加工中心的工艺特点

课时授课教案

/ 学年第期课程名称：数控加工工艺

授课班级：（三专）数控01-1、2

授课时间：第周星期第节

课题：加工中心的工艺特点

教学目的：了解数控镗铣、加工中心机床的类型

掌握加工中心的工艺特点

掌握装夹方案的确定和夹具的选择

重点、难点：

工艺特点、装夹方案

使用教具：课件

课后作业： 1

课后记录：

年月日

授课主要内容

一、数控镗铣、加工中心加工的类型

数控镗铣床和加工中心(MC，Machine Center)在结构、工艺和编程等方面有许多相似之处。特别是全功能型数控镗铣床与加工中心相比，区别主要在于数控镗铣床没有自动刀具交换装置( A TC , Automatic Toos Changer )及

刀具库，只能用手动方式换刀，而加工中心因具备ATC及刀具库，故可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时再通过换刀指令，由A TC自动换刀。数控镗铣床和加工中心都能够进行铣削、钻削、镗削及攻螺纹等加工。

数控镗铣、加工中心机床的类型

1．按主轴的空间状态：

（1）立式加工中心机床

（2）卧式加工中心机床

（3）立、卧两用式加工中心机床

2．按联动轴数目：

（1） 2.5轴联动的加工中心机床

（2）3轴联动的加工中心机床

（3）4轴联动的加工中心机床

（4）5轴联动的加工中心机床

二、加工中心的工艺特点

加工中心是一种功能较全的数控机床，它集铣削、钻削、铰削、镗削、攻螺纹和切螺纹于一身，使其具有多种工艺手段，与普通机床加工相比，加工中心具有许多显著的工艺特点。

1．加工精度高

在加工中心上加工，其工序高度集中，一次装夹即可加工出零件上大部分甚至全部表面，避免了工件多次装夹所产生的装夹误差，因此，加工表面之间能获得较高的相互位置精度。

2．精度稳定

整个加工过程由程序自动控制，不受操作者人为因素的影响，加上机床的位置补偿功能和较高的定位精度和重复定位精度，加工出的零件尺寸一致性好。

3．效率高

一次装夹能完成较多表面的加工，减少了多次装夹工件所需的辅助时间。

4．表面质量好

加工中心主轴转速和各轴进给量均是无级调速，有的甚至具有自适应控制功能，能随刀具和工件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整到最佳数

值，从而提高了各加工表面的质量。

5．软件适应性大

零件每个工序的加工内容、切削用量、工艺参数都可以编入程序，可以随时修改，这给新产品试制，实行新的工艺流程和试验提供了方便。

三坐标三坐标数控镗铣床与加工中心的共同特点是除具有普通铣床的工艺性能外，还具有加工形状复杂的二维以至三维复杂轮廓的能力。这些复杂轮廓零件的加工有的只需二轴联动(如二维曲线、二维轮廓和二维区域加工)，有的则需三轴联动(如三维曲面加工)，它们所对应的加工一般相应称为二轴(或2.5轴)加工与三轴加工。对于三坐标加工中心(无论是立式还是卧式)，由于具有自动换刀功能，适于多工序加工，如箱体等需要铣、钻、铰及攻螺纹等多工序加工的零件。特别是在卧式加工中心上，加装数控分度转台后，可实现四面加工，而若主轴方向可换，则可实现五面加工，因而能够一次装夹完成更多表面的加工，特别适合于加工复杂的箱体类、泵体、阀体、壳体等零件。

四坐标四坐标是指在X、Y和Z三个平动坐标轴基础上增加一个转动坐标轴(A或B)，且四个轴一般可以联动。其中，转动轴既可以作用于刀具(刀具摆动型)，也可以作用于工件(工作台回转／摆动型)；机床既可以是立式的也可以是卧式的；此外，转动轴既可以是A轴(绕X轴转动)也可以是B轴(绕Y轴转动)。由此可以看出，四坐标数控机床可具有多种结构类型，但除大型龙门式机床上采用刀具摆动外，实际中多以工作台旋转／摆动的结构居多。但不管是哪种类型，其共同特点是相对于静止的工件来说，刀具的运动位置不仅是任意可控的，而且刀具轴线的方向在刀具摆动平面内也是可以控制的，从而可根据加工对象的几何特征按保持有效切削状态或根据避免刀具干涉等需要来调整刀具相对零件表面的姿态。因此，四坐标加工可以获得比三坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果。

五坐标对于五坐标机床，都具有两个回转坐标。相对于静止的工件来说，其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内(受机构结构限制)任意控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐标加工又可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于三维曲面零件的高效高质量加工以及异型复杂零件的加工。采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。一般认为，一台五轴联动机床的效率可以等于两台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。

高速加工高速加工技术是当代先进制造技术的重要组成部分，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。有关高速加工的含义，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5-10倍；机床主

轴转速很高，一般将主轴转速在10000-20000r/min以上定为高速切削；进给速度很高，通常达15-50m/min，最高可达90m/min；对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同。其优点在于：

●加工时间短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常规的3～5倍。

●刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力均小。切削力

降低大概30%~90%，提高了加工质量。l刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。

●工件表面质量好。首先ap与ae小，工件粗糙度好，其次切削线速度高，

机床激振频率远高于工艺系统的固有频率，因而工艺系统振动很小。

三、数控镗铣、加工中心加工的类型对象

1．既有平面又有孔系的零件

加工中心具有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、镗削、铰削、铣削及攻螺纹等多工步加工。加工的部位可以在一个平面上，也可以在不同的平面上。五面体加工中心一次安装可以完成除装夹面以外的五个面的加工。因此，既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，这类零件常见的有箱体类零件和盘、套、板类零件。

1）箱体类零件箱体类零件一般是指具有孔系和平面，内部有一定型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。如发动机缸体、变速箱体，机床的床头箱、主轴箱，齿轮泵壳体等。

2）盘、套、轴、板、壳体类零件带有键槽、径向孔或端面有分布的孔系及曲面的盘、套或轴类零件，如带法兰的轴套，带键槽或方头的轴类零件，具有较多孔加工的板类零件和各种壳体类零件等。

2．结构形状复杂、普通机床难加工的零件

主要表面是由复杂曲线、曲面组成的零件，加工时，需要多坐标联动加工，这在普通机床上是难以甚至无法完成的，加工中心刀具可以自动更换，工艺范围更宽，是加工这类零件的最有效的设备。常见的典型零件有以下几类：

1）凸轮类这类零件有各种曲线的盘形凸轮、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等。

2）整体叶轮类整体叶轮常见于航空发动机的压气机、空气压缩机、船舶水下推进器等，它除具有一般曲面加工的特点外，还存在许多特殊的加工难点，如通道狭窄，刀具很容易与加工表面和邻近曲面产生干涉。

3）模具类常见的模具有锻压模具、铸造模具、注塑模具及橡胶模具等。