?一、工作原理
坐標(biāo)系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制
大型龍門(mén)cnc加工中心基于笛卡爾坐標(biāo)系，通常有 X、Y、Z 三個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸。龍門(mén)結(jié)構(gòu)的機(jī)床，其 X 軸方向是龍門(mén)架在床身軌道上的左右移動(dòng)，決定了工件在水平方向（長(zhǎng)度方向）的加工范圍；Y 軸是橫梁上的滑鞍或銑頭在橫梁上的前后移動(dòng)，用于控制加工在寬度方向的位置；Z 軸是銑頭或主軸箱在垂直方向的上下移動(dòng)，主要用于控制切削深度。這些坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)由高精度的伺服電機(jī)和滾珠絲杠（或直線(xiàn)電機(jī)）驅(qū)動(dòng)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)精確控制各軸的位移、速度和加速度。
例如，在加工一個(gè)大型的模具表面時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先編寫(xiě)好的程序，精確地驅(qū)動(dòng) X、Y、Z 軸聯(lián)動(dòng)，使刀具沿著模具表面的復(fù)雜曲線(xiàn)或輪廓進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)。當(dāng)加工三維曲面時(shí)，通過(guò)復(fù)雜的插補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)刀具在空間中的連續(xù)、平滑運(yùn)動(dòng)，確保加工精度和表面質(zhì)量。
刀具旋轉(zhuǎn)與切削運(yùn)動(dòng)
大型龍門(mén) CNC 機(jī)床的主軸用于安裝刀具并驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。主軸電機(jī)提供動(dòng)力，使刀具以設(shè)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削力。刀具的旋轉(zhuǎn)方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）和轉(zhuǎn)速根據(jù)加工材料、刀具類(lèi)型和加工工藝來(lái)確定。在切削過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)的刀具與固定在工作臺(tái)上的工件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而去除工件上的材料。
比如，在銑削加工中，使用立銑刀時(shí)，刀具高速旋轉(zhuǎn)并在數(shù)控系統(tǒng)的控制下沿著工件表面移動(dòng)，通過(guò)銑刀的切削刃逐步去除工件表面的余量，將工件加工成所需的形狀。對(duì)于不同的加工工藝，如鉆孔、鏜孔、攻絲等，刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的配合方式也有所不同，但都是通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)精確控制，以達(dá)到加工目的。
數(shù)控編程原理
大型龍門(mén) CNC 加工的編程是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。編程人員使用特定的編程語(yǔ)言（如 G 代碼和 M 代碼）編寫(xiě)加工程序。G 代碼主要用于控制刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，如直線(xiàn)插補(bǔ)（G01）、圓弧插補(bǔ)（G02、G03）等指令，確定刀具在 X、Y、Z 軸方向的運(yùn)動(dòng)路徑；M 代碼用于控制機(jī)床的輔助功能，像主軸的正反轉(zhuǎn)（M03、M04）、冷卻液的開(kāi)關(guān)（M08、M09）等。
編程時(shí)，首先要確定工件的坐標(biāo)系，通常以工件的某個(gè)特定點(diǎn)（如中心、邊角等）為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系。然后，根據(jù)工件的幾何形狀、尺寸精度要求和加工工藝，編寫(xiě)一系列的程序段，詳細(xì)描述刀具的運(yùn)動(dòng)順序、速度、切削深度等參數(shù)。例如，在加工一個(gè)具有復(fù)雜輪廓的航空零件時(shí)，編程人員需要精確地計(jì)算出刀具路徑，使用合適的插補(bǔ)指令和切削參數(shù)，通過(guò)程序控制機(jī)床完成零件的加工。
二、特點(diǎn)
加工精度高
結(jié)構(gòu)剛性保障精度：大型龍門(mén) CNC 機(jī)床的龍門(mén)式結(jié)構(gòu)具有很高的剛性。龍門(mén)架、橫梁和床身等主要部件通常采用高強(qiáng)度鑄鐵或焊接鋼結(jié)構(gòu)，能夠有效減少加工過(guò)程中的振動(dòng)和變形。這種結(jié)構(gòu)剛性使得機(jī)床在承受較大切削力時(shí)，仍能保持刀具與工件之間的相對(duì)位置精度，保證加工精度。例如，在加工高精度的大型機(jī)床床身導(dǎo)軌時(shí)，機(jī)床的剛性可以確保導(dǎo)軌的直線(xiàn)度和平行度誤差控制在極小范圍內(nèi)。
高精度的傳動(dòng)和控制系統(tǒng)：機(jī)床的坐標(biāo)軸采用高精度的滾珠絲杠（或直線(xiàn)電機(jī)）和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，配合高精度的編碼器反饋，能夠?qū)崿F(xiàn)微米級(jí)甚至亞微米級(jí)的定位精度。數(shù)控系統(tǒng)可以精確控制各軸的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)先進(jìn)的誤差補(bǔ)償技術(shù)（如螺距誤差補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償?shù)龋?，進(jìn)一步提高加工精度。在精密模具加工中，大型龍門(mén) CNC 機(jī)床能夠?qū)⒘慵某叽缇瓤刂圃?±0.01mm 甚至更高的水平，表面粗糙度可以達(dá)到 Ra0.8μm 以下。
加工范圍大
大尺寸工件加工能力：龍門(mén)式結(jié)構(gòu)使得機(jī)床具有較大的加工空間。大型龍門(mén) CNC 機(jī)床的工作臺(tái)尺寸可以達(dá)到數(shù)米甚至數(shù)十米長(zhǎng)和寬，能夠容納大型工件，如大型船舶零部件、風(fēng)電葉片、航空航天結(jié)構(gòu)件等。其加工高度（Z 軸行程）也較大，可以對(duì)較高的工件進(jìn)行全方位加工。例如，在加工大型船用螺旋槳時(shí)，龍門(mén)機(jī)床的大加工范圍可以滿(mǎn)足螺旋槳的直徑和厚度方向的加工要求，無(wú)需多次裝夾和拼接，保證了螺旋槳的整體精度和性能。
多任務(wù)加工能力：由于加工范圍大，大型龍門(mén) CNC 機(jī)床可以在一次裝夾中完成多種加工任務(wù)。除了常見(jiàn)的銑削、鏜削、鉆孔外，還可以進(jìn)行攻絲、鉸孔等加工。通過(guò)自動(dòng)換刀系統(tǒng)（刀庫(kù)容量較大），機(jī)床能夠根據(jù)預(yù)先編寫(xiě)的程序自動(dòng)更換刀具，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的綜合加工。例如，在加工大型箱體零件時(shí)，可以先進(jìn)行平面銑削，然后鉆孔、鏜孔，最后攻絲，在一個(gè)工作臺(tái)上完成整個(gè)零件的加工流程，減少了因多次裝夾帶來(lái)的定位誤差，提高了加工效率和質(zhì)量。
加工效率高
高功率主軸和快速進(jìn)給系統(tǒng)：大型龍門(mén) CNC 機(jī)床通常配備高功率的主軸電機(jī)，能夠提供強(qiáng)大的切削動(dòng)力。高功率主軸可以使用大直徑刀具進(jìn)行高效切削，提高材料去除率。同時(shí)，機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)具有較高的速度和加速度，能夠快速地將刀具定位到加工位置，并在切削過(guò)程中保持穩(wěn)定的進(jìn)給速度。例如，在粗加工大型鑄鋼件時(shí)，采用大直徑的面銑刀，配合高的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，可以快速地去除大量材料，縮短加工周期。
自動(dòng)化程度高：這類(lèi)機(jī)床具有較高的自動(dòng)化程度，包括自動(dòng)換刀、自動(dòng)測(cè)量補(bǔ)償?shù)裙δ?。自?dòng)換刀系統(tǒng)能夠在短時(shí)間內(nèi)更換刀具，減少了人工換刀的時(shí)間。一些先進(jìn)的大型龍門(mén) CNC 機(jī)床還配備了在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)，能夠在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量工件的尺寸，根據(jù)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)調(diào)整刀具的補(bǔ)償參數(shù)，保證加工精度的同時(shí)提高加工效率。例如，在批量加工大型零件時(shí)，自動(dòng)化功能可以使機(jī)床在無(wú)人值守的情況下連續(xù)工作，大大提高了生產(chǎn)效率。
適用材料廣泛
切削性能適應(yīng)不同材料：大型龍門(mén) CNC 機(jī)床可以加工各種金屬材料，如鋼鐵、鋁合金、鈦合金等。對(duì)于不同硬度和韌性的材料，通過(guò)調(diào)整切削參數(shù)（如切削速度、進(jìn)給量、切削深度）和選擇合適的刀具材料和幾何形狀，可以實(shí)現(xiàn)有效的加工。例如，在加工鋁合金零件時(shí)，可以采用高速切削，使用硬質(zhì)合金刀具，以獲得較高的加工效率和良好的表面質(zhì)量；而在加工鈦合金這種難加工材料時(shí)，適當(dāng)降低切削速度，選用具有高硬度和耐磨性的刀具（如涂層硬質(zhì)合金刀具或陶瓷刀具），并優(yōu)化切削參數(shù)，也能進(jìn)行良好的加工。
特種加工能力（部分機(jī)床）：有些大型龍門(mén) CNC 機(jī)床還具備特種加工能力，如電火花加工（EDM）、激光加工等。這些特種加工方式可以用于加工一些高硬度、高韌性或具有特殊形狀要求的材料。例如，在加工硬質(zhì)合金模具或具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件時(shí)，電火花加工功能可以通過(guò)放電蝕除材料的方式進(jìn)行加工，不受材料硬度的限制，拓寬了機(jī)床的應(yīng)用范圍。