刀具选择和刀具补偿功能指令T等。
2.数控机床的组成
五、数控机床及其应用
表1命令和指令
2.数控机床的组成
G指令 功能 M指令 功能
G00 快速点定位 M00 程序停止
G01 直线插补 M02 程序结束
G02 顺时针方向圆弧插补 M03 主轴顺时针方向转动
G03 逆时针方向圆弧插补 M04 主轴逆时针方向转动
G04 暂停 M05 主轴停止
G33 等螺距螺纹切削 M07 2号切削液开
G40 取消刀具补偿 M08 1号切削液开
G90 绝对值程序编制 M09 切削液关
G91 增量值程序编制 M10 夹紧
G92 设定工件坐标系 M11 松开
五、数控机床及其应用
一个完整的加工程序由若干个程序段组成，而程序段由一个或若干个字组成，每个字又由字母（地址符）和数字组成。通常程序段的编写顺序是
N_G_X_Y_Z_I_J_K_F_S_T_M_；
其中N为程序顺序号，G为准备功能地址符，X、Y、Z、I、J、K等为尺寸功能地址符，F为进给功能地址符，S为主轴转速功能地址符，T为刀具功能地址符，M为辅助功能地址符。例如，程序段
N001 G01 X1000 Z2500 F15 S300 T01 LF
N001表示第一程序段，G01定义为直线插补，X1000表示X轴正向位移为1000（脉冲当量数），Z2500表示Z轴正向位移为2500，F15表示进给量为0.15mm/r，S300表示主轴转速为300r/min，T01表示1号刀，LF（或CR）表示程序段结束。
2.数控机床的组成
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
数控机床的品种和规格较多，其分类原则也多种。数控机床按刀具（或工件）进给运动的轨迹可分为点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床，按可同时控制的坐标轴数可分为两坐标数控机床、两轴半数控机床、三坐标数控机床及多坐标数控机床等，按工艺用途可分为普通数控机床和加工中心等。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
1.数控机床按刀具（或工件）进给运动的轨迹分类
（1）点位控制数控机床
点位控制数控机床的特点是只要求控制刀具或机床工作台从一点移动到另一点的准确定位，至于点与点之间移动的轨迹原则上不加控制，并且在移动过程中刀具不进行切削，如图2a所示。为了减少移动部件的运动与定位时间，一般是先快速移动到终点附近位置，然后低速准确移动到终点定位位置，以保证良好的定位精度。点位控制数控机床主要有数控钻床、数控镗床及数控冲床等。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
1.数控机床按刀具（或工件）进给运动的轨迹分类
（2）直线控制数控机床
直线控制数控机床的特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证被控制的两个坐标点间移动的轨迹是一条直线，且在移动的过程中，刀具能按指定的进给速度进行切削，如图2b所示。直线控制数控机床主要有数控车床、数控铣床和数控磨床等。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
1.数控机床按刀具（或工件）进给运动的轨迹分类
（3）轮廓控制数控机床
轮廓控制数控机床的特点是能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格地不间断控制，并且在运动过程中，刀具对工件表面连续进行切削，如图5-60c所示。轮廓控制数控机床不仅能控制移动部件从一个点准确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，将零件加工成一定的轮廓形状。轮廓控制数控机床主要有数控铣床，数控车床，数控磨床，数控齿轮加工机床和加工中心等。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
2.数控机床按工艺用途分类
（1）普通数控机床
普通数控机床一般是指加工过程中的某个工序实现数字控制的自动化机床，如数控车床和数控铣床（图3）、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及数控齿轮加工机床等。普通数控机床在自动化程度上还不够完善，刀具的更换及零件的装夹等工序仍需人工完成。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
2.数控机床按工艺用途分类
（1）普通数控机床
数控车床是目前使用较广泛的数控机床，主要用于轴类和盘类回转体零件的加工，能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧及螺纹等的加工，并能进行切槽及钻、扩、铰孔等工作，特别适宜加工复杂形状的零件。在数控车床上由程序确定主轴转速和选定刀具，控制转塔刀架，并由刀具进行补偿。工件轮廓形状不太复杂时，控制系统带有圆弧插补器，一般采用手工编程；当加工复杂轮廓或同时有两把刀进行加工时，一般采用自动编程。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
2.数控机床按工艺用途分类
（1）普通数控机床
数控铣床主要用于各类形状较复杂的平面、曲面和壳体类零件的加工，如各类模具、样板、叶片、凸轮、连杆和箱体等。数控铣床由电液控制，能实现远距离操纵，同时还有半自动刀具安装及拆卸装置。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
2.数控机床按工艺用途分类
（2）加工中心
加工中心是指带有刀库和自动换刀装置的数控机床，如图4所示。
五、数控机床及其应用
3.数控机床的分类
2.数控机床按工艺用途分类
（2）加工中心
加工中心将数控铣床、数控钻床和数控镗床的功能组合在一起，弥补了一台数控机床只能完成一种加工工艺的缺点。例如，镗铣加工中心就是在数控铣床的基础上增加了一个容量较大的刀库（20~120把）和自动换刀装置，工件在一次装夹后，可以对工件的大部分加工表面自动进行铣、镗、钻、扩、铰及攻螺纹等多种加工。加工中心大多数以数控镗铣为主，主要用于加工箱体零件和形状复杂的曲面零件。工件在加工中心上加工能有效地避免多次装夹造成的误差。
五、数控机床及其应用
4.数控加工的工艺特点
4.数控加工的工艺特点
①由于数控加工采用数字形式发布加工指令，加工过程控制精确，而且进给运动产生的误差可由数控装置进行补偿，因此数控加工能达到比较高的加工精度。
②数控加工能有效减少机动时间和辅助时间，生产率较高。
③具有很强的适应性。改变加工对象时，除装夹新工件及更换刀具外，只需重新编制加工程序并输入数控装置即可完成新工件的加工。
④能够减轻劳动强度，改善劳动条件和环境，便于实现现代化管理。
五、数控机床及其应用
4.数控加工的工艺特点
5.数控机床的应用
数控机床主要应用于小批量生产结构比较复杂的零件、频繁改型的零件以及要求生产周期短的科研产品零件等。应该注意的是，数控机床并不能完全替代普通机床，选用数控机床时，应该仔细核算加工成本，从而获得更好的经济效益。

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