【文章內(nèi)容簡介】 臥式加工中心 固定立柱型、移動立柱型主軸及整機剛性強，鏜銑加工能力較強，加工精度較高，刀庫容量多為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 主軸或工作臺可立、臥式兼容，交多方向加工而無需多次裝夾工件，但編程較復(fù)雜，主軸或工作臺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加工中心工作臺移動型、龍門架移動型 由數(shù)控龍門銑鏜床配備自動換刀裝置、附件頭庫等組成。立柱、橫梁構(gòu)成龍門結(jié)構(gòu)，縱向行程大。多數(shù)具有五面加工性能，成為龍門式五面加工中心 大型、長型、復(fù)雜零件加工 加工中心的典型自動化機構(gòu) 加工中心除了具有一般數(shù)控機床的特點外，它還具有其自身的特點。加工中心必須具有刀具庫及刀具自動交換機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式和布局是多種多樣的。刀具庫通常位于機床的側(cè)面或頂部。刀具庫遠離工作主軸的優(yōu)點是少受切削液的污染，使操作者在加工時調(diào)換庫中刀具免受傷害。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，以實現(xiàn)在加工過程中實時更換破損刀具和磨損刀具，因而要求刀庫的容量較大。換刀機械手有單臂機械手和雙臂機械手，180176。布置的雙臂機械手應(yīng)用最普遍。（1）自動換刀與刀庫。加工中心刀具的存取方式有順序方式和隨機方式，刀具隨機存取是最主要方式。隨機存取就是在任何時候可以取用刀庫中任一把刀，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，刀具嚴(yán)格按數(shù)控程序調(diào)用。程序開始時，刀具按照排列次序一個接著一個取用，用過的刀具仍放回原刀座上，以保持確定的順序不變。 （2）觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)。用于循環(huán)中(1n cycle)測量，工序前對工件及夾具通過檢測控制其正確位置，以保證精確的工件坐標(biāo)原點和均勻的加工余量；工序后主要測量加工工件的尺寸，根據(jù)其誤差做出相應(yīng)的坐標(biāo)位置調(diào)整，以便進行必要的補充加工，避免出現(xiàn)廢品。觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)原理見圖2—25。觸發(fā)式測頭具有三維測量功能。測量時，機械手將觸發(fā)式測頭從刀庫中取出裝于主軸錐孔中。工作臺以一定速度趨近測頭。當(dāng)測桿端球1觸及工件被測表面時，發(fā)出編碼紅外線信號3，通過裝在主軸箱上方的接收器4傳人數(shù)控裝置，使測量運動中斷，并采集和存儲在接觸瞬間的X、Y、Z坐標(biāo)值，與原存儲的公稱坐標(biāo)值進行比較，即得出誤差值。當(dāng)檢測某一孔的中心坐標(biāo)時，可將該孔圓周上測得的34點坐標(biāo)值，調(diào)用相應(yīng)程序運算處理，即可得所測孔的中心坐標(biāo)。該測量系統(tǒng)一般只用于相對比較測量。在經(jīng)測量值修正后，測量值誤差可在5μm以內(nèi)，可做全方位精密測量。觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)信號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）刀具長度測量系統(tǒng)。用以檢查刀具長度正確性以及刀具折斷、破損現(xiàn)象檢測準(zhǔn)確度為177。1mm。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格刀具時，測量系統(tǒng)會發(fā)出停車信號。在機床正面兩側(cè)的地面上，裝有光源1和接收器2，如需檢測主軸上的刀長，可令立軸3向前移動，接收器2向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號，在數(shù)據(jù)處理后即可得出刀具長度實測值。經(jīng)與規(guī)定的刀具設(shè)定長度比較，如果超出允差時，可發(fā)出令機床停車的信號。此外，也可以用觸發(fā)式測頭檢測刀具長度的變化。（4）回轉(zhuǎn)工作臺。回轉(zhuǎn)工作臺是臥式加工中心實現(xiàn)B軸運動的部件，B軸的運動可作為分度運動或進給運動?；剞D(zhuǎn)工作臺有兩種結(jié)構(gòu)形式，僅用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺用鼠齒盤定位，分度前工作臺抬起，使上下鼠齒盤分離，分度后落下定位，上下鼠齒盤嚙合，實現(xiàn)機械剛性聯(lián)接。用于進給運動的回轉(zhuǎn)工作臺用伺服電動機驅(qū)動，用回轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器檢測及定位，并控制回轉(zhuǎn)速度，也稱數(shù)控工作臺 。數(shù)控工作臺和X、Y、z軸及其他附加運動構(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和托盤交換裝置配合使用，實現(xiàn)了工件的自動更換，從而縮短了消耗在更換工件上的輔助時間。 臥式加工中心常見幾種布局結(jié)構(gòu)形式臥式加工中心的主要運動包括三個移動軸（X、Y、Z）和一個回轉(zhuǎn)軸（B軸），在四個運動軸的分配上，四個相對運動既可以分配給刀具，也可以分配給工件，或者由工件和刀具共同來完成。從目前機床結(jié)構(gòu)看，一個回轉(zhuǎn)軸一般都由工作臺的回轉(zhuǎn)來完成（B軸），所以機床的布局主要在三個移動軸的分配上。按三軸運動實現(xiàn)方式和三個運動的分配，臥式加工中心結(jié)構(gòu)形式主要有：（1）三個移動軸全部集中在刀具一側(cè)來完成圖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（見圖 411 ），機床工作臺固定，不做軸向移動，立柱沿十字滑鞍作X軸和Z軸的移動，主軸箱在立柱上的完成Y軸移動。這種結(jié)構(gòu)的機床，優(yōu)點是適合于加工具有復(fù)雜形面的大型、重型箱體件，如大型汽車發(fā)動機箱體等。缺點是運動部件質(zhì)量大，慣性力大，不適宜于用過高的進給速度和加速度加工。不過運動部件的質(zhì)量雖大，但較恒定，因為刀具重量相對較小，改變刀具時，對運動部件重量變化影響不大，故機床的運動特性還是比較穩(wěn)定的。（2）三個移動軸分別由刀具和工件來完成這種結(jié)構(gòu)型式的機床產(chǎn)品很多，應(yīng)用也最廣，最普遍。可按三個移動坐標(biāo)軸的配置方式進一步分為三種結(jié)構(gòu)型式的機床。第一種工作臺Z坐標(biāo)移動，立柱X坐標(biāo)移動的T型床身布局。該結(jié)構(gòu)的特點是刀具切削處位置位移變化相對較小，工件和工作臺的質(zhì)量比立柱和主軸箱的質(zhì)量輕，保證移動部件質(zhì)量最輕的原則，而且工作臺的Z軸移動還可以保證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DMG公司DMC系列臥式加工中心以及美國辛辛那提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X坐標(biāo)移動，立柱Z坐標(biāo)移動的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、北京機床所精密機電有限公司的μ2000系列精密臥式加工中心（見圖413）以及美國漢斯HAAS的HS系列臥式加工中心等。該結(jié)構(gòu)運動部件的質(zhì)量雖大，但較恒定，因為刀具重量相對較小，改變刀具時，對運動部件重量變化影響不大，故機床的運動特性還是比較穩(wěn)定的。圖413 北京機床所精密機電有限公司的μ2000系列精密臥式加工中心（3）第三種運用直線電機技術(shù)，主軸直接在橫梁上作X向運動，以德國愛克塞羅EXCELLO公司XHC系列加工中心（見圖414）為例，該結(jié)構(gòu)的特點是高速，軸快移速度達到120m/min，，而且運動精度很高。圖414 德國愛克塞羅EXCELLO公司XHC 241臥式加工中心移動軸主要結(jié)構(gòu)形式及特點見表21描述：表42臥式加工中心移動軸主要結(jié)構(gòu)形式及特點三個移動軸典型產(chǎn)品應(yīng)用范圍優(yōu)缺點工作臺固定、三軸移動均由刀具一側(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、重型殼體件運動部件質(zhì)量大，慣性力大，不適宜于用過高的進給速度和加速度加工三軸移動由刀具、工件分別完成工作臺Z向移動，立柱拖板X移動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床采用的結(jié)構(gòu)型式刀具切削處位置位移變化相對較小， 移動部件質(zhì)量輕，而且工作臺的Z軸移動還可以保證Z坐標(biāo)的最大行程。工作臺X向，立柱Z向北京機床所精密機電有限公司的μ2000系列精密臥式加工中心適合中、小型臥式加工機床采用的結(jié)構(gòu)型式運動部件的質(zhì)量雖大，但較恒定，因為刀具重量相對較小，改變刀具時，對運動部件重量變化影響不大立柱固定，主軸X向移動德國愛克塞羅EXCELLO公司XHC 241系中、小型較多的一種結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)的特點是高速，軸快移速度高，且運動精度高 立式加工中心　　是指主軸軸線與工作臺垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復(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，一般可實現(xiàn)三軸三聯(lián)動。有的可進行五軸、六軸控制。立式加工中心立柱高度是有限的，對箱體類工件加工范圍要減少，這是立式加工中心的缺點。但立式加工中心工件裝夾、定位方便；刃具運動軌跡易觀察，調(diào)試程序檢查測量方便，可及時發(fā)現(xiàn)問題，進行停機處理或修改；冷卻條件易建立，切削液能直接到達刀具和加工表面；三個坐標(biāo)軸與笛卡兒坐標(biāo)系吻合，感覺直觀與圖樣視角一致，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表面。與相應(yīng)的臥式加工中心相比，結(jié)構(gòu)簡單，占地面積較小，價格較低。立式加工中心分類一般如下　　依據(jù)導(dǎo)軌分類：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，線軌運動更靈敏。 　　依據(jù)轉(zhuǎn)速分類：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：依據(jù)立式加工中心的床身結(jié)構(gòu)可分為C型及龍門型。 復(fù)合加工中心五面加工中心的功能比多工作臺加工中心的功能還要多，控制系統(tǒng)先進，其價格是工作臺尺寸相同的多工位加工中心的二倍左右。復(fù)合加工中心也稱多工面加工中心，是指工件一次裝夾后，能完成多個面的加工的設(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，在加工過程中可保證工件的位置公差。常見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。另一種是工作臺帶著工件做旋轉(zhuǎn)，主軸不改變方向而實現(xiàn)五面加工。無論是哪種五面加工中心都存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴的缺點。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）是由一臺或幾臺設(shè)備組成，具有獨立自動加工的功能，在毛坯和工具儲量保證的情況下，具有部分自動傳送和監(jiān)控管理功能，具有一定的生產(chǎn)調(diào)度能力。高檔的FMC可進行24小時無人運轉(zhuǎn)。FMC可分為兩大類，一類是數(shù)控機床配上機器手，另一類是加工中心配上托盤交換系統(tǒng)。配備機器手的機床由機器手完成工件和物料的裝卸。配托盤交換系統(tǒng)的FMC，將加工工件裝夾在托盤上，通過拖動托盤，可以實現(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進行擴展，增加必要的加工中心數(shù)量，配備完善的物料和刀具運送管理系統(tǒng)，通過一套中央控制系統(tǒng)，管理生產(chǎn)進度，并對物料搬運和機床群的加工過程實行綜合控制，就可以構(gòu)成一個完善的FMS。FMS的基本構(gòu)成框架如圖416所示，它主要由三部分組成，即計算機控制與管理層、物料運儲裝置加工設(shè)備加工設(shè)備加工設(shè)備輔助設(shè)備清洗設(shè)備檢測設(shè)備…計算機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為主的多臺加工設(shè)備、物料運輸裝置。與此相對應(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)三個子系統(tǒng)?？刂婆c管理系統(tǒng)實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的采集和處理，運行仿真和故障診斷等功能；加工系統(tǒng)能實現(xiàn)自動加工多種工件，自動更換工件和刀具，自動實現(xiàn)工件的清洗和測試；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)的物料自動識別、存儲、輸送和交換的要求，實現(xiàn)刀具的預(yù)調(diào)和管理等功能。這三個子系統(tǒng)有機的結(jié)合，構(gòu)成 了FMS的能量流、物料流和信息流。 FMS應(yīng)用的特點對于大批量、少品種的生產(chǎn)一般采用自動流水線作業(yè)，它的物流設(shè)備和加工工藝相對固定，所以也稱為固定自動化。由于它的設(shè)備固定，缺少靈活性，所以只能加工一個或相似的幾個品種的零件。而小批量、多品種的情況下多采用單臺數(shù)控機床，它的特點是加工靈活性好，但相對于自動流水線來說生產(chǎn)效率低，制造成本高。因此對應(yīng)中等批量、中等品種產(chǎn)品的加工，需要在自動流水線和單臺數(shù)控之間選擇一個折中方案，結(jié)合自動流水線和單臺數(shù)控各自的優(yōu)點，將幾臺NC與物料輸送設(shè)備、刀具庫等通過一個中央控制單元聯(lián)接起來，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)批量品種自動流水線柔性制造系統(tǒng)柔性制造單元標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機床圖417 FMS應(yīng)用的特點FMS中的加工系統(tǒng)是實際完成加工任務(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、在線檢測等輔助設(shè)備。目前FMS的加工對象主要由棱柱體類和回轉(zhuǎn)體類組成，對加工系統(tǒng)而言，通常用于加工棱柱體類工件的FMS由立、臥式加工中心，數(shù)控組合機床和托盤交換器組成，用于加工回轉(zhuǎn)體類工件的FMS由數(shù)控車床、切削中心、數(shù)控組合機床和上下料機械手或機器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成。一般來說，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、自動化的、高效的和易控制的，其實用性、匹配性和工藝性應(yīng)良好，并能滿足加工對象的尺寸范圍、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、可擴展性好。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，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、加工質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高的機床。(4) 經(jīng)濟性好。如導(dǎo)軌油可回收，排屑處理快速徹底等，以延長刀具使用壽命，節(jié)省系統(tǒng)運行費用。(5) 操作性好、可靠性好、維修性好，具有自保