2.1數(shù)控機床及加工中心的定義數(shù)控機床(NumericalControlMachineTools)是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令),控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床。加工中心(MachiningCenter)是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的、用于加工復雜形狀工件的高效率自動化機床,是能自動換刀的數(shù)控機床。加工中心備有刀庫,具有自動換刀功能,是對工件一次裝夾后進行多工序加工的數(shù)控機床。下一頁返回2.1數(shù)控機床及加工中心的定義加工中心是高度機電一體化的產(chǎn)品,工件裝夾后,數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具,自動對刀,自動改變主軸轉(zhuǎn)速和進給量等,可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序,因而大大減少了工件的裝夾時間及測量和機床調(diào)整等輔助工序時間,對加工形狀比較復雜、精度要求較高、品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟效果。上一頁返回2.2數(shù)控機床及加工中心的發(fā)展歷程加工中心最初是從數(shù)控銑床發(fā)展而來的。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置,從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。20世紀70年代以來,加工中心得到了迅速發(fā)展,出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心,它備有多個可以自動更換的、裝有刀具的多軸主軸箱,能對工件同時進行多孔加工。世界數(shù)控機床及加工中心的發(fā)展歷程見表2-1。返回2.3數(shù)控機床及加工中心的組成和工作原理2.3.1數(shù)控機床的組成(1)主要部件:基礎(chǔ)部件、主傳動系統(tǒng)和進給系統(tǒng)。(2)輔助裝置:液壓、氣動、潤滑、冷卻等系統(tǒng),排屑、防護裝置。(3)實現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、定位的裝置和附件:回轉(zhuǎn)工作臺、分度頭和平旋盤。(4)特殊功能裝置:刀具破損監(jiān)控、精度檢測和監(jiān)控等裝置。(5)電氣控制裝置:數(shù)控系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和按鈕站等。2.3.2加工中心的組成2.3.2.1基礎(chǔ)部件下一頁返回2.3數(shù)控機床及加工中心的組成和工作原理基礎(chǔ)部件一般指床身、立柱和工作臺,它們是組成加工中心的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削載荷,所以應(yīng)是剛度很高的部件。2.3.2.2主軸部件主軸部件一般由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等組成。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件,其結(jié)構(gòu)特征直接關(guān)系到加工中心的使用性能。2.3.2.3數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是加工中心加工過程控制和執(zhí)行順序動作的控制中心。2.3.2.4自動換刀系統(tǒng)上一頁下一頁返回2.3數(shù)控機床及加工中心的組成和工作原理自動換刀系統(tǒng)由刀庫、機械手等部件組成,刀庫是存放加工過程中所要使用的全部刀具的裝置。2.3.2.5輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓和隨機系統(tǒng)等。2.3.2.6自動托盤交換系統(tǒng)為縮短非切削時間,有的加工中心配有兩個自動交換工件的托盤,一個在工作臺上加工,另一個位于工作臺外用于裝卸工件。2.3.3數(shù)控機床的工作原理數(shù)控加工的原理是通過機床刀具對工件進行加工所需的理想運動軌跡的直線或圓弧插補運動,從而在指定精度內(nèi)切削出目標形狀。上一頁下一頁返回2.3數(shù)控機床及加工中心的組成和工作原理這里所謂的插補是指將自由曲線近似地以一組離散的簡單曲線段(稱為刀具插補運動軌跡,簡稱刀軌)替代。工件在機床上的加工,是通過刀具相對工件的運動來實現(xiàn)的。為定量描述數(shù)控機床上刀具相對工件的運動位置,可建立機床加工用的坐標系,即工件坐標系。該坐標系設(shè)置在工件上,即把工件視為靜止,只需保證刀尖在坐標系中的運動軌跡符合工件的輪廓形狀,就可加工出圖紙所要求的零件。數(shù)控機床的工作過程大致可分為以下幾步:(1)由數(shù)控系統(tǒng)接收從計算機發(fā)來的數(shù)控程序(NC代碼),NC代碼是由NC編程人員在CAM軟件上生成或手工編制的,是一個文本數(shù)據(jù),也就是說它的表達比較直觀,可以較容易地被編程人員直接理解,但無法為硬件直接使用。上一頁下一頁返回2.3數(shù)控機床及加工中心的組成和工作原理(2)由數(shù)控系統(tǒng)將NC代碼“翻譯”為機器碼。機器碼是一種由0和1組成的二進制文件,對一般的編程人員而言,它是難以理解的,但卻可以直接為硬件所理解和使用。(3)由數(shù)控系統(tǒng)將機器碼轉(zhuǎn)換為控制X、Y、Z三個方向運動的電脈沖信號,以及其他輔助處理信號。2.3.4加工中心的工作原理上一頁下一頁返回2.3數(shù)控機床及加工中心的組成和工作原理加工中心加工零件,首先根據(jù)所設(shè)計的零件圖,經(jīng)過加工工藝分析、設(shè)計,將加工過程中所需的各種操作,如主軸啟停、主軸變速、切削用量、進給路線、切削液供給以及刀具與工件相對位移量等,以規(guī)定的數(shù)控代碼,按一定的格式編寫成加工程序,然后通過鍵盤或其他輸入設(shè)備將信息傳送到數(shù)控系統(tǒng),由數(shù)控系統(tǒng)中的計算機對接收的程序指令進行處理和計算,向伺服系統(tǒng)和其他各輔助控制線路發(fā)出指令,使它們按程序規(guī)定的動作順序、刀具運動軌跡和切削工藝參數(shù)來進行自動加工,零件加工結(jié)束時,機床停止。當加工中心通過程序輸入、調(diào)試和首件試切合格,進入批量生產(chǎn)時,操作者一般只要進行工件上、下料裝卸,再按一下程序自動循環(huán)啟動按鈕,加工中心就能自動完成整個加工過程。上一頁返回2.4數(shù)控機床的分類2.4.1按工藝用途分類2.4.1.1普通數(shù)控機床普通數(shù)控機床主要包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控刨床和數(shù)控磨床等。普通數(shù)控機床按切削工藝的分類見表2-2。2.4.1.2加工中心在普通數(shù)控機床上加裝刀庫和自動換刀裝置,構(gòu)成一種帶自動換刀系統(tǒng)的數(shù)控機床,即為加工中心。其主要有車削加工中心、銑削加工中心和鏜削加工中心等。下一頁返回2.4數(shù)控機床的分類加工中心按切削工藝的分類見表2-3。2.4.2按成形方式分類(1)數(shù)控壓力機。(2)數(shù)控折彎機。利用通用或?qū)I(yè)模具,在冷態(tài)下將板材彎折成各種幾何截面形狀的工件。2.4.3按電加工方式分類(1)數(shù)控電火花成形機床。(2)數(shù)控電火花線切割機床。上一頁下一頁返回2.4數(shù)控機床的分類快速成形機,利用熔融成形工藝,制造速度快且經(jīng)濟;尺寸精度較高、表面質(zhì)量較好、材料利用率高。如激光燒結(jié)成形機,利用燒結(jié)成形工藝,制造速度快,成形后的零件需要拋光處理。2.4.4按數(shù)控系統(tǒng)控制運動的方式分類(1)點位控制數(shù)控機床。(2)直線控制數(shù)控機床。(3)輪廓控制數(shù)控機床。上一頁下一頁返回2.4數(shù)控機床的分類2.4.5按伺服驅(qū)動的控制方式分類(1)開環(huán)控制數(shù)控機床:系統(tǒng)沒有檢測反饋裝置。(2)閉環(huán)控制數(shù)控機床:在機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置。(3)半閉環(huán)控制數(shù)控機床:將角位移檢測元件安裝在伺服電動機軸或滾珠絲杠的端部。上一頁返回2.5加工中心的分類2.5.1按主軸在加工時的空間位置分類2.5.1.1臥式加工中心臥式加工中心在布局上分為固定立柱式和固定工作臺式。固定立柱式加工中心如圖2-1所示,固定工作臺式加工中心如圖2-2所示。臥式加工中心一般具有3~5個運動坐標,通常是三個直線運動坐標加一個回轉(zhuǎn)運動坐標,工件一次裝夾后完成四個側(cè)面的加工,特別適于加工箱體類工件。如圖2-3所示的大型臥式加工中心配置有交換工作臺,可使工件的裝卸、調(diào)整時間與切削加工時間重合。2.5.1.2立式加工中心下一頁返回2.5加工中心的分類立式加工中心主軸的軸線為垂直設(shè)置,一般具有三個直線運動坐標,也可以在工作臺上安裝一個水平軸(第四軸)的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺,如圖2-4所示,用于加工螺旋線類的工件。立式加工中心適于加工盤類、套類和板類工件。2.5.2按功能特征分類(1)鏜銑加工中心,以鏜、銑加工為主,適用于箱體、殼體以及各種復雜零件的特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工?！凹庸ぶ行摹币辉~一般特指鏜銑加工中心。(2)鉆削加工中心,以鉆削加工為主,適用于中小零件鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲及連續(xù)輪廓的銑削。上一頁下一頁返回2.5加工中心的分類(3)復合加工中心,除用各種刀具進行切削外,還可使用激光頭進行打孔、清角,用磨頭磨削內(nèi)孔,用智能化在線測量裝置檢測和仿形等。2.5.3按運動坐標數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)分類加工中心的數(shù)控裝置可實現(xiàn)多個坐標軸控制和多軸聯(lián)動控制,如三軸二聯(lián)動、三軸三聯(lián)動、四軸三聯(lián)動、五軸四聯(lián)動和五軸五聯(lián)動等。圖2-5所示為五軸聯(lián)動加工中心,它具備三個移動坐標軸和兩個轉(zhuǎn)動坐標軸,其數(shù)控系統(tǒng)可以同時控制五個坐標軸。2.5.4按加工精度分類加工中心按加工精度不同可分為普通加工中心和高精度加工中心。上一頁下一頁返回2.5加工中心的分類普通加工中心的分辨率為1μm,最大進給速度為15~25m/min,定位精度為10μm左右。高精度加工中心的分辨率為0.1μm,最大進給速度為15~100m/min,定位精度為2μm左右。精密級加工中心,定位精度介于2~10μm的加工中心(以5μm較多)。2.5.5按自動換刀裝置分類2.5.5.1轉(zhuǎn)塔頭加工中心轉(zhuǎn)塔頭加工中心有立式和臥式兩種,用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來換主軸頭,以實現(xiàn)自動換刀。主軸數(shù)一般為6~12個,換刀時間短,主軸轉(zhuǎn)塔頭定位精度要求較高。鉆削加工中心多采用轉(zhuǎn)塔頭式自動換刀裝置。上一頁下一頁返回2.5加工中心的分類2.5.5.2無機械手換刀加工中心無機械手換刀加工中心,其刀庫中刀具的安裝方向與主軸裝刀方向一致,通過刀庫和主軸箱的配合實現(xiàn)換刀。2.5.5.3機械手換刀加工中心機械手換刀加工中心自動換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多種多樣,在加工中心得到了廣泛應(yīng)用。上一頁返回2.6數(shù)控機床及加工中心的用途2.6.1數(shù)控機床的用途數(shù)控車床主要用于大規(guī)模的零件加工,其加工方式包括車外圓、鏜孔、車平面等,可以編寫程序,適用于批量生產(chǎn),生產(chǎn)過程的自動化程度較高。2.6.2加工中心的用途在加工中心上,工件一次裝夾后,可以自動、連續(xù)地完成銑、鉆、鉸、擴、锪、攻螺紋等多工序加工,適用于中小型板類、盤類、箱體類、模具等零件的多品種、小批量和單一產(chǎn)品的成批生產(chǎn)。加工中心在機械制造領(lǐng)域承擔著精密、復雜的多任務(wù)加工,在現(xiàn)代化機械制造工廠,加工中心的應(yīng)用日益廣泛。下一頁返回2.6數(shù)控機床及加工中心的用途2.6.2.1立式加工中心的應(yīng)用范圍立式加工中心主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復雜零件。2.6.2.2臥式加工中心的應(yīng)用范圍臥式加工中心適用于零件形狀比較復雜和精度要求較高的產(chǎn)品的批量生產(chǎn),特別是箱體和復雜結(jié)構(gòu)件的加工。2.6.2.3萬能加工中心的應(yīng)用范圍萬能加工中心(又稱多軸聯(lián)動型加工中