【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 臥式加工中心 固定立柱型、移動(dòng)立柱型主軸及整機(jī)剛性強(qiáng)，鏜銑加工能力較強(qiáng)，加工精度較高，刀庫(kù)容量多為4080 中、大型零件及工序復(fù)雜且精度較高的零件加工，通常用于箱體類(lèi)零件加工五面加工中心交換主軸頭、回轉(zhuǎn)主軸頭、轉(zhuǎn)換圓工作臺(tái) 主軸或工作臺(tái)可立、臥式兼容，交多方向加工而無(wú)需多次裝夾工件，但編程較復(fù)雜，主軸或工作臺(tái)剛性受到一定影響具有多面、多方向或多坐標(biāo)復(fù)雜型面的零件加工龍門(mén)加工中心工作臺(tái)移動(dòng)型、龍門(mén)架移動(dòng)型 由數(shù)控龍門(mén)銑鏜床配備自動(dòng)換刀裝置、附件頭庫(kù)等組成。立柱、橫梁構(gòu)成龍門(mén)結(jié)構(gòu)，縱向行程大。多數(shù)具有五面加工性能，成為龍門(mén)式五面加工中心 大型、長(zhǎng)型、復(fù)雜零件加工 加工中心的典型自動(dòng)化機(jī)構(gòu) 加工中心除了具有一般數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)外，它還具有其自身的特點(diǎn)。加工中心必須具有刀具庫(kù)及刀具自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式和布局是多種多樣的。刀具庫(kù)通常位于機(jī)床的側(cè)面或頂部。刀具庫(kù)遠(yuǎn)離工作主軸的優(yōu)點(diǎn)是少受切削液的污染，使操作者在加工時(shí)調(diào)換庫(kù)中刀具免受傷害。FMC和FMS中的加工中心通常需要大量刀具，除了滿足不同零件的加工外，還需要后備刀具，以實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)更換破損刀具和磨損刀具，因而要求刀庫(kù)的容量較大。換刀機(jī)械手有單臂機(jī)械手和雙臂機(jī)械手，180176。布置的雙臂機(jī)械手應(yīng)用最普遍。（1）自動(dòng)換刀與刀庫(kù)。加工中心刀具的存取方式有順序方式和隨機(jī)方式，刀具隨機(jī)存取是最主要方式。隨機(jī)存取就是在任何時(shí)候可以取用刀庫(kù)中任一把刀，選刀次序是任意的，可以多次選取同一把刀，從主軸卸下的刀允許放在不同于先前所在刀座上，CNC可以記憶刀具所在的位置。采用順序存取方式時(shí)，刀具嚴(yán)格按數(shù)控程序調(diào)用。程序開(kāi)始時(shí)，刀具按照排列次序一個(gè)接著一個(gè)取用，用過(guò)的刀具仍放回原刀座上，以保持確定的順序不變。 （2）觸發(fā)式測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)。用于循環(huán)中(1n cycle)測(cè)量，工序前對(duì)工件及夾具通過(guò)檢測(cè)控制其正確位置，以保證精確的工件坐標(biāo)原點(diǎn)和均勻的加工余量；工序后主要測(cè)量加工工件的尺寸，根據(jù)其誤差做出相應(yīng)的坐標(biāo)位置調(diào)整，以便進(jìn)行必要的補(bǔ)充加工，避免出現(xiàn)廢品。觸發(fā)式測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2—25。觸發(fā)式測(cè)頭具有三維測(cè)量功能。測(cè)量時(shí)，機(jī)械手將觸發(fā)式測(cè)頭從刀庫(kù)中取出裝于主軸錐孔中。工作臺(tái)以一定速度趨近測(cè)頭。當(dāng)測(cè)桿端球1觸及工件被測(cè)表面時(shí)，發(fā)出編碼紅外線信號(hào)3，通過(guò)裝在主軸箱上方的接收器4傳人數(shù)控裝置，使測(cè)量運(yùn)動(dòng)中斷，并采集和存儲(chǔ)在接觸瞬間的X、Y、Z坐標(biāo)值，與原存儲(chǔ)的公稱(chēng)坐標(biāo)值進(jìn)行比較，即得出誤差值。當(dāng)檢測(cè)某一孔的中心坐標(biāo)時(shí)，可將該孔圓周上測(cè)得的34點(diǎn)坐標(biāo)值，調(diào)用相應(yīng)程序運(yùn)算處理，即可得所測(cè)孔的中心坐標(biāo)。該測(cè)量系統(tǒng)一般只用于相對(duì)比較測(cè)量。在經(jīng)測(cè)量值修正后，測(cè)量值誤差可在5μm以內(nèi)，可做全方位精密測(cè)量。觸發(fā)式測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)的傳輸和接收除上述紅外輻射式外，常用的還有電磁耦合式。（3）刀具長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)。用以檢查刀具長(zhǎng)度正確性以及刀具折斷、破損現(xiàn)象檢測(cè)準(zhǔn)確度為177。1mm。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格刀具時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)會(huì)發(fā)出停車(chē)信號(hào)。在機(jī)床正面兩側(cè)的地面上，裝有光源1和接收器2，如需檢測(cè)主軸上的刀長(zhǎng)，可令立軸3向前移動(dòng)，接收器2向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，在數(shù)據(jù)處理后即可得出刀具長(zhǎng)度實(shí)測(cè)值。經(jīng)與規(guī)定的刀具設(shè)定長(zhǎng)度比較，如果超出允差時(shí)，可發(fā)出令機(jī)床停車(chē)的信號(hào)。此外，也可以用觸發(fā)式測(cè)頭檢測(cè)刀具長(zhǎng)度的變化。（4）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是臥式加工中心實(shí)現(xiàn)B軸運(yùn)動(dòng)的部件，B軸的運(yùn)動(dòng)可作為分度運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)有兩種結(jié)構(gòu)形式，僅用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用鼠齒盤(pán)定位，分度前工作臺(tái)抬起，使上下鼠齒盤(pán)分離，分度后落下定位，上下鼠齒盤(pán)嚙合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械剛性聯(lián)接。用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用回轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器檢測(cè)及定位，并控制回轉(zhuǎn)速度，也稱(chēng)數(shù)控工作臺(tái) 。數(shù)控工作臺(tái)和X、Y、z軸及其他附加運(yùn)動(dòng)構(gòu)成4～5軸輪廓控制，可加工復(fù)雜輪廓表面。此外，加工中心的交換工作臺(tái)和托盤(pán)交換裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)更換，從而縮短了消耗在更換工件上的輔助時(shí)間。 臥式加工中心常見(jiàn)幾種布局結(jié)構(gòu)形式臥式加工中心的主要運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)移動(dòng)軸（X、Y、Z）和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸（B軸），在四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的分配上，四個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)既可以分配給刀具，也可以分配給工件，或者由工件和刀具共同來(lái)完成。從目前機(jī)床結(jié)構(gòu)看，一個(gè)回轉(zhuǎn)軸一般都由工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)來(lái)完成（B軸），所以機(jī)床的布局主要在三個(gè)移動(dòng)軸的分配上。按三軸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方式和三個(gè)運(yùn)動(dòng)的分配，臥式加工中心結(jié)構(gòu)形式主要有：（1）三個(gè)移動(dòng)軸全部集中在刀具一側(cè)來(lái)完成圖411 哈挺公司臥式加工中心HMC700HPD具代表性的產(chǎn)品以哈挺公司（HARDINGE）的臥式加工中心HMC 700HPD為例（見(jiàn)圖 411 ），機(jī)床工作臺(tái)固定，不做軸向移動(dòng)，立柱沿十字滑鞍作X軸和Z軸的移動(dòng)，主軸箱在立柱上的完成Y軸移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)床，優(yōu)點(diǎn)是適合于加工具有復(fù)雜形面的大型、重型箱體件，如大型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)箱體等。缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量大，慣性力大，不適宜于用過(guò)高的進(jìn)給速度和加速度加工。不過(guò)運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量雖大，但較恒定，因?yàn)榈毒咧亓肯鄬?duì)較小，改變刀具時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件重量變化影響不大，故機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性還是比較穩(wěn)定的。（2）三個(gè)移動(dòng)軸分別由刀具和工件來(lái)完成這種結(jié)構(gòu)型式的機(jī)床產(chǎn)品很多，應(yīng)用也最廣，最普遍。可按三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)軸的配置方式進(jìn)一步分為三種結(jié)構(gòu)型式的機(jī)床。第一種工作臺(tái)Z坐標(biāo)移動(dòng)，立柱X坐標(biāo)移動(dòng)的T型床身布局。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是刀具切削處位置位移變化相對(duì)較小，工件和工作臺(tái)的質(zhì)量比立柱和主軸箱的質(zhì)量輕，保證移動(dòng)部件質(zhì)量最輕的原則，而且工作臺(tái)的Z軸移動(dòng)還可以保證Z坐標(biāo)的最大行程。該結(jié)構(gòu)在精密臥式加工中心和高速加工中心中普遍采用，如迪西公司DIXI的精密臥式加工中心DHP80（如圖412）、德國(guó)DMG公司DMC系列臥式加工中心以及美國(guó)辛辛那提CINCINATI公司的MAXIM系列臥式加工中心等都采用該結(jié)構(gòu)布局形式。圖412 迪西公司精密臥式加工中心DHP80第二種工作臺(tái)X坐標(biāo)移動(dòng)，立柱Z坐標(biāo)移動(dòng)的T型床身布局。該結(jié)構(gòu)應(yīng)用也很普遍，如日本馬扎克MAZAK公司的臥式加工中心H500、北京機(jī)床所精密機(jī)電有限公司的μ2000系列精密臥式加工中心（見(jiàn)圖413）以及美國(guó)漢斯HAAS的HS系列臥式加工中心等。該結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量雖大，但較恒定，因?yàn)榈毒咧亓肯鄬?duì)較小，改變刀具時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件重量變化影響不大，故機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性還是比較穩(wěn)定的。圖413 北京機(jī)床所精密機(jī)電有限公司的μ2000系列精密臥式加工中心（3）第三種運(yùn)用直線電機(jī)技術(shù)，主軸直接在橫梁上作X向運(yùn)動(dòng)，以德國(guó)愛(ài)克塞羅EXCELLO公司XHC系列加工中心（見(jiàn)圖414）為例，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是高速，軸快移速度達(dá)到120m/min，，而且運(yùn)動(dòng)精度很高。圖414 德國(guó)愛(ài)克塞羅EXCELLO公司XHC 241臥式加工中心移動(dòng)軸主要結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)見(jiàn)表21描述：表42臥式加工中心移動(dòng)軸主要結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)三個(gè)移動(dòng)軸典型產(chǎn)品應(yīng)用范圍優(yōu)缺點(diǎn)工作臺(tái)固定、三軸移動(dòng)均由刀具一側(cè)完成哈挺公司臥式加工中心HMC 700HPD加工具有復(fù)雜形面的大型、重型殼體件運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量大，慣性力大，不適宜于用過(guò)高的進(jìn)給速度和加速度加工三軸移動(dòng)由刀具、工件分別完成工作臺(tái)Z向移動(dòng)，立柱拖板X(qián)移動(dòng)迪西公司精密臥式加工中心DHP80適合中、小型臥式加工精密機(jī)床采用的結(jié)構(gòu)型式刀具切削處位置位移變化相對(duì)較小， 移動(dòng)部件質(zhì)量輕，而且工作臺(tái)的Z軸移動(dòng)還可以保證Z坐標(biāo)的最大行程。工作臺(tái)X向，立柱Z向北京機(jī)床所精密機(jī)電有限公司的μ2000系列精密臥式加工中心適合中、小型臥式加工機(jī)床采用的結(jié)構(gòu)型式運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量雖大，但較恒定，因?yàn)榈毒咧亓肯鄬?duì)較小，改變刀具時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件重量變化影響不大立柱固定，主軸X向移動(dòng)德國(guó)愛(ài)克塞羅EXCELLO公司XHC 241系中、小型較多的一種結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是高速，軸快移速度高，且運(yùn)動(dòng)精度高 立式加工中心　　是指主軸軸線與工作臺(tái)垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、模具及小型殼體類(lèi)復(fù)雜零件。立式加工中心能完成銑、鏜削、鉆削、攻螺紋和用切削螺紋等工序。立式加工中心最少是三軸二聯(lián)動(dòng)，一般可實(shí)現(xiàn)三軸三聯(lián)動(dòng)。有的可進(jìn)行五軸、六軸控制。立式加工中心立柱高度是有限的，對(duì)箱體類(lèi)工件加工范圍要減少，這是立式加工中心的缺點(diǎn)。但立式加工中心工件裝夾、定位方便；刃具運(yùn)動(dòng)軌跡易觀察，調(diào)試程序檢查測(cè)量方便，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)行停機(jī)處理或修改；冷卻條件易建立，切削液能直接到達(dá)刀具和加工表面；三個(gè)坐標(biāo)軸與笛卡兒坐標(biāo)系吻合，感覺(jué)直觀與圖樣視角一致，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過(guò)的表面。與相應(yīng)的臥式加工中心相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積較小，價(jià)格較低。立式加工中心分類(lèi)一般如下　　依據(jù)導(dǎo)軌分類(lèi)：依據(jù)立式加工中心各軸導(dǎo)軌的形式可分硬軌及線軌。硬軌適合重切削，線軌運(yùn)動(dòng)更靈敏。 　　依據(jù)轉(zhuǎn)速分類(lèi)：立式加工中心主軸轉(zhuǎn)速600015000rpm為低速型，18000rpm以上為高速型。 依據(jù)結(jié)構(gòu)分類(lèi)：依據(jù)立式加工中心的床身結(jié)構(gòu)可分為C型及龍門(mén)型。 復(fù)合加工中心五面加工中心的功能比多工作臺(tái)加工中心的功能還要多，控制系統(tǒng)先進(jìn)，其價(jià)格是工作臺(tái)尺寸相同的多工位加工中心的二倍左右。復(fù)合加工中心也稱(chēng)多工面加工中心，是指工件一次裝夾后，能完成多個(gè)面的加工的設(shè)備?，F(xiàn)有的五面加工中心，它在工件一次裝夾后，能完成除安裝底面外的五個(gè)面的加工。這種加工中心兼有立式和臥式加工中心的功能，在加工過(guò)程中可保證工件的位置公差。常見(jiàn)的五面加工中心有兩種形式，一種是主軸做或相應(yīng)角度旋轉(zhuǎn)，可成為立式加工中心或臥式加工中心。另一種是工作臺(tái)帶著工件做旋轉(zhuǎn)，主軸不改變方向而實(shí)現(xiàn)五面加工。無(wú)論是哪種五面加工中心都存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)。五面加工中心的坐標(biāo)系統(tǒng)如下圖415所示。圖415 五面加工中心坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖 FMC和FMS FMC和FMS的構(gòu)成柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell，F(xiàn)MC）是由一臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備組成，具有獨(dú)立自動(dòng)加工的功能，在毛坯和工具儲(chǔ)量保證的情況下，具有部分自動(dòng)傳送和監(jiān)控管理功能，具有一定的生產(chǎn)調(diào)度能力。高檔的FMC可進(jìn)行24小時(shí)無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)。FMC可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是數(shù)控機(jī)床配上機(jī)器手，另一類(lèi)是加工中心配上托盤(pán)交換系統(tǒng)。配備機(jī)器手的機(jī)床由機(jī)器手完成工件和物料的裝卸。配托盤(pán)交換系統(tǒng)的FMC，將加工工件裝夾在托盤(pán)上，通過(guò)拖動(dòng)托盤(pán)，可以實(shí)現(xiàn)加工工件的流水線式加工作業(yè)。柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacture System）。將FMC進(jìn)行擴(kuò)展，增加必要的加工中心數(shù)量，配備完善的物料和刀具運(yùn)送管理系統(tǒng)，通過(guò)一套中央控制系統(tǒng)，管理生產(chǎn)進(jìn)度，并對(duì)物料搬運(yùn)和機(jī)床群的加工過(guò)程實(shí)行綜合控制，就可以構(gòu)成一個(gè)完善的FMS。FMS的基本構(gòu)成框架如圖416所示，它主要由三部分組成，即計(jì)算機(jī)控制與管理層、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置加工設(shè)備加工設(shè)備加工設(shè)備輔助設(shè)備清洗設(shè)備檢測(cè)設(shè)備…計(jì)算機(jī)控制與管理物流系統(tǒng)加工系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng)原材料產(chǎn)品圖416 FMS的基本構(gòu)成 以NC為主的多臺(tái)加工設(shè)備、物料運(yùn)輸裝置。與此相對(duì)應(yīng)，可將其劃分為控制與管理系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)?？刂婆c管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的采集和處理，運(yùn)行仿真和故障診斷等功能；加工系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工多種工件，自動(dòng)更換工件和刀具，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件的清洗和測(cè)試；物流系統(tǒng)由工件流和刀具流組成，能滿足變節(jié)拍生產(chǎn)的物料自動(dòng)識(shí)別、存儲(chǔ)、輸送和交換的要求，實(shí)現(xiàn)刀具的預(yù)調(diào)和管理等功能。這三個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合，構(gòu)成 了FMS的能量流、物料流和信息流。 FMS應(yīng)用的特點(diǎn)對(duì)于大批量、少品種的生產(chǎn)一般采用自動(dòng)流水線作業(yè)，它的物流設(shè)備和加工工藝相對(duì)固定，所以也稱(chēng)為固定自動(dòng)化。由于它的設(shè)備固定，缺少靈活性，所以只能加工一個(gè)或相似的幾個(gè)品種的零件。而小批量、多品種的情況下多采用單臺(tái)數(shù)控機(jī)床，它的特點(diǎn)是加工靈活性好，但相對(duì)于自動(dòng)流水線來(lái)說(shuō)生產(chǎn)效率低，制造成本高。因此對(duì)應(yīng)中等批量、中等品種產(chǎn)品的加工，需要在自動(dòng)流水線和單臺(tái)數(shù)控之間選擇一個(gè)折中方案，結(jié)合自動(dòng)流水線和單臺(tái)數(shù)控各自的優(yōu)點(diǎn)，將幾臺(tái)NC與物料輸送設(shè)備、刀具庫(kù)等通過(guò)一個(gè)中央控制單元聯(lián)接起來(lái)，形成具有一定柔性而又有一定連續(xù)作業(yè)能力的加工系統(tǒng)，即柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)。圖417比較了幾種加工方式適用范圍。 FMS的加工系統(tǒng)批量品種自動(dòng)流水線柔性制造系統(tǒng)柔性制造單元標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床圖417 FMS應(yīng)用的特點(diǎn)FMS中的加工系統(tǒng)是實(shí)際完成加工任務(wù)，將工件從原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的執(zhí)行部分。它主要由數(shù)控機(jī)床、加工中心等加工設(shè)備構(gòu)成，有的帶有工件清洗、在線檢測(cè)等輔助設(shè)備。目前FMS的加工對(duì)象主要由棱柱體類(lèi)和回轉(zhuǎn)體類(lèi)組成，對(duì)加工系統(tǒng)而言，通常用于加工棱柱體類(lèi)工件的FMS由立、臥式加工中心，數(shù)控組合機(jī)床和托盤(pán)交換器組成，用于加工回轉(zhuǎn)體類(lèi)工件的FMS由數(shù)控車(chē)床、切削中心、數(shù)控組合機(jī)床和上下料機(jī)械手或機(jī)器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成。一般來(lái)說(shuō)，為了適應(yīng)不同的加工要求，增加FMS的適應(yīng)性，F(xiàn)MS最少應(yīng)配備4~6臺(tái)以上的數(shù)控加工設(shè)備。這些設(shè)備在FMS中的配置方式有并聯(lián)、串聯(lián)和混合形式等三種。FMS的加工系統(tǒng)原則上應(yīng)該是可靠的、自動(dòng)化的、高效的和易控制的，其實(shí)用性、匹配性和工藝性應(yīng)良好，并能滿足加工對(duì)象的尺寸范圍、精度、材質(zhì)等要求。因此其配置原則為：(1) 工序集中。如選多功能機(jī)床、加工中心等，以減少工位數(shù)和物流負(fù)擔(dān)，保證加工質(zhì)量。(2) 控制功能強(qiáng)、可擴(kuò)展性好。如選用模塊化結(jié)構(gòu)，外部通信功能和內(nèi)部管理功能強(qiáng)，有內(nèi)裝可編程控制器，有用戶宏程序的數(shù)控系統(tǒng)，以易于與上下料、檢測(cè)等輔助設(shè)備相連接，增加各種輔助功能等。(3) 高剛度、高精度、高速度。選用切削功能強(qiáng)、加工質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高的機(jī)床。(4) 經(jīng)濟(jì)性好。如導(dǎo)軌油可回收，排屑處理快速?gòu)氐椎?，以延長(zhǎng)刀具使用壽命，節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。(5) 操作性好、可靠性好、維修性好，具有自保