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(gè)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(dòng)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(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，并可在工作臺上安裝一個(gè)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(shí)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(jià)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(dòng)的工作臺。臥式加工中心一般都具有三個(gè)至五個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，常見的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(gè)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(shí)不便觀察，加工時(shí)不便監(jiān)視，零件裝夾和測量不方便，但加工時(shí)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(jià)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)換刀裝置



加工中心上的自動(dòng)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(dòng)換刀裝置的要求



加工中心對自動(dòng)換刀裝置有如下具體要求：



1、刀庫容量適當(dāng)



2、換刀時(shí)間短



3、換刀空間小



4、動(dòng)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�。盤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(dòng)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(dòng)作均不一樣。



2、主軸換刀



通過刀庫和主軸箱的配合動(dòng)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(dòng)到的位置，或整個(gè)刀庫能移動(dòng)到主軸箱可以到達(dá)的位置。換刀時(shí)，主軸運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)，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(dòng)交換裝置



根據(jù)需要，加工中心可配備工作臺自動(dòng)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(shí)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(dòng)交換裝置的要求



加工中心對自動(dòng)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(gè)工作臺，多機(jī)共同操作時(shí)采用多個(gè)工作臺。



2、交換時(shí)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(shí)間。



3、交換空間小



4、動(dòng)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(dòng)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(shí)使用，



2、移動(dòng)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