機(jī)床機(jī)械由兩個(gè)部分構(gòu)成：工作臺(tái)，主軸滑板等為移動(dòng)部分；床身、底座，立柱等為非移動(dòng)部分。
(1) 數(shù)控銑、CNC加工中心
對(duì)數(shù)控銑與CNC加工中心的非移動(dòng)部分和移動(dòng)部分剛性要求高，因此能進(jìn)行重切削。但由于移動(dòng)部分同樣龐大，犧牲了機(jī)床靈活性，對(duì)于細(xì)小的切削和快速進(jìn)給就顯得力不從心。
(2) CNC雕銑機(jī)
雕銑機(jī)的非移動(dòng)部分剛性要求也要盡可能地好，而移動(dòng)部分的剛性則要以靈活為前題，要設(shè)計(jì)得盡可能地輕巧一些，同時(shí)保持一定的剛性。如此設(shè)計(jì)的CNC雕刻機(jī)就可以進(jìn)行比較細(xì)小的精加工，加工精度較高，對(duì)于軟金屬可以進(jìn)行高速加工，但由于移動(dòng)部分的剛性較差，所以不可能進(jìn)行重切削。如何從機(jī)械結(jié)構(gòu)上解決移動(dòng)部分重量輕、剛性又好的矛盾，其關(guān)鍵在于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可采用以下的技術(shù)措施：
1) 采用超寬的立柱和橫梁，因?yàn)辇堥T(mén)式的結(jié)構(gòu)有極好的對(duì)稱性和極佳的剛性，它是高速切削設(shè)備的首選結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的C型床身結(jié)構(gòu)相比，龍門(mén)架形式的床身剛性較高，受力平均，工件只在一個(gè)軸向移動(dòng)，各運(yùn)動(dòng)軸及相對(duì)慣性低，設(shè)計(jì)緊湊精密，可確保高剛性，高精度及高動(dòng)態(tài)特性。機(jī)床的橫梁可采用傾斜30度結(jié)構(gòu)，使主軸鞍座的的重心向后方移動(dòng)，并且使橫梁的導(dǎo)軌間距盡量加大，如此可大大提高主軸的穩(wěn)定性和剛性。由于立柱的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主軸等移動(dòng)部件的質(zhì)量，所以為機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)和主軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)及負(fù)荷切削提供了堅(jiān)實(shí)的保障。
2) 底座采用鑄鐵整體鑄造，采用高低筋配合的網(wǎng)狀箱型架構(gòu)，或直接采用蜂巢相接的內(nèi)六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，確保底座有足夠的重量以增加機(jī)床的穩(wěn)定性，如此高剛性的底座設(shè)計(jì)可確保對(duì)固定工作臺(tái)和立柱以及鞍座、主軸等移動(dòng)部件的剛性支持，使機(jī)床動(dòng)態(tài)加工的穩(wěn)定性最好，全行程范圍內(nèi)完全支撐立柱，使加工產(chǎn)生的變形量最小。
3) 其移動(dòng)部分與數(shù)控銑顯著的不同之處在于加寬了導(dǎo)軌與導(dǎo)軌之間的距離，以克服不良力矩的影響。
4) 由于機(jī)床的剛性主要用于克服移動(dòng)部分在高速移動(dòng)時(shí)對(duì)非移動(dòng)部分的強(qiáng)大沖擊，所以導(dǎo)軌、絲桿要求粗一些，以及加強(qiáng)連接部分的剛性。最后，為了適應(yīng)高速和負(fù)荷切削的雙重要求，X/Y/Z三軸都采用伺服電機(jī)加高精度彈性聯(lián)軸節(jié)連接高精度滾珠絲杠副，所有導(dǎo)軌和絲杠均采用高等級(jí)低摩擦系數(shù)、高淬硬層的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，這樣既保證了重載下機(jī)床的剛性，又保證了高速運(yùn)動(dòng)的精度，確保機(jī)床在長(zhǎng)期連續(xù)高速加工狀態(tài)下的低磨損和精度保持性，可節(jié)省用戶的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
5) 對(duì)數(shù)控銑和CNC加工中心，因?yàn)橐筝敵龅娃D(zhuǎn)速大扭矩，需要采用主軸變速箱的減速比來(lái)提升扭力，所以轉(zhuǎn)速低是不可避免的，一般數(shù)控銑和CNC加工中心的最高轉(zhuǎn)速6000r/min，不大可能用很小半徑的刀具。但對(duì)于CNC雕刻機(jī)來(lái)說(shuō)，主軸通常在20000～30000r/min才可工作，回轉(zhuǎn)精度一般2μ左右，不然斷刀現(xiàn)象會(huì)很?chē)?yán)重，所以一定要用電主軸或氣動(dòng)主軸，即電機(jī)和主軸是一體的，且主軸的固定板一般都采用合金鋁等輕質(zhì)材料。對(duì)于高速切削設(shè)備來(lái)講，要求內(nèi)藏式電主軸，而且在低轉(zhuǎn)速時(shí)也要用一定的扭矩，要有油水冷卻機(jī)來(lái)保持主軸工作溫度恒定，主軸功率要在7.5～8kW以上，轉(zhuǎn)速要超過(guò)25000r/min。
2.數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控銑與CNC加工中心對(duì)數(shù)控系統(tǒng)要求速度一般，主軸轉(zhuǎn)速0～6000r/min左右。而雕銑機(jī)要求高速的數(shù)控系統(tǒng)以及極好的伺服電機(jī)特性，主軸轉(zhuǎn)速3000～40000r/min左右。直接支持MasterCAM等多種CAD/CAM軟件生成的G代碼。數(shù)控系統(tǒng)同時(shí)具有如下功能：
(1) 自動(dòng)對(duì)刀功能：自動(dòng)尋中心、邊角、深度，精度極高，解決模具找正的難題；
(2) 自動(dòng)/手動(dòng)加工：支持 ISO標(biāo)準(zhǔn)的G指令；
(3) 增量進(jìn)給和進(jìn)給倍率在線調(diào)整功能：該操作可以精確設(shè)定進(jìn)給速度；
(4) 用戶數(shù)據(jù)輸入（MDI）功能：用戶可以在線輸A G指令并立即執(zhí)行；
(5) 單步模式：用戶可以把要執(zhí)行的加工任務(wù)設(shè)置為單步模式；
(6) 高速平滑速度連接特性：自適應(yīng)地決定當(dāng)前指令與下一條指令間的銜接速度。不僅大大提高了加工效率，而且改善了加工性能，可消除留在加工表面的速度接刀痕；
(7) 三維模擬顯示功能：通過(guò)簡(jiǎn)單的操作可以從各個(gè)角度觀察三維加工結(jié)果；
(8) 仿真功能：可以對(duì)加工程序進(jìn)行快速仿真加工，能在極短的時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)檢查加工程序是否出錯(cuò)，加工結(jié)果是否滿意，并能準(zhǔn)確地計(jì)算出實(shí)際加工所需要的時(shí)間。
3. 編程軟件
(1) 多樣的二維設(shè)計(jì)
目前很多雕刻軟件，都提供了強(qiáng)大的圖形創(chuàng)建、編輯、排版功能，精確繪圖和藝術(shù)繪圖功能，強(qiáng)大的文字處理功能。具有多種任意曲線的藝術(shù)文字排列效果，字型和尺寸任意調(diào)整、編輯；強(qiáng)大的節(jié)點(diǎn)編修功能，可以快速隨意地修整輪廓的局部形狀。
(2) 靈活的三維設(shè)計(jì)
浮雕雕刻軟件提供了方便、快捷地由二維圖形產(chǎn)生三維模型的強(qiáng)大功能，由二維曲線構(gòu)造強(qiáng)烈藝術(shù)效果的藝術(shù)浮雕、復(fù)雜曲面，并將藝術(shù)浮雕與曲面造型完美結(jié)合，使之產(chǎn)生形態(tài)復(fù)雜的雕刻產(chǎn)品。還可直接輸出二維、三維刀具路徑，刀具路徑中提供了粗加工、半精加工、精加工及刀具路徑的仿真等功能。
(3) 強(qiáng)大的CAD造型設(shè)計(jì)
CAD/CAM模具設(shè)計(jì)與制造軟件是目前機(jī)械加工行業(yè)廣為使用且相當(dāng)成功的軟件，不僅具有精確繪制二維和三維圖形的功能，還可由此產(chǎn)生曲面、實(shí)體模型等強(qiáng)大功能，而且具有對(duì)圖形、曲面、實(shí)體模型直接編制刀具路徑，通過(guò)模擬刀具路徑驗(yàn)證NC程序，由計(jì)算機(jī)輸入CNC雕刻機(jī)和數(shù)控機(jī)床完成工件加工的強(qiáng)大功能。
(4) 方便的數(shù)據(jù)交換功能
軟件之間可直接進(jìn)行二、三維數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。CNC雕刻機(jī)與CNC加工中心和數(shù)控銑一樣，其加工基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這是雕刻CAD功能的關(guān)鍵所在。目前國(guó)內(nèi)外比較先進(jìn)的電腦雕刻軟件的功能各有所長(zhǎng)， 從軟件的角度上講，數(shù)控銑、CNC加工中心和CNC雕刻機(jī)都可以使用標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAM軟件，CAD/CAM軟件先進(jìn)行產(chǎn)品的3D圖形設(shè)計(jì)，然后根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)設(shè)計(jì)擬定數(shù)控加工工藝，輸入加工參數(shù)，生成刀具路徑，再生成加工程序并輸送到數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化加工。CNC四軸電腦雕刻機(jī)如圖1所示。
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圖1 CNC四軸電腦雕刻機(jī)
4. 刀庫(kù)自動(dòng)換刀和全自動(dòng)對(duì)刀
加工中心是為了完成多種工序于自動(dòng)狀態(tài)的數(shù)控設(shè)備，主要用于一些固定的大批量的生產(chǎn)作業(yè)。但對(duì)于模具行業(yè)和小批量生產(chǎn)單位，千萬(wàn)不要?jiǎng)硬粍?dòng)就上加工中心，很多廠家買(mǎi)加工中心當(dāng)數(shù)控銑來(lái)使用。使用刀庫(kù)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)來(lái)講很簡(jiǎn)單，但主軸和刀庫(kù)、空壓機(jī)以及各種刀柄等會(huì)增加成本，而且編程、調(diào)整刀庫(kù)也要花費(fèi)相應(yīng)的時(shí)間。所以，對(duì)于生產(chǎn)同一品種而工件數(shù)量少的加工盡量不要使用加工中心，因?yàn)槌杀靖?、效率低?？墒褂萌詣?dòng)對(duì)刀系統(tǒng)，刀往上一裝，一個(gè)按鈕，機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀，直接加工，誤差在0.001～0.0003mm內(nèi)，與自動(dòng)換時(shí)間相比，慢不了很多。如果是加工中心，但無(wú)自動(dòng)對(duì)刀裝置的機(jī)床與不帶刀庫(kù)，但有自動(dòng)對(duì)刀裝置的機(jī)床相比，實(shí)踐中的效率后者遠(yuǎn)高于前者。對(duì)于國(guó)內(nèi)的制造業(yè)，特別是模具生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，一般都是單件生產(chǎn)，而且勞動(dòng)力資源充足，所以，對(duì)于小批量工業(yè)零件的加工，要充分考慮資金的利用價(jià)值，不要?jiǎng)虞m采用加工中心設(shè)備，更何況國(guó)內(nèi)廠家的刀庫(kù)系統(tǒng)還存在不少問(wèn)題，圖2為某加工中心視圖。
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圖2 加工中心
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