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1、第三篇 MC FTL和数控电加工机床,MC：Machining Center 加工中心FTL：Flexible Transfer Line 柔性生产线FMS：Flexible Manufacturing System 柔性制造系统EDM：Electrical Discharge Machining 电火花加工WEDM：Wire EDM 线切割加工RPM: Rapid Prototype Manufacturing 快速原型制造,第一章 MC FTL和 FMS,第一节 加工中心和车削中心一、加工中心定义： 是具有自动交换刀具系统的数字控制机床特征：刀库 换刀机械手功能：三轴到五轴联动，三维空间曲
2、面型式：两大类 立式 卧式工艺内容：钻、铣、镗为主,加工中心的特点：,工序高度集中，辅助时间缩短，加工效率高；一次安装可完成大部分加工内容，加工精度高；具有较高的柔性；系统结构较复杂，对操作和维修人员有一定要求；初期投资高。,数控加工中心,加工中心是备有刀库，并能自动更换刀具的数控机床。适用于零件形状比较复杂、加工内容较多、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。 5.8.1 加工中心的特点及分类 1加工中心的特点 加工中心由于增加了自动换刀装置，使工件在一次装夹后，可以连续对工件自动进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等加工。它具有以下特点：,（1）工序高度集中、生产效率高 工件经一次
3、装夹后，数控系统能控制机床按不同加工要求，自动选择和更换刀具，依次完成工件上多介面的加工。由于工序集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右(普通机床仅为15%一20%);同时也减少了机床与机床、车间与车间之间的工件周转 搬运和存放时间，缩短了生产周期，提高了生产效率。,（2）加工质量稳定 与单机、人工操作方式比较，加工中心能排除加工过程中人为干扰因素，使加工质量稳定。 （3）功能完善 除自动换刀功能外，加工中心还具有各种一般功能和特殊功能，以保证加工过程的自动进行，有的数控系统还能进行自动编程。,加工中心的分类 加工中心型号示例： 机
4、床的类别用汉语拼音字母表示，T表示镗床类等；特性代号在类别代号之后也用汉语拼音字母予以表示，加工中心特性代号一般为H(自动换刀)；组、型别代号用阿拉伯数字组成，位于类别代号或特性代号之后，第一位数字表示组别，第二位数字表示型别；机床主要参数用系数表示，加工中心用两位数字表示工作台宽度的 1/10；机床重大改型的顺序号，在原机床型号后用A、B、C、D 等英文字母表示。,加工中心的类型如下。 加工中心型号示例：,（1）立式加工中心 立式加工中心是指主轴为垂直状态的加工中心，如图 5-37所示。其结构形式多为固定立柱，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘、套、板类零件，它一般具有三个直线运动坐
5、标轴，并可在工作台上安装一个沿水平轴旋转的回转台，用以加工螺旋线类零件。 立式加工中心装卡方便，便于操作，易于观察加工情况，调试程序容易，应用广泛。但受立柱高度及换刀装置的限制，不能加工太高的零件，在加工型腔或下凹的型面时，切屑不易排出，严重时会损坏刀具，破坏已加工表面，影响加工的顺利进行。,1一直流伺服电动机 2一换刀机械手 3一数控柜 4一盘式刀库 5一主轴箱;6一操作面板 7一驱动电源柜 8一工作台 9一滑座 10一床身 图 立式加工中心,（2）卧式加工中心 卧式加工中心指主轴为水平状态的加工中心，如图5-38所示。卧式加工中心通常都带有自动分度的回转工作台，它一般具有 3一 5 个运动
6、坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，工件在一次装卡后，完成除安装面和顶面以外的其余四个表面的加工，它最适合加工箱体类零件。与立式加工中心相比较，卧式加工中心加工时排屑容易，对加工有利，但结构复杂，价格较高。,(3)龙门式加工中心 龙门式加工中心的形状与数控龙门铣床相似，如图 5-39所示。龙门式加工中心主轴多为垂直设置，除自动换刀装置以外，还带有可更换的主轴头附件，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工件和形状复杂的工件。,(4)五轴加工中心 五轴加工中心具有立式加工中心和卧式加工中心的功能，如图 5-40所示。五轴加工中心，工件一次安装后能完成除安装面以外的
7、其余五个面的加工，X、Y、Z、主轴回转、主轴或工作台旋转一定角度。常见的五轴加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转 90，对工件进行立式和卧式加工;另一种是主轴不改变方向，而由工作台带着工件旋转90，完成对工件五个表面的加工。,五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。 现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。,可广泛适用于汽车、航空航天、机车车辆、船舶、纺织机械、印刷机械、造
8、纸机械、机床工具等行业中对各种板类、箱体类、机架类、螺旋体和球体类，以及模具等精密零件复杂曲面的数控加工，工件一次装夹后可进行铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序加工；配备直角、万能等附件铣头后，还可对工件进行五面加工,代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档
9、次，使美国间谍船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。,立式五轴加工中心这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的
10、空间曲面。,图中所示产品的A轴和B轴均由力矩电机驱动，电机最大力矩达2900Nm，最大负载为1200kg，允许转动惯量J为110kgm2。A轴的倾斜角的范围为-10(ccw)+110(cw)，转速为30rpm，同轴度为0.01mm，轴向跳动0.012mm，分度精度为7。C轴台面直径为800mm，最大转速为50rpm，分度精度等与A轴相同。 在欧洲，德国FIBRO一直同许多著名的机床公司合作，按照不同的工艺要求开发新型的产品，来满足市场的需求。,另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达90度以上，实现上述同样
11、的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身模具、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。,五轴联动加工中心,龙门式五轴联动加工中心,卧式五轴加工中心此类加工中心的回转轴也有两种方式，一种是卧式主轴摆动作为一个回转轴，再加上工作台的一个回转轴，实现五轴联动加工。另一种为传统的工作台回转轴，设置在床身上的工作台A轴一般工作范围+20度至-100度。工作台的中间也设有一个回转台 B轴，B轴可双向360度回转。这种卧式五轴加工中心的联动特性比第一种方式好，常用于加工大型叶轮的复杂曲面。,卧式五轴联动加工中心,卧式加工中心,(5)虚轴加工中心 虚轴加工中心如
12、图5-41所示。虚轴加工中心改变了以往传统机床的结构，通过连杆的运动，实现主轴多自由度的运动，对工件的复杂曲面进行加工。,5.8.2 加工中心的构成 加工中心有各种类型，虽然外形结构各异，但总体上是由以下几大部分组成。 1.基础部件 基础部件由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心结构中的基础部件。这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须具备更高的静、动刚度，也是加工中心中质量和体积最大的部件。,2.主轴部件 主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具进行
13、切削。主轴部件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大影响。,3.数控系统 数控系统由 CNC 装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成，是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。4.自动换刀装置 (ATC) 加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力，有一套自动换刀装置。,五面体加工中心,五轴铣,五面加工中心,三坐标测量机,加工中心的发展与未来现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。品种：有新型的立、卧五轴联动加工中心，可用于航空、航天零
14、件加工；有专门用于模具加工的高性能加工中心，集成三维AD/CAM对模具复杂的曲面超精加工；有适用于汽车、摩托车大批量零件加工的高速加工中心，生产效率高且具备柔性化。性能：普遍采用了万转以上的电主轴，最高可达610万转；直线电机的应用使机床加速度达到了3-5g；执行ISO/VDI检测标准，促使制造商提高加工中心的双向定位精度。,功能：糅合了激光加工的复合功能，结构上适合于组成模块式制造单元（FMC）和柔性生产线（FMS），并具有机电、通讯一体化功能。领先一步的机床制造商正在构想2010年的“加工中心”，它将是万能型的设备，可用于车、铣、磨、激光加工等，成为真正意义上的加工中心。全自动地从材料送进
15、，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，将无所不能。设备将重视环保、节能，呈现出绿色制造业的标志。,二、 车削中心,定义：是在数控车床基础上发展起来的复合加工机床。特点： 1. 具有转塔式多工位刀架-（刀库） 2. 除基本的两轴联动控制外，还具有C轴控制。工艺范围：内、外回转面，端面，孔的加工；端面和圆周面上任意部位的钻削、铣削和攻丝等。,第二节 板材加工中心,实质：CNC冲床 冲模库（刀库）定义：具有自动交换模具的数控回转头 压力机应用：在板材上冲各种孔独特部件：转盘 同时同向旋转 上转盘：凸模 下转盘：模具数控系统功能：X、Y、T三轴控制,第三节 柔性制造系统,“柔性”：自身对产品变化的适应能力柔性制造的必要性： 多品种、小批量生产模式的客观要求系统柔性的内容： 软件柔性：仅改变程序就适应变化 硬件柔性：可重复组合使用的程度分类：柔性制造单元 柔性制造线 柔性制造系统,
