數控加工中心基礎知識

加工中心的選用

1.被加工對象的選定

確定選購對象之前，首先要明確準備加工的對象。一般來說，具備下列特點的零件適合在加

工中心加工:

多工序集約型工件指在一個工件上需要用許多把區縣進行加工。

定位繁瑣的工件例如有一定位孔距精度要求的多孔加工，利用機床定位精度高的特點，很

方便實施。

重復生產型的工件適合加工單件小批量生產。小批量指在1-100件，每批數量不多，但又

需要重狂生產。另外，即使工件形狀尺寸不同，但又是相似工件，易于實現成組加工(GT)

工藝的零件。

復雜形狀的零件模具、航空零件等復雜形狀工件，能借助自動程序編制技術在加工中心上

加工各種異形零件。

箱體類、板類零件在臥式加工中心上利用回轉工作臺，對箱體零件進行多面加工，如主軸

箱體、泵體、閥體、內燃機缸體等。如果連頂面也要一次裝夾中加工，可選用五面體加工中

心。立式加工中心適合加工箱蓋缸蓋、平面凸輪等。龍門加工中心用于加工大型箱體、板類

零件，如內燃機車缸體、加工中心立柱、床身、印刷墻板機等。

2.機床規格的選定

根據確定的加工工件的大小尺寸，相應確定所需機床的工作臺尺寸和三個直線坐標系的行

程。工作臺尺寸應保證工件在其上面能順利裝夾工件，加工尺寸則必須在各坐標行程內，此

外還要考慮換刀空間和各坐標干涉區的限制。

3.機床精度的選定

加工中心的精度分類為普通型和精密型，其主要精度項目見下表:

加工中心主要精度項目精度項目普通型(mm)精密型(mm)

直線定位精度±0.01/全程±0.005/全程

重復定位精度士0.006±0.002

銃圓精度0.03-0.040.015

用戶根據工件的加工精度要求，選用相應精度等級的機床，批量生產的零件，實際加工出的

精度數值可能是定位精度的1.5?2倍。普通型機床批量加工8級精度二件，精密機床加工精

度可達5-6級，但要有恒溫等工藝條件，所以精密型機床使用嚴格，價格高。

4.刀庫容量的選定

加工中心的制造廠家對同一種規格的機床，通常都設2-3種不同容量刀庫，例如臥式加工中

心刀庫容量有30、60、80等，立式加工中心有16、24、32把容量的刀庫。

用戶在選定時，可以根據被加工工件的工藝分析結果來確定所需數量，通常以需要一個零件

在一次裝夾中所需刀具數來確定刀庫的容量，因為換另一零件加工時，需要重新安排刀具，

否則刀具管理狂雜并容易出錯。

從統計數據來看立式加工中心選用20把刀左右的刀庫，臥式加工中心則選用40把刀左右的

刀庫為宜。當然要根據實際需要最后確定。用于柔性制造單元(FMC)或柔性制造系統(FMS)

的加工中心機床，其刀庫容量應選大容量刀庫，甚至配置可交換刀庫。

5.機床選擇功能及附件的選定

選定加工中心機床時，除了基本功能和基本件以外，還有提供用戶根據自身要求選用的功能

和附件，稱選擇功能、選擇附件(任選附件)。隨著數控技術的發展，可供選擇的內容越來越

多，其構成價格在主機中所占的比例也越來越大，所以不明確目的大量選用附件也是不經濟

的，所謂“有備無患”的訂購指導思想實質上是浪費。因此選訂時要全面分析，還要適當考

慮長遠因素。

選擇功能主要對于數控系統而言，對那種價格增加不多，但對使用帶來許多方便的功能，應

適當配置齊全一點，而對可以多臺機床公用的附件，就可以考慮一機多用，但必須考慮接口

是通用的。

6.加工節拍與機床臺數估算

根據已經選定的工件，然后分析工藝路線，在這個工藝路線中選出準各在加工中心上加工的

工序，對這些工序作工時節拍估算。

根據現用工藝參數，估算每道工序的切削時間，而輔助時間通常取切削時間的10%-20%o

另外中小型加工中心的每次換刀時間約需10-20秒，這樣單工序時間為:

I單序=【切十［輔+(10?20s尸【切十(10%-20%)【切十(10.20s)

有了單工序時間就不難計算出年產量。一年300個工作日，機床開動率按75%-85%計算，

如果計算結果產量達不到目標值，但相差不多、修改工藝參數；如果差距很大，應考慮增加

機床臺數配置。

加工中心的調試與驗收

一.加工中心的調試

機床調試的目的是考核機床安裝是否穩固，各傳動、操縱、控制等系統是否正常和靈敏可靠。

調試試運行工作依以下步驟進行：

按說明書的要求給個潤滑點加油，給液壓油箱灌入合乎要求的液壓油，接通氣源。

通電，各部件分別供電或各部件一次通電試驗后，再全面供電。觀察各部件有無報警、手動

各部件觀察是否正常，各安全裝置是否起作用。即使機床的各個環節都能操作和運動起來。

灌漿，機床初步運轉后，粗調機床的幾何精度，調整經過拆裝的主要運動部件和主機的相對

位置。將機械手、刀庫、交換工作臺、位置找正等。這些工作做好后，即可用快干水泥灌死

主機和各附件的地腳螺栓，將各地腳螺栓預留孔灌平。

調試，準備好各種檢測工具，如精密水平儀、標準方尺、平行方管等。

精調機床的水平，使機床的幾何精度達到允許誤差的范圍內，采用多點墊支撐，在自由狀態

下將床身調成水平，保證床身調整后的穩定性。

用手動操縱方式調整機械手相對于主軸的位置，使用調整心棒。安裝最大重量刀柄時，要進

行多次刀庫到主軸位置的自動交換，做到準確無誤，不撞擊。

.將工作臺運動到交換位置，調整托盤站與交換工作臺的相對位置，達到工作臺自動交換動

作平穩，并安裝工作臺最大負載，進行多次交換。

檢查數控系統和可編程控制器PLC裝置的設定參數是否符合隨機資料中的規定數據，然后

試驗各主要操作功能、安全措施、常用指令的執行情況等。

檢查附件的工作狀況，如機床的照明、冷卻防護罩、各種護板等。

一臺加工中心安裝調試完畢后，由于其功能繁多，在安裝后，可在一定負載下經過長時間的

自動運行，比較全面的檢查機床的功能是否齊全和穩定。運行的時間可每天8小時連續運行

2到3天或每24小時連續運行1到2天。連續運行可運用考機程序。

二.加工中心的驗收

加工中心的驗收是一項復雜的檢測技術工作。它包括對機床的機、電、液、氣各部分的綜合

性能檢測及機床靜、動態精度的檢測。在我國有專門的機構，即國家機床產品質量檢測中心。

用戶的驗收工作可依照該機構的驗收方法進行，也可請上述機構進行驗收。主要集中在兩個

方面：

1.加工中心幾何精度檢查

加工中心的幾何精度是組裝后幾何形狀誤差，其檢查內容如下：

1.工作臺的平面度

2.各坐標方向移動的相互垂直度

3.X軸方向移動歲工作臺面的平行度

4.Y軸方向移動歲工作臺面的平行度

5.X軸方向移動對工作臺上下型槽側面的平行度

6.主軸的軸向竄動

7.主軸孔的徑向跳動

8.主軸箱沿Z坐標方向移動對主軸軸心線的平行度

9.主軸回轉軸心線對工作臺面的垂直度

10.主軸箱在Z坐標方向移動的直線度

常用的檢測工具有：精密水平儀、直角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表或測微儀、

高精度主軸心棒及剛性好的千分表桿。每項幾何精度按照加工中心的驗收條件的規定進行檢

測。注意：檢測工具的等級必須比所測的幾何精度高一等級。同時，必須在機床梢有預熱的

狀態下進行，在機床通電后，主軸按中等轉速回轉15分鐘以后再進行檢驗。

2.機床性能驗收

根據《金屬切削機床實驗規范總則》規定的試驗項目如下：

試驗項目可匏性空運轉振動熱變形靜剛度

抗振性切削噪聲激振定位精度

主軸回轉精度直線運動不均勻性加工精度

對機床做全面性能試驗必須高精度的檢測儀器。在具體的機床驗收時，各驗收內容可按照機

床廠標準和行業標準進行。

加工中心操作要點

作為一個熟練的操作人員，必須在了解加工零件的要求、工藝路線、機床特性后，方可操縱

機床完成各項加工任務。因此，整理幾項操作要點供參考：

為了簡化定位與安，夾具的每個定位面相對加工中心的加工原點，都應有精確的坐標尺寸。

為保證零件安裝方位與編程中所選定的工件坐標系及機床坐標系方向一致性，及定向安裝。

能經短時間的拆卸，改成適合新工件的夾具。由于加工中心的輔助時間己經壓縮得很短，配

套夾具的裝卸不能占用太多時間。

夾具應具有盡可能少的元件和較高的剛度。

夾具要盡量敞開，夾緊元件的空間位置能低則低，安裝夾具不能和工步刀具軌跡發生干涉。

保證在主軸的行程范圍內使工件的加工內容全部完成。

對于有交互工作臺的加工中心，由于工作臺的移動、上托、下托和旋轉等動作，夾具設計必

須防止夾具和機床的空間干涉。

盡量在一次裝夾中完成所有的加工內容。當非要更換夾緊點時，要特別注意不能因更換夾緊

點而破壞定位精度，必要時在工藝文件中說明。

夾具底面與工作臺的接觸，夾具的底面平面度必須保證在0.01-0.02mm以內，表面粗糙度不

大于Ra3.2pmo

加工中心的生產管理技術

加工中心的使用是一項具有一定規模的復雜的技術工程。它涉及到生產管理、技術管理、人

才培訓等一系列工作。各項工作都應遵行一定的原則運行。這個原則就是充分發揮加工中心

效益的保證系統。因此，重視使用技術是一方面，重視管理技術又是必不可少的另一方面。

我國各機械制造廠中已把加工中心作為高效率自動化裝備，作為重點設備。但在設備管理上

卻參差不齊。在加工中心的管理上，必須提倡加工中心的生產特點和它所需配合的各環節的

生產節拍。不能將普通機床的管理方法移到數控機床上，在管理上應注意以下幾點：

充分發揮機床的全部功能在機床投入使用時，為了充分發揮機床具有的全部功能，應必須

認真閱讀使用說明書，深刻理解機床的各種功能及其能力。根據本廠加工零件的性質，合理

安排加工的對象、工序，選擇相應的配套件和附件。對易損件安排好備件。

設置數控工段將數控機床集中在一個專門的部門，工藝技術準備、生產管理準備由工廠技

術部門統一進行。生產車間設有專門的技術人員。避免單臺數控機床分散在個車間，只加工

少量關鍵零件，造成大量生產時間閑置的局面。設置專門的工段，便于維修的管理。

合理安排生產節拍、技術準備周期在向加工中心安排生產任務時，應先將工藝部門的工藝

文件、加工工序、工具卡片準備齊全，再送加工零件到加工位置上。以免操作者停機去找工

具、修改程序、組裝夾具而造成長時間停機。

選擇合適的規章制度如數控機床管理制度、安全操作規程、數控機床使用規定、數控機床保

養、點檢制度等。同時，要及時向制造和設計部門反饋信息。

重視技術隊伍的建設對一臺包括多種技術成果的復雜設備，完全掌握使用需要一個訓練有

素的技術班子，包括工藝、操作、機電維修等，人員的培養要有一個過程，領導管理設備的

部門對此要有全面認識。

工裝夾具的應用

在多品種小批量的生產過程中，工件的安裝、拆卸和清洗、托板的自動交換、切屑的排出等

在整個制造過程中是頻繁發生的。為了提高加工中心的加工效率，在加工設備上搞高速化和

高性能化是一方面，縮短安裝時間，降低消耗是另一重要方面。夾具在制造廠來說屬于工裝

部分，它是保證零件準確定位、有效加工的必要手段。對于加工中心來說，要求夾具定位精

度高、、裝卸方便，適于粗加工、精加工和各種多工序復合加工的形式。

國內加工中心的使用尚處于初期階段，夾具設計采用手工設計方式較多，備有CAD/CAM

系統的還較少。下面僅就加工中心常見的裝夾定位的使用方式作一介紹:

1.加工中心加工定位基準的選擇

在確定工藝方案之前，合理地選擇定位基準對保證加工中心的加工精度，提高加工中心的應

用效率有著決定性的意義。在選擇定位基準時要全面考慮各個工位的加工情況，達到下面三

個目的：

1.所選基準應能保證工件定位準確，裝卸方便、迅速，夾緊可靠，且夾具結構簡單。

2.所選定的基準與加工部位的各個尺寸計算簡單。

3.保證各項加工精度。

2.確定零件夾具

在加工中心上，夾具的任務不僅是夾緊工件，而且還要以各個方向的定位面為參考基準，確

定工件編程的原點。加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結構更緊湊、簡單，夾緊動作

更迅速、準確，盡量減少輔助時間。在加工機床上，要想合理應用好夾具，首先要對加工中

心的加工特點有比較深刻的理解和掌握，同時還要考慮加工零件的精度、批量大小、制造周

期和制造成本。

根據加工中心機床特點和加工需要，目前常用的夾具類型有專用夾具、組合夾具、可調夾具

和成組夾具。一般的選擇順序是單件生產中盡量用虎鉗、壓板螺釘等通用夾具，批量生產時

優先考慮組合夾具，其次考慮可調夾具，最后選用專用夾具和成組夾具。在選擇時要綜合考

慮各種因素，選擇最經濟的、最合理的夾具形式。

3.加工中心夾具設計及組裝時應注意的問題

1.為了簡化定位與安，夾具的每個定位面相對加工中心的加工原點，都應有精確的坐標尺寸。

2.為保證零件安裝方位與編程中所選定的工件坐標系及機床坐標系方向一致性，及定向安

裝。

3.能經短時間的拆卸，改成適合新工件的夾具。由于加工中心的輔助時間已經壓縮的很短，

配套夾具的裝卸不能占用太多時間。

4.夾具應具有盡可能少的元件和較高的剛度。

5.夾具要盡量敞開，夾緊元件的空間位置能低則低，安裝夾具不能和工步刀具軌跡發生干涉。

6.保證在主軸的行程范圍內使工件的加工內容全部完成。

7.對于有交互工作臺的加工中心，由于工作臺的移動、上托、下托和旋轉等動作，夾具設計

必須防止夾具和機床的空間干涉。

8.盡量在一次裝夾中完成所有的加工內容。當非要更換夾緊點時，要特別注意不能因更換夾

緊點而破壞定位精度，必要時在工藝文件中說明。

9.夾具底面與工作臺的接觸，夾具的底面平面度必須保證在0.01-0.02mm以內，表面粗糙度

不大于Ra3.2pmo