精密数控机床的工作结构型式与加工原理

精密数控机床的工作结构型式与加工原理

数控机床是现代制造业中不可或缺的关键设备，广泛应用于汽车、航空航天、模具制造等多个领域。本文将详细介绍精密数控机床的各种工作结构型式，包括多任务机床、5轴控制加工中心、数控车床式多任务机床等，并探讨它们的工作原理和优势。

多任务机床

多任务机床是一种集成了加工中心和车削中心功能的机床，能够同时控制3个直轴和2个旋转轴，适用于加工复杂形状的零件。近年来，多任务机床的功能进一步扩展，不仅具备车床和铣削操作，还增加了磨削、激光加工和增材制造等功能。

5轴控制加工中心

在直线3轴控制加工中心的基础上增加2个旋转轴，就形成了5轴控制加工中心。其中，转台的C轴具有高速旋转功能，是加工中心式的多任务机床。

图48：5轴控制加工中心

数控车床式多任务机床

这种机床的铣削能力与车削中心上的加工中心相同，通常配备有刀库和自动换刀装置。

图49：数控车床式多任务机床

多任务机床的优点

工艺整合，降低人工成本

与使用多台机器制造成品相比，多任务加工机床不需要转换，不需要将工件安装和拆卸到下一道工序中，也不需要在机器之间移动工件，从而减轻了工人的负担。例如，使用5轴控制机床可以减少两次转换。

图50：3轴和5轴控制器之间的加工过程比较

高品质

5轴控制机一旦附着材料就可以进行所有加工，因此在安装和拆卸每道工序的工件时，不会出现安装或切屑咬合的轻微错位，可以均匀地保持成品的精度。

节省空间

由于不需要多台机床来匹配工艺，因此可以有效地利用工厂中的空间。

短切削刀具悬伸

在5轴控制加工中，切削刀具或工件可以倾斜以短凸起量加工切削刀具，从而实现高精度加工，无需二次加工。

可以选择刀具的加工位置

在5轴加工机床中，切削刀具的倾斜角度可以自由改变，可以通过逃逸0点的圆周速度，在可以切削刀片的零件处进行加工。

放电加工机

电火花放电加工机

电火花放电加工是将石墨、钨等易导电、柔软材料加工成所需形状的电极，通过脉冲电源产生火花放电，将金属熔化、冷却和散射，从而去除工件中不必要的部分。

图53：电火花成形机床及其加工（工件：太阳能放电行业）

电火花线切割机

电火花线切割是将铜线等导电材料制成的线材作为电极，通过放电切割材料。一些线切割机具有“U-V轴控制”功能，可以移动上部导丝器，也可以倾斜线材以加工倾斜表面。

图54：电火花线切割机及其加工

激光加工机

激光加工机利用高定向激光器与聚光透镜一起挤压，获得极高的能量密度光源，从而实现钻孔和切割等加工。根据加工机的类型，工作台和加工头由NC控制。

二氧化碳激光加工机

二氧化碳激光加工机由激光振荡器、聚光器系统和X-Y轴驱动系统组成。激光振荡器通过放电使二氧化碳气体中的原子和分子处于不稳定状态，释放多余的能量并恢复到原来的低能量状态。释放的光在玻璃管中被反射镜反射和放大，最终形成激光束照射到工件上。

图55：二氧化碳激光加工机概述

激光产生的原理

在二氧化碳等激光介质中，原子和分子具有一定的能量并自由移动。当外部能量施加到这些原子和分子上时，它们会以更高的能量以不稳定状态移动。过了一会儿，它们会以光的形式释放多余的能量并恢复到原来的低能量状态。平行于玻璃管轴线的特定波长的光被两个相对的镜子反射和放大，当它与其他处于低能状态的原子和分子碰撞时，它们也以相同的方式发光。重复相同的过程，最终成为单一波长的强光或激光。

图56：激光介质中原子和分子的能量状态

图57：二氧化碳激光产生的机理Laserworks公司

目前，二氧化碳激光器和光纤激光器用于一般切割操作。光纤激光器的原理与上述二氧化碳激光器相同，只是激光介质是光纤，使用半导体激光器作为外部能量，在光纤中引起共振现象。