立式加工中心（三軸）最有效的加工面僅為工件的頂面溉浙，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺投放，也只能完成工件的四面加工宏赘。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展绒北，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)察署，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工闷游。
立式五軸加工中心
這類加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸（圖1）贴汪。設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)脐往，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度扳埂。工作臺的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺业簿，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸阳懂，C軸都是360度回轉(zhuǎn)梅尤。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外希太，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工克饶。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度拳鹉，加工出傾斜面玲侧、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動乍之，就可加工出復(fù)雜的空間曲面符破，當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持促奇。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡單瞭阔，主軸剛性非常好，制造成本比較低露龙。但一般工作臺不能設(shè)計(jì)太大撵靴，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí)注辜，工件切削時(shí)會對工作臺帶來很大的承載力矩招砌。
另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)（圖2）。主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭策洒，能自行環(huán)繞Z軸360度粉私，成為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸近零，一般可達(dá)±90度以上诺核，實(shí)現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活久信，工作臺也可以設(shè)計(jì)的非常大窖杀，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工裙士。這種設(shè)計(jì)還有一大優(yōu)點(diǎn)：我們在使用球面銑刀加工曲面時(shí)入客，當(dāng)刀具中心線垂直于加工面時(shí)，由于球面銑刀的頂點(diǎn)線速度為零潮售，頂點(diǎn)切出的工件表面質(zhì)量會很差痊项，采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個(gè)角度酥诽，使球面銑刀避開頂點(diǎn)切削鞍泉，保證有一定的線速度，可提高表面加工質(zhì)量肮帐。這種結(jié)構(gòu)非常受模具高精度曲面加工的歡迎咖驮，這是工作臺回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達(dá)到回轉(zhuǎn)的高精度代徒，高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋市口，分度精度都在幾秒以內(nèi)，當(dāng)然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本也較高穗俩。
立式加工中心的主軸重力向下眠乏，軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)的徑向受力是均等的，回轉(zhuǎn)特性很好熏祝，因此可提高轉(zhuǎn)速羽傻，一般高速可達(dá)1,2000r/min以上，實(shí)用的最高轉(zhuǎn)速已達(dá)到4,0000轉(zhuǎn)们眶。主軸系統(tǒng)都配有循環(huán)冷卻裝置法厢，循環(huán)冷卻油帶走高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，通過制冷器降到合適的溫度嘶违，再流回主軸系統(tǒng)怎猜。X、Y旭贬、Z三直線軸也可采用直線光柵尺反饋怔接，雙向定位精度在微米級以內(nèi)。由于快速進(jìn)給達(dá)到40～60m/min以上骑篙，X蜕提、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻靶端，同主軸系統(tǒng)一樣谎势，由經(jīng)過制冷的循環(huán)油流過滾珠絲杠的中心，帶走熱量杨名。
臥式五軸加工中心
此類加工中心的回轉(zhuǎn)軸也有兩種方式脏榆，一種是臥式主軸擺動作為一個(gè)回轉(zhuǎn)軸，再加上工作臺的一個(gè)回轉(zhuǎn)軸台谍，實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動加工须喂。這種設(shè)置方式簡便靈活，如需要主軸立趁蕊、臥轉(zhuǎn)換坞生，工作臺只需分度定位，即可簡單地配置為立妒贞、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心翁写。由主軸立、臥轉(zhuǎn)換配合工作臺分度剑银，對工件實(shí)現(xiàn)五面體加工汰检，制造成本降低，又非常實(shí)用锄垛。也可對工作臺設(shè)置數(shù)控軸何杈，最小分度值0.001度拴挫，但不作聯(lián)動，成為立剿液、臥轉(zhuǎn)換的四軸加工中心揩榴，適應(yīng)不同加工要求，價(jià)格非常具有競爭力筏所。
圖3 工作臺回轉(zhuǎn)的臥式五軸加工中心葉輪 |
另一種為傳統(tǒng)的工作臺回轉(zhuǎn)軸（圖3）胧扇，設(shè)置在床身上的工作臺A軸一般工作范圍+20度至-100度五逢。工作臺的中間也設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺 B軸蜀悯，B軸可雙向360度回轉(zhuǎn)。這種臥式五軸加工中心的聯(lián)動特性比第一種方式好竹观，常用于加工大型葉輪的復(fù)雜曲面镐捧。回轉(zhuǎn)軸也可配置圓光柵尺反饋臭增，分度精度達(dá)到幾秒懂酱，當(dāng)然這種回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價(jià)格也昂貴誊抛。
目前臥式加工中心工作臺可以做到大于1.25m2列牺，對第一種五軸設(shè)置方式?jīng)]有什么影響。但是第二種五軸設(shè)置方式比較困難拗窃，因?yàn)?.25m2的工作臺做A軸的回轉(zhuǎn)瞎领，還要與工作臺中間的B軸回轉(zhuǎn)臺聯(lián)動確實(shí)勉為其難。臥式加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般在10,000rpm以上随夸，由于臥式設(shè)置的主軸在徑向有自重力九默，軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)徑向受力不均等，加上還要采用較大的BT50刀柄宾毒，一般最高可達(dá)20,000rpm驼修。臥式加工中心快速進(jìn)給達(dá)到30～60m/min以上，主軸電機(jī)功率22-40KW以上卸橘，刀庫容量按需要可從40把增加到160把敌夜，加工能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般立式加工中心，是重型機(jī)械加工的首選塞这。
加工中心大多可設(shè)計(jì)成雙工作臺交換数凫，當(dāng)一個(gè)工作臺在加工區(qū)內(nèi)運(yùn)行，另一工作臺則在加工區(qū)外更換工件闽但，為下一個(gè)工件的加工做準(zhǔn)備医窖，工作臺交換的時(shí)間視工作臺大小，從幾秒到幾十秒即可完成阁喉。最新設(shè)計(jì)的加工中心考慮到結(jié)構(gòu)上要適合組成模塊式制造單元（FMC）和柔性生產(chǎn)線（FMS）蔽树，模塊式制造單元一般至少有兩臺加工中心和四個(gè)交換工作臺組成狡氏，加工中心全部并排放置，交換工作臺在機(jī)床前一字形排開碗挟，交換工作臺多的可以排成兩行伍毙、甚至雙層設(shè)計(jì)。兩邊各有一個(gè)工位作為上下工件的位置竞谒，其余工位上的交換工作臺安裝著工件等待加工丐重，有一輛小車會按照系統(tǒng)指令，把裝著工件的交換工作臺送進(jìn)加工中心杆查，或從加工中心上取出完成加工的交換工作臺扮惦，送到下一個(gè)工位或直接送到下料工位，完成整個(gè)加工操作亲桦。柔性生產(chǎn)線除了小車崖蜜、交換工作臺之外，還有統(tǒng)一的刀具庫客峭，一般會有幾百把刀具豫领，在系統(tǒng)中存入刀具的身份編碼信息，再通過刀具輸送系統(tǒng)送進(jìn)加工中心舔琅，并把用完的刀具取回等恐，柔性生產(chǎn)線往往還需要一臺FMS的控制器來指揮運(yùn)行。
過去五軸加工中心多為德國备蚓、美國课蔬、日本、意大利制造星著，令人欣喜的是今年3月在上海舉行的“中國數(shù)控機(jī)床展覽會”上购笆，展出了多臺國內(nèi)生產(chǎn)的五軸加工中心。如濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)公司展出的龍門式五軸聯(lián)動加工中心良稽，工作臺長6m,寬2m挥挚，采用立式主軸回轉(zhuǎn)，A軸轉(zhuǎn)角±100度坞裂，C軸轉(zhuǎn)角±200度卜伟，這個(gè)龐然大物吸引了許多參觀者，它標(biāo)志著中國數(shù)控機(jī)床工業(yè)達(dá)到了先進(jìn)水平声碴。上海第三機(jī)床廠米原、第四機(jī)床廠制造的立臥加工中心，工作臺630mm2扫应，采用高速內(nèi)冷電主軸虹悄，主軸可立、臥轉(zhuǎn)換忽秕，工作臺可以360度等分场魏，類似于上述簡單配置為立豹谎、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心，可對工件實(shí)現(xiàn)五面體加工筝闹，盡管還沒有配置五軸媳叨，也非常實(shí)用。
加工中心的發(fā)展與未來
現(xiàn)在加工中心逐漸成為機(jī)械加工業(yè)中最主要的設(shè)備关顷，它加工范圍廣糊秆，使用量大。近年來在品種议双、性能痘番、功能方面有很大的發(fā)展。品種：有新型的立聋伦、臥五軸聯(lián)動加工中心夫偶，可用于航空、航天零件加工觉增；有專門用于模具加工的高性能加工中心，集成三維CAD/CAM對模具復(fù)雜的曲面超精加工翻斟；有適用于汽車逾礁、摩托車大批量零件加工的高速加工中心，生產(chǎn)效率高且具備柔性化访惜。性能：普遍采用了萬轉(zhuǎn)以上的電主軸栗柴，最高可達(dá)6～10萬轉(zhuǎn)；直線電機(jī)的應(yīng)用使機(jī)床加速度達(dá)到了3-5g净彼；執(zhí)行ISO/VDI檢測標(biāo)準(zhǔn)憎材，促使制造商提高加工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復(fù)合功能朗恤，結(jié)構(gòu)上適合于組成模塊式制造單元（FMC）和柔性生產(chǎn)線（FMS）投墩，并具有機(jī)電、通訊一體化功能茸太。
領(lǐng)先一步的機(jī)床制造商正在構(gòu)想2010年的“加工中心”彰畅，它將是萬能型的設(shè)備，可用于車级轰、銑誉缚、磨、激光加工等琢喷，成為真正意義上的加工中心疫遵。全自動地從材料送進(jìn)，到成品產(chǎn)出算行，粗精加工梧油、淬硬處理监憎、超精加工，自動檢測婶溯、自動校正鲸阔，將無所不能。設(shè)備將重視環(huán)保迄委、節(jié)能褐筛，呈現(xiàn)出綠色制造業(yè)的標(biāo)志。21世紀(jì)時(shí)代特征的IT功能是絕對不可少的叙身，設(shè)備將通過網(wǎng)絡(luò)與外界交換信息渔扎，獲得最新的技術(shù)成果，人類的智慧將在高科技產(chǎn)品加工中心上得到充分的展現(xiàn)信轿。
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