数控加工中心的工作原理和结构介绍

数控加工中心简称加工中心，是指利用计算机数字化信号控制并配有刀库和自动换刀装置，在一次装夹工件后可实现多工序或全部工序加工的数控机床。

图1-8 加工中心的结构外形

一、加工中心的基本组成

与普通数控铣床相比，由于数控加工中心带有自备刀库和自动换刀装置，它能把铣削、镗削、钻削、攻螺纹等功能集中在一台设备上，同时它还具有多种辅助功能，如固定循环、刀具半径和长度补偿、刀具破损报警、刀具寿命管理、过载保护、丝杠螺距误差补偿、丝杠间隙补偿、故障自诊断、加工过程显示、在线检测及自动补偿等功能，使其自动化水平、效率及精度得到提高，因此，它是一种功能较全、加工精度较高的数控机床。加工中心的结构外形如图1-8所示。

二、加工中心的分类

加工中心是从数控铣床发展而来的，其自动化程度高于数控铣床。由于工具系统的发展使其工艺范围不断扩展，更大程度地实现了工件一次装夹后多表面、多工位的连续加工。

加工中心按其功能分类，可分为立式加工中心、卧式加工中心和复合式加工中心三种类型。

1.立式加工中心

其主轴与机床工作台垂直，工件装夹方便，加工时便于观察，但不便于排屑。采用固定式立柱结构，工作台不升降。主轴箱做上下运动，并通过立柱内的重锤平衡主轴箱的自重。由于受机床的结构所限，主轴中心线距立柱导轨面的距离不宜过大，因此，这种结构主要用于中、小尺寸的加工中心。立式加工中心适合加工板材类、壳体类工件，如图1-8所示。

2.卧式加工中心

其主轴与机床工作台面平行，加工时不便于观察，但排屑顺畅。一般配有数控回转工作台，便于加工工件的不同侧面。卧式加工中心适合加工箱体类零件和小型模具型腔，如图1-9所示。(www.xing528.com)

图1-9 卧式加工中心

图1-10 复合式加工中心工件加工部分的结构

3.复合式加工中心

它主要包括车铣复合加工中心、立式和卧式两轴加工中心。此类设备的出现，为提高复杂异型产品的加工效率和加工精度提供了一种有效解决方案。复合式加工中心一次装夹可加工多个表面，适用于复杂箱体和复杂曲面工件的加工，其工件加工部分的结构如图1-10所示。

三、加工中心的特点

随着现代制造技术的发展，为提高加工效率，“工序集中”便成为数控加工的首选，即在一台机床上经过一次装夹，可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻螺纹等多工序的集中加工，为此加工中心在现代制造业中得到了广泛的应用。

1）加工中心能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，可依次完成工件多个平面或多个角度位置的多工序加工，加工中心由于具有“工序集中”和“自动换刀”的特点，因而减少了工件的装夹、测量和机床调整的时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80%左右（一般机床仅达到20%左右），又可避免由重复装夹而带来的定位误差，同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，从而提高了生产率。

2）加工中心控制功能较多，机床运动可实现三轴或三轴以上（甚至可达十几个轴）联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工，加工中心除了具有直线插补和圆弧插补功能以外，还具有各种辅助机能，如加工固定循环、刀具半径及长度自动补偿、刀具破损报警、刀具寿命管理、过载超程自动保护、丝杠螺距误差及间隙的补偿、故障自动诊断、加工过程图形模拟显示、人机对话、离线编程等功能，这些对提高设备的加工效率，保证产品的加工精度和质量等都起到了保证作用。

3）加工中心既可以单机使用，也可以在计算机辅助控制下多台机同时使用，构成柔性生产线，还可以与工业机器人、立体仓库等组合成无人化工厂。随着现代制造业技术的发展，机械加工的工艺与装备在数字化的基础上正向智能化、信息化、网络化方向迈进。