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1、本章要点,第4章 加工中心,数控机床结构及应用,第4章 加工中心 Machining center,什么是加工中心？,加工中心是在普通数控机床的基础上增加了自动换刀装置及刀库，并带有其他辅助功能，从而使工件在一次装夹后，可以连续、自动完成多个平面或多个角度位置的钻、扩、铰、镗、攻丝、铣削等工序的加工，工序高度集中。,4.1 加工中心,主要加工对象： 1.箱体类零件 2.复杂曲面 3.异形件 4.盘、套、板类零件,发动机缸体,4.1 加工中心,发动机缸体,4.1 加工中心,发动机缸体,4.1 加工中心,螺旋零件,4.1 加工中心,叶轮,4.1 加工中心,人面模型,4.1 加工中心,手枪模型,4.
2、1 加工中心,小提琴模型,4.1 加工中心,加工中心加工,铣削加工,钻削加工,螺纹加工,4.1 加工中心,4.1.1 加工中心的特点,加工中心包含有自动换刀功能的刀库系统，它能在一台机床上完成由多台机床才能完成的工作。,自动换刀装置多工布，工序集中 回转工作台或可旋转主轴箱一次装夹，多面（角度）多工序加工 自动调整主轴转速、进给量和刀具轨迹等参数 交换工作台加工与装卸并行，提高效率,刀具寿命的监测功能、刀具磨损和损伤的监测功能、切削状态的监测功能、切削异常的监测、报警和自动停机功能，自动检测和自我诊断功能及自适应控制功能等,加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的关键设备和
3、基本单元。,4.1.2 加工中心的工作原理,加工中心的工作原理是根据零件图纸，制定工艺方案，采用手工或计算机自动编制零件加工程序，把零件所需的机床各种动作及全部工艺参数变成数控程序，并将程序代码通过输入装置存储到机床数控系统。进入数控系统的信息，经过一系列处理和运算转变为脉冲信号。一部分信号送到机床的伺服系统，通过伺服机构进行转换和放大，再经过传动机构，驱动机床有关零部件，使刀具和工件严格执行零件程序所规定的相应运动。另一部分信号送到可编程序控制器中用以顺序控制机床的其他辅助动作，实现刀具自动更换。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,1-排屑器；2冷却水箱；3、8机械手； 4、7刀库；5-
4、油温自动控制箱；6X轴伺服电机；9Y轴伺服电机；10平衡液压缸；11立柱；12主轴箱；13分度工作台；14工作台驱动电机；15床身；16液压油箱；17Z轴伺服电机；18强电柜；19主轴电机；20间歇润滑装置；21数控柜；22立柱滑座。,加工中心组成,基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心的基础构件，它们可以是铸铁件，也可以是焊接钢结构件，均要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削载荷。故必须是刚度很高的部件，亦是加工中心质量和体积最大的部件。,主轴组件 它由主轴电动机、主轴箱、主轴和主轴支承等零部件组成。其起动、停止和转动等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动
5、，是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,控制系统 单台加工中心的数控部分是由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成。它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程中的控制中心。,伺服系统 伺服系统的作用是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动,其性能是决定机床的加工精度、表面质量和生产效率的主要因素之一。加工中心普遍采用半闭环、闭环和混合环三种控制方式。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,自动换刀装置 它由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放加工过程所使用的全部刀
6、具的装置。刀库有盘式、鼓式和链式等多种形式，容量从几把到几百把，当需换刀时，根据数控系统指令，由机械手(或通过别的方式)将刀具从刀库取出装入主轴中。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同有多种形式。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。尽管换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型等各不相同，但都是在数控装置及可编程序控制器控制下，由电动机、液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,辅助系统 包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参加切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起
7、到保障作用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。,自动托盘更换系统 有的加工中心为进一步缩短非切削时间，配有两个自动交换工件托盘，一个安装在工作台上进行加工，另一个则位于工作台外进行装卸工件。当完成一个托盘上的工件加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可减少辅助时间，提高加工工效。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,整机架构,支撑各机构及工件的机构。 含：立柱、底座、鞍座、工作台、主轴头。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,底 座：整台机床的主体，支撑着机台的所有重量,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,鞍 座：下面连接着底座，上面连接工作台，用于实现Y轴移动等功能,鞍座,底座
8、,工作台,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,工作台：下面连接着鞍座，表面摆放工件、夹具及第四轴等，用于 实现X轴的移动等功能,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,立 柱：下面连接底座，硬轨或线轨连接主轴头，上面固定配重担架、导链条及配重块，侧面还连接刀库,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,主轴头：下面与立柱的硬轨或线轨，内部装有主轴，上面还固定主轴马达、主轴松刀装置，用于实现Z轴移动、主轴旋转等功能,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,主轴部分,基本功能：夹持刀具作旋转来切除工件材料。 重要元件：主轴本体、轴承组合、刀具夹持系统。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,主轴传动方式
9、,皮带式：通过皮带传动 齿轮式：带有变速齿轮 直接式：由调速电机直接驱动 电主轴,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,刀柄规格,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,ATC,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,斗笠式刀库,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,圆盘式刀库,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,链条式刀库,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,进给系统,滚珠螺杆 轴承 马达座 导轨,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,滚珠丝杆副 直线导轨副,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,导轨（硬轨）,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,导轨特性比较,4.1.3 加工中心的组成及系
10、列型谱,电气箱：机台电路的控制中心,由NC控制器、电源供应器、主轴放大器、伺服放大器、强电板、转接板、小变压器等等元气件组成,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,NC控制器：类似于电脑的主机，可进行处理、计算、转换、输入输出各种信号，以及存储系统资料、用户资料等等,FANUC,三 菱,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,电源模块 ：先将3相220V的交流电源，整流为2相300V直流电源，然后再将300V直流电源通过短接铜片传输给下一个伺服单元 。（提供伺服驱动电源及工作电源）,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,伺服放大器 ：通过伺服马达编码的脉冲信号经伺服放大器放大转变为数值信号，再经
11、由NC控制器处理，然后再由放大器又转为脉冲信号，以达到控制伺服轴运动的装置。,FANUC,三 菱,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,I/O板 ：控制信号输入输出的装置，也是指INPUT、OUPUT的含义,三菱,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,中间继电器,电磁连接器,小变压器,24V电源供应器,继电器模组,保险丝组,一般用于控制小于110V电源的通断，通过的电流较小,将12个小继电器集成于一块电路板上，以提高效率，简化线路,将交流220V电源转换成为直流24V电源的装置，为系统提供控制电源,一般用于控制交流220V电源的通断，有时也会用在主轴高低档的配线中，其通过的电流较大,将220V
12、的交流电源转换成交流110V、100V、22V、19V电源的装置,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,转接板 ：与NC输入输出、外围线路连接时，信号线PIN口与接点的转换装置，以集成形式制定的电路板，以简化线路,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,华昌刹车器 ：斗笠式换刀时所用，用于控制刀库正反转,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,操作箱：用于控制、执行、监视机床的状态动作的装置，由显示器、操作面板、电源开关等等组成,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,FANUC系统操作面板,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,三菱系统操作面板,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,西门子系统操作
13、面板,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,手 轮 ：用于慢速控制轴向移动的装置,最小移动单位是0.001mm。,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,风压电磁阀组： 利用风压来控制、实现机床部分功能的装置，如刀套上下、主轴夹松刀、主轴旋转吹气等等功能,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,主轴马达 ：受主轴放大器控制,来实现主轴正反转的功能,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,伺服马达 ：受伺服放大器控制，来实现伺服轴X、Y、Z、B轴移动的功能,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,切削液马达 ：用于实现喷切削液的功能的装置，以便提 高刀具寿命、工件表面光洁度,4.1.3 加工中心的组成及
14、系列型谱,液压站马达 ：实现油压控制机械动作的装置，如第四轴夹松、刀塔正反转，尾座进出等等,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,排屑机 ：自动清理铁屑的装置,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,其他系統简介,第四轴,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,其他系統简介,对刀仪,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,其他系統简介,光学尺,刀长量测,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,其他系統简介,工件量测,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,其他系統简介,刀具,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,4.1.3 加工中心的组成及系列型谱,优先数 卧式加工中心分度工作台的边长尺寸（mm） 32
15、0320，400400，500500，630630，800800，10001000，12501250等 立式加工中心工作台宽度尺寸（mm）/长度按实际要求而定3201000，4001000，5001000，6301200，8001500等,型谱 按生产厂家的习惯或特长 铣床型谱，取名为XH，如XH754，XH716等；镗床型谱，取名为TH，如TH6350 采用国外厂家规定 如SALON3，RE5020等,4.1.4 加工中心的分类,4.1.4 加工中心的分类,1按机床形态分类,(1)立式加工中心 其主轴中心线为垂直状态设置，有固定立柱式和移动立柱式等两种结构形式，多采用固定立柱式结构。,优点：
16、结构简单，占地面积小，价格相对较低，装夹工件方便，调试程序容易，应用广泛。 缺点：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除，严重时会损坏刀具，破坏已加工表面，影响加工的顺利进行。 应用：最适宜加工高度方向尺寸相对较小的工件。,立式加工中心,4.1.4 加工中心的分类,(2) 卧式加工中心 其主轴中心线为水平状态设置，多采用移动式立柱结构，通常都带有可进行回转运动的正方形分度工作台，一般具有35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(回转工作台) 。,优点：加工时排屑容易。,缺点：与立式加工中心相比较，卧式加工中心在调试程序及试切时不宜观察，加工时不便监视，零件装夹和测量不方便；卧式加工中心的结构复杂，占地面积大，价格也较高。,应用：最适合加工箱体类零件。,卧式加工中心,龙门加工中心,4.1.4 加工中心的分类,(3) 龙门加工中心 其形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，除自动换刀装置以外，还带有可更
