数控加工中心的布局形式与基本构成

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：随着工业的发展，数控加工中心将逐渐取代数控铣床，成为一种主要的加工机床。主轴是加工中心的关键部件，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响。控制系统单台加工中心的数控部分是由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成。它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。加工中心普遍采用半闭环、闭环和混合环三种控制方式。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。

数控加工中心是在数控铣床的基础上发展起来的，它和数控铣床有很多相似之处，但主要区别在于增加了刀库和自动换刀装置，是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。通过在刀库上安装不同用途的刀具，加工中心可在一次装夹中实现零件的铣、钻、镗、铰、攻螺纹等多工序加工。随着工业的发展，数控加工中心将逐渐取代数控铣床，成为一种主要的加工机床。数控加工中心有多种分类，最基本的有立式加工中心(图7-6和图7-7)和卧式加工中心(图7-8和图7-9)。

图7-5 数控铣床主轴布局形式简图

a)立式 b)卧式

图7-6 JCS-018立式镗铣加工中心外形图

1—床身 2—滑座 3—工作台 4—润滑油箱

5—立柱 6—数控柜 7—刀库 8—机械手

9—主轴箱 10—主轴 11—控制柜 12—操作面板

图7-7 立式加工中心布局

图7-8 卧式加工中心

1—刀库 2—换刀装置 3—支座 4—Y轴伺服电动机 5—主轴箱

6—主轴 7—数控装置 8—防溅挡板 9—回转工作台 10—切屑槽

图7-9 卧式加工中心布局

自问世至今，世界各国出现了各种类型的加工中心，它们虽然外形结构各异，但从总体看来主要由以下各部分构成。

(1)基础部件加工中心的基础部件由床身、立柱和工作台等大件组成，是加工中心的基础构件。它们可以是铸铁件，也可以是焊接钢结构件，均要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削载荷。基础部件必须刚度很高，它也是加工中心质量和体积最大的部件。

(2)主轴组件主轴组件由主轴电动机、主轴箱、主轴和主轴支承等零部件组成。其起动、停止和转动等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件，其结构优劣对加工中心的性能有很大的影响。

(3)控制系统单台加工中心的数控部分是由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成。它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。

(4)伺服系统伺服系统的作用是把来自数控装置的信号转换为机床移动部件的运动，其性能是决定机床的加工精度、表面质量和生产效率的主要因素之一。加工中心普遍采用半闭环、闭环和混合环三种控制方式。

(5)自动换刀装置自动换刀装置由刀库、机械手和驱动机构等部件组成。刀库是存放加工过程所使用的全部刀具的装置。刀库有盘式、鼓式和链式等多种形式，容量从几把到几百把。当需换刀时，根据数控系统指令，由机械手(或通过别的方式)将刀具从刀库取出装入主轴中。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同有多种形式。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。尽管换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械手类型等各不相同，但都是在数控装置及可编程序控制器控制下，由电动机、液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀具的选择与交换。当机构中装入接触式传感器，还可实现对刀具和工件误差的测量。

(6)自动托盘更换系统有的加工中心为进一步缩短非切削时间，配有两个自动交换工件托盘，一个安装在工作台上进行加工，另一个则位于工作台外进行装卸工件。当完成一个托盘上的工件加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可减少辅助时间，提高加工工效。

(7)辅助系统辅助系统包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等。辅助系统虽不直接参加切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心不可缺少的部分。

数控加工中心的布局形式与基本构成

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