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加工中心(Computerized Numerical Control Machine )簡稱cnc,是由機械設備與數控系統組成的使用於加工複雜形狀工件的高效率自動化機床。

1 加工中心 -概述

加工中心加工中心

加工中心(Computerized Numerical Control Machine )簡稱cnc,是由機械設備與數控系統組成的使用於加工複雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫,具有自動換刀功能,是對工件一次裝夾後進行多工序加工的數控機床。加工中心是高度機電一體化的產品,工件裝夾后,數控系統能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具、自動對刀、自動改變主軸轉速、進給量等,可連續完成鑽、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序,因而大大減少了工件裝夾時間、測量和機床調整等輔助工序時間,對加工形狀比較複雜,精度要求較高,品種更換頻繁的零件具有良好的經濟效果。
數控機床實現了中、小批量加工自動化,改善了勞動條件。此外,它還具有生產率高、加工精度穩定、產品成本低等一系列優點。為了進一步發揮這些優點,數控機床遂向「工序集中」,即一台數控機床在一次裝夾零件后能完成多工序加工的數控機床(即加工中心)方面發展。
鑽、鏜、銑、車等單功能數控機床只能分別完成鑽、鏜、銑、車等作業,而在機械製造工業中,大部分零件都是需要多工序加工的。在單功能數控機床的整個加工過程中,真正用於切削的時間只佔30%左右,其餘的大部分時間都花費在安裝、調整刀具、搬運、裝卸零件和檢查加工精度等輔助工作上。在零件需要進行多種工序加工的情況下,單功能數控機床的加工效率仍然不高。加工中心一般都具有刀具自動交換功能,零件裝夾后便能一次完成鑽、鏜、銑、鍃、攻絲等多種工序加工。

2 加工中心 -發展史

加工中心最初是從數控銑床發展而來的。第一台加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研製成功的。它在數控卧式鏜銑床的基礎上增加了自動換刀裝置,從而實現了工件一次裝夾后即可進行銑削、鑽削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。
二十世紀70年代以來,加工中心得到迅速發展,出現了可換主軸箱加工中心,它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱,能對工件同時進行多孔加工。

3 加工中心 -分類

加工中心卧式加工中心

1. 按加工工序分類
(1)鏜銑
(2)車銑
2. 按控制軸數分類
(1)三軸加工中心
(2)四軸加工中心
(3)五軸加工中心。
3. 按主軸與工作台相對位置分類
(1)卧式加工中心:是指主軸軸線與工作台平行設置的加工中心,主要適用於加工箱體類零件。
卧式加工中心一般具有分度轉檯或數控轉檯,可加工工件的各個側面;也可作多個坐標的聯合運動,以便加工複雜的空間曲面。

加工中心立式加工中心

(2)立式加工中心:是指主軸軸線與工作台垂直設置的加工中心,主要適用於加工板類、盤類、模具及小 型殼體類複雜零件。 立式加工中心一般不帶轉檯,僅作頂面加工。
此外,還有帶立、卧兩個主軸的複合式加工中心,和主軸能調整成卧軸或立軸的立卧可調式加工中心,它們能對工件進行五個面的加工。
(3)萬能加工中心(又稱多軸聯動型加工中心):是指通過加工主軸軸線與工作台迴轉軸線的角度可控制聯動變化,完成複雜空間曲面加工的加工中心。適用於具有複雜空間曲面的葉輪轉子、模具、刃具等工件的加工。
多工序集中加工的形式擴展到了其他類型數控機床,例如車削中心,它是在數控車床上配置多個自動換刀裝置,能控制三個以上的坐標,除車削外,主軸可以停轉或分度,而由刀具旋轉進行銑削、鑽削、鉸孔和攻絲等工序,適於加工複雜的旋轉體零件。

4 加工中心 -組成

加工中心

加工中心分兩大部分:數控機床和刀具自動交換裝置。
1. 刀具自動交換裝置應能滿足以下幾個方面的要求:
①換刀時間短;
②刀具重複定位精度高;
③識刀、選刀可靠,換刀動作簡單;
④刀庫容量合理,佔地面積小,並能與主機配合,使機床外觀完整;
⑤刀具裝卸、調整、維護方便。
2. 刀具自動交換系統由刀庫、刀具交換裝置、刀具傳送裝置、刀具編碼裝置、識刀器等五個部分組成。
刀庫 
存貯加工所需各種類型刀具的倉庫。它是刀具自動交換系統中的重要組成部分,具有接受刀具傳送裝置送來的刀具和將刀具給予刀具傳送裝置的功能。它的容量、布局和具體結構對整個加工中心的總體布局和性能有很大的影響,按其結構、形狀可分為以下六種:①圓盤式刀庫,又分為軸向式(刀具中心線與圓盤中心線平行)、徑向式(刀具中心線與圓盤中心線垂直)和多盤式(在一根旋轉軸上分設幾層圓盤刀庫)。②轉塔式刀庫,又分傾斜式和水平式。③鼓輪式刀庫。④鏈式刀庫。⑤格子式刀庫。⑥直線式刀庫。

加工中心道具交換裝置

刀具交換裝置(機械手) 
它的職能是將機床主軸上的刀具與刀庫或刀具傳送裝置上的刀具進行交換,其動作循環為:拔刀-新舊刀具交換-裝刀。這種裝置按交換方式又分為兩類。
①由刀庫與機床主軸的相對運動實現換刀 在這類裝置中,刀庫一般為格子式,裝在工作台上。換刀時,先使工作台與主軸相對運動,將使用過的舊刀送回刀庫,然後再使工作台與主軸相對運動一次,從刀庫中取出新刀。這種換刀方式的換刀時間長,另外刀庫設置在工作台上,減少了工作台的有效使用面積。
②採用機械手換刀 機械手刀具交換裝置,特別是雙臂機械手刀具交換裝置具有換刀時間短、動作靈活可靠等優點,應用最為廣泛。雙臂機械手中最常用的幾種結構有:鉤手;抱手;伸縮手;叉手。雙臂機械手進行一次換刀循環的基本動作為:抓刀(手臂旋轉或伸出,同時抓住主軸和刀庫里的刀具);拔刀(主軸鬆開,機械手同時將主軸和刀庫中的刀具拔出);換刀(手臂轉180°,新、舊刀交換);插刀(同時將新刀插入主軸,舊刀插入刀庫,然後主軸夾緊刀具);縮回(手臂縮回到原始位置)。
運刀裝置 

加工中心加工中心
當刀庫容量較大、布置得離機床較遠時,就需要安排兩隻機械手來完成新舊刀的交換動作,一隻靠近刀庫,稱為後機械手,完成拔新刀、插舊刀的動作;一隻靠近主軸,稱為前機械手,完成拔舊刀、插新刀的動作。在前後機械手之間則設有運刀裝置。它一方面將前機械手從主軸上拔出的舊刀運回刀庫旁,以便后機械手將該舊刀拔出並插回刀庫;另一方面則將后機械手從刀庫中拔出的新刀運到主軸旁,以便前機械手將該新刀拔出並插入主軸。運刀器的職能就是在前後機械手之間來回運送新、舊刀具(圖1)。
刀具編碼裝置  將加工所需的刀具自動地從刀庫中選擇出來稱為自動選刀,有順序選擇和編碼選擇兩種方式。
順序選擇方式  將在加工中心上加工某一零件所需的全部刀具按工序先後依次插入刀庫中。加工時按加工順序一一取用。採用這種選刀方式不需要識刀器,刀庫結構及其驅動裝置都非常簡單,每次換刀時控制刀庫轉位一次即可。缺點是刀庫中的刀具不能重複使用。
編碼選擇方式  
加工中心加工中心

將加工某一項零件所需的全部刀具(或刀座)都預先編上代碼,存放在刀庫中。加工時根據程序尋找所需要的刀具。由於每把刀具都有自己的代碼,它們在刀庫中的位置和存放順序可以與加工順序無關。每把刀具都可被多次重複使用。刀具編碼有多種方式,常用的有三種。①刀具編碼:在每一把刀具的尾部都用編碼環編上自己的號碼。選刀時根據穿孔帶所發出的刀號指令任意選擇所需的刀具。由於每把刀具都有自己確定的代碼,無論將刀具放入刀庫的哪個刀座中都不會影響正確選刀。採用這種編碼方式可簡化換刀動作和控制線路,縮短換刀時間。這種編碼現已獲廣泛應用。②刀座編碼:在刀庫的每一個刀座上用編碼板編碼。這種編碼方式的優點是刀柄不會因尾部有編碼環而增加長度;缺點是刀具必須對號入座,換刀時間長。③編碼鑰匙:預先給每把刀具都繫上一把表示該刀具代碼的編碼鑰匙(圖2),當將刀具插進刀庫的刀座時,便同時也將鑰匙插入刀座的鑰匙孔內,這樣便將鑰匙上的代碼轉記到了刀座上,成為刀座的代碼。這種編碼方式的優點是在更換加工零件時只需將鑰匙從刀座中取出,刀座上的代碼便自行消失,靈活性大,對於刀具管理和編程都十分有利,不易發生人為差錯。缺點是刀具必須對號入座。
識刀裝置  它的職能是從編碼裝置上讀出刀具的代碼。常用的識刀裝置有接觸式和非接觸式兩種。①接觸式識刀裝置:這種方式比較簡單、可靠,它在對應於編碼裝置的凸起和凹槽部分裝有一排電刷,選刀時,刀庫轉動,刀具編碼裝置依次經過電刷,其凸起部分和電刷接觸,讀出刀具代碼。②非接觸式識刀裝置:它由一組排列在一起的無觸點行程開關組成。當刀庫轉動時,刀具編碼裝置的突起部分(由鐵磁物質構成)接近識刀裝置,刀具代碼便被讀出。這種識刀裝置無撞擊、無雜訊、無磨損、壽命長、可用於高速選刀,但工作不夠穩定,調試較困難。

5 加工中心 -優點 

加工中心產品

工件在加工中心上經一次裝夾后,數字控制系統能控制機床按不同工序,自動選擇和更換刀具,自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助機能,依次完成工件幾個面上多工序的加工。並且有多種換刀或選刀功能,從而使生產效率大大提高。
加工中心由於工序的集中和自動換刀,減少了工件的裝夾、測量和機床調整等時間,使機床的切削時間達到機床開動時間的80%左右(普通機床僅為15~20%);同時也減少了工序之間的工件周轉、搬運和存放時間,縮短了生產周期,具有明顯的經濟效果。加工中心適用於零件形狀比較複雜、精度要求較高、產品更換頻繁的中小批量生產。

6 加工中心 -維護

加工中心加工中心保養

加工中心定期檢查項目
1、主軸在額定最高轉速下運轉軸承狀態 測振儀
2、設備水平檢測 水平儀
3、X/Y/X軸相互垂直度檢測 方箱/角尺
4、X/Y/Z軸重複定位精度檢測 激光干涉儀(視設備品牌可以自動補償)
5、X/Y/Z軸累計誤差檢測 激光干涉儀(視設備品牌可以自動補償)
6、主軸300mm徑向跳動檢測
7、主軸與工作檯面的垂直度檢測
8、X/Y/Z軸滾珠絲杠軸承狀態檢測、
9、X/Y/Z軸絲杠狀態檢測

加工中心定期保養項目
機械部份
1、 檢查潤滑系統,壓力表狀態,清洗潤滑系統過濾網,更換潤滑油,疏通油路,
2、 檢查氣路系統,清潔空氣過濾網,消除壓力氣體的泄漏。
3、 檢查液路系統,清潔過濾器、清洗油箱,更換或過濾油液。可能的情況下,更換密封件。
4、 緊固各傳動部件,更換不良標準件。
5、 油脂潤滑部位,按要求,加註潤滑脂
6、 清潔、清洗各傳動面,
7、 檢查刀庫、機械手狀態,分析機械手磨損狀態,向客戶提出更換建議。
8、 修復修正外部元件的損壞件。
9、 檢查防護罩狀態。準確的將信息反饋給客戶。
  電氣部份
10、清潔控制櫃內電氣元件,檢查、緊固接線端子的緊固狀態。
11、清洗、清潔數控系統控制模塊、電路板,清潔風扇,空氣過濾網,清潔散熱裝置,
12、清潔伺服電機風扇葉片。
13、清潔操作面板內部元件,電路板、風扇。檢查插接件的緊固狀態。   

7 加工中心 -安全規則

加工中心安全規則

 1.必須遵守加工中心安全操作規程。
2.工作前按規定應穿戴好防護用品,紮好袖口,不準戴圍巾、戴手套、打領帶、圍圍裙,女工髮辮應挽在帽子內。
3.開機前檢查刀具補償、機床零點、工件零點等是否正確。
4.各按鈕相對位置應符合操作要求。認真編製、輸入數控程序。
5.要檢查設備上的防護、保險、信號、位置、機械傳動部分、電氣、液壓、數顯等系統的運行狀況,在一切正常的情況下方可進行切削加工。
6.加工前機床試運轉,應檢查潤滑、機械、電氣、液壓、數顯等系統的運行狀況,在一切正常的情況下方可進行切削加工。
7.機床按程序進入加工運行后,操作人員不準接觸運動著的工件、刀具和傳動部分,禁止隔著機床轉動部分傳遞或拿取工具等物品。
8.調整機床、裝夾工件和刀具以及擦拭機床時,必須停車進行。
9.工具或其它物品不許放在電器、操作櫃及防護罩上。
10.不準用手直接清除鐵屑,應使用專門工具清掃。
11.發現異常情況及報警信號,應立即停車,請有關人員檢查。
12.不準在機床運轉時離開工作崗位,因故要離開時,將工作台放在中間位置,刀桿退回,必須停車,並切斷主機電源。

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