1、6.1 数控铣床、加工中心的分类6.1.1 数控铣床的分类按主轴布局：1.立式数控铣床 立式数控铣床主轴和工作台垂直，主要用于加工水平面内的型面图6-1 立式数控铣床2.卧式数控铣床 主轴轴线平行于水平面 为了扩大加工范围、扩充功能，常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工图6-2 卧式数控铣床3.立卧两用式数控铣床 主轴方向可以更换或作90旋转，在一台机床上既能进行立式加工，又能进行卧式加工，主轴方向的更换方法有手动和自动两种 配上数控万能主轴头，主轴头可以任意转换方向，柔性极好，适合加工复杂的箱体类零件图6-3 立卧两用式数控铣床6.1.2 加工中心的分类二、按加工中心的布局方
2、式分类1.立式加工中心 立式加工中心是指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心，其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，具有3个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)立式加工中心适合加工盘类零件，如在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，就可用于加工螺旋线类零件图6-4 立式加工中心2.卧式加工中心 主轴轴线为水平状态设置的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台，卧式加工中心一般具有35个运动坐标，常见的是3个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转运动坐标(回转工作台)能够使工件在一次装夹后就能完成除安装面和顶面以外的其余4个面的加工，最适合箱体类工件的加工图6
3、-5 卧式加工中心http:/ 主轴多为垂直状态设置，它带有自动换刀装置及可更换的主轴头附件 龙门式布局具有结构刚性好的特点，容易实现热对称性设计，尤其适用于加工大型或形状复杂的工件加工图6-6 龙门式加工中心http:/ 万能加工中心三、按数控系统功能分类 加工中心根据数控系统控制功能的不同可分为三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等类型 三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，同时可控轴数越多，加工中心的加工和适应能力越强 五轴联动数控机床，是在在原有三轴联动加工中心基础上发展而来的 根据ISO规定，在描述数控机床的运动时，采
4、用右手直角坐标系，其中平行于主轴的坐标轴定义为z轴，绕x、y、z轴的旋转坐标分别为A、B、C 各坐标轴的运动可由工作台，也可以由刀具的运动来实现，但方向均以刀具相对于工件的运动方向来定义 通常五轴联动是指x、y、z、A、B、C中任意5个坐标的线性插补运动，指x、y、z三个移动轴加任意两个旋转轴（1）工作台摇篮式 基于传统三轴加工中心的基础，加上摇篮式工作台，工件进行摆动，变成3+2式的五轴联动加工中心，联动轴为X/Y/Z/A/C，Y轴方向B轴不旋转 五轴联动机床依据联动轴摆动机构的不同，机床在结构上配置可以分为双转台式、主轴头双回转式、转台和主轴头复合回转式等有五种配置布局四、按工作台的数量和
5、功能分类 按工作台的数量和功能分类有单工作台、双工作台加工中心和多工作台加工中心 多工作台加工中心有两个以上可更换的工作台，通过运送轨道可把加工完的工件连同工作台(托盘)一起移出加工部位，然后把装有待加工工件的工作台(托盘)送到加工部位课堂作业：完成时间9：159：25作业布置见第二堂课视频的最后段，并在9：159：30之间把答案上传至网易云课堂讨论区或留言课堂作业1.视频中的机床是几轴联动加工中心?2.请写出视频中机床联动轴的名称。6.2 自动换刀机构一、自动换刀装置的分类 转塔式自动换刀装置 无机械手式自动换刀装置 有机械手式自动换刀装置 转塔式不带刀库，后两种带刀库1.不带刀库的自动换刀
6、装置 转塔式自动换刀装置又分回转刀架式和转塔头式两种 回转刀架式用于各种数控车床和车削中心机床 转塔头式多用于数控钻、镗、铣床 小型立式加工中心一般采用转塔刀库形式，主要以孔加工为主，ZH5120型立式钻削加工中心就是转塔刀库式加工中心6.2 自动换刀机构(1)回转刀架式换刀 在回转刀架各刀座安装或夹持着各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀 回转刀架可在回转轴的径向和轴向安装刀具，一般用于数控车床和车削中心机床（2）转塔头式换刀 转塔头式换刀数控机床的转塔刀架上装有主轴头，转塔转动时更换主轴头实现自动换刀，在转塔各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具2.带有刀库的自动换刀装置(
7、1)无机械手式自动换刀装置 无机械手加工中心的换刀是通过刀库和主轴箱的配合动作来完成的 把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或者是整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置的办法，刀库中刀具存放位置方向与主轴装刀方向一致 换刀时，由主轴和刀库的相对运动进行换刀动作，利用主轴取走或放回刀具 采用BT-40号以下刀柄的小型加工中心多为这种无机械手的，XH714型立式加工中心就是这一类型图6-13 无机械手式自动换刀装置的换刀过程 步骤一：主轴头回到换刀点。步骤二：刀库水平移动到换刀点，此时主轴头上的刀柄及刀具被放回到刀库的对应位置。步骤三：主轴头升高（或刀库下降），刀柄及刀具留在刀库中。步骤四：
8、刀库回转，下一把刀柄及刀具对准主轴头的位置。步骤五：主轴头下降（或刀库上升），刀柄及刀具被主轴抓取。步骤六：刀库水平移动离开换刀点，换刀动作完成。（2）有机械手式自动换刀装置 加工中心的换刀装置(AutomaticTool Changer)是由刀库和机械手组成的，并由机械手来完成换刀工作，这是加工中心最普遍采用的形式 根据不同的要求，配置不同形式的机械手，可以是单臂的、双臂的，甚至可以配置一个主机械手和一个辅助机械手的形式，它能够配备多至数百把刀具的刀库 换刀时间可缩短到几秒甚至零点几秒二、刀库1.刀库的类型(1)直线刀库 直线刀库刀具在刀库中直线排列，结构简单，存放刀具数量有限(一般为812
9、把)，多用于数控车床，数控钻床也有采用(2)圆盘刀库 圆盘刀库存刀量少则68把，多则5060把(3)链式刀库 链式刀库的刀座固定在链节上(4)其它刀库 格子箱式刀库，刀库容量较大，可使整箱刀库与机外交换 2.刀库的容量 刀库的容量并不是越大越好，太大反而会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀时间增长 对于钻削加工，用10把刀具就能完成80%的工件加工，用20把刀具就能完成90%的工件加工 对于铣削加工，只需4把铣刀就可以完成90%的铣削工艺 对于车削加工，只需10把刀具即可完成90%的工艺加工 若是从完成被加工工件的全部工序考虑进行统计，得到的结果是大部分(超过80%)的工件完成其全部加工只需40
10、把左右刀具 因此从使用角度出发，刀库的容量一般为1040把3.刀库的选刀方式 根据数控装置发出的换刀指令，刀具交换装置从刀库中将所需的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀 自动选择刀具通常又有顺序选择和任意选择两种方式 顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插人刀库的刀套中，顺序不能搞错，加工是按顺序调刀，加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序 操作繁琐，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度不稳定 优点是刀库的驱动和控制都比较简单 这种方式适合于加工批量较大，工件品种数量较少的中、小型自动换刀机床三、机械手1.机械手的形式与种类2.单臂双爪式机械手 单臂双爪式机械手也叫
11、扁担式机械手，机械手的拔刀、插刀动作，大都由液压缸来完成 根据结构要求，可以采取液压缸动、活塞固定或活塞动、液压缸固定的结构形式 手臂的回转动作则通过活塞的运动带动齿条齿轮传动来实现，机械手臂的不同回转角度由活塞的可调行程来保证重型机床配重型刀具，机器手强大的换刀系统_腾讯视频 https:/ 机械手 主轴（e）换刀，机械臂逆时针方向转180，将新旧刀具交换位置（f）装刀，机械手上移，同时将新旧刀具装入主轴及刀库刀套，打刀缸退回，新刀被夹紧（g）复位，机械臂顺时针方向转过75复位（h）回刀，刀套复位，由垂直位置回转到水平位置，刀库转动继续寻找下一把要更换的刀具刀库 机械手 主轴（1）视频中机床
12、的分类?（2）视频中机械手的名称?该机械手有几个抓刀爪？课堂练习请同学们观看视频后，完成下题练习，并将答案上传网易云课堂讨论区（a）刀库转位，刀具识别后，刀库将新刀所在的刀套转位到换刀位置（b）倒刀，新刀与刀套一起由水平位置转到垂直位置，与机床主轴保持平行（c）握刀，机械臂逆时针方向转过75，机械臂手腕分别握住新刀和主轴上的旧刀（d）拔刀，主轴打刀缸顶开碟形弹簧组，松开旧刀；机械臂下移的同时将新刀和旧刀拔出（e）换刀，机械臂逆时针方向转180，将新旧刀具交换位置（f）装刀，机械手上移，同时将新旧刀具装入主轴及刀库刀套，打刀缸退回，新刀被夹紧（g）复位，机械臂顺时针方向转过75复位（h）回刀，刀
13、套复位，由垂直位置回转到水平位置，刀库转动继续寻找下一把要更换的刀具6.3 数控铣床、加工中心通用夹具一、数控铣床、加工中心通用夹具1.机用虎钳可以用来夹持矩形、圆形、D形工件 平口钳侧面必须和底面垂直 转座式平口钳：方便铣削带有角度的端面或孔角度平口钳正弦平口钳 正弦平口钳是用来加工、测量角度或者钳工划角度线的常用工具。正弦平口钳的两个轴距精度很高，通过计算三角函数，垫块规，可以加工出达到秒级精度的角度6.3 数控铣床、加工中心通用夹具一、数控铣床、加工中心通用夹具1.机用虎钳 机用虎钳在机床上安装时，需将机用虎钳定位键对准工作台T形槽，找正机用虎钳方向，调整两钳口平行度，然后紧固机用虎钳。
14、装夹毛坯面或表面有硬皮时，钳口应加垫铜皮或铜钳口；选择高度适当，宽度稍小于工件的垫铁，使工件的余量层高出钳口；6.3 数控铣床、加工中心通用夹具一、数控铣床、加工中心通用夹具1.机用虎钳 在粗铣和半精铣时，应使铣削力指向固定钳口，因为固定钳口比较牢固 当工件的定位面和夹持面为非平行平面或圆柱面时，可采用更换钳口的方式装夹工件 6.3 数控铣床、加工中心通用夹具一、数控铣床、加工中心通用夹具1.机用虎钳 为保证机用虎钳在工作台上的正确位置，必要时用百分表找正固定钳口面，使其与工作台运动方向平行或垂直 夹紧时，应使工件紧密地靠在平行垫铁上，工件高出钳口或伸出钳口两端距离不能太多，以防铣削时产生振动
15、2.压板 对大型、中型和形状比较复杂的零件，一般采用压板将工件紧固在数控铣、加工中心工作台台面上 压板装夹主要是压板、垫铁、T形螺栓及螺母 在搭装压板时应注意搭装稳定和夹紧力的三要素对于形状尺寸较大或不便于用机用虎钳装夹的工件，常用压板将其安装在铣床工作台台面上进行加工。当卧式铣床上用端铣刀铣削时，普遍采用压板装夹工件进行铣削加工。同时为了重复定位，可用一些定位销钉。压板通过T形螺栓、螺母和台阶垫铁将工件压紧在工作台台面上，螺母和压板之间应垫有垫圈。常用的装夹工具见下图：压紧工件时，压板应至少选用两块，将压板的一端压在工件上，另一端压在台阶垫铁上压板位置要适当，以免压紧力不当而影响铣削质量或造
16、成事故。用压板装夹工件时，应注意以下几点：(1)压板螺栓应尽量靠近工件，使螺栓到工件的距离小于螺栓到垫铁的距离，这样会增大夹紧力。(2)垫铁的选择要正确，高度要与工件相同或高于工件，否则会影响夹紧效果。(3)压板夹紧工件时，应在工件和压板之间垫放铜皮，以避免损伤工件的已加工表面。(4)压板的夹紧位置要适当，应尽量靠近加工区域和工件刚度较好的位置。若夹紧位置有悬空，应将工件垫实。(5)每个压板的夹紧力大小应均匀，以防止压板夹紧力的偏移而使压板倾斜。(6)夹紧力的大小应适当，过大时会使工件变形，过小时达不到夹紧效果，夹紧力大小严重不当时会造成事故。侧面夹持装夹仅仅夹持工件的侧面，适合加工整个大平面
17、，因为没有夹具高出加工平面，但是可能会有夹痕。3.万能分度头 万能分度头作为机床附件，对工件进行圆周等分分度或不等分分度 机械零件(如花键等)在铣削时，用分度头进行圆周等分 万能分度头可把工件轴线装夹成水平、垂直或倾斜的位置，以便用两坐标加工斜面4.通用可调夹具 一个夹具不仅只适用于一种工件，而且能适应结构形状相似的若干种类工件的加工，即对于不同尺寸或种类的工件，只需要调整或更换个别定位元件或夹紧元件即可使用，这种夹具称为通用可调夹具 它既具有通用夹具使用范围大的优点，又有专用夹具效率高的长处5.数控回转工作台 数控铣床、加工中心除了要求机床有沿 X、Y、Z三个坐标轴的直线运动之外，还要求工作
18、台在圆周方向有进给运动和分度运动，这些运动通常用回转工作台实现 数控回转工作台的主要功能有两个：一是实现工作台的进给分度运动，即在非切削时，装有工件的工作台在整个圆周(360范围内)进行分度旋转5.数控回转工作台 数控铣床、加工中心除了要求机床有沿 X、Y、Z三个坐标轴的直线运动之外，还要求工作台在圆周方向有进给运动和分度运动，这些运动通常用回转工作台实现 数控回转工作台的主要功能有两个：一是实现工作台的进给分度运动，即在非切削时，装有工件的工作台在整个圆周(360范围内)进行分度旋转5.数控回转工作台 数控铣床、加工中心除了要求机床有沿 X、Y、Z三个坐标轴的直线运动之外，还要求工作台在圆周
19、方向有进给运动和分度运动，这些运动通常用回转工作台实现 二是实现工作台圆周方向的进给运动，即在进行切削时，与X、Y、Z三个坐标轴进行联动，加工复杂的空间曲面课堂作业接下来请同学们观看加工中心工作视频，并完成课堂作业，把答案上传至网易云课堂讨论区课堂作业1.视频中的机床是几轴联动加工中心?2.请写出视频中立式加工中心联动轴的名称。6.数控分度工作台 分度工作台只能完成分度运动，而不能实现圆周进给运动，即在需要分度时，按照数控系统的指令，将工作台及其工件回转规定的角度，以改变工件相对于主轴的位置，完成工件各个表面的加工 分度工作台按其定位不同分为鼠牙盘式和定位销式，其中鼠牙盘式分度工作台的分度角度
20、较细，分度精度较高 数控气动鼠牙盘式分度工作台，端齿盘(鼠牙盘)为分度元件，靠气动转位分度，可完成以5为基数的整倍垂直(或水平)回转坐标的分度 数控可交换工作台结构上分转台和交换台两部分，其中转台部分工作时可按主机控制指令，完成交换托盘和主轴的定位刹紧以及与主机相协调的各种分度运动 交换台部分能使两个托盘自动实行工位交换，回转工作台配合主机可实现托盘交换及托盘刹紧松开的全自动化，完成工件等分的和不等分的孔、槽、曲面等的高精度的加工7.数控可交换工作台二、数控机床夹具设计时的注意事项（1）数控机床夹具上应设置原点（对刀点）。（2）数控机床夹具无需设置刀具导向装置。这是因为数控机床加工时，机床、夹
21、具、刀具和工件始终保持严格的坐标关系，刀具与工件间无需导向元件来确定位置。（3）数控机床上常需在几个方向上对工件进行加工，因此数控机床夹具应是敞开式的。（4）数控机床上应尽量选用可调夹具、拼装夹具和组合夹具，因为数控机床上加工的工件，常是单件小批生产，必须采用柔性好、准备时间短的夹具。（5）数控机床夹具的夹紧应牢固可靠、操作方便。夹紧元件的位置应固定不变，防止在自动加工过程中，元件与刀具相碰。6.4 典型数控铣床、加工中心设备一、立式数控铣床 XD系列立式数控铣床适用于箱体零件、小型板类、盘类、壳体类、精密零件等多品种零件的中小批量加工，零件一次装夹后可自动完成铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等多工序加工二、立式加工中心 VDL系列立式加工中心适用于汽车、模具、机械制造等行业的箱体零件、壳体零件、盘类零件、异形零件的加工，零件经一次装夹可自动完成四个面的铣、镗、钻、扩、铰、攻丝的多工序加工。三、卧式加工中心 HDA系列卧式加工中心适合汽车、模具、机械制造等行业的箱体零件、壳体零件、盘类零件、异形零件的加工，零件一次装夹后可自动完成四个面的铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等多工序加工。
