第一章数控铣床
数控铣床用途十分广泛，不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔，而且还能加工各种平面曲线和空间曲线等复杂型面，适合于各种模具、凸轮、板类及箱体类零件的加工。 第一节数控铣床的分类
数控铣床的分类方法与通用机床类似，通常可以分为立式数控铣床、卧式数控铣床、立卧两用数控铣床。 一、立式数控铣床
立式数控铣床的应用范围在数控铣床中最为广泛。立式数控铣床主要用于水平面内的型面加工，增加数控分度头后，可在圆柱表面加工曲线沟槽。小型立式数控铣床与普通立式升降台铣床的工作原理相差不大，机床的工作台可以自由移动，但是升降台和主轴固定不动；中型立式数控铣床的工作台通常可以纵向和横向移动，主轴可沿垂直方向的溜板上下移动；大型立式数控铣床在设计过程中通常要考虑扩大行程、缩小占地面积以及刚性等技术上的问题，所以往往采用龙门架移动式，主轴可在龙门架的横向和垂向方向的溜板上移动，龙门架床身纵向移动。 从数控系统控制的坐标数量来分，立式数控铣床可分为2.5坐标数控立式铣床、3坐标数控立式铣床、4坐 标数控立式铣床和5坐标数控立式铣床。目前3坐标数控立式铣床应用最广，可进行3坐标联动加工。部分机床3个坐标中只能进行任意2个坐标联动加工，通常这种机床成为2.5坐标数控立式铣床。所谓4坐标数控立铣和5坐标数控立铣，是指机床除了3个坐标可以联动加工外，机床主轴还可以绕3个坐标轴中的一个或两个轴作摆角运动。图1－1是一台3坐标数控立式铣床。 图1－1 三坐标数控立式铣床
一般来说，机床控制的坐标轴越多，尤其是要求联动的坐标轴越多，机床的功能就越齐全，机床的加工范围和加工对象也就越广，但是与之对应的机床结构和数控系统更加复杂，编程难度更大，设备更加昂贵。为了提高数控立铣的生产效率，通常可以采用自动交换工作台，这样的结构大大减少零件装卸的辅助工作时间。除此之外，还可以通过附加数控转盘、增加靠模装置、采用气动或液压的多工位夹具等方法来提高数控立铣的生产效率。
二、卧式数控铣床
卧式数控铣床的主轴轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充机床功能，卧式数控铣床经常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标轴联动加工。这样，不仅工件侧面上的连续回转轮廓能加工出来，而且能实现在工件的一次装夹中，通过转盘改变工位，实现四面加工。万能数控转盘还可以把工件上不同空间角度的加工面摆成水平面来加工。因此，对于箱体类零件或在一次安装中需要改变工位的工件来说，应该优先考虑选择带书空转盘的卧式数控铣床进行加工。图1－2是一台卧式数控铣床。
图1－2 卧式数控铣床
由于卧式数控铣床增加了数控转盘，所以很容易对工件进行“四面加工”，且在很多方面胜过带数控转盘的立式数控铣床，因此目前越来越受到重视。卧式数控铣床的横向运动是连续的，所以和通用卧式铣床相比，它没有固定圆盘铣刀刀杆的移出拖板和托架。
三、立卧两用数控铣床
这类数控铣床目前应用比较广泛。立卧两用数控铣床的主轴方向可以更换，能在一台机床上既实现立式加工，又能实现卧式加工，因此其适用范围更广、功能更齐全，尤其进行批量小、品种多的生产，且需要立、卧两种加工方式时，这种数控机床的优点就体现出来了。
立卧两用数控铣床主轴方向的更换方法有自动和手动两种。采用数控万能主轴头的立卧两用数控铣床，其主轴头可以任意改变方向，加工出与水平面成不同角度的工件表面。当立卧两用数控铣床增加数控转盘以后，甚至可以对工件进行“五面加工”。所谓“五面加工”就是除了工件与转盘贴合的定位面外，其余表面都可以在一次安装中进行加工。
口袋领域可以预见，带有数控万能主轴头的立卧两用数控铣床或者加工中心将是今后国内外数控
机床生产的重点，代表了数控机床的发展方向。
第二节XKA5750数控铣床
XKA5750数控立式铣床是北京第一机床厂生产的带有万能铣头的立卧两用数控铣床，可以实现三坐标联动，能够铣削具有复杂曲线轮廓的零件，如凸轮、模具、样板、叶片、弧形槽等零件。
一、机床的基本构成及基本运动
图1－3是XKA5750数控立式铣床的外形图，该机床由机床本体部分和控制部分构成。对于机床本体部分，由底座1、床身5、升降滑座16、滑枕8、工作台13、万能铣头9、各个方向的伺服进给机构、限位装置等构成。而控制部分则包括数控柜10、操作面板11等。
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图1－3 XKA5750数控立式铣床
1－底座2－伺服电动机3、14－行程限位挡铁4－强电柜
5－床身6－横向限位开关7－后壳体8－滑枕
转动积木9－万能铣头10－数控柜11－按钮站12－纵向限位开关
13－工作台15－伺服电动机16－升降滑座
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小型干扰芯片在图1－3所示的坐标系中，数控铣床存在这样一些运动：工作台13由伺服电机15带动在升降滑座16上作纵向移动（X轴方向）；伺服电机2带动升降滑座16作垂直升降运动（Z轴方向）；滑枕8作横向进给运动（Y方向）。
XKA5750数控立式铣床是立卧两用的数控铣床，其万能铣头不仅可以将铣头主轴调整到立式或卧式位置，而且还可以在前半球面内使主轴中心线处于任意空间角度。万能铣头立卧两个加工位置如图1－4所示。
图1－4 万能铣头立卧两个加工位置
二、机床的主要技术参数
工作台面积（宽×长）500mm×l600mm；
工作台纵向行程1200mm
滑枕横向行程 700㎜
工作台垂直行程 500㎜
主轴锥孔 ISO 50
主轴端面到工作台面距离 50~500㎜
主轴中心线到床身立导轨面距离 28~728㎜
主轴转速 50~2500r/min
进给速度：纵向（X向） 6~3000㎜/min
横向（Y向） 6~3000㎜/min
垂向（Z向） 3~1500㎜/min
快速移动速度：纵向、横向 6000㎜/min
垂向 3000㎜/min
主轴电动机功率 11KW
进给电动机扭矩：纵向、横向 9.3N·m
垂向 13N·m
润滑电动机功率： 60W
冷却电动机功率： 125W
机床外形尺寸（长×宽×高） 2393㎜×2264㎜×2180㎜控制轴数 3（可选4轴）
最大同时控制轴数 3
最小设定单位 0.001㎜/0.0001英寸
插补功能直线/圆弧
编程功能多种固定循环、用户宏程序程序容量 64K
显示方法 9英寸单CRT
三、机床的传动系统
1．主传动系统
图1－5是XKA5750数控铣床的传动链示意图。主运动是铣床主轴的旋转运动，由装在滑枕后部的交流主轴伺服电动机驱动，电动机的运动通过速比为1：2.4的一对弧齿同步齿形带轮传到滑枕的水平轴Ⅰ上，再经过万能铣头的两对弧齿锥齿轮副（33／34、26/25）将运动传到主轴Ⅳ，主轴的转速范围为50~2500r／min（电动机转速范围120~6000r／min）。主轴转速在625r／min（电动机转速在1500r／min）以下是为恒转矩输出；主轴转速在625~1875r／min内为恒功率输出；超过1875r／min后输出功率下降，转速到2500r／min 时，输出功率下降到额定功率的1／3。
图1－5 XKA5750传动链示意图
2．进给传动系统
工作台的纵向（X向）进给和滑枕的横向（Y向）进给传动系统，都是由交流伺服电动机通过速比为1：
调料盒2的一对同步圆弧齿形带轮，将运动传动至导程为6mm的滚珠丝杠。升降台的垂直（Z向）进给运动为交流伺服电动机通过速比为1：2的一对同步齿形带轮将运动传到轴Ⅶ，再经过一对弧齿锥齿轮传到垂直滚珠丝杠上，带动升降台运动。垂直滚珠丝杠上的弧齿锥齿轮还带动轴Ⅸ上的锥齿轮，经单向超越离合器与自锁器相连，防止升降台因自重而下滑。
四、典型部件结构
1．万能铣头部件
万能铣头部件结构如图1－6所示，主要由前、后壳体12、5，法兰3，传动轴Ⅱ、Ⅲ，主轴Ⅳ及两对弧齿锥齿轮组成。万能铣头用螺栓和定位销安装在滑枕前端。铣削主运动由滑
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