分析下四种加工中心的常用功能:
(1)立式加工中心
立式加工中心的主轴处于垂直位置。它能完成铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等工序。立式加工中心最少是三轴二联动,一般可实现三轴三联动。有的可进行五轴、六轴控制,工艺人员可根据其同时控制的轴数确定该加工中心的加工范围。
立式加工中心立柱高度是有限的,确定Z轴的运动范围时要考虑:
①工件的高度;
②工装夹具的高度;
③刀具的长度;
④机械手换刀占用的空间。
在考虑上述四种情况之后,立式加工中心对箱体类工件加工范围要减少,这是立式加工中心的弱点。但立式加工中心有下列优点:
①工件易装夹,可用通用的夹具如平口钳、压板、分度头、回转工作台等装夹工件,工件的装夹定位方便;
②刀具运动轨迹易观察,调试程序检查测量方便,可及时发现问题,进行停机处理或修改;
③冷却条件易建立,冷却液能直接到达刀具和加工表面;
④坐标系即X、Y、Z三个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合,感觉直观与图纸视角一致;
⑤切屑易排除和掉落,避免切屑划伤加工过的表面;
⑥结构一般采用单柱式,它与相应的卧式加工中心相比,结构简单、占地面积较小,价格较低。
立式加工中心(图5-1)最适于加工Z轴方向尺寸相对较小的工件,一般的情况下除底面不能加工外,其余五个面都可用不同的刀具进行轮廓和表面加工。
(2)卧式加工中心
卧式加工中心的主轴是水平设置的。一般的卧式加工中心有三个到五个坐标轴,常配有一个回转轴(或回转工件台),主轴转速在10～10000r／min之内,最小分辨率一般为lμm,定位精度为10μm—20μm。卧式加工中心刀库容量一般较大,有的刀库可存放几百把刀具。卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂,体积和占地面积较大,价格也较高。卧式加工中心较适于加工箱体类零件。只要一次装夹在回转工作台上,即可对箱体(除顶面和底面之外)的四个面进行铣、镗、钻、攻丝等加工。特别是对箱体类零件上的一些孔和型腔有位置公差要求的(如孔系之间的平行度、孔与端面的垂直度、端面与底面的垂直度等),以及孔和型腔与基准面(底面)有严格尺寸精度要求的,在卧式加工中心上通过一次装夹加工,容易得到保证,适合于批量工件的加工。卧式加工中心程序调试时,不如立式加工中心直观、容易观察,对工件检查和测量也感不便,且对复杂零件的加工程序调试时间是正常加工的几倍,所以加工的工件数量越多,平均每件占用机床的时间越少,因此用卧式加工中心进行批量加工才合算。但它可实现普通设备难以达到的精度和质量要求,因此一些精度要求高,其它设备无法达到其精度要求的工件,特别是一些空间曲面和形状复杂的工件,即使是单件生产,也可考虑在卧式加工中心上加工。由此可见加工中心即是高效、高质量的自动化生产设备,又是攻克工艺难题的设备。
卧式加工中心的坐标系与立式加工中心坐标系即X、Y、Z三轴在空间上是不同的。而且卧式加工中心冷却条件不如立式的好,特别是对深孔的镗、铣、钻等,冷却液难以到达切削深处,因此,必须降低机床的转速和进给量、降低了生产效率。与立式加工中心相比,卧式加工中心的功能多,在立式加工中心上加工不了的工件,在卧式加工中心上一般的都能加工。此外卧式加工中心的回转工作台有的是数控的,有的是分度的,工件一次装夹可实现多个工位的加工。总的来说卧式加工中心有其优点,也有不足,使用时用其优避其劣。
(3)多工作台加工中心
多工作台加工中心有时称为柔性加工单元(FMC)。它有两个以上可更换的工作台,通过运送轨道可把加工完的工件连同工作台(托盘)一起移出加工部位,然后把装有待加工工件的工作台(托盘)送到加工部位,这种可交换的工作台可设置多个,实现多工作台加工。其优点是可实现在线装夹,即在进行加工的同时,下边的工作台进行装、卸工件,另外可在其它工作台上都装上待加工的工件,开动机床后,能完成对这一批工件的自动加工,工作台上的工件可以是相同的,也可以是不同的。这都可由程序进行处理。多工作台加工中心有立式的,也有卧式的。无论立式还是卧式,其结构都较复杂,刀库容量较大,机床占地面积大,控制系统功能较全。计算速度快,内存容量大。采用的都是最先进的CNC系统,所以价格昂贵。
(4)复合加工中心
复合加工中心也称多工面加工中心,是指工件一次装夹后,能完成多个面的加工的设备。现有的五面加工中心,它在工件一次装夹后,能完成除安装底面外的五个面的加工。这种加工中心兼有立式和卧式加工中心的功能,在加工过程中可保证工件的位置公差。常见的五面加工中心有两种形式,一种是主轴做或相应角度旋转,可成为立式加工中心或卧式加工中心。另一种是工作台带着工件做旋转,主轴不改变方向而实现五面加工。无论是哪种五面加工中心都存在着结构复杂,造价昂贵的缺点。
五面加工中心的功能比多工作台加工中心的功能还要多,控制系统先进,其价格是工作台尺寸相同的多工位加工中心的二倍左右。