数控铣床

数控铣床又称CNC(Computer Numerical Control)铣床。英文意思是用电子计数字化信号控制的铣床。

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的一种自动加工设备，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似。数控铣床有分为不带刀库和带刀库两大类。其中带刀库的数控铣床又称为加工中心。

数控铣床的基本组成主要包括I/O装置、数控装置、伺服驱动装置、测量反馈装置、辅助装置以及机床本体共六部分。

（1）I/O装置：用于数控加工或运动控制程序、加工与控制数据、机床参数以及坐标轴位置、检测开关的状态等数据的输入/输出。常见的I/O装置包括键盘、显示器以及台式计算机、便携式计算机等。

（2）数控装置：数控系统的核心，由I/O接口线路、控制器、运算器和存储器等组成。它负责将输入装置输入的数据进行编译、运算和处理，输出各种信息和指令，用以控制机床的各部分进行规定的动作。

（3）伺服驱动装置：通常由伺服放大器(也称驱动器、伺服单元)和执行机构(如交流伺服电动机、直线电动机或步进电动机)等部分组成，负责接收数控装置发出的指令，驱动机床坐标轴运动。

（4）测量反馈装置：闭环(半闭环)数控机床的检测环节，通过测量元件(如脉冲编码器、旋转变压器、光栅等)将执行元件或工作台等的实际速度和位移检测出来，反馈给伺服驱动装置或数控装置，以提高运动机构精度。

（5）辅助装置：包括润滑系统、冷却系统、排屑装置等，为数控铣床的正常运行提供必要的辅助支持。

（6）机床本体：数控铣床的主体部分，包括床身、立柱、工作台、主轴等结构件，是完成切削加工的主要场所。

数控铣床工作原理

数控铣床的工作原理可以概括为“输入程序→编译处理→输出控制→执行动作→检测反馈→调整优化”的循环过程。

1、输入程序：操作者根据加工要求，使用编程软件编制加工程序，并通过I/O装置输入到数控装置中。

2、编译处理：数控装置对输入的加工程序进行编译、运算和处理，生成各坐标轴需要移动的脉冲数、进给速度、进给方向等控制信息。

3、输出控制：数控装置将处理后的控制信息输出给伺服驱动装置，伺服驱动装置根据控制信息驱动执行机构(如伺服电动机)运动。

4、执行动作：在伺服电动机的驱动下，机床坐标轴按照预定的轨迹和速度运动，带动刀具对工件进行切削加工。

5、检测反馈：测量反馈装置实时检测执行元件或工作台等的实际速度和位移，并将检测结果反馈给数控装置或伺服驱动装置。

6、调整优化：数控装置根据反馈信息进行调整和优化控制策略，以确保机床的加工精度和稳定性

一、数控铣床的特点

1、高精度加工：数控铣床采用数字控制系统控制刀具与工件的相对运动，可以实现高精度的加工。其加工精度可以达到微米级甚至更高，能够满足各种高精度零件的加工需求。

2、高效率加工：数控铣床具有自动化程度高、加工速度快的特点。它可以一次性装夹多个工件，实现多道工序的连续加工，大大提高了生产效率。此外，通过优化加工程序和切削参数，数控铣床还能进一步提高加工效率。

3、灵活性强：数控铣床可以根据不同的加工需求，灵活更换不同的刀具和夹具，实现多种加工形式。这使得数控铣床在加工复杂零件时具有更强的适应性。

4、自动化程度高：数控铣床的加工过程由计算机程序控制，可以实现全自动化加工。这不仅降低了操作人员的劳动强度，还避免了人为因素对加工精度的影响，提高了加工质量。

5、智能化程度高：随着人工智能技术的不断发展，现代数控铣床已经具备了智能化的特点。它可以根据加工过程中的实时数据反馈，自动调整加工参数和切削速度，优化加工过程，提高加工效率和加工质量。

6、加工范围广泛：数控铣床可以加工各种材料、形状和尺寸的零件，包括平面、曲面、孔、槽等各种结构形式。这使得数控铣床在航空、汽车、模具、精密机械等领域具有广泛的应用前景。

二、数控铣床的用途

数控铣床主要用于加工各种形状复杂的零件，广泛应用于以下领域：

1、机械制造：数控铣床在机械制造领域具有重要地位，可以加工各种机械零件，如齿轮、轴承座、联轴器等。

2、航空航天：在航空航天领域，数控铣床用于加工飞机发动机零件、飞机结构件、航天器结构件等高精度、高要求的零件。

3、汽车制造：数控铣床在汽车制造中用于加工汽车发动机零件、汽车底盘零件、汽车车身零件等，提高汽车制造的精度和效率。

4、模具制造：数控铣床在模具制造领域有广泛应用，可以加工塑料模具、压铸模具、冲压模具等复杂模具。

5、电子制造：数控铣床还用于加工电子行业的各种零件，如电路板、散热器、连接器等。

6、医疗器械：在医疗器械领域，数控铣床用于加工手术器械、假肢、矫形器等医疗器械零件。

7、艺术品与工艺品：数控铣床还具备雕刻功能，可以加工木雕、石雕、金属工艺品等艺术品和工艺品。

一、日常保养

日常保养是数控铣床维修保养的基础，主要目的是保持机床的清洁、润滑和正常运行。具体内容包括：

1、清洁工作：

清除工作台、基座等处的污物和灰尘，以及机床表面上的机油、冷却液和切屑。

清理风箱式护罩、电气控制箱内部，保持其干净无杂物。

清理导轨滑动面上的刮垢板，确保滑动面光滑无阻碍。

2、润滑保养：

检查各润滑油箱及主轴润滑油箱的油面，确保油位处于合适位置。

定期检查润滑油的油质和油温，确保润滑油的清洁度和润滑性能。

使用轻油或其他同类油冲洗机床的丝杠等暴露部位，清除灰尘和切屑。

3、紧固与调整：

检查并紧固机床各部件的紧固件，防止松动。

校准工作台及床身基准的水平状态，必要时进行调整。

4、安全检查：

检查各限位开关、接近开关及其周围表面，确保其正常工作。

检查电气系统的线路、电器元件和电机是否正常，避免电气故障。

二、定期保养

除了日常保养外，数控铣床还需要进行定期保养，以全面检查机床的各项性能和精度。定期保养的周期和内容可以根据机床的使用情况和制造商的建议来确定，一般包括以下几个方面：

1、深度清洁：

对机床进行全面深度清洁，包括控制面板、主轴锥孔、刀具车、刀库刀臂及刀仓等部件。

清理冷却液软管及液面，清理管内及冷却渣槽内的切屑等污物。

2、精度检查与调整：

检查机床的各坐标轴是否处在原点上，调整其精度。

测量各进给坐标轴的反向间隙，必要时进行调整或补偿。

3、液压系统检查：

检查机床液压系统是否漏油，确保液压装置、管路及接头无松动、无磨损现象。

检查油压单元管是否有渗漏现象，确保液压系统的稳定运行。

4、电气系统检查：

清理电气控制箱内部，检查电缆及接线端子是否接触良好。

检查各电磁阀、行程开关、接近开关等电气元件是否能正常工作。

5、传动系统检查：

检查传动系统的皮带、齿轮、轴承等部件的磨损情况，及时更换磨损严重的部件。

调整传动系统的松紧度和间隙，确保传动系统的稳定性和精度。

三、专业维护与保养

除了日常和定期保养外，数控铣床还需要进行专业的维护与保养，以确保机床的长期稳定运行和加工精度。具体内容包括：

1、更换润滑油和液压油：

定期更换机床内的润滑油和液压油，清洗油滤及油箱内部。

2、校准与调整：

对机床的各项参数进行校准和调整，确保其符合加工要求。

3、软件升级：

根据需要升级机床的数控系统软件，以提高机床的性能和稳定性。

4、培训操作人员：

对操作人员进行培训，提高其操作技能和维护保养意识。培训内容包括设备的操作规程、安全注意事项、维护保养知识等。

四、维修注意事项

在进行数控铣床的维修保养时，需要注意以下几点：

1、安全第一：

在进行维修保养前，必须切断机床的电源和气源，确保机床处于安全状态。

穿戴好劳保用品，如安全帽、防护眼镜、防护服等，确保个人安全。

2、专业操作：

维修保养工作应由具有专业知识和技能的工程师进行，避免非专业人员操作导致机床损坏或安全事故。

3、记录与归档：

对维修保养过程进行详细记录，包括维修时间、维修内容、更换的零部件等。

将维修保养记录归档保存，以便后续查阅和参考。

一、工艺准备

1、图纸分析与编程：

首先，根据加工零件的图纸进行详细分析，确定加工方法、工艺参数及刀具路径。

使用CAM(计算机辅助制造)软件进行编程，生成控制机床动作的数控代码(如G代码)。

2、刀具与夹具选择：

根据加工零件的材料、形状、尺寸及精度要求，选择合适的刀具(如立铣刀、球头铣刀等)和夹具。

确保刀具和夹具的安装牢固，能够满足加工过程中的稳定性和精度要求。

3、机床准备：

检查数控铣床的各项功能是否正常，包括数控系统、伺服驱动系统、主轴及进给系统等。

进行机床的预热和校准，确保机床在加工过程中保持最佳状态。

二、工艺实施

1、工件装夹：

将待加工工件安装到夹具上，并调整工件的位置和角度，确保与机床坐标系对齐。

使用压板、螺栓等夹紧装置将工件牢固固定在夹具上，防止加工过程中发生移动或变形。

2、对刀与校准：

使用对刀仪或试切法对刀具进行校准，确定刀具在机床坐标系中的准确位置。

检查并调整刀具的切削参数(如切削速度、进给量、切削深度等)，以满足加工要求。

3、自动加工：

将编程好的数控代码输入到数控系统中，并启动自动加工模式。

数控系统根据代码指令控制机床各轴的运动，驱动刀具按照预定的路径对工件进行切削加工。

4、监控与调整：

在加工过程中，通过数控系统的监控界面实时观察机床的运行状态和加工情况。

如发现异常情况(如刀具磨损、工件松动等)，及时停机检查并调整，确保加工质量和安全。

三、工艺结束与后续处理

1、工件检验：

加工完成后，使用测量工具(如三坐标测量机、游标卡尺等)对工件进行检验，确保各项尺寸和精度指标符合要求。

记录检验结果，并根据需要进行修正或返修。

2、机床清理与维护：

清理机床工作区域和机床内部，去除切屑、油污等杂物。

检查机床各部件的磨损情况，并进行必要的维护和保养(如更换润滑油、紧固螺丝等)。

3、文档整理与归档：

整理加工过程中的图纸、编程代码、检验记录等文档资料。

将文档资料归档保存，以便后续查阅和参考。

四、工艺优化与持续改进

1、数据分析：

对加工过程中的数据进行收集和分析(如加工时间、刀具寿命、切削参数等)。

通过数据分析找出加工过程中的瓶颈和问题点，为工艺优化提供依据。

2、工艺优化：

根据数据分析结果和实际操作经验，对加工工艺进行优化(如调整切削参数、更换刀具等)。

通过试验验证优化效果，并不断完善和提高加工工艺水平。

3、技术培训与交流：

组织数控铣床工程师进行技术培训和学习交流，提高团队的技术水平和综合素质。

分享加工经验和成功案例，促进技术创新和工艺改进。

一、操作前准备

1、着装规范：

工作人员进入车间时，应穿好工作服，大袖口要扎紧，衬衫要系入裤内。女生需戴安全帽，并将发辫纳入帽内。禁止穿凉鞋、拖鞋、高跟鞋、背心、裙子和戴围巾进入车间。

严格遵守劳动保护制度，确保个人安全。

2、熟悉机床：

在操作前，必须熟悉数控铣床的一般性能、结构、传动原理及控制程序，掌握各个操作按钮、指示灯的功能及操作程序。

严禁在不熟悉机床构造和按钮功能的情况下进行操作，以避免安全事故和机床损坏。

3、检查机床状态：

检查机床电气控制系统是否正常，润滑系统是否畅通、油质是否良好，并按规定要求加足润滑油。

检查各操作手柄是否正确复位，工件、夹具及刀具是否已夹持牢固，冷却液是否充足。

开慢车空转3～5分钟，检查各传动部件是否正常。

二、操作过程中

1、合理安排工艺路径：

合理安排走刀的工艺路径，对于铣削加工非常重要。无论是顺铣还是逆铣，只要铣削力的方向与工件的夹持方向一致，就有利于消除振动。

2、使用锋利刀片：

使用锋利的刀片来降低数控铣床的切削力。非涂层刀片通常比涂层刀片要锋利，因为涂层刀片刃口需进行钝化处理以保证涂层粘结强度。

3、注意切削参数：

当切深一定时，使用小的刀尖圆弧半径可以降低切削力，特别是径向切削力，这有助于减少细长杆类刀具或工件的振动。

4、严禁违规操作：

严禁在机床周围放置障碍物，确保机床有足够的工作空间。

严禁在机床运行过程中擅自离岗，必须密切关注加工过程。

严禁私自打开数控系统控制柜进行观看和触摸，不得随意更改机床内部参数。

5、安全操作习惯：

严禁用手接触刀尖和铁屑，铁屑必须用铁钩子或毛刷来清理。

在操作过程中，如果触屏出现输入反应问题或系统自检延迟输入时间时，严禁用力拍打控制面板、触摸显示屏。

三、加工完成后

1、清理与保养：

加工完成后，及时清理机床上的铁屑、冷却液等污物，保持机床清洁。

检查并加注各部位润滑油，确保机床润滑系统畅通。

2、关闭机床：

操作人员离开数控设备前，必须按说明书的要求关机并切断电源，确保机床安全。

四、日常维护与保养

1、定期检查：

定期对机床各部位进行检查，包括液压系统、润滑系统、冷却系统、急停按钮、行程限位开关等，以便及时发现问题并消除隐患。

2、保持环境整洁：

数控铣床对使用环境有一定要求，必须保持环境干净整洁，避免太潮湿或粉尘过多，特别要避免腐蚀性气体。

3、详细记录：

认真填写数控铣床的工作日志，记录机床的运行情况和维护保养情况，为维修人员提供第一手资料。

一、电源故障

故障表现：

数控铣床无法启动或突然停机。

排除方法：

检查电源插口是否牢固，电源线是否破损，开关是否完好。

如果电源线路正常，可能是电源模块故障，需更换电源模块。

二、主轴故障

故障表现：

主轴电机无法正常工作，有异响或振动。

排除方法：

检查主轴电机是否正常，包括电机轴承和齿轮。

如发现轴承或齿轮损坏，需拆解检查并修复或更换。

三、进给轴故障

故障表现：

进给轴精度异常、运动不流畅或无法运动。

排除方法：

检查伺服电机是否正常工作，电机控制线路是否断路或短路。

如电机和线路正常，可能是机械传动部件如丝杠、轴承等故障，需更换损坏部件。

四、刀库故障

故障表现：

刀具无法夹紧、换刀无反应等。

排除方法：

检查刀库电机是否正常工作，换刀机构是否卡滞。

如电机和换刀机构正常，可能是刀库传动部件如轴承、链条等故障，需更换损坏部件。

五、显示屏故障

故障表现：

显示屏无法正常显示或显示不完整。

排除方法：

检查显示屏控制板是否正常工作，线路是否断路或短路。

如控制板和线路正常，可能是显示屏本身故障，需更换显示屏。

六、进给传动系统常见故障

1、超程：

故障表现：进给运动超过软限位或硬限位，导致报警。

排除方法：根据数控系统说明书，调整或解除限位设置，排除故障并解除报警。

2、过载：

故障表现：进给运动载荷过大、频繁正反向运动或传动链润滑不良导致过载报警。

排除方法：检查传动链润滑状态，调整载荷，必要时更换伺服电动机或传动部件。

3、窜动：

故障表现：进给时出现窜动现象，影响加工精度。

排除方法：检查测速信号和速度控制信号的稳定性，调整或更换相关部件。

4、爬行：

故障表现：启动加速段或低速进给时出现爬行现象。

排除方法：检查进给传动链的润滑状态，调整伺服系统增益，确保伺服电动机和滚珠丝杠同步转动。

5、振动：

故障表现：铣床高速运行时产生振动，影响加工质量。

排除方法：检查速度调节器和相关反馈信号，调整速度环参数，必要时更换速度调节器或相关部件。

七、其他常见故障

1、开机不上电：

故障原因：输入电源不正确、接线不正确或接线端子松动。

排除方法：按要求输入正确电源，正确接线并压紧接线端子。

2、主轴温升超标：

故障原因：轴承损伤、锁紧螺母过紧。

排除方法：更换轴承，调整锁紧螺母。

3、主轴精度超标：

故障原因：轴承损坏、调整不当、主轴内孔磨损等。

排除方法：换轴承或调整，必要时更换主轴。

4、导轨故障：

故障原因：导轨润滑不良、导轨磨损等。

排除方法：检查导轨润滑状态，调整间隙并加足润滑油;如导轨磨损严重，需进行修复或更换。