加工中心

1. 主要功能和特点

如今,加工中心(machining center,简称MC)正在被广泛用于制造业的现场。以作为最重要用途的模具制造为首,加工中心已然成为了金属部件加工中不可或缺的存在。以汽车行业为例,以发动机部件打磨及打孔为代表,在车身部件模具制造等方面发挥着威力。我们完全可以认为,在支撑人们日常生活及产业发展的产品中,有许多都源自于加工中心。

加工中心的特点,就是配备了利用计算机控制来实现的“工具自动更换功能”。常规的NC工作机需要依靠操作人员更换工具,而加工中心则能利用“更换臂”,从被称为“工具库”的工具收纳处自动更换工具,进行加工。这样可以省去切换的麻烦,实现制造时的无人化、省力化,削减成本。

近年来,在传统纵、横、高3轴加工的基础之上,新增进行旋转运动的2轴的“5轴加工中心”面世,能够进行更复杂形状的加工。

利用CAD数据,通过加工中心进行金属加工
利用CAD数据,通过加工中心进行金属加工
基于模具加工制造产品
基于模具加工制造产品

2. 加工中心的诞生与发展

要制造金属部件,一般而言除了面、槽打磨之外,还必须进行打孔、镗削(扩大孔洞)、螺旋切削等多项加工。过去,为了进行上述加工,需要区分使用铣床、立铣刀、钻头、镗削、丝锥等刀具工具。
其后,伴随着NC工作机的面世,被称为转塔的手动式工具更换功能被开发了出来,使得刀具的更换变得更加方便。而加工中心则更进一步通过计算机控制,实现了刀具更换的自动化。能够连续地对加工物的多个面同时进行多种加工,大幅提高了生产效率。加工中心的加工精度与速度正在逐年提高,如今已经成为了制造业的中流砥柱。

只要参观一下金属加工厂商的工厂,就能看到许多加工中心在昼夜不停地运转着。只需几名操作人员在现场监控设备即可。

NC工作机中,需要将工具安装在转塔上手动旋转

A
转塔
NC工作机中,需要将工具安装在转塔上手动旋转
加工中心的工具更换则实现了自动化
加工中心的工具更换则实现了自动化

3. 加工中心的主要结构与种类

加工中心大致可分为卧式、立式、门式这3种结构。最先被开发出来的,是被称为卧式的结构,简言之,就是安装刀具的旋转轴(主轴)被横向(与地面呈水平)安装。相对的,立式则是纵向安装旋转轴的结构。而门式(龙门型)则采用了与门一样的结构,旋转轴被向下安装在了门的顶部。
以卧式为例,加工中心的主要结构,自下而上分别是被称为床身的基盘部分、在床身上移动的滑鞍、连在滑鞍上用于设置加工材料的工作台、安装在与床身垂直方向上的立柱、安装刀具的主轴头等。

4. 卧式与立式的区别

卧式加工中心的刀具旋转轴横向伸出,对加工物进行水平方向的加工。此时,立柱沿X轴方向、滑鞍沿Y轴方向、工作台沿Z轴方向移动,可实现三维加工。在此基础上,某些机型还具有可沿水平方向旋转部分工作台的B轴,此时能够以共计4轴进行加工。
卧式的优点在于,利用包含B轴在内的4轴,能够对加工物的4个面进行同时加工。由于无需对加工物的4个面进行手动换面,具有加工精度高的特点。此外,由于横向切削能够让切屑自然下落,还能够轻松避免因切屑堆积在加工物上,嵌入刀具,导致故障的问题。

相对的,立式加工中心的旋转轴安装在垂直方向上,呈现从上方对加工物进行加工的结构。通常情况下,工作台沿着X轴、Y轴的水平方向移动,旋转轴沿垂直方向移动,进行3轴加工。
与旋转轴位于加工物侧面的卧式相比,占用的安装空间更小,如今正在广泛普及。此外,由于从上方切削加工物,具有能够在对比设计图纸的同时进行加工的优点。但与此同时,由于在加工物的上部进行加工,容易堆积切屑,必须随时通过压缩空气鼓风或使用润滑油剂冲洗,去除切屑。

立式加工中心
刀具工具处于垂直方向
立式加工中心
卧式加工中心
刀具工具处于水平方向
卧式加工中心
A
安装刀具的旋转轴

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