数控铣床（加工中心）的构成及工作原理

数控铣床（加工中心）具有自动化程度高、加工精度高和生产效率高等优点。为与之相适应，就要求数控铣床（加工中心）的结构具有高刚度、高灵敏度、高抗振性、热变形小、精度保持性好和高可靠性等优点。数控铣床（加工中心）总体上是由以下几部分组成。

1.数控系统

数控系统是数控铣床（加工中心）的核心部分，它指挥数控铣床（加工中心）完成各项功能，保证加工的顺利进行。数控系统由计算机数控装置、可编程序控制器、伺服驱动系统等组成。

2.基础部件

基础部件主要是指床身、立柱、工作台等，它是数控铣床（加工中心）的基础结构，主要承担数控铣床（加工中心）的静载荷和加工时产生的切削负载。因此必须具备极高的刚度，也是数控铣床（加工中心）中质量和体积最大的部件。

工作台是数控铣床（加工中心）的重要部件，其形式尺寸往往体现了数控铣床（加工中心）的规格和性能。数控铣床（加工中心）一般采用上表面带有T形槽的矩形工作台。T形槽主要用来协助装夹工件，不同工作台的T形槽的深度和宽度不一定相同。数控铣床（加工中心）工作台的四周往往带有凹槽，以便于冷却液的回流和金属屑的清除。

某些卧式数控铣床（加工中心）还附带有分度工作台或数控回转工作台。分度工作台一般都用T形螺钉紧固在铣床的工作台上，可使工件回转一定角度。数控回转工作台主要出现在多坐标控制卧式数控铣床中，其分度工作由数控指令完成，增加了机床的自动化程度。

3.主轴部件

主轴部件是数控铣床（加工中心）的重要部件之一，它包括主轴、主轴支承、主轴准停装置、主轴端部结构等。主轴部件质量的好坏直接影响加工质量，不同的数控铣床（加工中心）在主轴结构上有些区别，但大同小异。不管哪类数控铣床（加工中心），其主轴部件都应满足部件的结构刚度和抗振性、主轴的回转精度、热稳定性、耐磨性和精度保持能力等几个方面的要求。

4.运动传动系统

运动传动系统包括主传动系统和进给传动系统两部分。

（1）主传动系统

主传动系统是传递切削转速和功率的装置，主要保证主轴有足够的转速范围、足够的功率及转矩。数控铣床（加工中心）的主轴电动机主要采用直流主轴电动机和交流主轴电动机，实现主运动的无级调速。

直流主轴伺服电动机的研制较早，驱动技术成熟，使用比较普及；但电刷结构容易烧毁，必须定期维修。近年来，新一代高功率交流电动机研制成功、交流变频技术的发展，且交流主轴电动机具有没有电刷结构、不产生火花，维护方便和使用寿命长等优点，使交流主轴电动机应用更加广泛，逐渐成为数控铣床主传动系统的主要驱动元件。(www.xing528.com)

无级变速是指主轴转速直接由主轴电动机的变速来实现，其配置方式通常有两种。

1）主轴电动机通过带传动驱动主轴转动。这种传动方式在加工过程中传动平稳、噪声小，但主轴输出转矩较小，因而主要用于小型数控铣床上。

2）主轴电动机直接驱动主轴转动。这种传动方式大大简化了主轴箱与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度。这种传动方式同样存在主轴输出转矩小的缺点，且电动机的发热对主轴精度影响较大，所以主要用于小型数控铣床。

注：在无级变速中目前还有一种分段无级变速，主要用在大中型数控铣床和部分要求强切削力的小型数控铣床中。为了满足加工转矩的要求，在无级变速的基础上增加齿轮变速机构，使之成为分段无级变速。

（2）进给传动系统

数控铣床（加工中心）进给传动系统是把进给伺服电动机的旋转运动转变为工作台或刀架的直线运动的机械结构，如图1-4所示，其性能好坏直接影响工件的加工精度。大部分数控铣床（加工中心）的进给传动系统都包括齿轮传动副、滚珠丝杠螺母副以及导轨等。

图1-4 伺服进给系统

5.自动换刀装置（ATC）

自动换刀装置是加工中心区别于其他机床的主要标志，由刀库、机械手等组成。自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、具有足够的刀具储存量、刀库占地面积小等基本要求。

6.辅助装置

辅助装置包括液压系统、气动系统、润滑系统、冷却系统等。它们虽然没有直接参与切削运动，但对加工中心的效率、加工精度和可靠性起着保障作用，是数控铣床（加工中心）中不可忽略的部分。