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加工中心簡(jiǎn)介

加工中心最初是數(shù)控銑床發(fā)展而來(lái)，我?guī)в械稁?kù)的數(shù)控銑床。是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。加工中心是由計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體、液壓系統(tǒng)等各部分組成。但加工中心又不等同于數(shù)控銑床，加工中心與數(shù)控銑床的最大區(qū)別在于加工中心具有自動(dòng)交換刀具的功能，通過(guò)在刀庫(kù)安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過(guò)自動(dòng)換刀裝置改變主軸上的加工刀具。實(shí)現(xiàn)鉆、鏜、鉸、攻螺紋、切槽等多種加工功能。

可以說(shuō)加工中心的出現(xiàn)打破了一臺(tái)機(jī)床只能進(jìn)行一種工序加工的傳統(tǒng)觀念。它利用機(jī)床刀庫(kù)的多刀具和自動(dòng)換刀能力，具有把幾個(gè)不同的操作組合在一次裝夾中并連續(xù)加工的能力，即集中工序加工。CNC鏜銑加工中心，對(duì)工件連續(xù)進(jìn)行的鉆削、鏜削、背鏜、加工螺紋、锪孔及輪廓銑削等加工都可編制為同一個(gè)CNC程序。加工中心因具有連續(xù)、自動(dòng)、多工序加工的特點(diǎn)，因此又稱它為多工序數(shù)控機(jī)床。

加工中心組成結(jié)構(gòu)

加工中心總體上是由以下幾大部分組成。

1.基礎(chǔ)部件

床身、立柱和工作臺(tái)等大件是加工中心結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)部件。這些大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的切削負(fù)載，因此必須具備更高的靜動(dòng)剛度，也是加工中心中質(zhì)量和體積最大的部件。

2.主軸部件

主軸部件包括主軸箱、主軸電動(dòng)機(jī)、主軸和主軸軸承等零件。主軸的啟動(dòng)、停止等動(dòng)作和轉(zhuǎn)速均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過(guò)裝在主軸上的刀具進(jìn)行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件，是加工中心的關(guān)鍵部件。其結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)加工中心的性能有很大的影響。

3.數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及電動(dòng)機(jī)等部分組成，是加工中心執(zhí)行順序控制動(dòng)作和控制加工過(guò)程的中心。

目前市場(chǎng)上加工中心常用的數(shù)控系統(tǒng)一般為：FANUC（日本）、MISUBISHI（日本）、SIEMENS（德國(guó)）、FAGOR（西班牙）、寶元（臺(tái)灣）、新代（臺(tái)灣）、華中（中國(guó)）、廣州數(shù)控（中國(guó)）

4.自動(dòng)換刀裝置（ATC）

加工中心與一般通用機(jī)床的顯著區(qū)別是具有對(duì)零件進(jìn)行多工序加工的能力。有一套自動(dòng)換刀裝置。

常見(jiàn)分類

1.按換刀形式分類

1）帶刀庫(kù)機(jī)械手的加工中心換刀裝置由刀庫(kù)、機(jī)械手組成，換刀動(dòng)作由機(jī)械手完成。

2）無(wú)機(jī)械手的加工中心換刀通過(guò)刀庫(kù)和主軸箱配合動(dòng)作來(lái)完成換刀過(guò)程。

3）轉(zhuǎn)塔刀庫(kù)式加工中心一般應(yīng)用于小型加工中心。主要以加工孔為主。

2.按機(jī)床加工方式分類

1）車削加工中心

車削加工中心以車削為主，主體是數(shù)控車床，機(jī)床上配備有轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)或由換刀機(jī)械手和鏈?zhǔn)降稁?kù)組成的大容量刀庫(kù)有些車削加工中心還配置有銑削動(dòng)力頭。

2）鏜銑加工中心

鏜銑加工中心將數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床的功能聚集在一臺(tái)加工沒(méi)備上，且增設(shè)有自動(dòng)換刀裝置。鏜銑加工中心是機(jī)械加工行業(yè)中，應(yīng)用最多的一類數(shù)控設(shè)備，其工藝范圍主要是銑削、鉆削和鏜削。

3）復(fù)合加工中心

在一臺(tái)設(shè)備上可以完成車削、銑削、鏜削、鉆削等多種工序加工的加工中心稱為復(fù)合加工中心，它可代替多臺(tái)機(jī)床實(shí)現(xiàn)多工序的加工。復(fù)合加工中心以車、銑加工的加工中心為多。

3.按機(jī)床形態(tài)分類

1）臥式加工中心

臥式加工中心指主軸軸線為水平狀態(tài)設(shè)置的加工中心。臥式加工中心一般具有3-5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo).，常見(jiàn)的有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)：X、Y、Z，外加一個(gè)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，它能夠使工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余四個(gè)面的加工。臥式加.工中心較立式加工中心應(yīng)用范圍廣，適宜復(fù)雜的箱體類零件如泵體、閥體等零件的加工。但臥式加工中心占地面積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高。

2）立式加工中心

立式加工中心指主軸軸線為垂直狀態(tài)設(shè)置的加工中心。立式加工中心一般有三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)：X、Y、Z，工作臺(tái)具有分度和旋轉(zhuǎn)功能，可在工作臺(tái)上安裝一個(gè)水平軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)用以加工螺旋線零件。立式加工中心多用于加工簡(jiǎn)單箱體、箱蓋、板類零件和平面凸板。立式加工中心具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。

3）龍門(mén)加工中心

龍門(mén)加工中心的形狀與數(shù)控龍門(mén)銑床相似應(yīng)用范圍比數(shù)控龍門(mén)銑床更大，主軸多為垂直設(shè)置，除自動(dòng)換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的功能也較齊全，能夠一機(jī)多用，尤其適用于大型或形狀復(fù)雜的工件加工。

4）五軸加工中心

五軸加工中心一次裝夾能完成除安裝面外的所有面的加工，具有立式和臥式加工中心的功能。常見(jiàn)的萬(wàn)能加工中心有兩種形式:一種是主軸可以旋轉(zhuǎn)90o；另一種是主軸方向不改變.，而工作臺(tái)帶.著工件旋轉(zhuǎn)90o完成對(duì)五個(gè)面的加工。:在萬(wàn)能加工中心上，工件安裝避免了二次裝夾帶來(lái)的安裝誤差，所以效率和精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)也高。

加工對(duì)象

加工中心機(jī)床是指具有刀庫(kù)、自動(dòng)換刀裝置并能對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。加工中心主要適用于加工形狀復(fù)雜、工序多、精度要求高的工件。

1.箱體類工件

箱體類零件一般具有一個(gè)以上的孔系，組成孔系的各孔本身有形狀精度的要求，同軸孔系和相鄰孔系之間及孔系與安裝基準(zhǔn)之間又有位置精度的要求。通常箱體類零件需要進(jìn)行鉆削、擴(kuò)削、鉸削、攻螺紋、鏜削、銑削、锪削等工序的加工，工序多、過(guò)程復(fù)雜，還需用專用夾具裝夾。這類零件在加工中心上加工。一次裝夾可完成普通機(jī)床60%-95%的工序內(nèi)容，并且精度一致性好、質(zhì)量穩(wěn)定。

2.復(fù)雜曲面類工件

復(fù)雜曲面一般可以用球頭銑刀進(jìn)行三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工，.加工精度較高，但效率低、如果工件存在加工干涉區(qū)或加工盲區(qū)，就必須考慮采用四坐標(biāo)或五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的機(jī)床。

3.異形件

異形件是外形不規(guī)則的零件，大多需要點(diǎn)、線、面多工位混合加工。加工異形件時(shí)采用普通機(jī)床加工或精密鑄造無(wú)法達(dá)到預(yù)定的加工精度，而使用多軸聯(lián)動(dòng)的加工中心，配合自動(dòng)編程技術(shù)和專用刀具，可大大提高其生產(chǎn)效率并保證曲面的形狀精度。形狀越復(fù)雜，精度要求越高，使用加工中心越能顯示其優(yōu)越性。如手機(jī)外殼等異形件可采用加工中心進(jìn)行加工。

4.盤(pán)、套、板類工件

這類工件包括帶有鍵槽和徑向孔，端面分布有孔系、曲面的盤(pán)套或軸類工件。

加工中心的基本特點(diǎn)

1.工序集中，加工精度高

數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床在工件一次裝夾后，實(shí)現(xiàn)多表面、多特征、多工位的連續(xù)、高效、高速、高精度加工，即工序集中，這是MC的典型特點(diǎn)。由于加工工序集中，減少了工件半成品的周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率(切削時(shí)間和開(kāi)動(dòng)時(shí)間之比)比普通機(jī)床高3~4倍，達(dá)80%以上，縮短了工藝流程，減少了人為干擾，故加工精度高、互換性好。

2.操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度減輕、經(jīng)濟(jì)效益高

對(duì)零件的加工是在數(shù)控程序控制下自動(dòng)完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、進(jìn)行關(guān)鍵工序的中間測(cè)量以及觀察機(jī)床的運(yùn)行之外，無(wú)需進(jìn)行繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度輕。使用MC加工零件時(shí)即使在單件、小批量生產(chǎn)的情況下，也可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如在加工之前節(jié)省了劃線工時(shí)，在零件安裝到機(jī)床上之后減少了調(diào)整、加工和檢驗(yàn)時(shí)間，直接生產(chǎn)費(fèi)用大幅度降低。

另外，加工零件還可以省去許多工藝裝備，減少硬件的投資。同時(shí)，加工穩(wěn)定，廢品率減少，可使生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降。

3.對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)

加工中心是按照被加工零件的數(shù)控程序進(jìn)行自動(dòng)加工的，當(dāng)改變加工零件時(shí)，只要改變數(shù)控程序，不必更換大量的專用工藝裝備。因此，能夠適應(yīng)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜型面零件的加工，且生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

4.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化

用MC加工零件時(shí)，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算零件的加工工時(shí)，并有效地簡(jiǎn)化檢驗(yàn)和工具、夾具、半成品的管理工作。這些特點(diǎn)有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。當(dāng)前許多大型CAD/CAM集成軟件已經(jīng)具有了生產(chǎn)管理模塊，可滿足計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理的要求。

加工中心需要注意的問(wèn)題

加工中心雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但也還存在如下一些必須考慮的問(wèn)題。

1)工件粗加工后直接進(jìn)入精加工階段。粗加工時(shí)，一次裝夾中金屬切除量多、幾何形變大工件溫升高，溫升來(lái)不及回復(fù)，冷卻后工件尺寸發(fā)生變化，會(huì)造成零件的精度下降。

2)工件由毛坯直接加工為成品，零件未進(jìn)行時(shí)效處理，內(nèi)在應(yīng)力難以消除，加工完了一段時(shí)間后內(nèi)應(yīng)力釋放，會(huì)使工件產(chǎn)生變形。

3)裝夾零件的夾具必須滿足既能承受粗加工中切削力大，又能在精加工準(zhǔn)確定位的要求，而且零件夾緊變形要小。

4)多工序集中加工，要及時(shí)處理切屑。在加工過(guò)程中，切屑的堆積、纏繞等將會(huì)影響加工的順利進(jìn)行及劃傷零件的表面，甚至使刀具損壞、工件報(bào)廢。

5)由于自動(dòng)換刀裝置(ATC)的應(yīng)用，使工件尺寸受到一定的限制，鉆孔深度、刀具長(zhǎng)度、刀具直徑及刀具質(zhì)量都要加以綜合考慮。

加工中心的工藝特點(diǎn)

1.適合加工周期性復(fù)合投產(chǎn)的零件

有些產(chǎn)品的市場(chǎng)需求具有周期性和季節(jié)性，如果采用專門(mén)生產(chǎn)線則得不償失，用普通設(shè)備加工效率又太低。質(zhì)量不穩(wěn)定，數(shù)量也難以保證。而采用加工中心首件試切完成后，程.序和相關(guān)生產(chǎn)信息可保留下來(lái)，下次產(chǎn)品再生產(chǎn)時(shí)只要很短的準(zhǔn)備時(shí)間就可以開(kāi)始生產(chǎn)。

2.適合加工高效、高精度工件

有些零件需求甚少，但屬關(guān)鍵部件，要求精度高且工期短。用傳統(tǒng)工藝需要多臺(tái)機(jī)床協(xié)調(diào)工作，周期長(zhǎng)、效率低。在長(zhǎng)工序流程中，受人為影響易出廢品，從而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。采用加工中心進(jìn)行加工，生產(chǎn)完全由程序自動(dòng)控制，避免了長(zhǎng)工藝流程，減少了硬件投資和人為干擾，具有生產(chǎn)效益高及.質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

3.適合加工具有合適批量的工件
加工中心生產(chǎn)的柔性不僅體現(xiàn)在對(duì)特殊要求的快速反應(yīng)上，而且可以快速實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，擁有并提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。加工中心適合于中小批量生產(chǎn)，特別是小批量生產(chǎn)。在.應(yīng)用加工中心時(shí)，盡量使批量大于經(jīng)濟(jì)批量，以達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效果。隨著加工中心.及輔具的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)批量越來(lái)越小，對(duì)一些復(fù)雜零件達(dá)到5-10件就可生產(chǎn)，甚至單件生產(chǎn)時(shí)也可考慮用加工中心。

4.適合于加工形狀復(fù)雜的零件
四軸聯(lián)動(dòng)、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的應(yīng)用.及CAD/CAM技術(shù)的成熟發(fā)展，使加工復(fù)雜零件的自動(dòng)化程度大幅提高。DNC的使用使同一程序的加工內(nèi)容足以滿足各種加工要求，使復(fù)雜零件的自動(dòng)加工變得非常容易。

5.其他特點(diǎn)

加工中心還適合于加工多工位和工序集中的工件及難測(cè)量工件。另外，裝夾困難或完全由找正定位來(lái)保證加工精度的工件不適合在加工中心上生產(chǎn)。

刀具系統(tǒng)

1.加工中心對(duì)刀具的要求

加工中心對(duì)刀具的基本要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面;

（1）良好的切削性能，能承受高速切削和強(qiáng)力切削并且性能穩(wěn)定。

（2）較高的精度，刀具的精度指刀具的形狀精度和刀具與裝夾裝置的位置精度。

（3）配備完善的工具系統(tǒng)，滿足多刀連續(xù)加工的要求。

加工中心所使用刀具的刀頭部分與數(shù)控銑床所使用的刀具基本相同，除銑刀以外，加工中心使用比較多的是孔加工刀具，包括加工各種大小孔徑的麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、锪孔鉆、鉸刀、鏜刀、絲錐及螺紋銑刀等。為了適應(yīng)高效、高速、高剛性和大功率的加工發(fā)展要求，在選擇刀具材料時(shí)，一般盡可能選用硬質(zhì)合金刀具，精密鏜孔等還可選用性能更好、更耐磨的立方氮化硼和金剛石刀具。這些孔加工刀具一般都采用涂層硬質(zhì)合金材料.分為整體式和機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式兩類。加工中心所使用刀具的刀柄部分與一般數(shù)控銑床所用刀柄部分不同，加工中心用刀柄帶有夾持槽供機(jī)械手夾持。

2.自動(dòng)換刀裝置

在加工中心加工零件的過(guò)程中，換刀動(dòng)作是由自動(dòng)換刀裝置完成的。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)該滿足換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具儲(chǔ)存數(shù)量足夠、結(jié)構(gòu)緊湊、便于制造、便于維修、便于調(diào)整、有防屑防塵裝置、布局應(yīng)合理等要求。同時(shí)也應(yīng)具有較好的剛性，沖擊、振動(dòng)及噪聲小。運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等特點(diǎn)。自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫(kù)、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)（如機(jī)械手）、刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)等部分組成。

自動(dòng)換刀方式分為兩大類：一是由刀庫(kù)和主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換，用這種形式交換刀具時(shí)，主軸上用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)和從刀庫(kù)中取出新刀，這兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，選刀和換刀由數(shù)控定位系統(tǒng)來(lái)完成，因此換刀時(shí)間長(zhǎng)，換刀動(dòng)作也較多；二是由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換。

3.刀庫(kù)與刀具管理

刀庫(kù)的功能是儲(chǔ)存加工工序所需的各種刀具，并按程序T指令，把將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換（?。┑段恢?，并接受從主軸送來(lái)的已用刀具。刀庫(kù)的儲(chǔ)存量一般在8~64把范圍 內(nèi)，多的可達(dá)100~200把。

1)刀庫(kù)的形式

加工中心普遍采用盤(pán)式刀庫(kù)和鏈?zhǔn)降稁?kù)。密集型的鼓刀庫(kù)或格子式刀庫(kù)雖然占地面積小，但由于結(jié)構(gòu)的限制，很少用于單機(jī)加工中心。密集型的固定刀庫(kù)目前多用于FMS中的集中供刀系統(tǒng)。盤(pán)式刀庫(kù)一般用于刀具容量較少的刀庫(kù)，而鏈?zhǔn)降稁?kù)一般刀具數(shù)量在30~120把，刀具數(shù)量大時(shí)多采用鏈?zhǔn)降稁?kù)。

2)自動(dòng)換刀的選刀方式

（1）順序選刀。將刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫(kù)的刀座中，使用時(shí)按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過(guò)的刀具放回原來(lái)的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個(gè)刀座內(nèi)。順序選刀的特點(diǎn)是不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也較簡(jiǎn)單。工作可靠。但刀庫(kù)中每一把刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫(kù)的容量，這就降低了刀具和刀庫(kù)的利用率。此外，裝刀時(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫(kù)中，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，這種方式現(xiàn)在已很少采用。

（2）任意選刀方式。目前絕大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都具有任意選擇刀具功能。刀庫(kù)中刀具的排列順序與工件加工順序無(wú)關(guān)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序T指令的要求任意選擇所需要的刀具，相同的刀具可重復(fù)使用。 任選刀具的換刀方式主要有刀具編碼識(shí)別、刀套編碼識(shí)別和軟件記憶識(shí)別方式。

刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套上安裝用于識(shí)別的編碼條，每把刀具(或刀座)一般都是根據(jù)二進(jìn)制編碼原理進(jìn)行編碼。自動(dòng)換刀時(shí)，刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，每把刀具(或刀座)都經(jīng)過(guò)刀具識(shí)別裝置接受識(shí)別。當(dāng)某把刀具的代碼(如0000111)與數(shù)控指令的代碼（如T07)相符合時(shí)，該把刀具被選中，刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)，將刀具送到換刀位置，等待機(jī)械手來(lái)抓取。

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