【正文】 加工中心外觀圖 (a) 臥式加工中心； (b) 立式加工中心 ?1. 鏜銑加工中心 ? 鏜銑加工中心可完成鏜、銑、鉆、攻螺紋等工作，它與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處主要在于它附有 刀庫和自動(dòng)換刀裝置 。加工中心按主軸在加工時(shí)的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用 (也稱萬能、五面體、復(fù)合 )加工中心。它的最大特點(diǎn)是工序集中，自動(dòng)化程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多次定位所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省輔助時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。 ? (6) 面向車間編程技術(shù)和智能化 ：系統(tǒng)能提供會(huì)話編程、藍(lán)圖編程和 CAD/CAM等面向車間的編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二 ﹑ 三維加工過程的動(dòng)態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制智能機(jī)制。 ? (4) 大容量存儲(chǔ)器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不僅豐富了數(shù)控功能，同時(shí)也加強(qiáng)了 CNC系統(tǒng)的控制功能，使其具備通信聯(lián)網(wǎng)能力，支持多種通用和專用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，為工廠自動(dòng)化提供基礎(chǔ)設(shè)備。 ?(2) 在 PC機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā) CNC裝置： ? 充分利用通用 PC機(jī)豐富的軟件資源，隨 PC機(jī)硬件的升級而升級；適當(dāng)配置高分辨率的彩色顯示器；通過圖像、多窗口、菜單驅(qū)動(dòng)以及多媒體等方式，得到友好的人機(jī)界面。 ? ⑶多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 四軸、五軸聯(lián)動(dòng)，多用于加工形狀復(fù)雜的零件。 ? 3）按控制的坐標(biāo)軸分類： ? ⑴ 兩坐標(biāo)軸數(shù)控機(jī)床 兩軸聯(lián)動(dòng)，用于加工各種曲線輪廓的回轉(zhuǎn)體，如數(shù)控車床。 ? 特殊加工類：如數(shù)控線切割、電火花、激光切割機(jī)等。 ? 3）按加工方式分類： ? 金屬切削類：如數(shù)控車、鉆、鏜、銑、磨加工機(jī)床或加工中心。 ? ⑶閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 ? 在機(jī)床移動(dòng)部件上直接接有檢測裝置，將測得的結(jié)果直接反饋到數(shù)控系統(tǒng)中?，F(xiàn)在大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都廣泛采用這種半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。 ? ⑵半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 ? 在驅(qū)動(dòng)電機(jī)端部或在傳動(dòng)絲杠端部安裝角位移檢測裝置（光電編碼器或感應(yīng)同步器），通過檢測電機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角間接測量執(zhí)行部件的實(shí)際位置或位移，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，發(fā)出指令脈沖，通過環(huán)形分配器和驅(qū)動(dòng)電路，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，再經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離。 ? 除了少數(shù)專用的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控鉆床、沖床等以外，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都具有輪廓控制功能。 ? 運(yùn)動(dòng)軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。也稱點(diǎn)位直線移動(dòng)控制系統(tǒng)。 ? 數(shù)控機(jī)床的類別 ? 數(shù)控機(jī)床的品種很多，根據(jù)其控制原理、功能和組成，可以從幾個(gè)不同的角度進(jìn)行分類： ? 1） 按運(yùn)動(dòng)方式分類 ? ⑴點(diǎn)位控制系統(tǒng) ? 只控制刀具從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)的位置，而在移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削加工，如坐標(biāo)鏜床、鉆床和沖床等。 ? 因此， 測量裝置是高性能數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。 ? 按有無檢測裝置， CNC系統(tǒng)可分為開環(huán)與閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，而按測量裝置的安裝位置又可分為閉環(huán)與半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。用于數(shù)控機(jī)床的 PLC一般分為兩類： 一類是 CNC的生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的 順序控制， 而將 CNC和 PLC綜合起來設(shè)計(jì)的 PLC產(chǎn)品，稱為內(nèi)裝型 (或集成型 )PLC， 內(nèi)裝型 PLC是 CNC裝置的一部分； 另一類是以獨(dú)立、專業(yè)化的 PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)順序控制功能，稱為 獨(dú)立型 (或外裝型 )PLC。 ? PLC已成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。由于最初研制這種裝置的目的是為了 解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)控制 ，故稱為可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller，PLC)。從某種意義上說， 數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于 CNC裝置 ，而 數(shù)控機(jī)床性能的好壞主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置可合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置。 ?5) 驅(qū)動(dòng)裝置 ? 驅(qū)動(dòng)裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過簡單的機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對運(yùn)動(dòng)，最后加工出圖紙所要求的零件。 圖 42常見數(shù)控系統(tǒng)操作面板 ?4) 伺服單元 ? 伺服單元是 CNC和機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自 CNC裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號。操作人員通過顯示器獲得必要的信息。此外，還可以用 串行通信 的方式輸入數(shù)字信息。數(shù)控機(jī)床的 CNC系統(tǒng)完全由軟件處理數(shù)字信息，因而具有真正的柔性化，可處理邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。 圖 41 數(shù)控機(jī)床組成框圖 ?1) 機(jī)床本體 ? CNC機(jī)床由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱量大等因素對加工精度有一定影響，加之在加工中是自動(dòng)控制，不能像在普通機(jī)床上那樣由人工進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)償，因而其設(shè)計(jì)要求比普通機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密，采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。 圖 41是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。 (7) 人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。 （ 5）多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。 （ 3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 ? 1. 制造系統(tǒng)中的 集成技術(shù) 和 系統(tǒng)技術(shù) 已成為制造自動(dòng)化技術(shù)研究中的熱點(diǎn)問題； ? 2. 更加注重研究制造自動(dòng)化系統(tǒng)中人的作用的發(fā)揮； ? 3. 單元系統(tǒng)的研究仍然占有重要的位置 ? 4. 制造過程的計(jì)劃和調(diào)度研究十分活躍，但實(shí)用化的成果還不多見； ? 5. 柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣義發(fā)展； ? 6. 適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境的研究正在興起； ? 7. 底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究越來越活躍； ? 制造自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) ? 實(shí)現(xiàn) 21世紀(jì)制造自動(dòng)化所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有： （ 1）集成化技術(shù)。 如表 41所示，其發(fā)展歷程及典型產(chǎn)品大致經(jīng)歷了 4個(gè)階段。 (3) 在范圍方面，制造自動(dòng)化不僅涉及到具體的生產(chǎn)制造過程，而且涉及產(chǎn)品生命周期的所有過程。 此體系可用功能目標(biāo)模型描述 。 (2) 在功能方面 ， 制造自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)或腦力勞動(dòng)僅僅是制造自動(dòng)化功能目標(biāo)體系的一部分 。 ? (1) 在形式方面 ，制造自動(dòng)化有三個(gè)方面的含義： 今天，制造自動(dòng)化已遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了上述傳統(tǒng)的概念，具有更加寬廣和深刻的內(nèi)涵。這是早期制造自動(dòng)化的概念。第六章 制造自動(dòng)化技術(shù) ? 制造自動(dòng)化技術(shù)概論 ? 制造自動(dòng)化技術(shù)的定義、內(nèi)涵 ? 最初 “ 自動(dòng)化 (Automation)”是美國人 1936年提出的。當(dāng)時(shí)他在通用汽車公司工作，他認(rèn)為在一個(gè)生產(chǎn)過程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)就是 自動(dòng)化 。 ? 隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器 (包括計(jì)算機(jī) )不僅代替人的體力勞動(dòng)而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。制造自動(dòng)化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點(diǎn)。 代替人的體力勞動(dòng)。 代替或輔助人的腦力勞動(dòng)。 制造系統(tǒng)中人、機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。 制造自動(dòng)化的功能目標(biāo)是多方面的 ，已形成一個(gè)有機(jī)體系 。 功能目標(biāo)模型簡稱 TQCSE模型 ， 其中 T表示時(shí)間 (Time)， Q表示質(zhì)量 (Quality)， C表示成本 (Cost)， S表示服務(wù) (Service)， E表示環(huán)境友善性 (Environment)。 ? 制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程及進(jìn)展 ? 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)也由最初的主要依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)加上繼電器等組成的剛性自動(dòng)化機(jī)床和生產(chǎn)線發(fā)展到現(xiàn)今依靠 ? 信息技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)管理方法形成的高柔性化設(shè)備技術(shù)。 表 41機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展的四個(gè)階段 ? 國內(nèi)外對制造自動(dòng)化技術(shù)的研究非常重視，已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，主要表現(xiàn)在以下 7個(gè)方面。 （ 2）智能化技術(shù)。 （ 4）分布式并行處理技術(shù)。 (6) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 ? 自動(dòng)化制造裝備 ? 數(shù)控機(jī)床 ? ? 數(shù)控機(jī)床一般由輸入 /輸出設(shè)備、 CNC裝置(或稱 CNC單元 )、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置 (或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu) )、可編程控制器 (PLC)及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測量裝置組成。其中除機(jī)床本體之外的部分統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng)。 ?2) CNC裝置 ? CNC裝置是 CNC系統(tǒng)的核心，主要包括微處理器 CPU、存儲(chǔ)器、局部總線、外圍邏輯電路以及與 CNC系統(tǒng)其他組成部分聯(lián)系的接口等。 ?3) 輸入 /輸出設(shè)備 ? 鍵盤、 磁盤機(jī)等 是數(shù)控機(jī)床的典型輸入設(shè)備。數(shù)控系統(tǒng)一般配有 CRT顯示器或點(diǎn)陣式液晶顯示器 ，顯示的信息較豐富，并能顯示圖形。常見數(shù)控系統(tǒng)操作面板如圖 42所示。根據(jù)接收指令的不同，伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類又可分為直流伺服單元和交流伺服單元。和伺服單元相對應(yīng)，驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。 CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，因此， 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分 。 ?6) 可編程控制器 ? 可編程控制器 (Programmable Controller，PC)是一種以微處理器為基礎(chǔ)的 通用型自動(dòng)控制裝置 ，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 ? 當(dāng) PLC用于控制機(jī)床順序動(dòng)作時(shí)，也稱之為編程機(jī)床控制器 (Programmable Machine Controller， PMC)。CNC和 PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對數(shù)控機(jī)床的控制。 ?7) 測量裝置 ? 測量裝置也稱反饋元件，通常安裝在機(jī)床的工作臺或絲杠上，相當(dāng)于普通機(jī)床的刻度盤和人的眼睛，它把機(jī)床工作臺的實(shí)際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給 CNC裝置，供 CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機(jī)床向消除該誤差的方向移動(dòng)。 ? 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 的控制精度取決于步進(jìn)電機(jī)和絲杠的精度， ? 閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 的控制精度取決于檢測裝置的精度。 此外，由測量裝置和顯示環(huán)節(jié)構(gòu)成的數(shù)顯裝置，可以在線顯示機(jī)床移動(dòng)部件的坐標(biāo)值，大大提高機(jī)床工作效率和工件的加工精度。 ? ⑵ 直線控制系統(tǒng) ? 直線控制系統(tǒng)是控制刀具或基礎(chǔ)工作臺以一定速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸方向，由一個(gè)位置到另一位置的精確移動(dòng)。 ? ⑶ 輪廓控制系統(tǒng) ? 是對兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制(二軸、二軸半、三軸、四軸、五軸聯(lián)動(dòng) )，它不僅要控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且要控制整個(gè)加工過程的每一點(diǎn)的速度、方向和位移量，即要控制加工的軌跡，加工出要求的輪廓。 ? 這類機(jī)床的數(shù)控裝置的功能是最齊全的，能夠進(jìn)行兩坐標(biāo)甚至多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的控制，也能夠進(jìn)行點(diǎn)位和直線控制。 ? 2）按控制方式分類： ? ⑴開環(huán)數(shù)控機(jī)床 ? 指不帶反饋的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)沒有位置反饋 ? 元件，通常采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度和位移由輸入脈沖的頻率和脈沖個(gè)數(shù)決定的。獲得比開環(huán)系統(tǒng)更高的精度，但它的位移精度比閉環(huán)系統(tǒng)的要低，與閉環(huán)系統(tǒng)相比，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ? 慣性較大的機(jī)床移動(dòng)部件不包括在檢測范圍 ? 內(nèi)。實(shí)際上是將位移指令值與位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號，實(shí)時(shí)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。 ? 金屬成形類：如數(shù)控折彎機(jī)、彎管機(jī)、壓力機(jī)等。 ? 其它類：如數(shù)控火焰切割機(jī)、三坐標(biāo)測量機(jī)等。 ? ⑵ 三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 三軸聯(lián)動(dòng)，多用于加工曲面零件，如數(shù)控銑床，數(shù)控磨床。 ? 3． CNC系統(tǒng)的研究與發(fā)展 ? 目前，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展主要有如下趨勢： ? (1) 總線式、模塊化結(jié)構(gòu)的 CNC裝置： ? 采用多微處理機(jī)、多主總線體系結(jié)構(gòu)，可以提高系統(tǒng)的計(jì)算能力和響應(yīng)速度；模塊化有利于滿足用戶需要，構(gòu)成最小至最大系統(tǒng)。 ? (3) PLC數(shù)控： PC既作為人機(jī)界面，利用其容量大、存儲(chǔ)能力強(qiáng)和通信能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又可進(jìn)行機(jī)床控制，實(shí)現(xiàn) PC數(shù)控。 ? (5) 將多種控制功能 (如刀具破損檢測、物料搬運(yùn)、機(jī)械手控制等 )集成到數(shù)控系統(tǒng)中，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺和多種機(jī)床的能力。 ? 加工中心 ? 加工中心是一種 備有刀庫 并能按預(yù)定程序自動(dòng)更換刀具 ， 對工件進(jìn)行 多工序加工 的高效數(shù)控機(jī)床 。 常見加工中心按工藝用途可分為 鏜銑加工中心 、車削加工中心、 鉆削加工中心 、 攻螺紋加工中心 及 磨削加工中心 等。圖 43給出了臥式加工中心和立式加工中心的外觀圖。衡量加工中心刀庫和自動(dòng)換刀裝置的指標(biāo)有 刀具存儲(chǔ)量、 刀具 (加刀柄和刀桿等 )最大尺寸與重量、換刀重復(fù)定位精度 、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、 選刀方法和換刀時(shí)間等 。 圖 44 加工中心刀庫的基本類型 (a) 轉(zhuǎn)塔式； (b) 鏈?zhǔn)剑?(c) 盤式 ?2．車削加工中心 ? 車削加工中心簡稱為車削中心 (Turning Center)，它是在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上為擴(kuò)大其工藝范圍而