【正文】 臺左右 ，德國生產(chǎn)加工中心的廠家有西門子、MAKA、 GEISS、科恩等公司 。 美國是全球機床生產(chǎn)代表性國家之一，但近年來由于 其國內(nèi)消費能力不足，再加上出口也面臨市場競爭，導致其生產(chǎn)有逐漸下滑的趨勢，年生產(chǎn)加工中心僅約為 5,000～ 6,000 臺左右 ，生產(chǎn)廠家有哈挺、 MAG、 Hurco 等公司 。 臺灣是全球加工中心生產(chǎn)量最大的供貨基地，年生產(chǎn)量可達到 16,000～ 18,000 臺，其中有部分是空機臺，未加裝微機控制器等，平均單價有偏低的情形。韓國是全球加工中心主要生產(chǎn)國家之一。其加工中心主要用于韓國汽車工業(yè)、模具工業(yè)及機械工業(yè)，年生產(chǎn)加工中心在4,000～ 5,000 臺左右 。 未來加工中心的生產(chǎn)基地則有可能是大陸，特別是日本、美國、德國、中國 臺灣、韓國已競相到大陸設廠生產(chǎn)加工中心，再加上大陸本身的企業(yè)研發(fā)與制造，未來技術成熟、品質穩(wěn)定、成本降低后，必將會成為全球重要供應基地之一 。 20 世紀 70 年代我國研制的加工中心，多數(shù)因配套件和設計、制造的缺陷而不能正常使用。進入 80 年代后，由于引進了日本 FANUC、德國SIEMENS 等公司的數(shù)控系統(tǒng)、直流進給伺服電機和主軸電機及其伺服單元之后，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性有了很大提高。但就整機而言，可靠性還不夠高。20 世紀 90 年代中期以來，隨著加工中心技術的進步和配套的完善，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)注意到了采用標準功能部件來取 代產(chǎn)品的某些部件，同時優(yōu)先選擇世界知名公司的名牌產(chǎn)品 (如：數(shù)控系統(tǒng)、滾動直線導軌、滾珠絲杠、軸承、第 1章 緒論 3 ATC 裝置、液壓氣動元件、電氣元件和檢測元件等 )作為配套，提高了國產(chǎn)加工中心的檔次和可靠性，在一定程度上縮短了與國外同類產(chǎn)品的差距。當前，國產(chǎn)加工中心的可靠性與國外同類產(chǎn)品相比依然不高。除此以外，還有整機防護與密封、外觀粗糙、整體造型不盡如意等缺陷，在一定程度上影響了國產(chǎn)加工中心的市場競爭力。 目前國內(nèi)生產(chǎn)加工中心的有沈陽機床廠、大連機床廠、上海祥裕等廠家。研究主要成果如下： 90 年代以來，國外一些機床廠家先后 開發(fā)出一批高速加工中心，其主要技術參數(shù)為： 主軸最高轉速：一般為 12021～ 15000r/min，有的高達40000～ 60000r/min。坐標軸的加工進給最高速度： 30～ 60m/min，快速移動速度高達 70～ 80m/min。換刀時間 (刀 刀 )普遍在 ～ ，有的快到 ～；托板交換時間普遍在 6～ 8s。 綜上所述，高速加工中心的出現(xiàn)使得單軸加工中心的效率趕上了多軸的組合機床或專用機床。因此，高效高柔性的加工中心已開始在汽車工業(yè)中應用，并成為重要的工藝 裝備。目前世界上比較有名的加工中心有： 德 國EXCELLO GMBH 公司 XHC240 臥式加工 中 心 、 德國 Chiron Werke 公司FZ12W立式加工中心 、 日本 Mazak公司產(chǎn)品 、 日本新瀉鐵工所 SPN50、 SPN40加工中心 、 美國 Giddings amp。 Lewis 公司 RAM500 型、 RAM630 型臥式加工中心 和 美國 Ingersoll 銑床公司 HVM600 型臥式加工中心 等等。 目前，國產(chǎn)加工中心的主要品種是立式加工中心和臥式加工中心。為市場提供的產(chǎn)品主要是立式加工中心。其規(guī)格 (是指工作臺寬度，單位： mm) 一般為 300、 400、 500、 630 和 800。其中，前三種屬于較小規(guī)格產(chǎn)量較大；后兩種屬于中大型產(chǎn)量較小。目前，國產(chǎn)立式加工中心擁有的規(guī)格基本上覆蓋了中小型立式加工中心的規(guī)格范圍。在我國，人們習慣上把數(shù)控機床按其技術水平的高低分為高、中、低三個檔次。所謂高檔數(shù)控機床是指高速度、高精度、五軸聯(lián)動和工藝高度復合化的數(shù)控機床，包括部分重型機床；而所謂低檔數(shù)控機床主要是指以步進電機驅動為主要特征的開環(huán)控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床、鉆床和銑床，其精度和速度都不高；其他數(shù)控機床則屬于中檔數(shù)控機床，也就是人們常說的通用普及型數(shù)控機床。國產(chǎn)加工中心大多數(shù)產(chǎn)品的檔次屬于此范疇 。 **大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 國產(chǎn)加工中心目前存在的問題及未來發(fā)展趨勢 國產(chǎn)加工中心目前存在的問題有： (1) 技術水平上，與國外同類產(chǎn)品的先進水平相比大約落后 10～ 15 年，在高精尖技術方面則更大。 (2) 產(chǎn)品開發(fā)能力上，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)缺乏對產(chǎn)品競爭前的數(shù)控技術的深入研究與開發(fā)，特別是對加工中心應用領域的拓展力度不強。 (3) 產(chǎn)業(yè)化水平上，市場占有率低，品種覆蓋率小，雖然近年來國產(chǎn)加工中心的產(chǎn)量增加較快，但從總體上看，還沒有形成規(guī)模生產(chǎn)；國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)尚未建立自己的品牌效應，用戶信心不足。 (4) 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) MTBF( 平 均無故障時間 )大都超過 1 萬小時，但國際上知名品牌如： FANUC、 SIEMENS 等先進企業(yè)的數(shù)控系統(tǒng) MTBF 已達8 萬小時。國產(chǎn)加工中心 MTBF 雖有少數(shù)廠達 500 小時，但國外加工中心的先進水平已達 800 小時。 (5) 刀庫和機械手的可靠性還比較低，近年來雖有改進，但用戶仍然不放心。 (6) 位置精度，特別是重復定位精度還有待于進一步提高。 (7) 至于外觀粗糙，漏油、漏水、漏氣等老問題仍然不同程度的存在。 加工中心未來發(fā)展趨勢有： （ 1） 高速度、高效率 眾所周知，機床向高速化方向發(fā)展，不但可以大幅 度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質量和精度。是進入新世紀以來國內(nèi)外機床技術發(fā)展的重要趨勢。 20 世紀 90 年代以來，歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家爭相開發(fā)應用新一代高速數(shù)控機床，加快機床 高速 化發(fā)展步伐。高速主軸單元 (電主軸，轉速15000～ 100000r/min)、高速且高加 /減速度的進給運動部件 (快移速度 60～120m/min，切削進給速度高達 60m/min)、 高效率的自動換刀裝置、 高性能數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達到了新的技術水平。 （ 2） 高精度 第 1章 緒論 5 追求加工中心的 高精度，一直是世界各工業(yè)發(fā)達國家努力的方向。當前，在機械加工高精度的要求下，普通級數(shù)控機床的加工精度已由 177。 10μ m 提高到 177。 5μ m ；精密級加工中心的加工精度則從 177。 3～ 5μ m 提高到 177。 1～ μ m ，甚至更高。 （ 3） 高可靠性 隨著數(shù)控機床應用領域的日益普及，數(shù)控機床的高可靠性已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)制造廠家和數(shù)控機床制造廠家十分注重和追求的目標。數(shù)控機床也只有首先具有較高的可靠性，才能談得上高速度、高效率和高精度。這已經(jīng)是眾多的數(shù)控系統(tǒng)制造廠家和數(shù)控機床制造廠家達成的共識。當前，國外先進數(shù)控系統(tǒng)的 MTBF 值已 達 8 萬小時以上。 加工中心的分類 按主軸加工時的空間位置分類有：臥式和立式加工中心。 臥式加工中心 是指主軸軸線水平設置的加工中心。臥式加工中心有多種形式，如固定立柱式或固定工作臺式。固定立柱式的臥式加工中心的立柱不動，其主軸箱在立柱上做上下移動，而工作臺可在兩個水平方向移動；固定工作臺式的臥式加工中心的三個坐標方向的運動由立柱和主軸箱的移動來定位，安裝工件的工作臺是固定不動的 (指直線運動 )。臥式加工中心一般具有 3 個 — 5 個運動坐標軸，常見的是三個直線運動坐標軸和一個回轉運動坐標軸 (回轉工作臺 )．它能 在工件一次裝夾后完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工，最適合加工箱體類工件。它與立式加工中心相比，結構復雜、占地面積大、質量大、價格亦高。 立式加工中心 立式加工中心主軸的軸線為垂直設置，其結構多為固定立柱式，工作臺為十字滑臺，適合加工盤類零件，一般具有三個直線運動坐標軸，并可在工作臺上安置一個水平軸的數(shù)控轉臺 (第四軸 )來加工螺旋線類零件。立式加工中心結構簡單，占地面積小，價格低，配備各種附件后，可進行大部分工件的加工。 大型龍門式加工中心 主軸多為垂直設置，尤其適用于大型或形狀復雜的工件，像航空、航天工業(yè)及大型汽輪機上的某些零件的加工都需要用這類**大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 多坐標龍門式加工中心。 五面加工中心 這種加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個面的加工，這種加工方式可以使工件的形狀誤差降到最低；省去二次裝夾工件，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。 本章小結 本章主要介紹了加工中心的定義，發(fā)展歷程以及加工中心的國內(nèi)外現(xiàn)狀，并介紹了當今加工中心存在的一些問題及其未來的發(fā)展趨勢。 第 2章 加工中心自動換刀裝置概述 7 第 2 章 加工中心自動換刀裝置概述 加工中心自動換刀裝置（ ATC）形式、特點及各自應用范圍 由刀庫和機械手組成的自動換刀裝置 (Automatic Tool Changer,ATC)是加工中心的重要組成部分。加工中心上所需更換的刀具較多，從十幾把到幾十把．甚至上百把，故通常采用刀庫形式，其結構比較復雜，自動換刀裝置種類繁多。由于加工中心上自動換刀次數(shù)比較頻繁，故對自動換刀裝置的技術要求十分嚴格．如要求定位精度高．動作平穩(wěn)，工作可靠以及精度保持性等。這些要求都與加工中心的性能息息相關。 表 21 加工中心上的換刀裝置 形式 類別 特點 應用范 圍 轉塔式 垂直轉塔頭 1. 根據(jù)驅動方式不同，可分為順序選刀或任意選刀 2. 結構緊湊簡單 3. 容納刀具數(shù)目少 用 于 鉆 削中心 水平轉塔頭 刀庫式 無機械手換刀 1. 利用刀庫運動與主軸直接換刀，省去機械手 2. 結構緊湊 3. 刀庫運動較多 小 型 加 工中心 機械手換刀 1. 刀庫只做選刀運動，機械手換刀 2. 布局靈活，換刀速度快 各 種 加 工中心 機械手和刀具運送器 1. 刀庫距機床主軸較遠時，用刀具運送器將刀具送至機械手 2. 結構復雜 大 型 加 工中心 成套更換方式 更換轉塔 1. 利用更換轉塔頭，增加換刀數(shù)目 2. 換刀時間基本不變 擴 大 加 工工 藝 的 鉆削中 心 **大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 更換主軸箱 1. 利用更換主軸箱，擴大組合機床加工工藝范圍 2. 結構比較復雜 擴 大 柔 性的 組 合 機床 更換刀庫 1. 擴大加工工藝，更換刀庫，另有刀庫存儲器 2. 充分提高機床利用率和自動化程度 3. 擴大加工中心的加工工藝范圍 加 工 復 雜零件，需刀具 很 多 的加 工 中 心或 組 成 高度 自 動 化的 生 產(chǎn) 系統(tǒng) 刀庫及刀具交換裝置 刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并按程序指令，把即將要用的刀具迅速、準確地送到換刀位置，并接受從主軸送回的已用刀具。所以說它是自動換刀裝置中主要部件之一。 刀庫的形式 根據(jù)刀庫的容量和存取刀具的 方式，刀庫可設計成多種形式。 目前 常見的刀庫類型如下： （ 1） 盤式刀庫 此刀庫結構簡單，應用較多。此換刀裝置的優(yōu)點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好，缺點是換刀時間長，適用于刀庫容量較小的加工中心上采用。 如圖 21 所示。 （ 2） 鏈式刀庫 此刀庫結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀，能充分利用機床的占地空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價也較高。 如圖22所示。 （ 3） 格子箱式刀庫 結構緊湊，刀庫空間利用率高，換刀時間較長。布局不靈活，通常刀庫安裝在工作臺上，應用 者較少。 如圖 23所示。 （ 4） 直線式刀庫 刀庫容量少，一般在十幾把左右，多用于自動換刀數(shù)控第 2章 加工中心自動換刀裝置概述 9 車床，鉆床上也有采用。 如圖 24 所示。 圖 21 盤式刀庫 圖 22 鏈式刀庫 圖 23 格子箱式刀庫 圖 24 直線式刀庫 刀具的選擇方式 在自動換刀裝置換刀時，按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具準確地自動地選出，并轉換到取刀位置．稱為自動選刀。從刀庫中選擇刀具通常采用下述方式 ： **大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 （ 1） 順序選擇方式 順序選擇方式是按零件加工的預定工序要求依次將所用刀具存 入 刀庫的刀座中，使用時按順序將其轉到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座中，亦可以按加工順序故入下一個刀座中。這種方法不需要刀具識別裝置，驅動控制也較簡單，工作