#第一章加工中心概述与职业技能鉴定标准

第一章 加工中心概述与职业技能鉴定标准

第一节 加工中心概述

一、加工中心简介

加工中心是一种功能较全的数控加工机床。它把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具或检件，在加工过程中由程序自动选用和更换。这是加工中心与数控铣床、数控镗床的主要区别。

加工中心与同类数控机床相比结构较复杂，控制系统功能较多。加工中最少有三个运动坐标系，多的达十几个。其控制功能最少可实现两轴联动控制，实现刀具运动直线插补和圆弧插补；多的可实现五轴联动、六轴联动，从而保证刀具进行复杂加工。加工中心还具有不同的辅助机能，如：各种加工固定循环、刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿、刀具破损报警、刀具寿命管理、过载超程自动保护、丝杠螺距误差补偿、丝杠间隙补偿、故障自动诊断、工件与加工过程图形显示、人机对话、工件在线检测和加工自动补偿、离线编程等，这些机能提高了加工中心的加工效率，保证了产品的加工精度和质量。

二、加工中心的分类

1.按主轴在空间所处的状态分类

图1－1 立式加工中心

加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心（见图1－1）；主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。

2.按加工中心立柱的数量分类 有单柱式和双柱式（龙门式）。

3.按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分类

有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等等。三轴、四轴……是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。

4.按工作台的数量和功能分类

有单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心。 5.按加工精度分类

有普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心的分辨率为1?m，最大进给速度15～25m/min，定位精度10?m左右。高精度加工中心的分辨率为0.1?m，最大进给速度为15～100m/min，保证定位精度为2?m左右。介于2～10?m之间的，以±5?m较多，可称为精密级。

三、加工中心的结构

加工中心本身的结构分为两大部分：一是主机部分；二是控制部分。

主机部分主要是机械结构部分，包括：床身、主轴箱、工作台、底座、立柱、横梁、进给机构、刀库、换刀机构、辅助系统（气液、润滑、冷却）等。

控制部分包括硬件部分和软件部分。硬件部分包括：计算机数字控制装置（CNC），可编程序控制器（PLC）、输出输入设备、主轴驱动装置、显示装置；软件部分包括系统程序和控制程序。

加工中心的结构特点： 1.机床的刚度高、抗振性好。

2.机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快。加工中心传动装置主要有三种，即滚珠丝杠副；静压蜗杆－蜗母条；预加载荷双齿轮－齿条。它们由伺服电机直接驱动，省去齿轮传动机构，传递精度高，传递速度快。一般速度可达15m/min，最高可达100m/min。

3.主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统（特殊的也只保留1～2级齿轮传动）。主轴功率大，调速范围宽，并可无级调速。目前加工中心95%以上的主轴传动都采用交流主轴伺服系统，速度可从10～20000r/min，无级变速。

4.加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期的保持导轨的精度，在高速重载切削下，又保证运动部件不振动，低速进给时不爬行及运动中的高灵敏度。导轨采用钢导轨、淬火硬度≥HRC57，与导轨配合面用聚四氟乙烯贴层。这样处理的优点：a..摩擦系数小；b..耐磨性好；c.减振消声；d.工艺性好。

5.设置有刀库和换刀机构。这是加工中心与数控铣床和数控镗床的主要区别，使加工中心的功能和自动化加工的能力更强了。

6.控制系统功能较全。它不但可对刀具的自动加工进行控制，还可对刀库进行控制和管理，实现刀具自动交换。有的加工中心具有多个工作台，工作台可自动交换，不但能对一个工件进行自动加工，而且可对一批工件进行自动加工。这种多工作台加工中心称为柔性加工单元。

四、加工中心的功能 （一）立式加工中心

立式加工中心能完成铣削、镗削、钻削、攻螺纹和用刀切削螺纹等工序、立式加工中心最少是三轴二联动，一般可实现三轴三联动，有的可进行五轴、六轴控制，工艺人员可根据其同时控制的轴数确定该加工中心的加工范围。

立式加工中心立柱高度是有限的，确定Z轴的运动范围时要考虑： 1.工件的高度；

2.工装夹具的高度； 3.刀具的长度；

4.机械手换刀占用的空间。

在考虑上述四种情况之后，立式加工中心对箱体类工件加工范围要减少，这是立式加工中心的弱点。但立式加工中心有下列优点：

1.工件易装夹，可用通用的夹具如平口钳、压板、分度头、回转工作台等装夹工件，工件的装夹定位方便；

2.刀具运动轨迹易观察，调试程序检查测量方便，可及时发现问题，进行停机处理或修改； 3.冷却条件易建立，冷却液能直接到达刀具和加工表面；

4.坐标系即X、Y、Z三个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合，感觉直观与图纸视角一致； 5.切屑易排除和掉落，避免切屑划伤加工过的表面；

6.结构一般采用单柱式，它与相应的卧式加工中心相比，结构简单、占地面积小，价格较低。 立式加工中心最适合加工Z轴方向尺寸相对较小的工件，一般的情况下除底面不能加工外，其余五个面都可用不同的刀具进行轮廓和表面加工。

（二）卧式加工中心

一般的卧式加工中心有三个到五个坐标轴，常配有一个回转轴（或回转工件台），主轴转速在10～10000r/min之内，最小分辨率一般为1?m，定位精度为10?m～20?m。卧式加工中心刀库容量一般较大，有的刀库可存放几百把刀具。卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂，体积和占地面积较大，价格也较高。卧式加工中心较适于加工箱体之类的零件。只要一次装夹在回转工作台上，即可对箱体（除顶面和底面之外）的四个面进行铣、镗、钻、攻丝等加工。特别是对箱体类零件上的一些孔和形腔有位置公差要求的（如孔系之间的平行度、孔与端面的垂直度、端面与底面的垂直度等），以及孔和形腔与基准面（底面）有严格尺寸精度要求的，在卧式加工中心上通过一次装夹加工，容易得到保证，适合于批量工件的加工。卧式加工中心程序调试时，不如立式加工中心直观、容易观察，对工件检查和测量也感不便，且对复杂零件的加工程序调试时间是正常加工的几倍，所以加工的工件数量越多，平均每件占用机床的时间越少，因此用卧式加工中心进行批量加工才合算。但它可实现普通设备难以达到的精度和质量要求，因此一些精度要求高，其它设备无法达到其精度要求的工件，特别是一些空间曲面和形状复杂的工件，即使是单件生产，也可考虑在卧式加工中心上加工。

卧式加工中心的坐标系与立式加工中心坐标系即X、Y、Z三轴在空间上是不同的。而且卧式加工中心冷却条件不如立式的好，特别是对深孔的镗、铣、钻等，冷却液难以到达切削深处，因此，必须降低机床

的转速和进给量、降低了生产效率。与立式加工中心相比，卧式加工中心的功能多，在立式加工中心上加工不了的工件，在卧式加工中心上一般的都能加工。此外卧式加工中心的回转工作台有的是数控的，有的是分度的，工件一次装夹可实现多个工位的加工。

（三）多工作台加工中心

多工作台加工中心有时称为柔性加工单元（FMC）。它有两个以上可更换的工作台，通过运送轨道可把加工完的工件连同工作台（托盘）一起移出加工部位，然后把装有待加工工件的工作台（托盘）送上加工部位，这种可交换的工作台可设置多个，实现多工作台加工。其优点是可实现在线装夹，即在进行加工的同时，下边的工作台进行装、卸工件，另外可在其它工作台上都装上待加工的工件，开动机床后，能完成对这一批工件的自动加工。工作台上的工件可以是相同的，也可以是不同的。这都可由程序进行处理。多工作台加工中心有立式的，也有卧式的。无论立式还是卧式，其结构都较复杂，刀库容量较大，机床占地面积大，控制系统功能较全。

（四）复合加工中心

复合加工中心也称多工面加工中心，是指工件一次装夹后，能完成多个面的加工的设备。现有的五面加工中心，它在工件一次装夹后，能完成除安装底面外的五个面的加工。这种加工中心兼有立式和卧式加工中心的功能，在加工过程中可保证工件的位置公差。常见的五面加工中心有两种形式，一种是主轴作90??或相应角度旋转，可成为立式加工中心或卧式加工中心；另一种是工作台带着工件作90旋转，主轴不改变方向而实现五面加工。图1－2为5坐标加工中心。

图1－2 5坐标加工中心

五、加工中心的主要加工对象

加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多的刀具夹具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有下列五类：

1.箱体类零件；

2.复杂曲面； 3.异形件；

4.盘、套、板类零件； 5.特殊加工。

第二节 加工中心操作工国家职业技能鉴定标准

一、职业概况