加工中心的特点、种类、功能和主要技术参数

本项目主要对加工中心的特点、种类、功能和主要技术参数加以概述，使初学者对加工中心有一个基本认识。



项目一 加工中心



同类型的加工中心与数控铣床的结构布局相似，主要在刀库的结构和位置上有区别，一般由床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、自动换刀装置、辅助系统（气液、润滑、冷却）、控制系统等组成，如图 5-1 所示。的基本组成

项目二 加工中心分类



加工中心的品种、规格较多，这里仅从结构上对其作一分类。



一、立式加工中心



指主轴轴线为垂直状态设置的加工中心。其结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件。一般具有三个直线运动坐标，并可在工作台上安装一个水平轴的数控回转台，用以加工螺旋线零件。



立式加工中心装夹工件方便，便于操作，易于观察加工情况，但加工时切屑不易排除，且受立柱高度和换刀装置的限制，不能加工太高的零件。



立式加工中心的结构简单，占地面积小，价格相对较低，应用广泛。



二、卧式加工中心



指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。通常都带有可进行分度回转运动的工作台。卧式加工中心一般都具有三个至五个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。



卧式加工中心调试程序及试切时不便观察，加工时不便监视，零件装夹和测量不方便，但加工时排屑容易，对加工有利。



与立式加工中心相比，卧式加工中心的结构复杂，占地面积大，价格也较高。



三、龙门式加工中心



龙门式加工中心的形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，除自动换刀装置外，还带有可更换的主轴附件，数控装置的功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于加工大型或形状复杂的零件，如飞机上的梁、框、壁板等。



项目三 加工中心主要加工对象



加工中心适用于复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的具有适当批量的零件。其主要加工对象有以下四类：



一、箱体类零件



箱体类零件是指具有一个以上的孔系，并有较多型腔的零件，这类零件在机械、汽车、飞机等行业较多，如汽车的发动机缸体、变速箱体，机床的床头箱、主轴箱，柴油机缸体，齿轮泵壳体等。



箱体类零件在加工中心上加工，一次装夹可以完成普通机床 60 ％～ 95 ％的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时可缩短生产周期，降低成本。对于加工工位较多，工作台需多次旋转角度才能完成的零件，一般选用卧式加工中心；当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。



二、复杂曲面



在航空航天、汽车、船舶、国防等领域的产品中，复杂曲面类占有较大的比重，如叶轮、螺旋桨、各种曲面成型模具等。



就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，但效率较低。如果工件存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床。



三、异形件



异形件是外形不规则的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工，如支架、基座、样板、靠模等。异形件的刚性一般较差，夹压及切削变形难以控制，加工精度也难以保证，这时可充分发挥加工中心工序集中的特点，采用合理的工艺措施，一次或两次装夹，完成多道工序或全部的加工内容。



四、盘、套、板类零件



带有键槽、径向孔或端面有分布孔系以及有曲面的盘套或轴类零件，还有具有较多孔加工的板类零件，适宜采用加工中心加工。端面有分布孔系、曲面的零件宜选用立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。



项目四 加工中心主要技术参数



加工中心的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、摆角范围、主轴转速范围、切削进给速度范围、刀库容量、换刀时间、定位精度、重复定位精度等，其具体内容及作用详见表 5 - 1 。

项目五 自动换刀装置



加工中心上的自动换刀装置由刀库和刀具交换装置组成，用于交换主轴与刀库中的刀具或工具。

一、对自动换刀装置的要求



加工中心对自动换刀装置有如下具体要求：



1、刀库容量适当



2、换刀时间短



3、换刀空间小



4、动作可靠、使用稳定



5、刀具重复定位精度高



6、刀具识别准确



二、刀库



在加工中心上使用的刀库主要有两种，一种是盘式刀库，一种是链式刀库。盘式刀库装刀容量相对较小，一般在 1～24 把刀具，主要适用于小型加工中心；链式刀库装刀容量大，一般在 1～100 把刀具，主要适用于大中型加工中心。



三、换刀方式



加工中心的换刀方式一般有两种：机械手换刀和主轴换刀。



1、机械手换刀



由刀库选刀，再由机械手完成换刀动作，这是加工中心普遍采用的形式。机床结构不同，机械手的形式及动作均不一样。



2、主轴换刀



通过刀库和主轴箱的配合动作来完成换刀，适用于刀库中刀具位置与主轴上刀具位置一致的情况。一般是采用把盘式刀库设置在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库能移动到主轴箱可以到达的位置。换刀时，主轴运动到刀库上的换刀位置，由主轴直接取走或放回刀具。多用于采用 40 号以下刀柄的中小型加工中心。



四、刀具识别方法



加工中心刀库中有多把刀具，如何从刀库中调出所需刀具，就必须对刀具进行识别，刀具识别的方法有两种。



1、刀座编码



在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完后，就变成了刀具号和刀座号一致的情况，此时一号刀座对应的就是一号刀具，经过换刀之后，一号刀具并不一定放到一号刀座中（刀库采用就近放刀原则），此时数控系统自动记忆一号刀具放到了几号刀座中，数控系统采用循环记忆方式。



2、刀柄编码



识别传感器在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，当需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置时，被感应到后，从刀库中调出交换到主轴上。



项目六 工作台自动交换装置



根据需要，加工中心可配备工作台自动交换装置，使其携带工件在工位及机床之间转换，从而有效减小定位误差，减少装夹时间，达到提高加工精度及生产效率的目的，这也是构成 FMS 的基本手段。



一、对工作台自动交换装置的要求



加工中心对自动换刀装置有如下具体要求：



1、工作台数量适当



一般单机操作采用两个工作台，多机共同操作时采用多个工作台。



2、交换时间短



多工作台的交换可采用机械手、机器人等以缩短时间。



3、交换空间小



4、动作可靠、使用稳定



5、工作台重复定位精度高



二、工作台自动交换装置的类型



1、回转交换式



交换空间小，多为单机时使用，



2、移动交换式



工作台沿导（滑）轨移至工作位置进行交换，多用于加工中工位多、内容多的情况