最全加工中心資料，一文帶您入門加工中心

加工中心簡介

加工中心最初是數控銑床發展而來，我帶有刀庫的數控銑床。是由機械設備與數控系統組成的使用于加工復雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心是由計算機數控系統（CNC）、伺服系統、機床本體、液壓系統等各部分組成。但加工中心又不等同于數控銑床，加工中心與數控銑床的最大區別在于加工中心具有自動交換刀具的功能，通過在刀庫安裝不同用途的刀具，可在一次裝夾中通過自動換刀裝置改變主軸上的加工刀具。實現鉆、鏜、鉸、攻螺紋、切槽等多種加工功能。

可以說加工中心的出現打破了一臺機床只能進行一種工序加工的傳統觀念。它利用機床刀庫的多刀具和自動換刀能力，具有把幾個不同的操作組合在一次裝夾中并連續加工的能力，即集中工序加工。CNC鏜銑加工中心，對工件連續進行的鉆削、鏜削、背鏜、加工螺紋、锪孔及輪廓銑削等加工都可編制為同一個CNC程序。加工中心因具有連續、自動、多工序加工的特點，因此又稱它為多工序數控機床。

加工中心組成結構

加工中心總體上是由以下幾大部分組成。

1.基礎部件

床身、立柱和工作臺等大件是加工中心結構中的基礎部件。這些大件有鑄鐵件，也有焊接的鋼結構件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負載，因此必須具備更高的靜動剛度，也是加工中心中質量和體積最大的部件。

2.主軸部件

主軸部件包括主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件。主軸的啟動、停止等動作和轉速均由數控系統控制，并通過裝在主軸上的刀具進行切削。主軸部件是切削加工的功率輸出部件，是加工中心的關鍵部件。其結構的好壞，對加工中心的性能有很大的影響。

3.數控系統

數控系統由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅動裝置以及電動機等部分組成，是加工中心執行順序控制動作和控制加工過程的中心。

目前市場上加工中心常用的數控系統一般為：FANUC（日本）、MISUBISHI（日本）、SIEMENS（德國）、FAGOR（西班牙）、寶元（臺灣）、新代（臺灣）、華中（中國）、廣州數控（中國）

4.自動換刀裝置（ATC）

加工中心與一般通用機床的顯著區別是具有對零件進行多工序加工的能力。有一套自動換刀裝置。

常見分類

1.按換刀形式分類

1）帶刀庫機械手的加工中心換刀裝置由刀庫、機械手組成，換刀動作由機械手完成。

2）無機械手的加工中心換刀通過刀庫和主軸箱配合動作來完成換刀過程。

3）轉塔刀庫式加工中心一般應用于小型加工中心。主要以加工孔為主。

2.按機床加工方式分類

1）車削加工中心

車削加工中心以車削為主，主體是數控車床，機床上配備有轉塔式刀庫或由換刀機械手和鏈式刀庫組成的大容量刀庫有些車削加工中心還配置有銑削動力頭。

2）鏜銑加工中心

鏜銑加工中心將數控銑床、數控鏜床、數控鉆床的功能聚集在一臺加工沒備上，且增設有自動換刀裝置。鏜銑加工中心是機械加工行業中，應用最多的一類數控設備，其工藝范圍主要是銑削、鉆削和鏜削。

3）復合加工中心

在一臺設備上可以完成車削、銑削、鏜削、鉆削等多種工序加工的加工中心稱為復合加工中心，它可代替多臺機床實現多工序的加工。復合加工中心以車、銑加工的加工中心為多。

3.按機床形態分類

1）臥式加工中心

臥式加工中心指主軸軸線為水平狀態設置的加工中心。臥式加工中心一般具有3-5個運動坐標.，常見的有三個直線運動坐標：X、Y、Z，外加一個回轉工作臺，它能夠使工件一次裝夾完成除安裝面和頂面以外的其余四個面的加工。臥式加.工中心較立式加工中心應用范圍廣，適宜復雜的箱體類零件如泵體、閥體等零件的加工。但臥式加工中心占地面積大、重量大、結構復雜、價格較高。

2）立式加工中心

立式加工中心指主軸軸線為垂直狀態設置的加工中心。立式加工中心一般有三個直線運動坐標：X、Y、Z，工作臺具有分度和旋轉功能，可在工作臺上安裝一個水平軸的數控轉臺用以加工螺旋線零件。立式加工中心多用于加工簡單箱體、箱蓋、板類零件和平面凸板。立式加工中心具有結構簡單、占地面積小、價格低的優點。

3）龍門加工中心

龍門加工中心的形狀與數控龍門銑床相似應用范圍比數控龍門銑床更大，主軸多為垂直設置，除自動換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數控裝置的功能也較齊全，能夠一機多用，尤其適用于大型或形狀復雜的工件加工。

4）五軸加工中心

五軸加工中心一次裝夾能完成除安裝面外的所有面的加工，具有立式和臥式加工中心的功能。常見的萬能加工中心有兩種形式:一種是主軸可以旋轉90o；另一種是主軸方向不改變.，而工作臺帶.著工件旋轉90o完成對五個面的加工。:在萬能加工中心上，工件安裝避免了二次裝夾帶來的安裝誤差，所以效率和精度高，但結構復雜、造價也高。

加工對象

加工中心機床是指具有刀庫、自動換刀裝置并能對工件進行多工序加工的數控機床。加工中心主要適用于加工形狀復雜、工序多、精度要求高的工件。

1.箱體類工件

箱體類零件一般具有一個以上的孔系，組成孔系的各孔本身有形狀精度的要求，同軸孔系和相鄰孔系之間及孔系與安裝基準之間又有位置精度的要求。通常箱體類零件需要進行鉆削、擴削、鉸削、攻螺紋、鏜削、銑削、锪削等工序的加工，工序多、過程復雜，還需用專用夾具裝夾。這類零件在加工中心上加工。一次裝夾可完成普通機床60%-95%的工序內容，并且精度一致性好、質量穩定。

2.復雜曲面類工件

復雜曲面一般可以用球頭銑刀進行三坐標聯動加工，.加工精度較高，但效率低、如果工件存在加工干涉區或加工盲區，就必須考慮采用四坐標或五坐標聯動的機床。

3.異形件

異形件是外形不規則的零件，大多需要點、線、面多工位混合加工。加工異形件時采用普通機床加工或精密鑄造無法達到預定的加工精度，而使用多軸聯動的加工中心，配合自動編程技術和專用刀具，可大大提高其生產效率并保證曲面的形狀精度。形狀越復雜，精度要求越高，使用加工中心越能顯示其優越性。如手機外殼等異形件可采用加工中心進行加工。

4.盤、套、板類工件

這類工件包括帶有鍵槽和徑向孔，端面分布有孔系、曲面的盤套或軸類工件。

加工中心的基本特點

1.工序集中，加工精度高

數控系統能控制機床在工件一次裝夾后，實現多表面、多特征、多工位的連續、高效、高速、高精度加工，即工序集中，這是MC的典型特點。由于加工工序集中，減少了工件半成品的周轉、搬運和存放時間，使機床的切削利用率(切削時間和開動時間之比)比普通機床高3~4倍，達80%以上，縮短了工藝流程，減少了人為干擾，故加工精度高、互換性好。

2.操作者的勞動強度減輕、經濟效益高

對零件的加工是在數控程序控制下自動完成的，操作者除了操作面板、裝卸零件、進行關鍵工序的中間測量以及觀察機床的運行之外，無需進行繁重的重復性手工操作，勞動強度輕。使用MC加工零件時即使在單件、小批量生產的情況下，也可以獲得良好的經濟效益。例如在加工之前節省了劃線工時，在零件安裝到機床上之后減少了調整、加工和檢驗時間，直接生產費用大幅度降低。

另外，加工零件還可以省去許多工藝裝備，減少硬件的投資。同時，加工穩定，廢品率減少，可使生產成本進一步下降。

3.對加工對象的適應性強

加工中心是按照被加工零件的數控程序進行自動加工的，當改變加工零件時，只要改變數控程序，不必更換大量的專用工藝裝備。因此，能夠適應從簡單到復雜型面零件的加工，且生產準備周期短，有利于產品的更新換代。

4.有利于生產管理的現代化

用MC加工零件時，能夠準確地計算零件的加工工時，并有效地簡化檢驗和工具、夾具、半成品的管理工作。這些特點有利于使生產管理現代化。當前許多大型CAD/CAM集成軟件已經具有了生產管理模塊，可滿足計算機輔助生產管理的要求。

加工中心需要注意的問題

加工中心雖然具有很多優點，但也還存在如下一些必須考慮的問題。

1)工件粗加工后直接進入精加工階段。粗加工時，一次裝夾中金屬切除量多、幾何形變大工件溫升高，溫升來不及回復，冷卻后工件尺寸發生變化，會造成零件的精度下降。

2)工件由毛坯直接加工為成品，零件未進行時效處理，內在應力難以消除，加工完了一段時間后內應力釋放，會使工件產生變形。

3)裝夾零件的夾具必須滿足既能承受粗加工中切削力大，又能在精加工準確定位的要求，而且零件夾緊變形要小。

4)多工序集中加工，要及時處理切屑。在加工過程中，切屑的堆積、纏繞等將會影響加工的順利進行及劃傷零件的表面，甚至使刀具損壞、工件報廢。

5)由于自動換刀裝置(ATC)的應用，使工件尺寸受到一定的限制，鉆孔深度、刀具長度、刀具直徑及刀具質量都要加以綜合考慮。

加工中心的工藝特點

1.適合加工周期性復合投產的零件

有些產品的市場需求具有周期性和季節性，如果采用專門生產線則得不償失，用普通設備加工效率又太低。質量不穩定，數量也難以保證。而采用加工中心首件試切完成后，程.序和相關生產信息可保留下來，下次產品再生產時只要很短的準備時間就可以開始生產。

2.適合加工高效、高精度工件

有些零件需求甚少，但屬關鍵部件，要求精度高且工期短。用傳統工藝需要多臺機床協調工作，周期長、效率低。在長工序流程中，受人為影響易出廢品，從而造成重大經濟損失。采用加工中心進行加工，生產完全由程序自動控制，避免了長工藝流程，減少了硬件投資和人為干擾，具有生產效益高及.質量穩定的優點。

3.適合加工具有合適批量的工件
加工中心生產的柔性不僅體現在對特殊要求的快速反應上，而且可以快速實現批量生產，擁有并提高市場競爭能力。加工中心適合于中小批量生產，特別是小批量生產。在.應用加工中心時，盡量使批量大于經濟批量，以達到良好的經濟效果。隨著加工中心.及輔具的不斷發展，經濟批量越來越小，對一些復雜零件達到5-10件就可生產，甚至單件生產時也可考慮用加工中心。

4.適合于加工形狀復雜的零件
四軸聯動、五軸聯動加工中心的應用.及CAD/CAM技術的成熟發展，使加工復雜零件的自動化程度大幅提高。DNC的使用使同一程序的加工內容足以滿足各種加工要求，使復雜零件的自動加工變得非常容易。

5.其他特點

加工中心還適合于加工多工位和工序集中的工件及難測量工件。另外，裝夾困難或完全由找正定位來保證加工精度的工件不適合在加工中心上生產。

刀具系統

1.加工中心對刀具的要求

加工中心對刀具的基本要求主要體現在以下幾個方面;

（1）良好的切削性能，能承受高速切削和強力切削并且性能穩定。

（2）較高的精度，刀具的精度指刀具的形狀精度和刀具與裝夾裝置的位置精度。

（3）配備完善的工具系統，滿足多刀連續加工的要求。

加工中心所使用刀具的刀頭部分與數控銑床所使用的刀具基本相同，除銑刀以外，加工中心使用比較多的是孔加工刀具，包括加工各種大小孔徑的麻花鉆、擴孔鉆、锪孔鉆、鉸刀、鏜刀、絲錐及螺紋銑刀等。為了適應高效、高速、高剛性和大功率的加工發展要求，在選擇刀具材料時，一般盡可能選用硬質合金刀具，精密鏜孔等還可選用性能更好、更耐磨的立方氮化硼和金剛石刀具。這些孔加工刀具一般都采用涂層硬質合金材料.分為整體式和機夾可轉位式兩類。加工中心所使用刀具的刀柄部分與一般數控銑床所用刀柄部分不同，加工中心用刀柄帶有夾持槽供機械手夾持。

2.自動換刀裝置

在加工中心加工零件的過程中，換刀動作是由自動換刀裝置完成的。自動換刀裝置應該滿足換刀時間短、刀具重復定位精度高、刀具儲存數量足夠、結構緊湊、便于制造、便于維修、便于調整、有防屑防塵裝置、布局應合理等要求。同時也應具有較好的剛性，沖擊、振動及噪聲小。運轉安全可靠等特點。自動換刀系統由刀庫、選刀機構、刀具交換機構（如機械手）、刀具在主軸上的自動裝卸機構等部分組成。

自動換刀方式分為兩大類：一是由刀庫和主軸的相對運動實現刀具交換，用這種形式交換刀具時，主軸上用過的刀具送回刀庫和從刀庫中取出新刀，這兩個動作不能同時進行，選刀和換刀由數控定位系統來完成，因此換刀時間長，換刀動作也較多；二是由機械手進行刀具交換。

3.刀庫與刀具管理

刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并按程序T指令，把將要用的刀具準確地送到換（?。┑段恢?，并接受從主軸送來的已用刀具。刀庫的儲存量一般在8~64把范圍 內，多的可達100~200把。

1)刀庫的形式

加工中心普遍采用盤式刀庫和鏈式刀庫。密集型的鼓刀庫或格子式刀庫雖然占地面積小，但由于結構的限制，很少用于單機加工中心。密集型的固定刀庫目前多用于FMS中的集中供刀系統。盤式刀庫一般用于刀具容量較少的刀庫，而鏈式刀庫一般刀具數量在30~120把，刀具數量大時多采用鏈式刀庫。

2)自動換刀的選刀方式

（1）順序選刀。將刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內，也可以按加工順序放入下一個刀座內。順序選刀的特點是不需要刀具識別裝置，驅動控制也較簡單。工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產生嚴重的后果，這種方式現在已很少采用。

（2）任意選刀方式。目前絕大多數的數控系統都具有任意選擇刀具功能。刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關，數控系統根據程序T指令的要求任意選擇所需要的刀具，相同的刀具可重復使用。 任選刀具的換刀方式主要有刀具編碼識別、刀套編碼識別和軟件記憶識別方式。

刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套上安裝用于識別的編碼條，每把刀具(或刀座)一般都是根據二進制編碼原理進行編碼。自動換刀時，刀庫旋轉，每把刀具(或刀座)都經過刀具識別裝置接受識別。當某把刀具的代碼(如0000111)與數控指令的代碼（如T07)相符合時，該把刀具被選中，刀庫驅動，將刀具送到換刀位置，等待機械手來抓取。

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