深入了解CNC立式和CNC臥式銑床
2020-03-05
對於正在考慮選用銑床的機床車間操作員而言，必須弄清楚的一個基本配置相關問題是：選擇立式還是臥式銑削？答案取決於業務性質，特別是要在車間進行的工作類型和工作量，還有成本、員工能力和設施本身。考慮好所有這些因素將有助於做出明智的決策。
在立式銑床中，主軸線呈垂直定向。銑刀固定在主軸中並繞軸線旋轉。通常，通過延伸主軸或者升高或降低工作台能達到同樣的效果，可以進行下刀切削和銑削。有兩種立式銑床，即床身式銑床和刀塔銑床。
立式刀塔銑床的主軸保持固定，工作台在與主軸線平行和垂直的方向上移動來執行切削。它們通常會有一個凸起，以便銑刀按照與鑽床極為類似的方式升高和降低。刀塔銑床提供了兩種在垂直(Z) 方向上進行切削的方法：升高/降低凸起和移動彎頭。
在立式床身式銑床中，工作台僅垂直於主軸線移動，而主軸本身平行於軸線移動。
在臥式銑床中，刀具安裝在工作台的水平主軸上。許多臥式銑床還有一個內置轉台，允許以不同的角度進行銑削；這稱為萬能工作台。儘管立式銑床中所用的立銑刀和其他類型的刀具可用於臥式銑床，但臥式銑床心軸上還裝有平銑刀，稱為側銑刀和面銑刀，其橫截面類似於圓鋸，但通常更寬、直徑更小。由於心軸能夠很好地支撐平銑刀，而且平銑刀的橫截面積大於立銑刀，因此可以進行重切削，從而提高了材料切削速率。
Fusion 360 CAM 產品經理Angelo Juras 說：“縱觀整個行業的普遍使用情況，您會發現，安裝的大多數機床都是三軸立式銑床。這些機床易於安裝，而且方便技術人員進入工作台。此外，如果您有工件或虎鉗，裝卸也很簡單- 您只需將零件放在工作台上，重力會讓它放置到位。”
Juras 指出：“臥式銑床的主軸呈水平方向，這意味著安裝工件的面處於垂直方向；因此，操作員在裝卸時會更費力。但是，除了易於或難以使用之外，每種配置還各有一些其他的優缺點。”
臥式銑床因其配置特性而具有更好的排屑力，因為重力作用讓切屑只能往下落。這有助於改善表面光潔度並延長刀具的壽命。
Juras 評價道：“加工帶深腔或挖槽的零件時，銑削過程中生成的所有切屑會掉落到一邊。如果在立式銑床上處理同一零件，所有切屑會留在原處，可能會產生不利於刀具壽命管理和切屑流的切削情況。”
臥式機床還具有四軸“碑式夾具”功能。Juras 解釋道：“臥式銑床的主軸指向水平方向，工作台呈水平狀態；但它被設計用於螺紋安裝孔或鍵槽，其上可以安裝夾具或底座，這種結構被稱為'碑式夾具'。碑式夾具指向垂直方向，同時顯示另一個軸線方向的工件。”在這種情況下，工件垂直於主軸。
據Juras 所說，如果有人剛剛建立了一個機床車間，有99% 的可能他們會從基本立式銑床入手，因為這類機床：
他回憶了自己過去運作機床車間的經歷。他說：“開始時，我們加工一個零件需耗時47 分鐘。我們需要在立式銑床上執行9 項獨立的操作。最終，我購買了臥式銑床，9 項操作減少至2 項。然後，我們在22 分鐘內就完成了零件加工。”
Juras 還講述了自己在一家同時採用立式和臥式銑床的汽車製造商處從事研發工作的經歷，闡述了自己的工作如何優化銑床配置：“我們希望實現組件的快速周轉，針對每個組件，我們需要提出並解答一系列問題：它需要多快的速度？生產出零件需要多少項操作？設備的可用性如何？需要多少個？所有這些問題決定了我們是將零件放在立式銑床還是臥式銑床上。通常，在研發階段，這取決於要加工的面數；但上下立式銑床往往更容易裝卸。事物總是有利有弊。歸根結底，一切取決於工件夾緊和定位。”
還有兩個因素也使得從立式銑床入手極具吸引力，那就是培訓和占用空間的大小。當今時代，製造商都急需尋覓合格的機械師，更多的機械師具備立式銑床經驗，而臥式銑床方面的經驗相對匱乏。一種工具能否充分發揮功效，很大程度上取決於操作人員，因此，臥式銑床除了成本更高（通常是立式銑床的三到四倍），車間所有者還必須考慮為之前沒有使用過此類設備的人員提供培訓所需的時間和資金投入。
此外，尤其是在房租高昂的地區，體積更小的立式銑床更佔優勢。Juras 表示：“我曾見過一些小型臥式銑床和大型立式銑床，但那屬於個別現象。通常情況下，立式銑床佔用的空間明顯小於臥式銑床。”
重申一下每種銑床配置的整體優勢：
Juras 表示：“最終，這取決於具體工作和業務發展速度。最初購買立式銑床就好像購買您的第一輛車。您需要駕駛這輛車四處奔波以及上班等。工作一段時間之後，情況有所改善，您換了一台更好的車。機床車間的情況也是這樣。當機庫車間業務好轉、得到更多認可時，它們將獲得加工更多複雜零件的機會，開始批量生產並實現投資資本盈利，這時他們可能會發現需要添加或改為使用臥式銑床。”
CNC 立式銑床
在立式銑床中，主軸線呈垂直定向。銑刀固定在主軸中並繞軸線旋轉。通常，通過延伸主軸或者升高或降低工作台能達到同樣的效果，可以進行下刀切削和銑削。有兩種立式銑床，即床身式銑床和刀塔銑床。
立式刀塔銑床的主軸保持固定，工作台在與主軸線平行和垂直的方向上移動來執行切削。它們通常會有一個凸起，以便銑刀按照與鑽床極為類似的方式升高和降低。刀塔銑床提供了兩種在垂直(Z) 方向上進行切削的方法：升高/降低凸起和移動彎頭。
在立式床身式銑床中，工作台僅垂直於主軸線移動，而主軸本身平行於軸線移動。
CNC 臥式銑床
在臥式銑床中，刀具安裝在工作台的水平主軸上。許多臥式銑床還有一個內置轉台，允許以不同的角度進行銑削；這稱為萬能工作台。儘管立式銑床中所用的立銑刀和其他類型的刀具可用於臥式銑床，但臥式銑床心軸上還裝有平銑刀，稱為側銑刀和面銑刀，其橫截面類似於圓鋸，但通常更寬、直徑更小。由於心軸能夠很好地支撐平銑刀，而且平銑刀的橫截面積大於立銑刀，因此可以進行重切削，從而提高了材料切削速率。
Fusion 360 CAM 產品經理Angelo Juras 說：“縱觀整個行業的普遍使用情況，您會發現，安裝的大多數機床都是三軸立式銑床。這些機床易於安裝，而且方便技術人員進入工作台。此外，如果您有工件或虎鉗，裝卸也很簡單- 您只需將零件放在工作台上，重力會讓它放置到位。”
Juras 指出：“臥式銑床的主軸呈水平方向，這意味著安裝工件的面處於垂直方向；因此，操作員在裝卸時會更費力。但是，除了易於或難以使用之外，每種配置還各有一些其他的優缺點。”
CNC 銑床的優缺點
臥式銑床因其配置特性而具有更好的排屑力，因為重力作用讓切屑只能往下落。這有助於改善表面光潔度並延長刀具的壽命。
Juras 評價道：“加工帶深腔或挖槽的零件時，銑削過程中生成的所有切屑會掉落到一邊。如果在立式銑床上處理同一零件，所有切屑會留在原處，可能會產生不利於刀具壽命管理和切屑流的切削情況。”
臥式機床還具有四軸“碑式夾具”功能。Juras 解釋道：“臥式銑床的主軸指向水平方向，工作台呈水平狀態；但它被設計用於螺紋安裝孔或鍵槽，其上可以安裝夾具或底座，這種結構被稱為'碑式夾具'。碑式夾具指向垂直方向，同時顯示另一個軸線方向的工件。”在這種情況下，工件垂直於主軸。
據Juras 所說，如果有人剛剛建立了一個機床車間，有99% 的可能他們會從基本立式銑床入手，因為這類機床：
- 輕鬆可用
- 易於入手
- 價格更低
他回憶了自己過去運作機床車間的經歷。他說：“開始時，我們加工一個零件需耗時47 分鐘。我們需要在立式銑床上執行9 項獨立的操作。最終，我購買了臥式銑床，9 項操作減少至2 項。然後，我們在22 分鐘內就完成了零件加工。”
Juras 還講述了自己在一家同時採用立式和臥式銑床的汽車製造商處從事研發工作的經歷，闡述了自己的工作如何優化銑床配置：“我們希望實現組件的快速周轉，針對每個組件，我們需要提出並解答一系列問題：它需要多快的速度？生產出零件需要多少項操作？設備的可用性如何？需要多少個？所有這些問題決定了我們是將零件放在立式銑床還是臥式銑床上。通常，在研發階段，這取決於要加工的面數；但上下立式銑床往往更容易裝卸。事物總是有利有弊。歸根結底，一切取決於工件夾緊和定位。”
還有兩個因素也使得從立式銑床入手極具吸引力，那就是培訓和占用空間的大小。當今時代，製造商都急需尋覓合格的機械師，更多的機械師具備立式銑床經驗，而臥式銑床方面的經驗相對匱乏。一種工具能否充分發揮功效，很大程度上取決於操作人員，因此，臥式銑床除了成本更高（通常是立式銑床的三到四倍），車間所有者還必須考慮為之前沒有使用過此類設備的人員提供培訓所需的時間和資金投入。
此外，尤其是在房租高昂的地區，體積更小的立式銑床更佔優勢。Juras 表示：“我曾見過一些小型臥式銑床和大型立式銑床，但那屬於個別現象。通常情況下，立式銑床佔用的空間明顯小於臥式銑床。”
CNC銑床的最終注意事項
重申一下每種銑床配置的整體優勢：
CNC 立式銑床
- 成本明顯更低。立式銑床的成本為8 萬美元，而臥式銑床的成本從25 萬到40 萬美元不等。因此，我們不難理解為何機床車間購買立式銑床的數量遠超臥式銑床，並以每年4 倍或以上的速度增長
- 易於使用。更易於看清立式銑床內在執行什麼操作
- 更多機械師熟悉這項技術
- 體積更小，佔地面積更少
CNC 臥式銑床
- 能夠以更少的操作生產出更複雜的零件；可通過縮短多個操作的設置和定位時間來延長主軸的正常運行時間
- 吞吐量更大。一台臥式銑床通常可以完成相當於3 台或更多立式銑床的工作量
- 可以改善排屑、改進完工件並延長刀具壽命
Juras 表示：“最終，這取決於具體工作和業務發展速度。最初購買立式銑床就好像購買您的第一輛車。您需要駕駛這輛車四處奔波以及上班等。工作一段時間之後，情況有所改善，您換了一台更好的車。機床車間的情況也是這樣。當機庫車間業務好轉、得到更多認可時，它們將獲得加工更多複雜零件的機會，開始批量生產並實現投資資本盈利，這時他們可能會發現需要添加或改為使用臥式銑床。”