數(shù)控加工中心基礎(chǔ)知識

數(shù)控加工中心基礎(chǔ)知識

加工中心的選用

1.被加工對象的選定

確定選購對象之前，首先要明確準(zhǔn)備加工的對象。一般來說，具備下列特點(diǎn)的零件適合在加

工中心加工:

多工序集約型工件指在一個(gè)工件上需要用許多把區(qū)縣進(jìn)行加工。

定位繁瑣的工件例如有一定位孔距精度要求的多孔加工，利用機(jī)床定位精度高的特點(diǎn)，很

方便實(shí)施。

重復(fù)生產(chǎn)型的工件適合加工單件小批量生產(chǎn)。小批量指在1-100件，每批數(shù)量不多，但又

需要重狂生產(chǎn)。另外，即使工件形狀尺寸不同，但又是相似工件，易于實(shí)現(xiàn)成組加工(GT)

工藝的零件。

復(fù)雜形狀的零件模具、航空零件等復(fù)雜形狀工件，能借助自動程序編制技術(shù)在加工中心上

加工各種異形零件。

箱體類、板類零件在臥式加工中心上利用回轉(zhuǎn)工作臺，對箱體零件進(jìn)行多面加工，如主軸

箱體、泵體、閥體、內(nèi)燃機(jī)缸體等。如果連頂面也要一次裝夾中加工，可選用五面體加工中

心。立式加工中心適合加工箱蓋缸蓋、平面凸輪等。龍門加工中心用于加工大型箱體、板類

零件，如內(nèi)燃機(jī)車缸體、加工中心立柱、床身、印刷墻板機(jī)等。

2.機(jī)床規(guī)格的選定

根據(jù)確定的加工工件的大小尺寸，相應(yīng)確定所需機(jī)床的工作臺尺寸和三個(gè)直線坐標(biāo)系的行

程。工作臺尺寸應(yīng)保證工件在其上面能順利裝夾工件，加工尺寸則必須在各坐標(biāo)行程內(nèi)，此

外還要考慮換刀空間和各坐標(biāo)干涉區(qū)的限制。

3.機(jī)床精度的選定

加工中心的精度分類為普通型和精密型，其主要精度項(xiàng)目見下表:

加工中心主要精度項(xiàng)目精度項(xiàng)目普通型(mm)精密型(mm)

直線定位精度±0.01/全程±0.005/全程

重復(fù)定位精度士0.006±0.002

銃圓精度0.03-0.040.015

用戶根據(jù)工件的加工精度要求，選用相應(yīng)精度等級的機(jī)床，批量生產(chǎn)的零件，實(shí)際加工出的

精度數(shù)值可能是定位精度的1.5?2倍。普通型機(jī)床批量加工8級精度二件，精密機(jī)床加工精

度可達(dá)5-6級，但要有恒溫等工藝條件，所以精密型機(jī)床使用嚴(yán)格，價(jià)格高。

4.刀庫容量的選定

加工中心的制造廠家對同一種規(guī)格的機(jī)床，通常都設(shè)2-3種不同容量刀庫，例如臥式加工中

心刀庫容量有30、60、80等，立式加工中心有16、24、32把容量的刀庫。

用戶在選定時(shí)，可以根據(jù)被加工工件的工藝分析結(jié)果來確定所需數(shù)量，通常以需要一個(gè)零件

在一次裝夾中所需刀具數(shù)來確定刀庫的容量，因?yàn)閾Q另一零件加工時(shí)，需要重新安排刀具，

否則刀具管理狂雜并容易出錯(cuò)。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看立式加工中心選用20把刀左右的刀庫，臥式加工中心則選用40把刀左右的

刀庫為宜。當(dāng)然要根據(jù)實(shí)際需要最后確定。用于柔性制造單元(FMC)或柔性制造系統(tǒng)(FMS)

的加工中心機(jī)床，其刀庫容量應(yīng)選大容量刀庫，甚至配置可交換刀庫。

5.機(jī)床選擇功能及附件的選定

選定加工中心機(jī)床時(shí)，除了基本功能和基本件以外，還有提供用戶根據(jù)自身要求選用的功能

和附件，稱選擇功能、選擇附件(任選附件)。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，可供選擇的內(nèi)容越來越

多，其構(gòu)成價(jià)格在主機(jī)中所占的比例也越來越大，所以不明確目的大量選用附件也是不經(jīng)濟(jì)

的，所謂“有備無患”的訂購指導(dǎo)思想實(shí)質(zhì)上是浪費(fèi)。因此選訂時(shí)要全面分析，還要適當(dāng)考

慮長遠(yuǎn)因素。

選擇功能主要對于數(shù)控系統(tǒng)而言，對那種價(jià)格增加不多，但對使用帶來許多方便的功能，應(yīng)

適當(dāng)配置齊全一點(diǎn)，而對可以多臺機(jī)床公用的附件，就可以考慮一機(jī)多用，但必須考慮接口

是通用的。

6.加工節(jié)拍與機(jī)床臺數(shù)估算

根據(jù)已經(jīng)選定的工件，然后分析工藝路線，在這個(gè)工藝路線中選出準(zhǔn)各在加工中心上加工的

工序，對這些工序作工時(shí)節(jié)拍估算。

根據(jù)現(xiàn)用工藝參數(shù)，估算每道工序的切削時(shí)間，而輔助時(shí)間通常取切削時(shí)間的10%-20%o

另外中小型加工中心的每次換刀時(shí)間約需10-20秒，這樣單工序時(shí)間為:

I單序=【切十［輔+(10?20s尸【切十(10%-20%)【切十(10.20s)

有了單工序時(shí)間就不難計(jì)算出年產(chǎn)量。一年300個(gè)工作日，機(jī)床開動率按75%-85%計(jì)算，

如果計(jì)算結(jié)果產(chǎn)量達(dá)不到目標(biāo)值，但相差不多、修改工藝參數(shù)；如果差距很大，應(yīng)考慮增加

機(jī)床臺數(shù)配置。

加工中心的調(diào)試與驗(yàn)收

一.加工中心的調(diào)試

機(jī)床調(diào)試的目的是考核機(jī)床安裝是否穩(wěn)固，各傳動、操縱、控制等系統(tǒng)是否正常和靈敏可靠。

調(diào)試試運(yùn)行工作依以下步驟進(jìn)行：

按說明書的要求給個(gè)潤滑點(diǎn)加油，給液壓油箱灌入合乎要求的液壓油，接通氣源。

通電，各部件分別供電或各部件一次通電試驗(yàn)后，再全面供電。觀察各部件有無報(bào)警、手動

各部件觀察是否正常，各安全裝置是否起作用。即使機(jī)床的各個(gè)環(huán)節(jié)都能操作和運(yùn)動起來。

灌漿，機(jī)床初步運(yùn)轉(zhuǎn)后，粗調(diào)機(jī)床的幾何精度，調(diào)整經(jīng)過拆裝的主要運(yùn)動部件和主機(jī)的相對

位置。將機(jī)械手、刀庫、交換工作臺、位置找正等。這些工作做好后，即可用快干水泥灌死

主機(jī)和各附件的地腳螺栓，將各地腳螺栓預(yù)留孔灌平。

調(diào)試，準(zhǔn)備好各種檢測工具，如精密水平儀、標(biāo)準(zhǔn)方尺、平行方管等。

精調(diào)機(jī)床的水平，使機(jī)床的幾何精度達(dá)到允許誤差的范圍內(nèi)，采用多點(diǎn)墊支撐，在自由狀態(tài)

下將床身調(diào)成水平，保證床身調(diào)整后的穩(wěn)定性。

用手動操縱方式調(diào)整機(jī)械手相對于主軸的位置，使用調(diào)整心棒。安裝最大重量刀柄時(shí)，要進(jìn)

行多次刀庫到主軸位置的自動交換，做到準(zhǔn)確無誤，不撞擊。

.將工作臺運(yùn)動到交換位置，調(diào)整托盤站與交換工作臺的相對位置，達(dá)到工作臺自動交換動

作平穩(wěn)，并安裝工作臺最大負(fù)載，進(jìn)行多次交換。

檢查數(shù)控系統(tǒng)和可編程控制器PLC裝置的設(shè)定參數(shù)是否符合隨機(jī)資料中的規(guī)定數(shù)據(jù)，然后

試驗(yàn)各主要操作功能、安全措施、常用指令的執(zhí)行情況等。

檢查附件的工作狀況，如機(jī)床的照明、冷卻防護(hù)罩、各種護(hù)板等。

一臺加工中心安裝調(diào)試完畢后，由于其功能繁多，在安裝后，可在一定負(fù)載下經(jīng)過長時(shí)間的

自動運(yùn)行，比較全面的檢查機(jī)床的功能是否齊全和穩(wěn)定。運(yùn)行的時(shí)間可每天8小時(shí)連續(xù)運(yùn)行

2到3天或每24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行1到2天。連續(xù)運(yùn)行可運(yùn)用考機(jī)程序。

二.加工中心的驗(yàn)收

加工中心的驗(yàn)收是一項(xiàng)復(fù)雜的檢測技術(shù)工作。它包括對機(jī)床的機(jī)、電、液、氣各部分的綜合

性能檢測及機(jī)床靜、動態(tài)精度的檢測。在我國有專門的機(jī)構(gòu)，即國家機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心。

用戶的驗(yàn)收工作可依照該機(jī)構(gòu)的驗(yàn)收方法進(jìn)行，也可請上述機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)收。主要集中在兩個(gè)

方面：

1.加工中心幾何精度檢查

加工中心的幾何精度是組裝后幾何形狀誤差，其檢查內(nèi)容如下：

1.工作臺的平面度

2.各坐標(biāo)方向移動的相互垂直度

3.X軸方向移動歲工作臺面的平行度

4.Y軸方向移動歲工作臺面的平行度

5.X軸方向移動對工作臺上下型槽側(cè)面的平行度

6.主軸的軸向竄動

7.主軸孔的徑向跳動

8.主軸箱沿Z坐標(biāo)方向移動對主軸軸心線的平行度

9.主軸回轉(zhuǎn)軸心線對工作臺面的垂直度

10.主軸箱在Z坐標(biāo)方向移動的直線度

常用的檢測工具有：精密水平儀、直角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表或測微儀、

高精度主軸心棒及剛性好的千分表?xiàng)U。每項(xiàng)幾何精度按照加工中心的驗(yàn)收條件的規(guī)定進(jìn)行檢

測。注意：檢測工具的等級必須比所測的幾何精度高一等級。同時(shí)，必須在機(jī)床梢有預(yù)熱的

狀態(tài)下進(jìn)行，在機(jī)床通電后，主軸按中等轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)15分鐘以后再進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.機(jī)床性能驗(yàn)收

根據(jù)《金屬切削機(jī)床實(shí)驗(yàn)規(guī)范總則》規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目如下：

試驗(yàn)項(xiàng)目可匏性空運(yùn)轉(zhuǎn)振動熱變形靜剛度

抗振性切削噪聲激振定位精度

主軸回轉(zhuǎn)精度直線運(yùn)動不均勻性加工精度

對機(jī)床做全面性能試驗(yàn)必須高精度的檢測儀器。在具體的機(jī)床驗(yàn)收時(shí)，各驗(yàn)收內(nèi)容可按照機(jī)

床廠標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

加工中心操作要點(diǎn)

作為一個(gè)熟練的操作人員，必須在了解加工零件的要求、工藝路線、機(jī)床特性后，方可操縱

機(jī)床完成各項(xiàng)加工任務(wù)。因此，整理幾項(xiàng)操作要點(diǎn)供參考：

為了簡化定位與安，夾具的每個(gè)定位面相對加工中心的加工原點(diǎn)，都應(yīng)有精確的坐標(biāo)尺寸。

為保證零件安裝方位與編程中所選定的工件坐標(biāo)系及機(jī)床坐標(biāo)系方向一致性，及定向安裝。

能經(jīng)短時(shí)間的拆卸，改成適合新工件的夾具。由于加工中心的輔助時(shí)間己經(jīng)壓縮得很短，配

套夾具的裝卸不能占用太多時(shí)間。

夾具應(yīng)具有盡可能少的元件和較高的剛度。

夾具要盡量敞開，夾緊元件的空間位置能低則低，安裝夾具不能和工步刀具軌跡發(fā)生干涉。

保證在主軸的行程范圍內(nèi)使工件的加工內(nèi)容全部完成。

對于有交互工作臺的加工中心，由于工作臺的移動、上托、下托和旋轉(zhuǎn)等動作，夾具設(shè)計(jì)必

須防止夾具和機(jī)床的空間干涉。

盡量在一次裝夾中完成所有的加工內(nèi)容。當(dāng)非要更換夾緊點(diǎn)時(shí)，要特別注意不能因更換夾緊

點(diǎn)而破壞定位精度，必要時(shí)在工藝文件中說明。

夾具底面與工作臺的接觸，夾具的底面平面度必須保證在0.01-0.02mm以內(nèi)，表面粗糙度不

大于Ra3.2pmo

加工中心的生產(chǎn)管理技術(shù)

加工中心的使用是一項(xiàng)具有一定規(guī)模的復(fù)雜的技術(shù)工程。它涉及到生產(chǎn)管理、技術(shù)管理、人

才培訓(xùn)等一系列工作。各項(xiàng)工作都應(yīng)遵行一定的原則運(yùn)行。這個(gè)原則就是充分發(fā)揮加工中心

效益的保證系統(tǒng)。因此，重視使用技術(shù)是一方面，重視管理技術(shù)又是必不可少的另一方面。

我國各機(jī)械制造廠中已把加工中心作為高效率自動化裝備，作為重點(diǎn)設(shè)備。但在設(shè)備管理上

卻參差不齊。在加工中心的管理上，必須提倡加工中心的生產(chǎn)特點(diǎn)和它所需配合的各環(huán)節(jié)的

生產(chǎn)節(jié)拍。不能將普通機(jī)床的管理方法移到數(shù)控機(jī)床上，在管理上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

充分發(fā)揮機(jī)床的全部功能在機(jī)床投入使用時(shí)，為了充分發(fā)揮機(jī)床具有的全部功能，應(yīng)必須

認(rèn)真閱讀使用說明書，深刻理解機(jī)床的各種功能及其能力。根據(jù)本廠加工零件的性質(zhì)，合理

安排加工的對象、工序，選擇相應(yīng)的配套件和附件。對易損件安排好備件。

設(shè)置數(shù)控工段將數(shù)控機(jī)床集中在一個(gè)專門的部門，工藝技術(shù)準(zhǔn)備、生產(chǎn)管理準(zhǔn)備由工廠技

術(shù)部門統(tǒng)一進(jìn)行。生產(chǎn)車間設(shè)有專門的技術(shù)人員。避免單臺數(shù)控機(jī)床分散在個(gè)車間，只加工

少量關(guān)鍵零件，造成大量生產(chǎn)時(shí)間閑置的局面。設(shè)置專門的工段，便于維修的管理。

合理安排生產(chǎn)節(jié)拍、技術(shù)準(zhǔn)備周期在向加工中心安排生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，應(yīng)先將工藝部門的工藝

文件、加工工序、工具卡片準(zhǔn)備齊全，再送加工零件到加工位置上。以免操作者停機(jī)去找工

具、修改程序、組裝夾具而造成長時(shí)間停機(jī)。

選擇合適的規(guī)章制度如數(shù)控機(jī)床管理制度、安全操作規(guī)程、數(shù)控機(jī)床使用規(guī)定、數(shù)控機(jī)床保

養(yǎng)、點(diǎn)檢制度等。同時(shí)，要及時(shí)向制造和設(shè)計(jì)部門反饋信息。

重視技術(shù)隊(duì)伍的建設(shè)對一臺包括多種技術(shù)成果的復(fù)雜設(shè)備，完全掌握使用需要一個(gè)訓(xùn)練有

素的技術(shù)班子，包括工藝、操作、機(jī)電維修等，人員的培養(yǎng)要有一個(gè)過程，領(lǐng)導(dǎo)管理設(shè)備的

部門對此要有全面認(rèn)識。

工裝夾具的應(yīng)用

在多品種小批量的生產(chǎn)過程中，工件的安裝、拆卸和清洗、托板的自動交換、切屑的排出等

在整個(gè)制造過程中是頻繁發(fā)生的。為了提高加工中心的加工效率，在加工設(shè)備上搞高速化和

高性能化是一方面，縮短安裝時(shí)間，降低消耗是另一重要方面。夾具在制造廠來說屬于工裝

部分，它是保證零件準(zhǔn)確定位、有效加工的必要手段。對于加工中心來說，要求夾具定位精

度高、、裝卸方便，適于粗加工、精加工和各種多工序復(fù)合加工的形式。

國內(nèi)加工中心的使用尚處于初期階段，夾具設(shè)計(jì)采用手工設(shè)計(jì)方式較多，備有CAD/CAM

系統(tǒng)的還較少。下面僅就加工中心常見的裝夾定位的使用方式作一介紹:

1.加工中心加工定位基準(zhǔn)的選擇

在確定工藝方案之前，合理地選擇定位基準(zhǔn)對保證加工中心的加工精度，提高加工中心的應(yīng)

用效率有著決定性的意義。在選擇定位基準(zhǔn)時(shí)要全面考慮各個(gè)工位的加工情況，達(dá)到下面三

個(gè)目的：

1.所選基準(zhǔn)應(yīng)能保證工件定位準(zhǔn)確，裝卸方便、迅速，夾緊可靠，且夾具結(jié)構(gòu)簡單。

2.所選定的基準(zhǔn)與加工部位的各個(gè)尺寸計(jì)算簡單。

3.保證各項(xiàng)加工精度。

2.確定零件夾具

在加工中心上，夾具的任務(wù)不僅是夾緊工件，而且還要以各個(gè)方向的定位面為參考基準(zhǔn)，確

定工件編程的原點(diǎn)。加工中心的高柔性要求其夾具比普通機(jī)床結(jié)構(gòu)更緊湊、簡單，夾緊動作

更迅速、準(zhǔn)確，盡量減少輔助時(shí)間。在加工機(jī)床上，要想合理應(yīng)用好夾具，首先要對加工中

心的加工特點(diǎn)有比較深刻的理解和掌握，同時(shí)還要考慮加工零件的精度、批量大小、制造周

期和制造成本。

根據(jù)加工中心機(jī)床特點(diǎn)和加工需要，目前常用的夾具類型有專用夾具、組合夾具、可調(diào)夾具

和成組夾具。一般的選擇順序是單件生產(chǎn)中盡量用虎鉗、壓板螺釘?shù)韧ㄓ脢A具，批量生產(chǎn)時(shí)

優(yōu)先考慮組合夾具，其次考慮可調(diào)夾具，最后選用專用夾具和成組夾具。在選擇時(shí)要綜合考

慮各種因素，選擇最經(jīng)濟(jì)的、最合理的夾具形式。

3.加工中心夾具設(shè)計(jì)及組裝時(shí)應(yīng)注意的問題

1.為了簡化定位與安，夾具的每個(gè)定位面相對加工中心的加工原點(diǎn)，都應(yīng)有精確的坐標(biāo)尺寸。

2.為保證零件安裝方位與編程中所選定的工件坐標(biāo)系及機(jī)床坐標(biāo)系方向一致性，及定向安

裝。

3.能經(jīng)短時(shí)間的拆卸，改成適合新工件的夾具。由于加工中心的輔助時(shí)間已經(jīng)壓縮的很短，

配套夾具的裝卸不能占用太多時(shí)間。

4.夾具應(yīng)具有盡可能少的元件和較高的剛度。

5.夾具要盡量敞開，夾緊元件的空間位置能低則低，安裝夾具不能和工步刀具軌跡發(fā)生干涉。

6.保證在主軸的行程范圍內(nèi)使工件的加工內(nèi)容全部完成。

7.對于有交互工作臺的加工中心，由于工作臺的移動、上托、下托和旋轉(zhuǎn)等動作，夾具設(shè)計(jì)

必須防止夾具和機(jī)床的空間干涉。

8.盡量在一次裝夾中完成所有的加工內(nèi)容。當(dāng)非要更換夾緊點(diǎn)時(shí)，要特別注意不能因更換夾

緊點(diǎn)而破壞定位精度，必要時(shí)在工藝文件中說明。

9.夾具底面與工作臺的接觸，夾具的底面平面度必須保證在0.01-0.02mm以內(nèi)，表面粗糙度

不大于Ra3.2pmo