智能制造生產(chǎn)線技術(shù)及應(yīng)用 教案 3-2 立式加工中心

XXXXX學(xué)院單元教學(xué)設(shè)計(jì)XXXX—XXX學(xué)年第X學(xué)期課程名稱：授課班級(jí)：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標(biāo)題立式加工中心教學(xué)目的讓學(xué)生了解智能生產(chǎn)線加工設(shè)備構(gòu)成，為后續(xù)產(chǎn)線的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)（1）能正確說出立式加工中心主要機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及功能。（2）能熟練操作對(duì)刀。（3）能熟練操作立式加工中心和解決常見報(bào)警和故障。（1）掌握立式加工中心要機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成。（2）掌握立式加工中心的加工特點(diǎn)和工作原理。（3）掌握立式加工中心的操作面板上按鍵的含義。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重難點(diǎn)：數(shù)控基礎(chǔ)的編程解決方法：理論講解，通過多媒體等手段解讀任務(wù)，視頻教學(xué)，提示學(xué)生如何攻破討論的問題。在學(xué)習(xí)過程中，緊密結(jié)合課程上機(jī)、實(shí)驗(yàn)或者實(shí)踐環(huán)節(jié)加深對(duì)立式加工中心編程的認(rèn)識(shí)和理解。參考資料[1]程娜.立式加工中心操作指南[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2014.[2]人力資源和社會(huì)保障部教材辦公室.加工中心操作工（FANUC系統(tǒng)）編程與操作實(shí)訓(xùn)[M].中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2015.[3]戰(zhàn)祥樂,趙戰(zhàn)峰.數(shù)控編程基礎(chǔ)應(yīng)用教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2015.[4]陳乃峰,孫淑敏,孫德志,石晨迪,王賀成.數(shù)控編程技術(shù)基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社,2022.[5]徐會(huì)蘭,孟憲磊.數(shù)控車削編程基礎(chǔ)與技能實(shí)訓(xùn)[M].中國鐵道出版社,2022.單元教學(xué)設(shè)計(jì)第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容第二部分：新課導(dǎo)入及學(xué)習(xí)新內(nèi)容（時(shí)間：45分鐘理論）【步驟一】新課導(dǎo)入引導(dǎo)問題什么是立式加工中心？立式加工中心從主體上看，主要有哪幾部分組成？立式加工中心的操作面板由兩部分組成？請(qǐng)同學(xué)根據(jù)所學(xué)所識(shí)積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識(shí)的講授一、立式加工中心的作用（簡單介紹）立式加工中心（后面簡稱為加工中心）是一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床。它把銑削、鍵削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能集中在一臺(tái)設(shè)備上，使其具有多種工藝手段。加工中心設(shè)置有刀庫，刀庫中存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動(dòng)選用和更換。加工中心是一種綜合加工能力較強(qiáng)的設(shè)備，工件一次裝夾后能完成較多的加工步驟，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的5?10倍，特別是它能完成許多普通設(shè)備不能完成的加工。加工中心對(duì)形狀較第雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適用。特別是對(duì)于必需采用工裝和專機(jī)設(shè)備來保證產(chǎn)品質(zhì)量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工裝和專機(jī)。這會(huì)為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量的時(shí)間和費(fèi)用，從而使企業(yè)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭能力。加工中心是一種備有刀庫并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控銑床，它的最大特點(diǎn)是工序集中和自動(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)生的累計(jì)誤差，節(jié)省輔助時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。加工中心可完成鋒、銑、鉆、攻螺紋等工作，它與普通數(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。二、立式加工中心基本組成（一）基礎(chǔ)部件由床身、立柱和工作臺(tái)等大件組成。它們是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接的鋼結(jié)構(gòu)件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時(shí)的切削負(fù)載，因此必須是剛度很高的部件，也是加工中心質(zhì)量和體積最大的部件。（二）主軸部件由主軸伺服電源、主軸電機(jī)、主軸箱、主軸、主軸軸承和傳動(dòng)軸等零件組成。主軸的啟動(dòng)、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng)，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的好壞對(duì)加工中心的性能有很大的影響，它決定著加工中心的切削性能、動(dòng)態(tài)風(fēng)度、加工精度等。主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是自動(dòng)刀具交換裝置的組成部分。（三）數(shù)控系統(tǒng)單臺(tái)加工中心的數(shù)控部分由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動(dòng)裝置以及電機(jī)等部分組成。CNC裝置根據(jù)它的包含功能、可控軸數(shù)、主運(yùn)算器的性能等分成各種配置加工中心用的系統(tǒng)。它采用微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、接口芯片等，通過軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床要求的各種功能?？删幊炭刂破魈娲话銠C(jī)床中機(jī)床電氣柜,執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)的指令，控制機(jī)床執(zhí)行動(dòng)作。數(shù)控系統(tǒng)主要功能有：控制功能、進(jìn)給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能和第二輔助功能、補(bǔ)償功能、字符圖形顯示功能、自診斷功能、通信功能、人機(jī)對(duì)話程序編制功能等。數(shù)控系統(tǒng)是加工中心執(zhí)行順序控制動(dòng)作和完成加工過程的控制中心。（四）自動(dòng)換刀系統(tǒng)該系統(tǒng)是加工中心區(qū)別于其他數(shù)控機(jī)床的典型裝置，它解決了工件一次裝夾后多工序連續(xù)加工，工序與工序間的刀具自動(dòng)儲(chǔ)存、選擇、搬運(yùn)和交換的任務(wù)。它由刀庫、機(jī)械手等部件組成。刀庫是存放加工過程所要使用的全部刀具的裝置。當(dāng)需要換刀時(shí)，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令，由機(jī)械手（或通過別的方式）將刀具從刀庫中取出裝入軸孔中。刀庫有盤式、鼓式和鏈?zhǔn)降榷喾N形式，容量從幾把到幾百把。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)根據(jù)刀庫與主軸的相對(duì)位置及結(jié)構(gòu)的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等。有的加工中心不用機(jī)械手而利用主軸箱或刀庫的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)換刀，如圖3-16所示。（五）自動(dòng)托盤交換系統(tǒng)有的加工中心為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的無人化運(yùn)行或縮短非切削時(shí)間，采用多個(gè)自動(dòng)交換工作臺(tái)方式儲(chǔ)備工件。一個(gè)工件安裝在工作臺(tái)上加工的同時(shí)，另外一個(gè)或幾個(gè)可交換的工作臺(tái)面上還可以裝卸別的工件。當(dāng)完成一個(gè)托盤上工件的加工后，便自動(dòng)交換托盤，進(jìn)行新零件的加工，這樣可以減少輔助時(shí)間，提高加工效率。（六）輔助系統(tǒng)包括潤滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓和隨機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。二、工作原理加工中心的加工，首先要將被加工零件圖樣上的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的信息處理、分配，使各坐標(biāo)軸移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工。通常把加工中心上刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是直線的加工，稱為直線插補(bǔ)；刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是圓弧的，稱為圓弧插補(bǔ)。插補(bǔ)是指在被加工軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，插進(jìn)許多中間點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的細(xì)化工作，然后利用已知線型（如直線、圓弧等）逼近。加工中心的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、可編程序控制器和檢測(cè)裝置等。數(shù)控裝置是數(shù)控運(yùn)動(dòng)的中樞系統(tǒng)，其功能是能夠快速接受零件圖樣加工要求的信息，按照規(guī)定的控制算法進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，并將結(jié)果由輸出裝置送到各坐標(biāo)控制伺服系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)能提供足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，它驅(qū)動(dòng)主軸運(yùn)動(dòng)的控制單元、主軸電機(jī)，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制單元及進(jìn)給電機(jī)?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammableController,縮寫為PC）可對(duì)機(jī)床開關(guān)量控制，如主軸的啟停、刀具更換、切削液開關(guān)、電磁鐵的吸合、離合器的開合及各種運(yùn)動(dòng)的互鎖、聯(lián)鎖，運(yùn)動(dòng)行程的限位、暫停、報(bào)警、進(jìn)給保持、循環(huán)啟動(dòng)、程序停止、復(fù)位等。檢測(cè)裝置是采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是對(duì)數(shù)控機(jī)床各部件的實(shí)際位移和速度進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給數(shù)控裝置或伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)或半閉環(huán)控制，從而自動(dòng)完成零件的加工。立式加工中心加工特點(diǎn)①工序集中②加工精度高③適應(yīng)性強(qiáng)④加工生產(chǎn)率高⑤經(jīng)濟(jì)效益好⑥自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低⑦有利于生產(chǎn)的現(xiàn)代化管理⑧便于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化四、常見操作故障加工中心價(jià)格比較昂貴的精密設(shè)備，一旦發(fā)生故障，將會(huì)花費(fèi)巨大財(cái)力，同時(shí)會(huì)增加零件的報(bào)廢率和長時(shí)間的停機(jī)，也會(huì)增加材料成本。因此，了解一些加工中心常見的故障知識(shí)是非常必要的，使設(shè)備能夠及時(shí)排查故障和修復(fù)，延遲加工中心的壽命：1、系統(tǒng)故障和隨機(jī)故障。2、診斷顯示故障和無診斷顯示故障。3、破壞性故障和非破壞性故障。4、硬件故障和軟件故障。安全操作規(guī)程安全是我們所有工作的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)的前提，對(duì)于生產(chǎn)加工來說，安全生產(chǎn)更是重中之重，如何加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作，首先要求所有操作工牢固樹立安全加工的職責(zé)意識(shí)，充分認(rèn)識(shí)安全加工的重要性，其次是如何加強(qiáng)及提升安全加工的管理，主要有以下幾點(diǎn)要求：1、加工中心的使用環(huán)境要避免陽光的直接照射和其他的熱輻射，要避免太潮濕或粉塵過多的場(chǎng)合，特別要避免有腐蝕性氣體的場(chǎng)合。2、加工中心的供電電壓應(yīng)穩(wěn)定。3、加工中心的開機(jī)、關(guān)機(jī)順序，一定要按照設(shè)備使用說明書操作。4、在主軸啟動(dòng)開始切削之前和程序運(yùn)行中，一定要關(guān)好防護(hù)罩門。等等。五、單機(jī)操作詳細(xì)步驟請(qǐng)查看教材?！静襟E二】任務(wù)實(shí)施