加工中心的特點(diǎn)、種類、功能和主要技術(shù)參數(shù)

本項(xiàng)目主要對加工中心的特點(diǎn)、種類、功能和主要技術(shù)參數(shù)加以概述，使初學(xué)者對加工中心有一個基本認(rèn)識。



項(xiàng)目一 加工中心



同類型的加工中心與數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)布局相似，主要在刀庫的結(jié)構(gòu)和位置上有區(qū)別，一般由床身、主軸箱、工作臺、底座、立柱、橫梁、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、自動換刀裝置、輔助系統(tǒng)（氣液、潤滑、冷卻）、控制系統(tǒng)等組成，如圖 5-1 所示。的基本組成

項(xiàng)目二 加工中心分類



加工中心的品種、規(guī)格較多，這里僅從結(jié)構(gòu)上對其作一分類。



一、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。其結(jié)構(gòu)形式多為固定立柱式，工作臺為長方形，無分度回轉(zhuǎn)功能，適合加工盤、套、板類零件。一般具有三個直線運(yùn)動坐標(biāo)，并可在工作臺上安裝一個水平軸的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺，用以加工螺旋線零件。



立式加工中心裝夾工件方便，便于操作，易于觀察加工情況，但加工時切屑不易排除，且受立柱高度和換刀裝置的限制，不能加工太高的零件。



立式加工中心的結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格相對較低，應(yīng)用廣泛。



二、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。通常都帶有可進(jìn)行分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動的工作臺。臥式加工中心一般都具有三個至五個運(yùn)動坐標(biāo)，常見的是三個直線運(yùn)動坐標(biāo)加一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動坐標(biāo)，它能夠使工件在一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合加工箱體類零件。



臥式加工中心調(diào)試程序及試切時不便觀察，加工時不便監(jiān)視，零件裝夾和測量不方便，但加工時排屑容易，對加工有利。



與立式加工中心相比，臥式加工中心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，價格也較高。



三、龍門式加工中心



龍門式加工中心的形狀與龍門銑床相似，主軸多為垂直設(shè)置，除自動換刀裝置外，還帶有可更換的主軸附件，數(shù)控裝置的功能也較齊全，能夠一機(jī)多用，尤其適用于加工大型或形狀復(fù)雜的零件，如飛機(jī)上的梁、框、壁板等。



項(xiàng)目三 加工中心主要加工對象



加工中心適用于復(fù)雜、工序多、精度要求高、需用多種類型普通機(jī)床和繁多刀具、工裝，經(jīng)過多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的具有適當(dāng)批量的零件。其主要加工對象有以下四類：



一、箱體類零件



箱體類零件是指具有一個以上的孔系，并有較多型腔的零件，這類零件在機(jī)械、汽車、飛機(jī)等行業(yè)較多，如汽車的發(fā)動機(jī)缸體、變速箱體，機(jī)床的床頭箱、主軸箱，柴油機(jī)缸體，齒輪泵殼體等。



箱體類零件在加工中心上加工，一次裝夾可以完成普通機(jī)床 60 ％～ 95 ％的工序內(nèi)容，零件各項(xiàng)精度一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定，同時可縮短生產(chǎn)周期，降低成本。對于加工工位較多，工作臺需多次旋轉(zhuǎn)角度才能完成的零件，一般選用臥式加工中心；當(dāng)加工的工位較少，且跨距不大時，可選立式加工中心，從一端進(jìn)行加工。



二、復(fù)雜曲面



在航空航天、汽車、船舶、國防等領(lǐng)域的產(chǎn)品中，復(fù)雜曲面類占有較大的比重，如葉輪、螺旋槳、各種曲面成型模具等。



就加工的可能性而言，在不出現(xiàn)加工干涉區(qū)或加工盲區(qū)時，復(fù)雜曲面一般可以采用球頭銑刀進(jìn)行三坐標(biāo)聯(lián)動加工，加工精度較高，但效率較低。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)動的機(jī)床。



三、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，如支架、基座、樣板、靠模等。異形件的剛性一般較差，夾壓及切削變形難以控制，加工精度也難以保證，這時可充分發(fā)揮加工中心工序集中的特點(diǎn)，采用合理的工藝措施，一次或兩次裝夾，完成多道工序或全部的加工內(nèi)容。



四、盤、套、板類零件



帶有鍵槽、徑向孔或端面有分布孔系以及有曲面的盤套或軸類零件，還有具有較多孔加工的板類零件，適宜采用加工中心加工。端面有分布孔系、曲面的零件宜選用立式加工中心，有徑向孔的可選臥式加工中心。



項(xiàng)目四 加工中心主要技術(shù)參數(shù)



加工中心的主要技術(shù)參數(shù)包括工作臺面積、各坐標(biāo)軸行程、擺角范圍、主軸轉(zhuǎn)速范圍、切削進(jìn)給速度范圍、刀庫容量、換刀時間、定位精度、重復(fù)定位精度等，其具體內(nèi)容及作用詳見表 5 - 1 。

項(xiàng)目五 自動換刀裝置



加工中心上的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換裝置組成，用于交換主軸與刀庫中的刀具或工具。

一、對自動換刀裝置的要求



加工中心對自動換刀裝置有如下具體要求：



1、刀庫容量適當(dāng)



2、換刀時間短



3、換刀空間小



4、動作可靠、使用穩(wěn)定



5、刀具重復(fù)定位精度高



6、刀具識別準(zhǔn)確



二、刀庫



在加工中心上使用的刀庫主要有兩種，一種是盤式刀庫，一種是鏈?zhǔn)降稁臁１P式刀庫裝刀容量相對較小，一般在 1～24 把刀具，主要適用于小型加工中心；鏈?zhǔn)降稁煅b刀容量大，一般在 1～100 把刀具，主要適用于大中型加工中心。



三、換刀方式



加工中心的換刀方式一般有兩種：機(jī)械手換刀和主軸換刀。



1、機(jī)械手換刀



由刀庫選刀，再由機(jī)械手完成換刀動作，這是加工中心普遍采用的形式。機(jī)床結(jié)構(gòu)不同，機(jī)械手的形式及動作均不一樣。



2、主軸換刀



通過刀庫和主軸箱的配合動作來完成換刀，適用于刀庫中刀具位置與主軸上刀具位置一致的情況。一般是采用把盤式刀庫設(shè)置在主軸箱可以運(yùn)動到的位置，或整個刀庫能移動到主軸箱可以到達(dá)的位置。換刀時，主軸運(yùn)動到刀庫上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具。多用于采用 40 號以下刀柄的中小型加工中心。



四、刀具識別方法



加工中心刀庫中有多把刀具，如何從刀庫中調(diào)出所需刀具，就必須對刀具進(jìn)行識別，刀具識別的方法有兩種。



1、刀座編碼



在刀庫的刀座上編有號碼，在裝刀之前，首先對刀庫進(jìn)行重整設(shè)定，設(shè)定完后，就變成了刀具號和刀座號一致的情況，此時一號刀座對應(yīng)的就是一號刀具，經(jīng)過換刀之后，一號刀具并不一定放到一號刀座中（刀庫采用就近放刀原則），此時數(shù)控系統(tǒng)自動記憶一號刀具放到了幾號刀座中，數(shù)控系統(tǒng)采用循環(huán)記憶方式。



2、刀柄編碼



識別傳感器在刀柄上編有號碼，將刀具號首先與刀柄號對應(yīng)起來，把刀具裝在刀柄上，再裝入刀庫，在刀庫上有刀柄感應(yīng)器，當(dāng)需要的刀具從刀庫中轉(zhuǎn)到裝有感應(yīng)器的位置時，被感應(yīng)到后，從刀庫中調(diào)出交換到主軸上。



項(xiàng)目六 工作臺自動交換裝置



根據(jù)需要，加工中心可配備工作臺自動交換裝置，使其攜帶工件在工位及機(jī)床之間轉(zhuǎn)換，從而有效減小定位誤差，減少裝夾時間，達(dá)到提高加工精度及生產(chǎn)效率的目的，這也是構(gòu)成 FMS 的基本手段。



一、對工作臺自動交換裝置的要求



加工中心對自動換刀裝置有如下具體要求：



1、工作臺數(shù)量適當(dāng)



一般單機(jī)操作采用兩個工作臺，多機(jī)共同操作時采用多個工作臺。



2、交換時間短



多工作臺的交換可采用機(jī)械手、機(jī)器人等以縮短時間。



3、交換空間小



4、動作可靠、使用穩(wěn)定



5、工作臺重復(fù)定位精度高



二、工作臺自動交換裝置的類型



1、回轉(zhuǎn)交換式



交換空間小，多為單機(jī)時使用，



2、移動交換式



工作臺沿導(dǎo)（滑）軌移至工作位置進(jìn)行交換，多用于加工中工位多、內(nèi)容多的情況