任务2.2.2 机床调整与加工
一、机床传动系统分析
键槽铣削
1.主传动传动链分析
图2.2.2 所示是XKA5750 型数控铣床的传动系统图。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。转速范围为50～2 500 r／min（电动机转速范围120～600 r／min）。当主轴转速在625 r／min（电动机转速在1 500 r／min）以下时，是恒转矩输出；主轴转速在625～1 875 r／min 内时，为恒功率输出；超过1 875 r／min 后，输出功率下降；转速到2 500 r／min 时，输出功率下降到额定功率的1／3。
图2.2.2 XKA5750 型数控铣床的传动系统图
内轮廓铣削
2.进给运动传动链分析
工作台的纵向进给和滑枕的横向进给传动系统是由交流伺服电动机通过速比为1 ∶2 的一对同步圆弧齿形带轮，将运动传动至导程为6 mm 的滚珠丝杠。图2.2.3 所示是工作台纵向传动结构。交流伺服电动机20 的轴上装有圆弧齿同步齿形带轮19，通过同步齿形带14 和装在丝杠右端的同步齿形带轮11 带动丝杠2 旋转，使底部装有螺母1 的工作台4 移动。装在伺服电动机中的编码器将检测到的位移量反馈回数控装置，形成半闭环控制。同步齿形带轮与电动机轴，以及与丝杠之间的连接采用锥环无键式连接，这种连接方法不需要开键槽，而且配合无间隙，对中性好。滚珠丝杠两端采用角接触球轴承支承，右端支承采用三个7602030TN／P4TFTA 轴承，精度等级P4，径向载荷由三个轴承分担。两个开口向右的轴承6、7 承受向左的轴向载荷，向左开口的轴承8 承受向右的轴向载荷。轴承的预紧力由两个轴承7、8 的内、外圈轴向尺寸差实现，当用螺母10 通过隔套将轴承内圈压紧时，外圈因为比内圈轴向尺寸稍短，仍有微量间隙，用螺钉9通过法兰盘12 压到轴承外圈时，就会产生预紧力。调整时，修磨垫片13 厚度尺寸即可。丝杠左端的角接触球轴承（7602025TN／P4），除承受径向载荷外，还通过螺母3 的调整，使丝杠2 产生预拉伸，提高丝杠的刚度和减小丝杠的热变形。5 为工作台纵向移动时的限位行程挡铁。
3.垂直方向进给运动分析
升降台的垂直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。
图2.2.4 所示是升降台升降传动结构。交流伺服电动机1 经一对齿形带轮2、3 将运动传到传动轴Ⅶ，轴Ⅶ右端的弧齿锥齿轮7 带动锥齿轮8 使垂直滚珠丝杠Ⅷ旋转，升降台上升下降。传动轴Ⅶ由左、中、右三点支承，轴向定位由中间支承的一对角接触球轴承来保证，由螺母4 锁定轴承与传动轴的轴向位置，并对轴承预紧，预紧量用修磨两轴承的内外圈之间的隔套5、6 厚度来保证。传动轴的轴向定位由螺钉25 调节。垂直滚珠丝杠螺母副的螺母24 由支承套23 固定在机床底座上，丝杠通过锥齿轮8 与升降台连接，其支承由深沟球轴承9 和角接触球轴承10 承受径向载荷；由D 级精度的推力圆柱滚子轴承11承受轴向载荷。图中轴Ⅸ的实际安装位置是在水平面内，与轴承的轴线呈90°相交（图中为展开画法）。
图2.2.3 工作台纵向传动结构图
1、3、10—螺母；2—丝杠；4—工作台；5—限位形成挡铁；6、7、8—轴承；9、15—螺钉；11、19—同步齿形带轮；12—法兰盘；13—垫片；14—同步齿形带；16—外锥环；17—内锥环；18—端盖；20—交流伺服电动机。
外轮廓铣削
图2.2.4 升降台升降传动结构
1—交流伺服电动机；2、3—齿形带轮；4、18、24—螺母；5、6—隔套；7、8、12—锥齿轮；9—深沟球轴承；10—角接触球轴承；11—滚子轴承；13—滚子；14—外环；15、22—摩擦环；16、25—螺钉；17—端盖；19—蝶形弹簧；20—防转销；21—星轮；23—支撑套。
二、机床的调整与操作
1.刀具与切削用量的选择
铣床所用的刀具多采用高速钢和硬质合金刀具。刀具参数请参阅有关手册及产品样本。
常用刀具材料的性能比较参照表2.2.2。
表2.2.2 常用刀具材料的性能比较参照
铣削加工的切削用量包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：首先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择进给速度，最后确定切削速度。
（1）背吃刀量ap 或侧吃刀量ae
背吃刀量ap 为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，ap 为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量ae 为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，ae 为被加工表面宽度；而圆周铣削时，ae 为切削层深度。
（2）进给量f 与进给速度vf 的选择
铣削加工的进给量f（mm／r）是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量；进给速度vf（mm／min）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给速度与进给量的关系为vf ＝n f（n 为铣刀转速，单位r／min）。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或通过选取每齿进给量fz，再根据公式f ＝zfz（z 为铣刀齿数）计算。
铣刀每齿进给量参考值见表2.2.3。
表2.2.3 铣刀每齿进给量参考值
（3）切削速度vc
铣削的切削速度vc 与刀具的耐用度、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。铣削加工的切削速度vc 可参考表选取，也可参考有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。
铣削加工的切削速度参考值见表2.2.4。
表2.2.4 铣削加工的切削速度参考值
2.数控铣床程序的输入
（1）铣50 ×50 的正方形（表2.2.5）
表2.2.5 铣轮廓的程序
（2）铣菱形（表2.2.6）
表2.2.6 铣菱形程序
（3）钻中心孔（表2.2.7）
表2.2.7 钻中心孔程序
（4）钻12 通孔（表2.2.8）
表2.2.8 钻12 通孔程序
3.工件的加工
（1）实操操作步骤
①开机。
打开电源→点击绿色NC 开关→启动数控系统→解除急停→按下复位→点击加载伺服使能。
②返回零点。
选择手动模式→按下回零按钮→依次按下面板上的+Z、+X、+Y 按钮→等待机床回零标识出现。
③安装夹具并找正。
清洁机床工作台和虎钳安装表面→将虎钳放置在工作台中间位置，钳口与X 方向大致平行，稍微拧紧锁紧螺母→将百分表吸附在主轴上，调整表头靠近钳口→采用手摇脉冲操作方式，沿Y方向移动工作台，并使百分表接触钳口，指针转动两圈左右→沿X 方向移动工作台，观察指针的跳动，调整虎钳位置，使钳口的跳动控制在0.01 mm 之内→将虎钳紧固在工作台上→张开虎钳，使钳口略大于工件宽度，清洁钳口和工件表面，将工件放入钳口中，工件基准面与钳口贴紧→转动虎钳手柄夹紧工件，同时用铜棒轻微敲击工件，使其与钳口表面贴实→用百分表检查工件是否上翘→取下百分表。
④安装刀具。
左手握住刀柄，将刀柄的缺口对准主轴端面键→右手按换刀按钮，直到刀柄锥面与主轴锥孔完全贴合→确认刀具确实被拉紧后才能松手。
⑤输入加工程序。
选择“程序管理”操作区→按动“新程序”键→输入新程序名（如：sk01）→按“确认”键接收输入。
⑥模拟。
在自动加工5 模式下，按模拟键进行程序校验（模拟状态下机床应处于锁定状态，PRT 指示灯需打开），进入屏幕显示初始状态→按“CYCLESTAR 循环启动”开始模拟所选择的零件程序。
⑦试切法对刀。
按“参数操作区域键”→设置刀具半径补偿值（设定的刀具数据必须和所对刀的刀具或寻边器半径值相同）→选择“MDA 方式”→输入主轴旋转指令和主轴转速（M03 S600）→按“循环启动键”，主轴启动→按“测量工件”软键→打开手轮盒上的开关→选择要移动的轴→调整手轮倍率100、10 或1 使刀具靠近工件，并与工件发生微量切削→设置对刀参数，“存储在”选择将要设置的工件坐标系→“设置位置到”输入刀具距离工件原点的长度→按软键“计算”，计算结果将显示在“偏置”里，并存储在零点偏置数据库，分别确定工件坐标系X、Y、Z 方向的坐标零点并存储→使刀具退出工件上表面（Z +向），按复位键停止主轴转动。
⑧加工。
选择自动运行方式→在 “程序管理操作区域”把光标移动到被加工程序名下→按“执行”软键→按“循环启动键”执行所选零件程序→程序将自动执行直至加工结束。如图2.2.5 所示。
（2）测量记录及装卸工件
①加工结束后，根据零件图纸要求合理选用量具进行测量，并记录加工尺寸。
②根据实际尺寸调整机床。
零件加工合格后，装卸工件并填写加工报告单。
图2.2.5 加工工件图
三、机床的工装
1.刀具的安装
（1）数控加工中常用刀具、刀柄、辅具及工装夹具
在数控铣床上使用的刀具主要为铣刀，包括面铣刀、立铣刀、球头铣刀、镗孔刀等，除此以外，还有各种孔加工刀具，如钻头（锪钻、铰刀、镗刀等）、丝锥等。
①数控铣削加工常用刀具。
a.中心钻，如图2.2.6 所示。
用途：用于孔加工的预制精确定位，引导麻花钻头进行孔加工，减少加工误差。
特点：切削快，排削好。
b.麻花钻，如图2.2.7 所示。
用途：用于孔加工
特点：切削快，排削好。
c.锪孔钻，如图2.2.8 所示。
图2.2.6 中心钻
图2.2.7 麻花钻
图2.2.8 锪孔钻
（a）A 型，直柄；（b）B 型，锥柄
用途：用于工件圆孔倒棱角或钻60°、90°、120°的锥孔。
特点：可以一次完成孔口倒角加工。
d.丝锥，如图2.2.9 所示。
用途：用于加工内螺纹。
e.机用铰刀，如图2.2.10 所示。
切削平面的运动(https://www.daowen.com)
图2.2.9 丝锥
图2.2.10 机用铰刀
用途：用于铰削已加工孔，提高孔的加工精度及表面质量。
特点：齿数多，工作平稳，导向性好。
f.镗刀，如图2.2.11 所示。
用途：用于对工件上已加工的孔进行精加工，加工孔的范围较大。
特点：精度高、位置度好但加工效率较低。
g.立铣刀，如图2.2.12 所示。
图2.2.11 镗刀
图2.2.12 立铣刀
用途：用于加工内、外轮廓。
特点：刀具刀刃过中心，可垂直下刀。
②刀柄和拉钉结构，如图2.2.13 所示。
图2.2.13 刀柄和拉钉结构图
（a）BT40 刀柄；拉钉
（2）刀具安装
①安装弹簧夹头刀柄。
a.先将刀柄放入卸刀座并卡紧，如图2.2.14 所示。
b.根据刀具直径尺寸选择相应的卡簧，清洁工作表面，如图2.2.15 所示。
c.将卡簧压入锁紧螺母，如图2.2.16 所示。
图2.2.14 安装步骤图
图2.2.15 安装步骤图
图2.2.16 安装步骤图
d.把卡簧装入刀柄中，并将圆柱柄铣刀装入卡簧孔中，根据加工深度控制铣刀伸出长度，使用游标卡尺测量，如图2.2.17 所示。
e.用扳手顺时针锁紧螺母并检查，如图2.2.18 所示。
图2.2.17 安装步骤图
图2.2.18 安装步骤图
（注：当铣刀直径小于16 mm 时，一般可使用普通ER 弹簧夹头刀柄夹持；当铣刀直径大于16 mm 或切削力很大时，应采用侧固式刀柄、强力弹簧夹头刀柄或者液压夹头刀柄夹持。）
②安装面铣刀刀柄。
a.将刀柄装入卸刀，如图2.2.19 所示。
b.旋下刀柄端部螺母，如图2.2.20 所示。
c.清洁刀柄和铣刀盘装夹表面，如图2.2.21 所示。
图2.2.19 安装步骤图
图2.2.20 安装步骤图
图2.2.21 安装步骤图
d.将铣刀盘装上刀柄，使铣刀盘的缺口正对刀柄的端面键，旋紧螺母并检查，如图2.2.22所示（注：用于与面铣刀盘配套使用）。
③钻夹头刀柄。
a.将刀柄装入卸刀座，如图2.2.23 所示。
b.旋开夹头，清洁刀柄和钻头装夹表面，使钻头可装入，如图2.2.24 所示。
图2.2.22 安装步骤图
图2.2.23 安装步骤图
图2.2.24 安装步骤图
c.将钻头放入夹头，旋紧夹头并检查。
（3）手动换刀
①手动装刀。
a.确认刀具和刀柄的重量不超过机床规定的最大许用重量。
b.清洁刀柄锥面和主轴锥孔，主轴锥孔可使用主轴专用清洁棒擦拭干净。
c.左手握住刀柄，将刀柄的缺口对准主轴端面键，垂直伸入主轴内，不可倾斜，如图2.2.25 所示。
d.右手按换刀按钮，压缩空气从主轴内吹出，以清洁主轴和刀柄，按住此按钮，直到刀柄锥面与主轴锥孔完全贴合，放开按钮，刀柄即被拉紧。
e.确认刀具确实被拉紧后才能松手。
②手动卸刀。
先用左手握住刀柄，再用右手按换刀按钮（否则，刀具从主轴内掉下会损坏刀具、工件和夹等）取下刀柄（图2.2.26）。
图2.2.25 安装步骤图
图2.2.26 安装步骤图
注意事项：
①卸刀柄时，必须要有足够的动作空间，刀柄不能与工作台上的工件、夹具发生干涉。
②换刀过程中，严禁主轴运转。
③安装过程中，注意刀具割手。
④刀柄与锥孔一定要保持干净。
⑤安装过程中，一定要防止刀具跌落。
⑥刀具安装后，要习惯性地检查并确保刀具安装牢固。
2.工件安装
在数控铣床加工工件时，通常采用通用夹具（平口钳、三爪、压板等）。在选择夹具时，要考虑各种因素，尽量采用工艺合理、方便装夹、经济型的夹具。下面以平口钳为例来讲解工件在夹具上的安装步骤。
①清洁机床工作台和虎钳安装表面，如图2.2.27 所示。
②将虎钳放置在工作台中间位置，钳口与X 方向大致平行，稍微拧紧锁紧螺母，如图2.2.28 所示。
图2.2.27 安装步骤图
图2.2.28 安装步骤图
③将百分表吸附在主轴上，调整表头靠近钳口；采用手摇脉冲操作方式，沿Y 方向移动工作台，并使百分表接触钳口，指针转动两圈左右；沿X 方向移动工作台，观察指针的跳动，调整虎钳位置，使钳口的跳动控制在0.01 mm 之内，如图2.2.29 所示。
④将虎钳紧固在工作台上，如图2.2.30 所示。
⑤张开虎钳，使钳口略大于工件宽度，清洁钳口和工件表面，将工件放入钳口中，工件基准面与钳口贴紧，如图2.2.31 所示。
图2.2.29 安装步骤图
图2.2.30 安装步骤图
图2.2.31 安装步骤图
⑥转动虎钳手柄夹紧工件，同时用铜棒轻微敲击工件，使其与钳口表面贴实，如图2.2.32所示。
⑦用百分表检查工件是否上翘，如图2.2.33 所示。
图2.2.32 安装步骤图
图2.2.33 安装步骤图
⑧取下百分表。