1、加工中心课件加工中心 MachiningCenter 简称MC 机械类学生 一 概述 1 加工中心的工作原理 接到一个零件图或实物模型后 首先根据其表面特征进行加工工艺分析和设计 将加工过程中所需要的各种刀具 切削参数和操作 例如 机床启停 主轴速度大小和旋向 刀具选择 切削三要素 主轴转速 进给速度 吃刀量 走刀路线 切削液供给 以及刀具与工件相对位移等 都编入程序中 然后通过输入设备 RS232 将信息传送到数控系统 由数控系统中的计算机 数控单元 对接受的程序指令进行处理和计算 向伺服系统和其它各辅助控制线路发出指令 使他们按程序规定的动作顺序 刀具运动轨迹和切削工艺参数来进行自动加工
2、执行元件动作 零件加工结束时后 机床停止 当加工中心通过程序输入 调试和首件试切合格 进入正常批量加工时 操作者一般只要进行工件的装料 卸料和对刀 再按一下程序自动循环按钮 机床就能自动完成整个加工过程 2 加工中心的特点 配有刀库和自动换刀装置 在一次装夹工件后 可实现多工序 甚至全部工序 加工的数控机床 把铣削 镗销 钻销和切螺纹等功能集中在一台设备上 具有多种工艺功能 工序集中 减少人为误差 全自动 精度高 效率高 精度稳定等等 加工中心是一种典型的集高新技术于一体的机械加工设备 它的发展代表了一个国家设计和制造业的水平 在国内外企业界中受到高度重视 二 加工中心的组成 五个基本组成部分
3、 基础部件 主轴部件 数控系统 自动换刀系统和辅助系统组成 1 基础部件 由床身 立柱和工作台等大件组成 产生进给运动和支撑机床 2 主轴部件 由主轴伺服电源 主轴电机 主轴箱 主轴轴承和传动轴等组成 3 数控系统数控系统由数控装置 CNC装置 伺服系统 可编程控制器及强电控制回路等组成 是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心 数控装置是加工中心的核心 主要作用是对通过控制介质 NC程序 输送来的加工信息进行数字计算和逻辑运算 然后向伺服系统发出控制信号 脉冲信号 伺服系统根据脉冲信号驱动机床各部位运动 在运动部位装有随机检测反馈装置 光栅尺 直线传感器 编码器等 将检测的信号及时
4、反馈给数控装置 数控装置将其发出的脉冲信号与反馈信号比较后作为位移指令 再经伺服驱动装置功率放大后 驱动电机运转 电机带动机床各部位运动 形成一个闭环控制 数控装置是一种专用的计算机 它由硬件和软件组成 伺服系统主要作用是根据数控装置发出的控制信号驱动执行元件运动 伺服系统有驱动装置 伺服驱动器 和执行元件组成 常用的执行元件有 步进电机 直流伺服电机 交流伺服电机 气缸 液压油缸 伺服阀等等 4 自动换刀系统由刀库 机械手等部件组成 是加工中心区别于其它数控机床的典型特征 用于自动储存 选择 搬运和交换刀具 5 辅助系统包括 随机检测装置 位置和速度 润滑系统 冷却系统 排屑系统 液压系统和
5、安全防护设施 安全门 罩 有的还自带有压缩风泵 三 加工中心的分类 按照结构分 立式加工中心 卧式加工中心 龙门加工中心及复合加工中心 万能加工中心 虚轴加工中心 五面加工中心 加工中心是一种轮廓控制数控机床 按照运动坐标数和同时控制的坐标数 分为 三轴二联动 三轴三联动 四轴三联动 五轴四联动 六轴五联动等 1 立式加工中心主轴轴心为垂直状态设置的加工中心 其结构形式一般为固定立柱式 长方形工作台没有分度回转装置 具有三个直线坐标 三个进给运动XYZ 主要适合加工板材类 壳体类工件 也可用于模具加工 如果在工作台上安装一个数控回转装置 还可加工螺旋类工件 高度尺寸较小的壳体类 盘类 板类零件
6、及复杂的模具 立式加工中心结构简单 价格相对便宜 装夹方便 便于操作 试切对刀时易于观察 占地面积小 故应用较广泛 但受立柱高度及换刀装置的限制 不能加工太高的工件 另外 在加工型腔或下凹的型面时切屑不易排除 严重时会损坏刀具或已加工的工件表面 沈阳机床厂VMC850 2 卧式加工中心主轴轴心为水平状态设置的加工中心 一般带有可进行分度回转运动的正方形工作台 具有3 5个运动坐标 常见的是3个直线运动坐标加一个回转运动坐标 它能使工件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 适合加工箱体类零件及小型模具型腔 特别是那些孔与定位基准面活孔与孔之间有相对位置要求的箱体类零件 卧式加工中心
7、是加工中心中种类最多 规格最全 应用范围最广的一种 有可进行多工位加工 一次加工多个工件 主轴转速高 机床精度高等优势 相对于立式加工中心 也有其缺点 结构复杂 价格相对较高 因其结构限制 调试程序 试切对刀及加工过程中均不易于观察 加工准备时间长 零件装夹和测量也不方便 若没有内冷却钻孔装置 加工深孔时切削液不易到位 3 复合加工中心 五面加工中心 综合了立式加工中心和卧式加工中心的功能 工件一次安装后能完成除安装面外的所有侧面和顶面五个面的加工 常见的有两种形式 一种是主轴可以旋转90 可以进行立式和卧式加工模式的切换 另一种是主轴不改变方向 由工作台带着工件旋转90 完成对工件五个表面的
8、加工 适于加工复杂箱体类零件和具有复杂曲线的工件 如螺旋桨叶片及各种复杂模具 这种加工方式可以使工件的行位误差降到最低 省去了二次装夹的工装 从而提高生产效率和加工精度 降低了加工成本 但由于结构复杂 造价高 占地面积大等缺点 使得它的使用和生产远不如其他类型的加工中心广泛 4 龙门式加工中心形状像龙门双边支撑 主轴多为垂直设置 除带有自动换刀装置外 还带有可更换的主轴头附件 数控装置的软件功能比较齐全 能够一机多用 尤其适用于大型或形状复杂的工件 如航天工业飞机的梁 框板及大型气轮机上的某些零件 相关课题知识 1 数控机床按运动控制轨迹分类 点位控制数控机床 点控制数控系统 只控制机床移动部
9、件从一个位置到另一个位置的精确定位 而对运动过程中的轨迹没有严格要求 在移动和定位过程中不进行任何加工 例如 数控钻床 数控冲床 数控坐标镗床 数控折弯机 数控测量机和数控点焊机 直线控制数控机床 直线控制数控系统 刀具相对于工件的运动除了要控制两相关点之间的准确定位外 还要控制两相关点之间移动的速度和轨迹 其路线一般由直线段组成 移动时刀具以指定的进给速度沿一个坐标轴方向进行切削加工 例如 数控车床 数控铣床和数控磨床 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控系统 结构复杂功能强大 又称连续控制数控机床 一般数控机床均具有轮廓控制功能 其特点是能同时控制两个或两个以上的坐标轴联动 具有插补功能 能加工
10、形状复杂的零件 不仅要控制移动部件的起点与终点位置 而且要控制整个加工过程中每一点的速度和位移量 在运动过程中 刀具对工件进行连续切削 可加工出任意形状的曲线或曲面 例如 数控车床 数控铣床 数控线切割机床和加工中心 2 轮廓控制数控机床按控制的联动坐标轴数不同分类 二轴联动 主要用于数控车床加工曲线旋转面或数控铣床加工曲线柱面 二轴半联动 主要用于三轴以上控制的机床 其中二轴联动 另一个轴作周期性进给 如在数控铣床上用球头铣刀采用行切法加工三维空间曲面 三轴联动 一般分两类 一类是XYZ三个直线坐标轴联动 用于数铣 加工中心等 另一类除了控制XYZ中的两个直线坐标轴外 还同时控制围绕其中一直
11、线坐标的旋转坐标轴 如车削加工中心 它除了纵向 Z轴 横向 X轴 两个直线坐标轴联动外 还需同时控制围绕Z轴旋转的主轴 C轴 联动 四轴联动 同时控制XYZ三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动 如回转工作台 五轴联动 除同时控制XYZ三个直线坐标轴外 还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的ABC坐标轴中的两个旋转坐标轴 形成五个轴联动 刀具可以被定位在空间的任意方向 例如 复合加工中心中 除控制XYZ三个直线坐标轴联动外 还控制刀具同时围绕轴和轴两个方向摆动 使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓面成法线方向 以保证被加工曲面的光滑性 提高其加工精度和加工效率 减小被加工面的粗糙度 四 加工中心
12、主要的加工对象 1 箱体类零件指一些需要进行多工位孔系及平面加工 加工精度要求较高 尤其是形位公差要求特别严格 通常需要经过钻削 扩削 铰削 攻丝 铣削等工序 如在普通机床上加工 需多种工装夹具 并依次在几种机床上多次装夹 找正 手工测量次数也多 导致工艺复杂 加工周期长 成本高 更重要的是精度难以保证 例如 汽车的发动机缸体 变速箱体 机床的床头箱 主轴箱 柴油机的缸体 齿轮泵壳体等 这类零件在加工中心上加工 一次装夹可完成普通机床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 降低生产成本 2 带复杂曲面的零件此类曲面采用普通机械加工方法难以甚至是无法完成 适合
13、在加工中心加工 如叶轮 螺旋桨 各种曲面成型模具等 如轴向压缩机涡轮 它的叶面是一个典型的三维空间曲面 可采用四轴以上联动的加工中心 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 3 异形件指一些外形不规则的零件 大多需要点 线 面等多工位混合加工 如支架 基座 靠模等 这类零件一般刚性较差 夹压及切削变形难以控制 加工精度也较难保证 采用加工中心集中加工的特点 一次或两次装夹可完成多道工序或全部的加工内容 并且要求的精度越高 形状越复杂 使
14、用加工中心越能显示其优越性 4 盘 套 板类零件指那些带有键槽或径向孔 或者端面有分布的孔系 曲面的盘套或轴类 如带法兰的轴套 带有键槽或方头的轴类零件 有很多孔的板类零件 4分钟 5 特殊加工配合一定的工装和专用工具 还可利用加工中心完成一些特殊的加工工艺 例如在金属表面上刻字 刻线 刻图案 在主轴上装上高频电火花电源 可对金属表面进行线扫描表面淬火 在主轴上装上高速磨头 可进行各种曲线 曲面的磨削 五 加工中心加工工艺 1 工艺特点加工中心是一种功能较全的数控机床 它集铣削 钻销 铰销 镗销 攻螺纹和切螺纹于一体 具有多种工艺手段 与普通机床加工相比 其特点如下 1 加工精度高 一次装夹
15、伺服控制 闭环控制位置补偿功能 位置精度 尺寸精度 没有凸轮靠模等硬件 2 精度稳定 全自动控制 无人为因素影响 3 生产效率高 减少装夹时间及工件在机床与机床之间 车间与车间之间周转次数和运输工作量 4 加工表面质量好 主轴及进给速度无级可调 伺服反馈 最佳切削参数 5 软件适应性大零件每个工序的加工内容 切削用量 工艺参数均可以编入程序 能随时修改优化 给新产品 新工艺流程的开发提供了方便2 刀具种类1 端铣刀 立铣刀 2 球头刀 圆柱形球头立铣刀 模具铣刀的一种 3 刀尖圆角端铣刀 圆鼻刀 4 圆角盘铣刀 面铣刀 用于面积较大的平面铣削和较平坦的立体轮廓的多坐标加工 5 锥度球铣刀 模具
16、铣刀的一种 6 圆角锥度端铣刀 圆锥形立铣刀 模具铣刀的一种 7 键槽铣刀 立铣刀的一种 有两个刀齿 8 鼓形铣刀 切削刃分布在半径为R的圆弧面上 端面无切削刃 9 成形铣刀 为特定的工件或加工内容专门设计制造的 适于加工平面类零件的特定形状 如角度面 凹槽 特形孔或台 此外 还有使用较多的孔加工刀具 包括 麻花钻 扩孔钻 孔钻 铰刀 镗刀 丝锥以及螺纹铣刀等 3 加工工艺分析1 对加工工件的表面特征 平面 轮廓 曲面 孔和内螺纹 要求精度及表面光洁度进行分析 以便选取合适的加工方法和加工刀具 粗铣的平面尺寸精度可达IT12 IT14 表面粗糙度可达Ra12 5 25 精铣的平面尺寸精度可达I
17、T7 IT9 表面粗糙度可达Ra0 8 3 2 2 刀具的选择 包括刀具种类和刀具尺寸的选择 3 确定走刀线路 采用何种刀具路径策略 与零件的加工效率和表面质量密切相关 六 加工中心编程 将加工零件的工艺过程 运动轨迹 工艺参数和辅助操作等信息 按一定的文字和格式纪录在程序载体上 通过输入装置 将控制信息输入到数控系统中 1 加工中心的坐标系统1 机床坐标系 是机床固有的坐标系 是确定其它坐标系的基本坐标系 并建立在机床原点 基准位置 上 机床参考点 可修改精确测量 机床工作前一般要进行回参考点动作 2 工作 工件 坐标系 绝对坐标系 编程人员设定的坐标系 也称为编程坐标系 用G54 G59指
18、定 一般选取工件零件图上最重要的设计基准点作为其原点 加工时 首先测量工件上基准点到机床原点的距离 确定其坐标值 并指定为绝对坐标的原点 称为对刀 工作坐标系3 相对坐标系 用来测量工件基准点位置的坐标系 临时使用 可随时修改 只是方便对刀 2 程序的结构格式程序有一系列机床数控装置能识别的指令有序结合而构成的 分为程序号 程序段和程序结束等几部分 程序段是由程序段地址码 字 数字 符号等组成 N30G00G90G54X0Y0S1500M03G功能指令 G功能代码 M功能指令 M功能代码 F 刀具进给速度 功能 S 主轴转速 功能T 刀具代码 功能 加工中心才有 3 加工中心编程方式1 手工编程一步一步地在操作面板上输入 2 自动编程由软件自动生成NC程序 PowerMillUG 美国通用汽车公司的产品 起源于麦道公司 Unigraphics CimatronMasterCAM 4 PowerMill软件介绍 DelcamPlc公司概况总部位于英国伯明翰英国伦敦股市上市公司起源于剑桥大学研究项目世界领先的CAD CAM软件公司之一 PS ExchangeCAD數據接口 直接讀取格式 SDRCIdeas SolidworksSolidEdgeCimatron CatiaDXFPro EUnigraphicsParasolidSTEPIGESVDA FS
