数控镗铣加工机床设计优化

镗铣加工机床是利用刀具旋转实现金属材料切削的加工设备，其切削主运动主要通过刀具的旋转实现，因此，主轴的主要作用是带动刀具旋转，其主轴控制功能同样包括速度（刀具转速）控制、螺纹切削和位置控制3类。

1.速度控制

速度控制同样是镗铣加工数控机床的基本功能。数控镗铣床的铣削加工和孔加工如图7-3所示，它需要通过刀具旋转实现加工。加工时的切削速度与刀具转速、刀具直径有关，其计算式如下：

式中，v为切削速度（m/min）；n为刀具转速（r/min）；D为刀具直径（mm）。

图7-3 数控镗铣床的铣削加工和孔加工

2.螺纹切削

镗铣加工数控机床的螺纹切削通常以丝锥“攻螺纹”的方式实现，它有柔性攻螺纹和刚性攻螺纹两种方式。

柔性攻螺纹的丝锥可通过轴向的伸缩补偿导程，因此，加工时只需要保证攻螺纹时的丝锥（主轴）转速和轴向（通常为Z轴）进给速度大致匹配，就可实现攻螺纹，故实际上不需要进行主轴和Z轴的同步控制。(www.xing528.com)

刚性攻螺纹的丝锥和刀柄为刚性连接，丝锥的轴向进给必须和丝锥的旋转保持同步，以保证丝锥旋转360°，轴向进给为1个螺距。刚性攻螺纹一般也可通过丝锥进给轴（Z轴）跟随主轴同步运动的方式实现，因此，其主轴同样需要安装位置（角位移）检测的编码器。进行攻螺纹加工时，CNC可直接将主轴的位置检测脉冲，转换为丝锥进给轴的进给脉冲，以控制进给运动，实现丝锥进给轴和主轴回转角的同步。

3.位置控制

镗铣加工数控机床的刀具安装在主轴上，为了传递切削加工转矩，刀具与主轴间一般需要通过图7-4所示的键进行啮合。因此，在加工中心等具有刀具自动交换功能的机床上，换刀时必须保证主轴和机械手（或刀库）上的刀具的键，具有相同的位置，这就需要主轴具有在特定角度上准确定位停止的功能，这一功能称为主轴的定向准停（Spindle Orientation）控制功能。

图7-4 主轴定向准停控制要求

主轴定向准停功能还可用于反向镗孔、精密镗孔等特殊加工。例如，在精密镗孔加工时，为了消除退刀痕，在镗刀加工至孔底面后，可通过主轴定向准停，将刀尖定位到某一方向，然后通过刀尖反方向的平移，使刀尖脱离工件表面，然后退出Z轴，以避免退刀痕等。

主轴定向准停控制只要求主轴能够停止并保持在某一固定的角度上，它有两种常用的实现方式：一是利用接近开关等传感器检测主轴位置，实现固定位置的定位；二是用编码器检测主轴位置，实现360°范围内任意位置的定位，它又称主轴定位（Spindle Positioning）控制功能。

在铣车复合机床上，主轴定向准停功能还可用于车削加工。例如，在图7-5a所示的铣车复合加工中心上，当机床安装有卧式高速数控转台（A轴）时，当主轴换上车刀，并通过定向准停和锁紧功能固定车刀后，将A轴切换至高速旋转的速度控制模式，机床便可像卧式数控车床那样，通过X、Z轴的运动，对A轴上的工件进行图7-5b所示的轴类零件外圆、端面等车削加工。如果机床安装有立式高速数控转台（C轴），则可像立式数控车床那样，通过C轴速度在控制模式的高速旋转，进行图7-5c所示的法兰类零件的外圆、端面等车削加工。