自动化加工设备：提高生产效率的重要选择

1）组合机床

组合机床一般是针对某一种零件或某一组零件设计、制造的，常用于箱体、壳体和杂件类零件的平面、各种孔和孔面的加工，往往能在一台机床上对工件进行多刀、多轴、多面和多方位加工。

组合机床是一种以通用部件为基础的专用机床，组成组合机床的通用部件有床身、底座、立柱、动力箱、主轴箱、动力滑台等。绝大多数通用部件是按标准设计、制造的，主轴箱虽然不能做成完全通用的，但其组成零件（如主轴、中间轴和齿轮等）很多是通用的。

组合机床的下述特点对其组成自动化制造系统是非常重要的：

（1）工序集中，多刀同时切削加工，生产效率高。

（2）采用专用夹具和刀具（如复合刀具、导向套），加工质量稳定。

（3）常用液压、气动装置对工件定位、夹紧和松开，实现工件的装夹自动化。

（4）常用随行夹具，方便工件装卸和输送。

（5）更换主轴箱可适应同组零件的加工，有一定的柔性。

（6）采用可编程逻辑控制器控制，可与上层控制计算机通信。

（7）机床主要由通用部件组成，设计、制造周期短，系统的建造速度快。

2）数控机床

数控机床是由数字信号控制其动作的自动化机床，现代数控机床常采用计算机进行控制，即计算机数字控制机床（computerized numerical control machine，CNC）。数控机床是组成自动化制造系统的重要设备。

数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系统是非常重要的。

（1）柔性高。数控机床按照数控程序加工零件，当加工零件改变时，一般只需要更换数控程序和配备所需的刀具，不需要改换靠模、样板、钻镗模等专用工艺装备。数控机床可以很快地从加工一种零件转变为加工另一种零件，生产准备周期短，适合于多品种、小批量生产。(www.xing528.com)

（2）自动化程度高。数控程序是数控机床加工零件所需的几何信息和工艺信息的集合。几何信息有走刀路径、插补参数、刀具长度半径补偿值；工艺信息有刀具、主轴转速、进给速度、切削液开/关等。在切削加工过程中，自动实现刀具和工件的相对运动，自动变换切削速度和进给速度，自动开/关切削液，数控车床自动转位换刀。操作者的任务是装卸工件、换刀、操作按键、监视加工过程等。

（3）加工精度高、质量稳定。CNC装有伺服系统，具有很高的控制精度。数控机床的进给伺服系统采用闭环或半闭环控制，对反向间隙和丝杠螺距误差以及刀具磨损进行补偿，因而数控机床能达到较高的加工精度。对中小型数控机床，定位精度普遍可达到0.03 mm，重复定位精度可达到0.01 mm。数控机床的传动系统和机床结构都具有很高的刚度和稳定性，制造精度也比普通机床高。当数控机床有3～5轴联动功能时，可加工各种复杂曲面，并能获得较高精度。由于按照数控程序自动加工，避免了人为的操作误差，因而同一批加工零件的尺寸一致性好，加工质量稳定。

（4）生产效率较高。零件加工时间由机动时间和辅助时间组成，数控机床加工的机动时间和辅助时间比普通机床明显减少。数控机床主轴转速范围和进给速度范围比普通机床大，主轴转速范围通常在10～6 000 r/min，高速切削加工时可达15 000 r/min，进给速度范围可达到10～12 m/min，高速切削加工进给速度甚至超过30 m/min，快速移动速度在30～60 m/min。主运动和进给运动一般为无级变速，每道工序都能选用最有利的切削用量，空行程时间明显减少。数控机床的主轴电动机和进给驱动电动机的驱动能力比同规格的普通机床大，机床的结构刚度高，有的数控机床能进行强力切削，有效地减少机动时间。

（5）具有刀具寿命管理功能。构成FMC和FMS的数控机床具有刀具寿命管理功能，可对每把刀的切削时间进行统计，当达到给定的刀具寿命时，自动换下磨损刀具，并换上备用刀具。

（6）具有通信功能。CNC一般都具有通信接口，可以实现上层计算机与CNC之间的通信，也可以实现几台CNC之间的数据通信，同时还可以直接对几台CNC进行控制。通信功能是实现DNC、FMC、FMS的必备条件。

3）车削中心

车削中心比数控车床工艺范围宽，工件一次安装，几乎能完成所有表面的加工，如内外圆表面、端面、沟槽、内外圆及端面上的螺旋槽、非回转轴心线上的轴向孔、径向孔等。

车削中心回转刀架上可安装如钻头、铣刀、铰刀、丝锥等回转刀具，它们由单独电动机驱动，也称自驱动刀具。在车削中心上用自驱动刀具对工件的加工分为两种情况，一种是主轴分度定位后固定，对工件进行钻、铣、攻螺纹等加工；另一种是主轴运动作为一个控制轴（C轴），C轴运动和x、z轴运动合成为进给运动，即三坐标联动，铣刀在工件表面上铣削各种形状的沟槽、凸台、平面等。在很多情况下，工件无须专门安排一道工序，单独进行钻、铣加工，消除了二次安装引起的同轴度误差，缩短了加工周期。

车削中心回转刀架通常可装12～16把刀具，这对无人看管的柔性加工来说，刀架上的刀具数是不够的。因此，有的车削中心装备有刀具库，刀具库有筒形或链形，刀具更换和存储系统位于机床一侧，刀具库和刀架间的刀具交换由机械手或专门机构进行。

现代车削中心工艺范围宽，加工柔性高，人工介入少，加工精度、生产效率和机床利用率都很高。

4）加工中心

加工中心通常是指镗铣加工中心，主要用于加工箱体及壳体类零件，工艺范围广。加工中心具有刀具库及自动换刀机构、回转工作台、交换工作台等，有的加工中心还具有可交换式主轴头或卧立式主轴。加工中心目前已成为一类广泛应用的自动化加工设备，它们可作为单机使用也可作为FMC、FMS中的单元加工设备。加工中心有立式和卧式两种基本形式，前者适合于平面形零件的单面加工，后者特别适合于大型箱体零件的多面加工。加工中心除了具有一般数控机床的特点外，它还具有其自身的特点。加工中心必须具有刀具库及刀具自动交换机构，其结构形式和布局是多种多样的。刀具库通常位于机床的侧面或顶部。刀具库远离工作主轴的优点是少受切屑液的污染，使操作者在调换库中刀具时免受伤害。FMC和FMS中的加工中心通常需要大量刀具，除了满足不同零件的加工外，还需要后备刀具，以实现在加工过程中实时更换破损刀具和磨损刀具，因而要求刀具库的容量较大。换刀机械手有单臂机械手和双臂机械手。布置的双臂机械手应用最普遍。

加工中心刀具的存取方式有顺序方式和随机方式，刀具随机存取是最主要的方式。随机存取就是在任何时候可以取用刀具库中任意一把刀，选刀次序是任意的，可以多次选取同一把刀，从主轴卸下的刀被允许放在不同于先前所在的刀座上，CNC可以记忆刀具所在的位置。采用顺序存取方式时，刀具严格按数控程序调用刀具的次序排列。程序开始时，刀具按照排列次序一个接着一个取用，用过的刀具仍放回原来的刀座上，以保持确定的顺序不变。正确地安放刀具是成功执行数控程序的基本条件。

加工中心的交换工作台和托盘交换装置配合使用，实现了工件的自动更换，从而缩短了消耗在更换工件上的辅助时间。