CNC培训教材

CNC培训教材1 数控铣床的结构及加工原理1.1 数控机床一般由：控制系统（三菱、法拉克、西门子等）、主传动系统、数控装置（电脑）、进给伺服系统、冷却润滑系统和机床本体组成。

1.1.1 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刀具旋转，主轴转速范围和输出扭矩对加工有直接的影响。

1.1.2 进给伺服系统：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。

1.1.3 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。

1.1.4 辅助装置：如液压、气动、润滑、冷却系统和排屑、防护等装置。

1.1.5 机床基础件：通常是指底座、立柱、横梁等，它是整个机床的基础和框架。

1.1.6 机床配件（图1.1）：1.电控箱、2.防水罩、5.保护门生效掣、7/8.保护门锁匙、9.主轴、10.自动换刀库、12.调水平螺丝、13.切屑液喷管、14.刀库盖、15.刀具、16.刀柄、17.主轴头、18.急停开关、19.主工作台、21.电源总开关/跳闸、22.切削液箱、23.防水侧盖板、24.马达电阻器、25.操作面板、27.气压调整表板、28.切削液马达、29.主轴马达、30.刀臂马达、31.拉钉1.1.7 电控箱配件（图1.1）：32.马达驱动器、33.主电路板、34.输出/入电路板、35.直流自动稳压器图1.11.2 加工原理：数控编程人员根据工程图纸和表面粗糙度等技术要求制定加工工艺，选择加工参数。

通过手工编程或利用CAM 软件自动编程；将编好的加工程序输入到控制器。

控制器对加工程序处理后，向伺服装置传送指令。

伺服装置向伺服电机发出控制信号。

主轴电机使刀具旋转，X、Y 和Z向的伺服电机控制刀具和工件按一定的轨迹相对运动，从而实现对工件的切削。

2 数控铣床的特点2.1 数控铣床的主要构件刚度高，可进行强力切削，由于主轴系进行了强力冷却，因此，机床运转时噪声低、震动小、热变形小。

2.2 高速定位通过交流伺服电机经联轴节和滚珠丝杠付直联，使X、Y、Z轴获得高速移动，由于数控铣床基础件刚度高，导轨副均采用直线滚动导轨副，使机床高速进给时震动小，低速进给时无爬行，并且有很高的精度稳定性。

2.3 ATC自动换刀装置2.3.1 使用前置式刀盘由凸轮带动，减少换刀时间。

2.3.2 刀架位置检测使用绝对译码记忆。

2.3.3 换刀可靠，整个装置安装在立柱上，不影响主轴箱移动精度。

2.4 采用机电一体化结构，控制柜、数控柜、气动装置都安装在立柱床身上，减少了占地面积，简化了搬运和安装，数控铣床操纵盘集中安置在机床的左前方，操作方便。

2.5 全封闭式安全防护数控铣床外围采用了全封闭式安全防护罩，使加工过程中的冷却液和切屑得到安全充分的回收（该防护罩又具有开门断电的功能，避免了工作者的意外伤害）。

2.6 主轴2.6.1 使用高精度轴承，可长时间高速转动中仍能保持顺畅。

2.6.2 轴承属自给油式，故不需补充润滑油。

2.6.3 使用AC伺服电机，可无段调速。

2.7 XYZ走轴2.7.1 无碳刷的AC伺服电机驱动。

2.7.2 马达直接带动滚珠螺杆，减少驱动上的机械间隙。

3 加工范围3.1 平面类零件该类零件的特点表现在加工表面既可以平行于水平面，又可以垂直于水平面，也可以与水平面的夹角成定角。

目前在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件，平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需要用三坐标数控铣床的两轴联动或三轴联动即可加工。

在加工过程中，加工面与刀具为面接触，粗、精加工都可采用端铣刀或牛鼻刀。

3.2 曲面类零件该类零件的特点是加工表面为空间曲面。

在加工过程中，加工面与铣刀始终为点接触。

表面精加工多采用球头铣刀进行。

3.3 变斜角类零件该类零件的特点是加工面与水平面的夹角是呈连续变化的。

该类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。

最好采用4坐标和5坐标数控铣床摆角加工，在没有上述机床时，也可用3坐标数控铣床上进行2.5坐标近似加工。

4 常用辅料及辅具4.1 常用量具：卡尺、千分尺、高度尺、投影仪、千分表、百分表等。

4.2 常用冷却液：水溶性切削液和乳化油4.2.1 水溶性切削液的特点：冷却效果好，能冲走切屑，尤其适合深孔钻，还可以循环使用，但品种多，效果不一致，缩短涂层刀具的寿命，刀具转速高时不容易达到切削部位。

4.2.2 切削油的特点：可延长涂层刀的寿命，提高高速加工后表面质量，但价格高，深孔加工效果差，产生雾化，还有可能发生过热起火。

4.2.3 冷却液的选择对加工精度的影响；4.2.3.1 如果使用的切削液的冷却效果不佳时，很容易造成烧刀，粘刀等现象。

4.2.3.2 如果使用的切削液腐蚀性太强，会使工件表面腐化，降低刀具使用寿命。

4.2.3.3如果切削液不具有杀菌的效果，那么切削液很容易就会发臭，甚至会使人产生皮肤过敏、呕吐等不适。

4.3 常用辅具主要包括：刀头、拉钉、嗦嘴、钻夹头、虎钳、批士、直角板、压板、分度头、螺丝、槽块、六角扳手、活动扳手等。

最常用的辅料有：乳化液、乳化油、导轨油、液压油和润滑脂。

4.3.1 刀头与拉钉4.3.1.1刀头顾名思义就是根据需要装夹各种刀具到机床上。

而拉钉就起到稳固刀头与机床主轴之间的接合的作用。

4.3.1.2 常使用的刀头有（如图4.3）：B T 3 0 - E R 3 2 7 0、B T 4 0 - E R 2 5 1 2 0两种；其中BT是指日本标准；30/40是指刀头锥度，与机床主轴锥孔角度匹配；ER32/ER25是指该刀头使用的最大外径嗦嘴的型号； 70/120是指刀头使用长度。

4.3.1.3 而拉钉从图4.3中也可以看到分别有30度与45度两种，而这两种必须要有与BT30与BT40相对应的螺纹；BT30相接的是M12粗螺纹，BT40相接的是M16粗螺纹。

4.3.1.4 刀头与拉钉的角度必须匹配，否则很容易造成刀头在主轴上夹持不紧，甚至刀头掉落。

图4.35 刀具的介绍5.1 常用的刀具有：铣刀、钻头、丝锥、镗刀、沉头刀、铰刀、倒角刀、锯片刀、内R圆弧倒角刀、外R圆弧倒角刀、T型刀、鸠尾槽刀、特殊成型刀等。

5.2 刀具分类5.2.1按刃部制作方式来分：捨弃式刀具、整体式刀具、焊刃式刀具（图5.2.1）捨弃式刀具整体式刀具焊刃式刀具图5.2.15.2.2 按铣刀刀头形状来分：平刀、球刀、圆鼻刀（牛鼻刀）（图5.2.2）。

平刀子球刀圆鼻刀图5.2.2 图5.2.35.2.3 按铣刀刃数来分：2刃刀、3刃刀、4刃刀、6刃刀（图5.2.3）。

由图5.2.3可以看出刀具刀刃越少容屑槽越大，排屑性越好，但相对的钢性越差，让刀量越大，容易折断。

刀具刀刃越多钢性越大，让刀量越小，不容易折断，相对容屑槽越小，排屑性越差。

5.3 铣刀的各个部位的名称（图5.3）图5.3我们公司最常用的两种铣刀的表示方法：XCP – EM 4 B 4 - R0.1 X-POWER EM. 8 X 8 X 19 X 60 材料刀尖型号刃数刃长型号刀径刀尖圆角大小材料刀尖型号刀径柄径刃长全长5.4 铣刀切刃形状（图5.4）：尖角型(PEM)和尖角保护型(EM)。

尖角型(PEM) 尖角保护型(EM)图5.45.5 刀具的材料（图5.5）图5.5 图5.65.6 刀具上涂层及其作用：5.6.1可以增加刀具表面硬度5.6.2 让切屑把热量带走，隔绝热源导热到刀具5.6.3 降低摩擦系数。

5.6.4各种涂层可加工材料的硬度（见图5.6）5.7 刀具装夹；刀具夹持长度与让刀量的关系；刀具的长径比与切削进给率的关系5.7.1 装刀时必须把刀头，嗦嘴以及刀具清理干净5.7.2 在满足要求的前提下，刀具装夹长度应越短越好。

5.7.3 同一把刀的情况下，装夹长度增加为原来2倍时，让刀量变为原本的8倍；如果同一装夹长度下，刀径增加为原本2倍时，让刀量变为1/16倍。

5.7.4刀具的长径比在1：5以内，进给率可达90%-100%；刀具的长径比1：7-8时，进给率为50%；当刀具的长径比在1：9以上时，进给率仅为30%。

5.8 使用中刀具磨损的判断方法5.8.1 用千分尺测量刀具与刀柄的外径5.8.2 用显微镜来看刀具刃口是否有损伤5.8.3 从加工中或加工后工件品质来判断；看加工时刀具是否冒火花，加工出来的工件表面是否粗糙，听一下加工时刀具的切削声音是否正常等。

5.9 钻头的刃磨5.9.1 顶角的角度为118°±2°5.9.2 孔缘处的后角α为10°~14°5.9.3 横刃斜角为50°~55°5.9.4 两主切削刃长度以及和钻头轴心线组成的两个角要相等5.9.5 两个主后刀面要刃磨光滑。

5.10 总结5.10.1 刀具使用前必须测量，判定是否可用5.10.2 选用适合切削被削材的刀具进行加工5.10.3 刀具装夹前必须擦拭干净5.10.4 刀具夹持时，伸长量越短越好5.10.5 刀具放置时需避免碰撞5.10.6 随时注意刀具加工时的状态5.10.7 加工前需核对切削参数是否合理5.10.8 刀具刃部锋利，避免触摸6 刀具的选择原则刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

6.1 孔加工刀具的选用6.1.1 数控机床孔加工一般无钻模，由于钻头的刚性和切削条件差，选用钻头直径D应满足L/D≤5（L为钻孔深度）的条件。

6.1.2 钻孔前先用中心钻定位，保证孔加工的定位精度。

6.1.3 精铰孔可选用浮动绞刀，铰孔前孔口要倒角。

6.1.4 镗孔时应尽量选用对称的多刃镗刀头，以平衡径向力，减少镗削振动。

6.1.5 尽量选择较粗和较短的刀杆，以减少切削振动。

6.2 铣削加工刀具选用6.2.1 镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀主要用于：铣削平面，粗铣时铣刀直径选小一些，精铣时铣刀直径选大一些，当加工余量大且余量不均匀时，刀具直径选小一些，否则会造成因接刀刀痕过深而影响工件的加工质量。

6.2.2 对立体曲面或变斜角轮廓外形工件加工时，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀、盘形铣刀。

6.2.3 高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽。

如果加工余量较小，表面粗糙度要求较高时，可选用镶立方氮化硼刀片或镶陶瓷刀片的端面铣刀。

6.2.4 毛坯表面或孔的粗加工，可选用镶硬质合金的玉米铣刀进行强力切削。

6.2.5 加工精度要求较高的凹槽，可选用直径比槽宽小的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边。

7 铣削的基本知识及切削用量的选择7.1 铣削中顺铣和逆铣的概念及优缺点7.1.1 顺铣：铣削力的水平分力与工件的进给方向相同7.1.1.1优点：加工的表面质量好；功率消耗少；刀刃磨损较慢；对不易夹紧的工件和细长的工件更为合适。