加工中心结构详解

1.加工中心的组成结构

虽然加工中心外形结构各异，但从总体来看，主要由以下几大部分组成。

（1）基础部件

基础部件由床身、立柱和工作台等组成，是加工中心的基础结构，主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，必须要有足够的刚度。这些部件一般是铸铁件或是焊接而成的钢结构件，往往是加工中心中体积和重量最大的部件。

（2）主轴部件

主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启停和变转速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的主要功率输出部件。

（3）数控系统

加工中心的数控部分是由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。

（4）自动换刀系统

它由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手（或通过其他方式）将刀具从刀库内取出并装入主轴孔中。

（5）辅助装置

包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。

2.加工中心的分类

（1）按照机床形态分类

加工中心可分为卧式、立式、龙门式和万能加工中心等几类。

1）卧式加工中心 指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，通常都带有可进行分度回转运动的分度工作台。卧式加工中心一般具有3～5个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标（沿X、Y、Z轴方向）加一个回转运动坐标（回转工作台）。卧式加工中心能够使工件在一次装夹后，完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合箱体类工件的加工。

卧式加工中心有多种形式，如固定立柱式或固定工作台式。固定立柱式的卧式加工中心的立柱固定不动，主轴箱沿立柱做上下运动，而工作台可在水平面内做前后、左右两个方向的移动；固定工作台式的卧式加工中心，其安装工件的工作台是固定不动的（不做直线运动），沿坐标轴三个方向的直线运动由主轴箱和立柱的移动来实现。

卧式加工中心的结构复杂、占地面积大、重量大、价格也较高。

2）立式加工中心 指主轴轴线为垂直状态设置的加工中心。其结构形式一般为固定立柱式，工作台为长方形无分度回转功能，适合加工盘类零件。它具有三个直线运动坐标，并可在工作台上安装一个水平轴的数控转台，用以加工螺旋线类零件。

立式加工中心的结构简单、点地面积小、价格低。

图2-58 JCS-018A型立式加工中心

1—进给伺服电动机 2—换刀机械手 3—数控柜 4—刀库 5—主轴箱 6—操作面板 7—驱动电源柜 8—工作台装置 9—滑枕 10—床身

如图2-58所示为JCS-018A型立式加工中心。它是一台具有自动换刀装置的小型数控立式镗铣床，适合于小型板类、盘类、壳体类、模具等零件的多品种小批量加工，选用FANUC-BESK 6ME数控系统为其控制系统。

图2-58中，床身10顶面的横向导轨支承着滑枕9，滑枕沿床身导轨的运动为Y轴。工作台8沿滑座导轨的纵向运动为X轴。5是主轴箱，主轴箱沿立柱导轨的上下移动为Z轴。1为X轴的直流伺服电动机。2是换刀机械手，它位于主轴和刀库之间。4是盘式刀库，能储存16把刀具。3是数控柜，7是驱动电源柜，它们分别位于机床立柱的左右两侧。(www.xing528.com)

机床的控制柜、数控柜、润滑装置都安装在立柱和床身上，减少了占地面积，同时也简化了搬运和安装。机床的操作面板6集中安置在机床的右前方，操作方便。

该机床的主要技术参数如下：

工作台外形尺寸（工作面）：1200（1000）mm×450（320）mm；

工作台T形槽宽×槽数：18mm×3；

工作台左右行程（X轴）：750mm；

工作台前后行程（Y轴）：400mm。

3）龙门式加工中心 龙门式加工中心形状与龙门铣床相似，主轴多为垂直设置，带有自动换刀装置，带有可更换的主轴头附件。数控装置的软件功能也较齐全，能够一机多用，尤其适用于大型或形状复杂的工件，如航天工业及大型汽轮机上的某些零件的加工。

4）万能加工中心 有些加工中心具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后，能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，也叫五面加工中心。常见的五面加工中心有两种形式，一种是主轴可以旋转90°，既可以像立式加工中心那样工作，也可以像卧式加工中心那样工作；另一种是主轴不改变方向，而工作台可以带着工件旋转90°，完成对工件五个表面的加工。

这种加工方式可以使工件的形位误差降到最低，省去了二次装夹的工装，从而提高生产率，降低加工成本。但是由于五面加工中心存在着结构复杂、造价高、占地面积大等缺点，所以它的使用和生产在数量上远不如其他类型的加工中心。

（2）按换刀形式分

带刀库、机械手换刀加工中心：换旧刀和装新刀能够同时进行，节省换刀时间。机械手换刀通常由抓刀、拔刀、回转、插刀、返回等过程完成。

无机械手换刀加工中心：如图2-59和图2-60所示，这种换刀方式是通过刀库和机床主轴的相对运动实现刀具的交换。换刀时，首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个过程不可能同时进行，换刀时间较长。

图2-59 无机械手换刀

1—工件 2—主轴箱 3—主轴 4—刀具 5—刀库

图2-60 更换主轴换刀

转塔刀库加工中心：通常在转塔的各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具，当发出换刀指令时，各主轴头依次转到加工位置，并接通主运动，使相应的主轴带动刀具旋转，而其他处于不加工位置的主轴都与主运动脱开。

（3）按其他方式分类

按其加工工序分，加工中心可分为镗铣加工中心、钻削加工中心和复合加工中心三大类；按控制轴数分，加工中心可分为三轴、四轴和五轴加工中心。

①镗铣加工中心。一般有立式、卧式镗铣加工中心和龙门式加工中心等种类，以镗铣为主，适用于加工箱体、壳体以及各种复杂零件的特殊曲线和曲面轮廓的多工序加工，多用于多品种、小批量的生产方式。

②钻削加工中心。它以钻削为主，刀库形式以转塔头形式为主，适用于中小零件的钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹及连续轮廓铣削等多工序加工。

③复合加工中心。它主要指五轴复合加工，可自动回转主轴头，进行立卧加工。在主轴自动回转后，在水平和垂直面实现刀具自动交换。