毕业设计（论文）加工中心特点分析.doc

重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文）题目 分 析 加 工 中 心 特 点 学生所在校外学习中心 青岛校外学习中心 批次 层次 专业 0 6 2 批 次 学 号 W06201299 学 生 胡 转 弟 指 导 教 师 朱 小 飞 起 止 日 期 2008.3.9 - 2008.4.11 摘 要 加工中心是在数控技术基础上，根据多品种小批量加工工艺的要求，结合当代新技术、新材料、新工艺和新的机床功能部件以及人们发展了的新的审美意识与需求,运用人机工程学的基本法则、理论和现代设计观念与技巧等多种高技术设计结合而成的具有高精度、高速度、高效率和高自动化的现代化生产设备。由于刀具、驱动、控制和机床等技术的不断进步，高速加工和高效加工，特别是高速硬铣已在模具制造业中得到了广泛应用和推广，传统的电火花加工在很多场合已被高速硬铣所替代。通过高速硬铣对一次装夹下的模具坯件进行综合加工，不仅大大提高了模具的加工精度和表面质量，大幅度减少了加工时间，而且简化了生产工艺流程，从而显著缩短了模具的制造周期，降低了模具生产成本。进一步提高其在国内外市场的竞争力与附加值,使产品立于不败之地。关键词：加工中心 高精度 高效率 高自动化目 录中文摘要21.引言52加工中心概述 52.1加工中心组成52.2加工中心的分类62.3加工中心的加工对象 82.3.1箱体类零件 82.3.2复杂曲面92.3.3叶轮 92.3.4盘、套、板类零件92.3.5特殊加工 92.4加工中心主要技术参数103.加工中心的刀库系统103.1加工中心的自动换刀装置103.1.1对自动换刀装置的要求113.1.2刀库113.1.3换刀方式113.1.4刀具识别方法113.2工作台自动交换装置123.2.1对工作台自动交换装置的要求123.2.2工作台自动交换装置的类型123.3加工中心零件加工实例 134.加工中心的结构设计及特点154.1加工中心的结构设计154.1.1主轴组件结构154.1.2机床导轨设计174.1.3传动连接方式的改进194.1.4全封闭的导轨防护罩214.1.5浮动夹紧机构214.2加工中心的工艺特点225.高速加工中心 245.1高速主轴转速分析245.2高速进给系统 255.3高速切削刀具分析255.4高速的CNC控制系统255.5温控系统265.6高速加工技术在模具制造中的应用 266.加工中心的日常维护与保养 286.1加工中心使用中应注意的问题286.1.1 数控设备的使用环境 286.1.2 良好的电源保证 286.1.3 制定有效操作规程 286.1.4 数控设备不宜长期封存 286.2加工中心的日常维护保养296.2.1数控系统的维护 296.2.2机械部件的维护 306.2.3液压、气压系统维护 316.2.4机床精度的维护 317.加工中心的发展方向 317.1立式加工中心的发展 317.2卧式加工中心的发展 327.3数控立式车床的发展 337.4五轴高速加工中心的发展现况 338.总结 34注解 34参考文献 351. 引言世界上第一台加工中心于1958年诞生于美国的卡尼-特雷克公司，在一台数控镗铣床上增加了换刀装置，这标志着第一台加工中心问世。40多年来出现了各种类型的加工中心，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。本文全面分析数控加工中心的工艺原理、加工特点、高速加工中心系统及数控设备的维护保养等内容，探讨加工中心在数控技术发展中的创新运用以及发展前景。2.加工中心概述加工中心是指备有刀库，具有自动换刀功能，对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具，自动对刀、自动改变主轴转速、确定加工进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序。因而大大减少了工件装夹时间，测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。2.1加工中心的组成 加工中心自问世至今已有30多年，世界各国出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各界，但从总体来看主要由以下几大部分组成，如图2-1所示。图2-1 加工中心的组成 基础部件它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停和变速等动作均由数控系统控制，并且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。数控系统加工小心的数控部分是由CNC装置，可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。自动换刀系统由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。辅助装置包括涡滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。2.2加工中心的分类 加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。如图2-2，2-3所示， 图2-2 卧式加工中心 图2-3 立式加工中心 主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。按加工中心立柱的数量分；有单柱式和双柱式(龙门式) 如图2-4所示。图2-4 龙门加工中心按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。按工作台的数量和功能分：有单工作台加工中心、双工作台加工中心，和多工作台加工中心。按加工精度分：有普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心，分辨率为1m，最大进给速度1525mmin，定位精度lOm左右。高精度加工中心、分辨率为0.1m，最大进给速度为15100mmin，定位精度为2m左右。介于2lOm之间的，以±5m较多，可称精密级。2.3加工中心的加工对象加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘套板类零件和特殊加工等五类。2.3.1 箱体类零件箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机床、汽车、飞机制造等行业用的较多。如图2-5所示，图2-5 箱体类零件箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪，攻丝等工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，加工时必须频繁地更换刀具，工艺难以制定，更重要的是精度难以保证。加工箱体类零件的加工中心，当加工工位较多，需工作台多次旋转角度才能完成的零件，一般选卧式镗铣类加工中心。当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。2.3.2 复杂曲面复杂曲面在机械制造业，特别是航天航空工业中占有特殊重要的地位。复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成的。在我国，传统的方法是采用精密铸造，可想而知其精度是低的。复杂曲面类零件如：各种叶轮，导风轮，球面，各种曲面成形模具，螺旋桨以及水下航行器的推进器，以及一些其它形状的自由曲面。图2-6 叶轮2.3.3 叶轮如图2-6所示，这类零件均可用加工中心进行加工。铣刀作包络面来逼近球面。复杂曲面用加工中心加工时，编程工作量较大，大多数要有自动编程技术。异形件异形件是外形不规则的零件，大都需要点、线、面多工位混合加工。异形件的刚性一般较差，夹压变形难以控制，加工精度也难以保证，甚至某些零件的有的加工部位用普通机床难以完成。用加工中心加工时应采用合理的工艺措施，一次或二次装夹，利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，完成多道工序或全部的工序内容。2.3.4 盘、套、板类零件带有键槽，或径向孔，或端面有分布的孔系，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等，还有具有较多孔加工的板类零件，如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘类零件宜选择立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。2.3.5 特殊加工在熟练掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工装和专用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工艺工作，如在金属表面上刻字、刻线、刻图案；在加工中心的主轴上装上高频电火花电源，可对金属表面进行线扫描表面淬火；用加工中心装上高速磨头，可实现小模数渐开线圆锥齿轮磨削及各种曲线、曲面的磨削等。2.4 加工中心主要技术参数 加工中心的主要技术参数包括工作台面积、各坐标轴行程、摆角范围、主轴转速范围、切削进给速度范围、刀库容量、换刀时间、定位精度、重复定位精度等，其具体内容及作用详见表 2 - 1 。 类别主要内容作用尺寸参数工作台面积（长*宽）、承重影响加工工件的尺寸范围（重量）、编程范围及刀具、工件、机床之间干涉主轴端面到工作台距离交换工作台尺寸、数量及交换时间接口参数工作台T形槽数、槽宽、槽间距影响工件、刀具安装及加工适应性和效率主轴孔锥度、直径最大刀具尺寸及重量刀库容量、换刀时间运动参数各坐标行程及摆角范围影响加工性能及编程参数主轴转速范围各坐标快进速度、切削进给速度范围动力参数主轴电机功率影响切削负荷伺服电机额定转矩精度参数定位精度、重复定位精度影响加工精度及其一致性分度精度（回转工作台）其它参数外形尺寸、重量影响使用环境表2-1 加工中心主要技术参数3. 加工中心的刀库系统加工中心为了能在工件一次安装中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装刀具和工件带来的误差，必须带有自动换刀装置。3.1加工中心的自动换刀装置加工中心上的自动换刀装置由刀库和刀具交换装置组成，用于交换主轴与刀库中的刀具或工具。 3.1.1对自动换刀装置的要求 加工中心对自动换刀装置有如下具体要求：、刀库容量适当 、换刀时间短 、换刀空间小 、动作可靠、使用稳定 、刀具重复定位精度高 、刀具识别准确 3.1.2刀库 在加工中心上使用的刀库主要有两种，一种是盘式刀库，一种是链式刀库。盘式刀库装刀容量相对较小，一般在 124 把刀具，主要适用于小型加工中心；链式刀库装刀容量大，一般在 1100 把刀具，主要适用于大中型加工中心。 3.1.3换刀方式 加工中心的换刀方式一般有两种：机械手换刀和主轴换刀。 机械手换刀 由刀库选刀，再由机械手完成换刀动作，这是加工中心普遍采用的形式。机床结构不同，机械手的形式及动作均不一样。 主轴换刀 通过刀库和主轴箱的配合动作来完成换刀，适用于刀库中刀具位置与主轴上刀具位置一致的情况。一般是采用把盘式刀库设置在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库能移动到主轴箱可以到达的位置。换刀时，主轴运动到刀库上的换刀位置，由主轴直接取走或放回刀具。多用于采用 40 号以下刀柄的中小型加工中心。 3.1.4刀具识别方法 加工中心刀库中有多把刀具，如何从刀库中调出所需刀具，就必须对刀具进行识别，刀具识别的方法有两种。 、刀座编码 在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完后，就变成了刀具号和刀座号一致的情况，此时一号刀座对应的就是一号刀具，经过换刀之后，一号刀具并不一定放到一号刀座中（刀库采用就近放刀原则），此时数控系统自动记忆一号刀具放到了几号刀座中，数控系统采用循环记忆方式。 、刀柄编码 识别传感器在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，当需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置时，被感应到后，从刀库中调出交换到主轴上。 3.2工作台自动交换装置 根据需要，加工中心可配备工作台自动交换装置，使其携带工件在工位及机床之间转换，从而有效减小定位误差，减少装夹时间，达到提高加工精度及生产效率的目的，这也是构成 FMS 的基本手段。 3.2.1对工作台自动交换装置的要求 加工中心对自动换刀装置有如下具体要求： 工作台数量适当 一般单机操作采用两个工作台，多机共同操作时采用多个工作台。 交换时间短 多工作台的交换可采用机械手、机器人等以缩短时间。 交换空间小 动作可靠、使用稳定 工作台重复定位精度高 3.2.2工作台自动交换装置的类型 回转交换式 交换空间小，多为单机时使用， 移动交换式 工作台沿导（滑）轨移至工作位置进行交换，多用于加工中工位多、内容多的情况 3.3加工中心零件加工实例一、加工要求 加工如图3-1所示零件。零件材料为 LY12 ，单件生产。零件毛坯已加工到尺寸。 选用设备： V-80 加工中心 图3-1 加工实例二、准备工作 加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、刀具及夹具的选择、程序编制等。 三、操作步骤及内容 1、开机，各坐标轴手动回机床原点 2、刀具准备 根据加工要求选择20 立铣刀、5中心钻、8麻花钻各一把，然后用弹簧夹头刀柄装夹20立铣刀，刀具号设为T01，用钻夹头刀柄装夹5中心钻、8麻花钻，刀具号设为T02、T03，将对刀工具寻边器装在弹簧夹头刀柄上，刀具号设为 T04 。 3 、将已装夹好刀具的刀柄采用手动方式放入刀库， 即 1 ）输入 “T01 M06” ，执行 2 ）手动将 T01 刀具装上主轴 3 ）按照以上步骤依次将 T02 、 T03 、 T04 放入刀库 4、清洁工作台，安装夹具和工件 将平口虎钳清理干净装在干净的工作台上，通过百分表找正、找平虎钳，再将工件装正在虎钳上。 5、对刀，确定并输入工件坐标系参数 1 ）用寻边器对刀，确定 X 、 Y 向的零偏值，将 X 、 Y 向的零偏值 输入到工件坐标系 G54 中， G54 中的 Z 向零偏值输为 0 ； 2 ）将 Z 轴设定器安放在工件的上表面上，从刀库中调出 1 号刀具装上主轴，用这把刀具确定工件坐标系 Z 向零偏值，将 Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中， “+” 、 “-” 号由程序中的 G43 、 G44 来确定，如程序中长度补偿指令为 G43 ，则输入 “-” 的 Z 向零偏值到机床对应的长度补偿代码中； 3 ）以同样的步骤将 2 号、 3 号刀具的 Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中。 6、 输入加工程序 将计算机生成好的加工程序通过数据线传输到机床数控系统的内存中。 7、 调试加工程序 采用将工件坐标系沿 +Z 向平移即抬刀运行的方法进行调试。 1 ）调试主程序，检查 3 把刀具是否按照工艺设计完成换刀动作； 2 ）分别调试与 3 把刀具对应的 3 个子程序，检查刀具动作和加工路径是否正确。 8 、自动加工 确认程序无误后，把工件坐标系的 Z 值恢复原值，将快速移动倍率开关、切削进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序，开始加工。加工过程中注意观察刀具轨迹和剩余移动距离。 9、取下工件，进行检测 选择游标卡尺进行尺寸检测，检测完后进行质量分析。 10、清理加工现场 11、关机 4. 加工中心的结构设计及特点虽然数控机床、加工中心是由普通机床发展而来，但要满足高速、高效、高精度又要能承受大负荷，普通机床的传统结构已不能满足要求。在加工中心等机床设计上必须采用一些适合于数控机床的结构。4.1加工中心的结构设计 数控机床、加工中心为了适应高速、高效、高精度，受大负荷的需要，需在主轴组件、导轨设计上改进，在传动连接件上采用胀套式，防护罩上采用全封闭式以及在夹紧机构等上采用浮动夹紧方法等。4.1.1主轴组件结构（1） 前轴承原来的双联轴承（图4-1）已满足不了大负荷的要求，应改用三联或四联角接触球轴承（图4-3）。图4-1普通主轴前轴承 图4-2螺旋式密封结构图4-3 加工中心主轴前轴承（2）原来图4-1中修法兰盖1的端面保证不了端面与孔的垂直度要求。为了提高轴承的调整精度应改为如图4-3中用挡圈5、6修磨调整式，以便提高修磨精度。为了保证三个轴承的外圈互相压紧，法兰盖4外端面外应有0.10.15mm间隙。（3）图4-1所示的锁紧螺母3，在锁紧时不能保证端面的垂直度，应改为如图4-3中的用两个螺母8、9。8为调整螺母，9为锁紧螺母，调整与锁紧分开，两者端面不接触，等调整好后，再用螺钉把两者固定。可避免锁紧螺母的歪斜影响。（4）为了提高轴承的寿命，防止加工时灰尘、油污进入轴承增加磨损，应如图4-3所示在加工过程中用压缩空气向孔口吹气，气缝口的间隙为0.2mm。吹气能起到很好的清洁效果。但是这种结构较复杂，要求不高时可改用图4-2结构，前法兰盖与轴配合处采用螺旋密封（只适用于单向转动的主轴），其赶油方向要特别注意。若把方向搞错，则不但不能密封，相反的却把冷却液赶向漏出方向，则使泄漏量大为增加，使轴承污染更严重，即使是油脂润滑轴承，会使温升大增，并对轴承寿命不利。图中表明了螺旋密封的赶油方向，设轴的回转方向n从右向左看为顺时针方向，如欲起赶油方向向左，则螺纹加工于法兰盖11上的孔内时，则螺纹方向应为右旋，反之螺纹在轴上则为左旋。螺纹以矩形螺纹最好，间隙愈小愈有利，对矩形螺纹间隙以0.040.06 mm，对三角形螺纹以0.020.04mm为宜。如间隙大，则液体不能附着于轴与孔的表面上，则螺旋密封不起赶油作用，密封无效。在法兰盖内孔表面涂一层石墨，这样万一轴变弯而相碰仅仅刮一些石墨，而不产生金属接触摩擦。4.1.2机床导轨设计从机械结构的角度来说，机床的加工精度和使用寿命很大程度上决定于机床导轨的质量。数控机床、加工中心对导轨有更高的要求，如高速进给时不振动，低速时不爬行，有高的灵敏度，能在重载下长期工作，耐磨性高、保持性好等。要满足这些要求，应在导轨材料和结构上作相应的变动。设计时选用的原则如下：（1）导轨的各项精度互不影响，压强小的原则从导轨制造工艺性考虑，导轨的各项精度要互不影响，才易得到高精度。如矩形导轨顶面的直线度与侧面的直线度制造时互不影响。而且其接触面大，当量摩擦系数比三角形导轨小，压强小磨损小，故常为加工中心所采用。（2）静动摩擦系数相接近的原则传统的铸铁铸铁滑动导轨副，由于其摩擦系数平均值达0.25，而且静动摩擦系数相差很大，限制了定位精度的提高。如重500kg的部件，重复定位精度仅能达到0.010.02 mm，满足不了精密化的要求。这种导轨还容易产生爬行，对精度影响很大。若采用滚动导轨，则摩擦系数只有0.0020.003，重复定位精度可达1m以下，灵敏度高，这种导轨的缺点是抗震性差，且难以承受大的负荷，只能用于受力较小的机床。近年来国内外研究出了一些新的贴塑导轨，这种导轨材料是：底基为0.8普通含锰低碳钢带、厚度12mm，钢带上烧结一层0.2mm的ZQSn10-1高锡青铜珠、厚度约0.3mm，再压上一层0.020.04mm图4-4 摩擦速度曲线 厚的聚四氟乙烯（F-4）和二硫化钼混合粉末。并做成软带状。国外生产的以美国霞板（Shamoan）公司的Turcite-B应用最广。我国广州机床研究所的TSF导轨软带，也基本上赶上。摩擦系数与速度曲线见图4-4，我厂在THM6340型卧式加工中心和立式加工中心上使用，情况良好，保证了机床定位精度±35m的水平。（3）移动件来回移动时倾侧力矩最小的原则为了提高移动件来回移动的重复精度，要求驱动件安排在导轨跨距的中间，牵引力在两导轨摩擦力的合力附近（图4-5）。根据我厂应用，配合导轨贴塑，重复定位精度可达±1m。（4）导轨全封闭贴合原则为了承受X、Y、Z三个方向力量和倾侧力矩的影响，加工中心等机床导轨必须设计成上下左右全封闭（图4-5）。这种结构已被多种加工中心和数控机床所采用。图4-5 工作台和滑座横剖面4.1.3传动连接方式的改进主轴上的传动件以往用单平键、双平键、花键等方法连结，使用中存在制造误差，各个键不能同时接触，高速回转时经常发生冲击、振动和噪声。近年来改用胀套联结方式，取得较好效果。图4-6 传动件连接方式图4-6是原来常用连接方式，用双平键1、2传动。图4-6（b）是整体式胀套连接，优点是结构简单、径向尺寸小、精度高。缺点是调整时要增加紧固螺钉3、盖板4和套，不够方便，松开也较困难。而且套的胀开是靠锥面，压紧时内套缩小，外套胀大，由于两个锥套圈没有开口，变形量只能在0.050.1mm之间，而且胀紧力的均匀性与两锥面的接触情况有关，不易达到固紧力。如用开口式，固紧力虽大但精度较低。夹紧力的调整变动过程情况见图4-7。图4-7 夹紧力的调整变动情况目前又发展了一种图4-6（c）双锥胀紧圈式。由于内外两圈都有开口，夹紧力较大。夹紧时只要紧固螺钉按120°三点进行均匀夹紧，在螺钉多时对零件的精度影响较小，松开后，可把整个圈成组取出。目前数控机床和加工中心上使用较多。其能承受切削力的大小，与下式中尺寸有关。以Z2（类型）38（内径）×63（外径）C40-2（标准编号），14个紧固螺钉M6×18为例：承受额定负荷：轴向力Ft=46kN；扭矩Mt=0.88 kN*m。胀圈与轴结合面上的压力Pf=185N/mm2（此处Pf仅与图4-6（c）结构有关，而图4-7中Pf又只与图4-6（b）结构有关，两者不一致）。螺钉的拧紧力矩MA为14N*m。当固紧力不足时，可增加胀圈个数，其增加的负荷系数为2个m=1.8；3个m=2.7。由于胀圈套有较大的胀紧力，空心轴的壁厚就不能太薄，应满足 以免变形增加，影响精度。式中：d为胀圈内径，mm；s为空心轴的屈服极限，N/mm2；C为系数，当用一个胀套时为0.6，两个时为0.8。目前国内江苏省靖江县机床附件厂生产，值得推广。4.1.4全封闭的导轨防护罩在加工中心进行切削时，铁屑、冷却液很多，极易进入导轨，增大导轨磨损，铁屑大时，易把工作台抬起影响导轨精度。一般简易的保护罩已满足不了要求，必须设计成全封闭式铁皮防护罩（图4-8）。这样，设计时下导轨长度为工作台长度、行程长度和两端防护罩最小收缩量后的总和。防护罩设计时应作如下改进：图4-8（a）防护罩上的刮板要设计成橡胶唇刮板；图4-8（b ）罩壳下导轨上要设计成黄铜刮板；图4-8（c）上下铁皮罩壳的连接方法，由用图中焊一个固定块螺纹固紧式改为图中用一薄壁变形螺母，依靠螺钉固紧时的拉力使螺母前端薄壁变形成图中在铁皮孔中胀死固定，就能达到较好效果。图4-8 全封闭铁皮防护罩4.1.5浮动夹紧机构精密机床的夹紧，原来存在着夹紧力、夹紧时移动件走动和引起导轨附加变形等问题，一般难以解决，只能采用铁皮夹紧方式，但它不能承受较大负荷，不适合加工中心使用。现采用空气作为动力（没有热影响），夹紧机构采用了浮动夹紧式，见图4-9。图4-9 浮动夹紧机构夹紧力采用增加一个增力缸，把压力增大为981076kPa（100120个大气压）。夹紧方式对直线移动导轨采用图4-9（a）结构，导轨上左右导轨锁紧处1、2各设两点，共四点夹紧，采用浮动块3夹紧。对于回转导轨采用图4-9（b）结构，采用浮动气缸4、5上下随导轨面移动夹紧，故能达到既不增加导轨变形，又不增加移动件走动的目的，是一种巧妙的设计方式，可在加工中心、数控机床中推广使用。4.2加工中心的工艺特点 与普通机床加工相比，加工中心具有许多显著的工艺特点。 工艺范围宽，能加工复杂曲面 与数控铣床一样，加工中心也能实现多坐标轴联动而容易实现许多普通机床难以完成或无法加工的空间曲线、曲面的加工，大大增加了机床的工艺范围。 具有高度柔性，便于研制、开发新产品 所谓柔性即“灵活”、“可变”， 相对“刚性”而言的。过去，许多企业采用组合机床、专用机床进行高效、自动化生产，但 些组合机床、专用机床是专门针对某种零件的某道工序而设计的，适用于产品稳定的大批量生产，无法适应多品种、小批量生产。现在，即便是大批量生产的产品，品种多年一成不变的历史也已一去不复返，一旦品种发生变化，这些组合机床、专用机床基本就无法继续使用，组合机床、专用机床的应用越来越少，正在被数控设备所取代。一般的机械仿形加工机床能加工一些较复杂的零件，但产品变型后，必须重新设计和制造凸轮、靠模、样板或钻黄模等，生产准备周期较长。而加工中心当加工对象改变后，只需变换加工程序、调整刀具 数等即可进行新零件加工，生产准备周期大大缩短，给新产品的研制开发产品的改进、改型提供了捷径。同时，由于加工中心具有自动换刀功能，右加工各种不同种类的零件、各种各样的表面方面比数控铣床更有优势。 加工精度高，表面质量好 加工的零件一致哇好，质量稳定，加工中心的脉冲当量一般为lµm，高精度的加工中心可达。1µm其运动分辨率远高于普通机床。加工中心多采用半闭环甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度，在加工过程中产生的尺寸误差能及时得到补偿，能获得较高的尺寸精度；加工中心采用插补原理确定加工轨迹，加工的零件形状精度高；在加工中心上加工，工序高度集中，一次装夹即可加工出零件上大部分表面，精度要求高、表面质量要求好的零件宜选用加工中心加工。 另外，加工中心的整个加工过程由程序自动控制，不受操作者 为因素的影响，同时，没有凸轮、靠模等硬件，省去了制造和使用中磨损等所造成的的误差，加上机床的位置补偿功能、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。这对于批量和大量生产特别有利。 生产率高 零件的加工时间包括机动时间和辅助时间，加工中心能有效地减少这两部分时间。加工中心刚度大、功率大，主轴转速和进给速度范围大且为无级变速，所以每道工序都可选择较大而合理的切削用量，减少了机动时间，加工中心加工时能在一次装夹中加工出很多待加工的部位，省去了通用机床加工时原有的不少中间工序（如划线、检验等）。加工中心具有自动变速、自动换刀和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩短。所以，它比普通机床的生产效率高34倍甚至更高，对复杂型面零件的加工，其生产效率可提高十几倍甚至几十倍。此外，加工中心加工出的零件也为后续工序（如装配等）带来了许多方便，其综合效率更高。 减轻了工人的体力劳动强度 一般情况下，操作者只要在机床旁边观察和监督机床的运行情况，此外再做一些装卸零件及更换刀具的工作。当然，加工中心操作者的脑力劳动强度相应增大，要处理许多在普通机床加工时很少见的数学问题、数控加工程序问题、微电子问题、信息问题、自动控制技术应用问题等。 一机多用 加工中心具备了多台普通机床的功能，可自动换刀，一次装夹后，几乎可完成全部加工部位的加工 便于实现计算机辅助制造 计算机辅助设计与制造，（CAD/CAM）已成为航空航天、汽车、船舶及各种机械工业实现现代化的必由之路。而将用计算机辅助设计出来的产品图纸及数据变为实际产品的最有效途径，就是采取计算机辅助制造技术直接制造出零部件。加工中心等数控设备及其加工技术正是计算机辅助制造系统的基础。5.高速加工中心高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。5.1高速主轴转速分析 高速主轴是高速加工中心最关键的部件之一。目前主轴转速在2000040000r/min的加工中心越来越普及，一些欧洲的高速加工中心的主轴转速已经达到60000r/min，转速高达100000r/min以上超高速主轴也正在研制开发中。高速加工中心的转速、马力、动态平衡、刚性、锥度孔型及热变形特性等，对高速加工中心的刚性和热稳定性都有相当程度的影响。这样就要求高速加工中心主轴和电机合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，减少传动部件，具有更高的可靠性。主轴轴承也是决定主轴寿命和负荷容量的关键部件。为了适应高速切削加工，高速加工中心的主轴设计采用了先进的主轴轴承的润滑、散热技术。目前高速主轴主要采用3种特殊轴承：(1)陶瓷轴承；(2)磁力轴承；(3)空气轴承。主轴轴承润滑对主轴转速的提高起着重要的作用，高速主轴一般采用油空气润滑或喷油润滑。5.2高速进给系统 提高切削进给速度是提升加工效率所必须的。目前高速加工中心的切削进给速度一般为2040m/min，有的直线电机驱动X、Y轴的立式加工中心超高速定位速度达140m/min，有的高速加工中心进给速度高达208m/min。要实现并准确控制这样高的进给速度，对高速加工中心导轨、滚珠丝杆、伺服系统、工作台结构等提出了新的要求。直线电机的成熟应用使高速加工中心在效率、精度和实用性方面翻开了新的一页。直线电机为非接触的直接驱动方式，移动部件少，无扭曲变形问题，采用这种技术，机床制造达到了传统滚珠丝杆所无法达到的水平。直线电机具有高加速度和减速特性，加速度可达2g，为传统驱动装置的1020倍，进给速度是传统的45倍。5. 3高速切削刀具分析高速切削(HSC)、硬切削和干切削被认为是当今切削加工中三项最具发展前景的技术,受到人们普遍重视。世界机床行业功能部件发展迅速、单元技术水平不断提高, 开发技术朝着高速、高效、环保、智能化、机床功能的复合化方向发展。已发展的刀具材料主要有聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、硬质含金涂层刀具、陶瓷刀具等，都能适应铝合金、铸铁、钢和耐热合金的高速切削，其切削水平如下：铝合金25005000m/min(Si含量12%为500 1500m/min