数控铣床结构及功能特点浅析

崔陈龙

（天津工业大学机电学院，天津 300160）

铣床基础件称为铣床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等，是整台铣床的基础和框架。铣床的其他零部件，或者固定在基础件上，或者工作时在其导轨上运动。其他机械结构的组成，则按铣床的功能需要选用。

1 数控铣床的机械结构

数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，目前迅速发展起来的加工中心、柔性加工单元等，都是在数控铣床、数控镗床的基础上产生的，两者都离不开铣削方式。由于数控铣削工艺最复杂，需要解决的技术问题也最多，因此，人们在研究和开发数控系统及自动编程语言的软件系统时，也一直把铣削加工作为重点。

2 数控铣床的分类

2.1 按主轴的位置分类

（1）数控立式铣床。数控立式铣床在数量上，一直占据数控铣床的大多数，应用范围也最广。从机床数控系绕控制的坐标数量来看，目前三坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行三坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工（常称为2.5坐标加工）。此外，还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴，作数控摆角运动的四坐标和五坐标数控立铣。

（2）数控卧式铣床。与通用卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现四、五坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。

（3）立卧两用数控铣床。目前，这类数控铣床已不多见，由于这类铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，而同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，且给用户带来不少方便。特别是生产批量小，品种较多，又需要立、卧两种方式加工时，用户只需买一台这样的机床就行了。

2.2 按构造上分类

（1）工作台升降式数控铣床。这类数控铣床采用工作台移动、升降，而主轴不动的方式。小型数控铣床一般采用此种方式。

（2）主轴头升降式数控铣床。这类数控铣床采用工作台纵向和横向移动，且主轴沿垂向溜板上下运动；主轴头升降式数控铣床在精度保持、承载重量、系统构成等方面具有很多优点，已成为数控铣床的主流。

（3）龙门式数控铣床。这类数控铣床主轴可以在龙门架的横向与垂向溜板上运动，而龙门架则沿床身作纵向运动。大型数控铣床，因要考虑到扩大行程，缩小占地面积及刚性等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。

2.3 数控铣床在结构上的特点

（1）控制机床运动的坐标特征。为了要把工件上各种复杂的形状轮廓连续加工出来，必须控制刀具沿设定的直线、圆弧或空间的直线、圆弧轨迹运动，这就要求数控铣床的伺服拖动系统能在多坐标方向同时协调动作，并保持预定的相互关系，也就是要求机床应能实现多坐标联动。数控铣床要控制的坐标数，起码是三坐标中任意两坐标联动，要实现连续加工直线变斜角工件，起码要实现四坐标联动，而若要加工曲线变斜角工件，则要求实现五坐标联动。因此，数控铣床所配置的数控系统，在档次上一般都比其他数控机床相应更高一些。

（2）数控铣床的主轴特征。现代数控铣床的主轴开启与停止，主轴正反转与主轴变速等，都可以按程序介质上编入的程序自动执行。不同的机床，其变速功能与范围也不同。有的采用变频机组（目前已很少采用），固定数种转速，可任选一种编入程序，但不能在运转时改变；有的采用变频器调速，将转速分为数档，程编时可任选一档，在运转中可通过控制面板上的旋钮，在本档范围内自由调节；有的则不分档，程编可在整个调速范围内任选一值，在主轴运转中，可以在全速范围内进行无级调整，但从安全角度考虑，每次只能调高或调低在允许的范围内，不能有大起大落的突变。在数控铣床的主轴套筒内，一般都设有自动拉、退刀装置，能在数秒内完成装刀与卸刀，使换刀显得较方便。

3 华中数控系统功能特点

3.1 显示功能

（1）实体图形显示功能。华中HNC-21T系统，可根据用户选择的不同形状刀具，对用户自定义大小的毛坯，进行仿真加工；

（2）图形轨迹显示功能。可根据加工程序显示刀具运行轨迹；

（3）正文显示功能。可显示当前运行程序，帮助操作者更好了解机床的运行状况；

（4）大字符、坐标联合显示功能。可显示刀具在机床坐标系、工件坐标系下的指令值、实际值，还可显示刀具运行各段程序时的剩余值；

（5）其他显示功能。可显示当前运行程序名，当前运行程序行号，工件坐标零点的坐标值，刀具实际进给速度，实际主轴转速，当前刀具号，主轴速度、进给速度、快移速度的修调率等。

3.2 加工功能

（1）小线段高速连续插补功能。可高速圆滑拟合小线段程序的轨迹，十分利于CAM生成的小线段程序的加工。

（2）断点保存功能、任意指定行加工的功能和程序跳段功能。

3.3 编程指令特点

（1）除基本的直线、圆弧插补功能外，还可倒角、倒圆。

（2）华中数控HNC-21T（车床系统）还有直径、半径编程指令，螺纹加工指令，固定循环，复合循环，恒线速度控制指令等。复合循环指令的刀具轨迹，可完成每层粗切时的残料加工，满足现代加工中余量均匀的要求，有利于刀具寿命和加工精度。

（3）华中数控HNC-21M（铣床系统）还有绝对编程、增量编程指令，坐标系设定指令，坐标系选择指令，刀具长度补偿功能，螺旋线插补功能，极坐标指令，镜像功能，缩放功能，旋转功能，钻、镗、铰、锪等孔类加工的固定循环指令等。

（4）刀具半径补偿功能。运用该功能时，注意加入或取消补偿的时机，加入后必须取消；加入或取消时，刀补平面内的移动轴必须有足够的移动距离；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过程中加入或取消。

（5）华中数控系统强大的运算能力，保证了便捷的宏程序的功能，循环语句WHILE的运用，是编辑宏程序的基础。华中车床系统的宏程序，可以用于复合循环中，车、铣系统的宏程序中，均可加入刀具半径补偿，应用过程中注意刀具干涉的处理。

3.4 螺旋类加工插补指令及其应用

（1）在数控加工中的应用在数控铣削加工中，螺旋插补指令主要用于铣槽时的螺旋式下刀、加工螺纹等。

其一，以铣代镗精铣内轮廓螺旋插补指令，用于螺旋铣削圆形内轮廓时，因刀具轨迹连续，故可提高轮廓侧面的加工品质（不存在分层时的接刀痕迹），同时只要求很小的开始空间。此外，使用这种方法，可以用一把铣刀加工多个不同尺寸的孔。

其二，铣槽加工的螺旋下刀铣槽加工属于粗加工。常规的工艺是先预钻孔，然后铣刀在此预钻孔中下刀。若采用螺旋下刀，则无需预钻孔。从而简化了工艺，减少了刀具数量和换刀次数。

其三，铣削螺纹使用成型的螺纹铣刀，沿螺旋插补轨迹进行螺纹铣削加工。

（2）螺旋插补指令只适用于一圈以内的螺旋线。对于多圈螺旋线，则需要多段程序才可完成，从而编程较为麻烦；同时因为控制螺距或螺纹升角，而易导致出现顶刀等事故。

随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅能向用户编程提供一般的准备功能和辅助功能，而且可为编程提供扩展数控功能的手段。HNC-21 M华中世纪星数控系统的宏指令编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现普通编程难以实现的功能，可大大提高编程效率，扩展了数控系统的功能。

4 数控铣床的保护

如果红色指示灯亮的时候，说明机床出错报警，不能进行正常操作。机床报警一般为主轴报警、控制器报警、润滑报警。

（1）在CRT上显示错误代码时，请查找原因，若错误代码有“PS”二字，则一定是程序或者设定数据的错误，请修改程序或者修改设定的数据。

（2）在CRT上没有显示错误代码时，可能是由于机床执行了一些故障操作，请参照《维修手册》进行调整。

（3）如果机床在遇到紧急情况时，应立即按下急停按钮，这时机床紧急停止，主轴也马上紧急停转。当排除故障后，急停按钮复位，机床操作正常。

（4）当刀具超越了机床限位开关限定的行程范围或者进入由参数指定的禁止区域，CRT显示“超程”报警，要想解除急停报警，按机床正面的机床复位按钮，用手轮方式移出限位区域，按复位按钮解除报警即可。

5 结束语

数控机床加工程序，不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量的选择、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术，已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

[1]苏建修.数控加工工艺[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]余英良.数控加工编程及操作[M].北京：高等教育出版社，2005.