8.3数控铣床和加工中心
8.3.1数控铣床和加工中心用途和特点
图8-7所示为某型木工数控加工中心外形。
图8-7 木工数控加工中心外形
（1）用途：实木零件的成形加工、板式零件的表面装饰加工，沟、槽、孔、榫等加工。
（2）特点
1、多功能性：可实现多种加工，如：铣、钻、锯、磨、开榫等加工；也可实现平面二维加工和立体三维加工。
2、高精度：工件一次性装卡、定位、自校正，可实现多工序加工，定位精度高、加工误差小。
3、高效率：自动化程度高、调整快、辅助工作时间短，适宜复杂多变、小批量、多品种的产品加工。
4、最优控制：可实现优化处理、减少材料浪费，可实现最优加工，节能降耗、提高加工质量、提高刀具耐用度。
5、安全可靠－－可实现自保护。
8.3.2数控木工铣床和加工中心的主要功能
（1）一般功能：
1、点位控制功能：该功能可以使数控铣床刀轴只进行点位控制的钻孔加工。
2、连续轮廓控制功能：数控铣床通过执行直线和圆弧插补可实现对轨迹的连续轮廓控制，加工出直线和圆弧构成的平面曲线轮廓的工件。对非圆曲线的轮廓，在经过直线和圆弧的拟合后也可以加工。
3、刀具半径的自动补偿功能：利用该功能可以使数控铣床的刀具中心自动偏离工件的加工轮廓一个刀具半径的距离。
4、轴对称加工功能：利用该功能只要编者按轴对称两个零件中的一个零件的加工程序，机床就可以自动将两个零件加工完成；利用该功能可以只编写一半的加工程序。
5、固定循环功能：利用该功能将一些典型化的加工功能，专门设计一段程序（子程序），在需要的时候自由调用，以实现一些固定的加工循环。
（2）特殊功能：
1、自适应功能：具备该功能的机床可在加工过程中将刀具的切削状态参数（如切削力、温度等）的变化，通过传感、适应系统反馈，使系统及时改变切削用量，从而保证铣床和刀具保持最佳状态。
2、数据采集系统：配备数据采集系统的数控铣床，可以用传感器将欲加工制造所依据的实物进行测量和采集数据，并能自动处理采集的数据而编写成数控加工的程序（录返系统）。
除以上特殊功能外，一些机床还配备了刀具长度补偿功能，靠模加工功能等。
8.3.3总体结构组成
（1）结构类型
1、木工数控加工中心按运动形式不同可分为三种类型（图8-8）。工作台固定，三坐标运动均由刀轴系统完成，即悬臂式结构；工作台完成单向（X或Y向）运动，刀轴系统完成两向（Y、Z或X、Z向）运动，即龙门式结构；工作台完成两向（X、Y向）运动，刀轴系统完成单向运动，即单立柱结构。
图8-8 木工数控加工中心的结构类型
2、按机床数控系统的坐标数量来划分
目前木工数控铣床中三坐标控制占绝大多数，一般可以三坐标联动加工或在三坐标中同时控制两坐标联动加工，称为三轴联动或三轴两联动（2.5坐标）加工。还有少数木工数控铣床可以实现刀轴绕定轴的摆动或数控转角加工，称为四坐标或五坐标数控铣床，以适应复杂的立体化型面的加工。
（2）结构组成
数控铣床和加工中心一般由床身、工作台、切削机构、进给驱动机构、控制系统和刀具库等组成。
1、床身：常采用铸造或型钢焊接而成。按运动形式不同，常见的床身结构有悬臂式、龙门式和立柱式；图8-9所示为某型龙门式加工中心的外形。
图8-9 龙门式加工中心外形
2、工作台：用于支承装卡工件；常见的类型有连续式工作台、移动支承架式工作台和特殊设计的工作台三种。
3、切削机构：主要由主轴、主轴电机和刀具库等组成。
主轴运动特征：数控木工铣床的主轴开启与停止、正反转与主轴的变速等都可以按程序自动执行。不同机床的变速功能和范围也不同，一般变速范围大约为10000-30000r/min。
主轴数量及其排列方式：多轴平行排列，这种方式结构为刀轴固定排列、间距固定，不带换刀功能。转塔排列，刀具均布在转塔周边，由计算机控制转塔旋转进行换刀。单轴铣或双轴铣带自动换刀功能，或配有刀具库。图8-10所示为某型加工中心的转位刀具库。
图8-10 木工加工中心的转位刀具库
主轴电机：一般功率在4～15kW，采用变频器调速，将主轴的转速分为几档，编程时可任选一档。在运转中通过控制面板上的旋钮在本档范围内无级调节；有的则不分档，编程可在整个调速范围内任选一值，在主轴运转过程中可无级调节。
4、进给驱动系统：由执行机构和机械传动机构两部分组成。
执行机构：主要是伺服电机，也有电气、液压或电液式等。开环系统中常有步进电机驱动，闭环系统常用直流或交流伺服电机。
机械传动机构：主要采用齿轮、滚珠丝杠螺母副等。
5、控制装置：主要用于信息采集、储存、连接和正确运作；可通过编码指令对进给速度、进给行程、转动方向等进行控制；可实现机床原点定位、轨迹控制；可实现全部校正工作。
6、刀具及其附加装置
刀具：根据需要可采用成型、指型、铣刀盘等多种刀具，可手动或自动换刀。
附加装置：吸尘装置和碎料收集器。
