智能制造生產線技術及應用 教案 3-2 立式加工中心

XXXXX學院單元教學設計XXXX—XXX學年第X學期課程名稱：授課班級：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標題立式加工中心教學目的讓學生了解智能生產線加工設備構成，為后續(xù)產線的學習打下基礎。教學目標能力（技能）目標知識目標（1）能正確說出立式加工中心主要機械結構的特點及功能。（2）能熟練操作對刀。（3）能熟練操作立式加工中心和解決常見報警和故障。（1）掌握立式加工中心要機械結構的組成。（2）掌握立式加工中心的加工特點和工作原理。（3）掌握立式加工中心的操作面板上按鍵的含義。重點難點及解決方法重難點：數(shù)控基礎的編程解決方法：理論講解，通過多媒體等手段解讀任務，視頻教學，提示學生如何攻破討論的問題。在學習過程中，緊密結合課程上機、實驗或者實踐環(huán)節(jié)加深對立式加工中心編程的認識和理解。參考資料[1]程娜.立式加工中心操作指南[M].遼寧科學技術出版社,2014.[2]人力資源和社會保障部教材辦公室.加工中心操作工（FANUC系統(tǒng)）編程與操作實訓[M].中國勞動社會保障出版社,2015.[3]戰(zhàn)祥樂,趙戰(zhàn)峰.數(shù)控編程基礎應用教程[M].化學工業(yè)出版社,2015.[4]陳乃峰,孫淑敏,孫德志,石晨迪,王賀成.數(shù)控編程技術基礎[M].清華大學出版社,2022.[5]徐會蘭,孟憲磊.數(shù)控車削編程基礎與技能實訓[M].中國鐵道出版社,2022.單元教學設計第一部分：復習上次課主要內容第二部分：新課導入及學習新內容（時間：45分鐘理論）【步驟一】新課導入引導問題什么是立式加工中心？立式加工中心從主體上看，主要有哪幾部分組成？立式加工中心的操作面板由兩部分組成？請同學根據(jù)所學所識積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識的講授一、立式加工中心的作用（簡單介紹）立式加工中心（后面簡稱為加工中心）是一種功能較全的數(shù)控加工機床。它把銑削、鍵削、鉆削、攻螺紋和切削螺紋等功能集中在一臺設備上，使其具有多種工藝手段。加工中心設置有刀庫，刀庫中存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動選用和更換。加工中心是一種綜合加工能力較強的設備，工件一次裝夾后能完成較多的加工步驟，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設備的5?10倍，特別是它能完成許多普通設備不能完成的加工。加工中心對形狀較第雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產更為適用。特別是對于必需采用工裝和專機設備來保證產品質量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工裝和專機。這會為新產品的研制和改型換代節(jié)省大量的時間和費用，從而使企業(yè)具有較強的競爭能力。加工中心是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控銑床，它的最大特點是工序集中和自動化程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多次定位所產生的累計誤差，節(jié)省輔助時間，實現(xiàn)高質、高效加工。加工中心可完成鋒、銑、鉆、攻螺紋等工作，它與普通數(shù)控銑床的區(qū)別之處，主要在于它附有刀庫和自動換刀裝置。二、立式加工中心基本組成（一）基礎部件由床身、立柱和工作臺等大件組成。它們是加工中心的基礎結構。這些大件可以是鑄鐵件也可以是焊接的鋼結構件，它們要承受加工中心的靜載荷以及在加工時的切削負載，因此必須是剛度很高的部件，也是加工中心質量和體積最大的部件。（二）主軸部件由主軸伺服電源、主軸電機、主軸箱、主軸、主軸軸承和傳動軸等零件組成。主軸的啟動、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關鍵部件，其結構的好壞對加工中心的性能有很大的影響，它決定著加工中心的切削性能、動態(tài)風度、加工精度等。主軸內部刀具自動夾緊機構是自動刀具交換裝置的組成部分。（三）數(shù)控系統(tǒng)單臺加工中心的數(shù)控部分由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅動裝置以及電機等部分組成。CNC裝置根據(jù)它的包含功能、可控軸數(shù)、主運算器的性能等分成各種配置加工中心用的系統(tǒng)。它采用微處理機、存儲器、接口芯片等，通過軟件實現(xiàn)數(shù)控機床要求的各種功能?？删幊炭刂破魈娲话銠C床中機床電氣柜,執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)的指令，控制機床執(zhí)行動作。數(shù)控系統(tǒng)主要功能有：控制功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能和第二輔助功能、補償功能、字符圖形顯示功能、自診斷功能、通信功能、人機對話程序編制功能等。數(shù)控系統(tǒng)是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程的控制中心。（四）自動換刀系統(tǒng)該系統(tǒng)是加工中心區(qū)別于其他數(shù)控機床的典型裝置，它解決了工件一次裝夾后多工序連續(xù)加工，工序與工序間的刀具自動儲存、選擇、搬運和交換的任務。它由刀庫、機械手等部件組成。刀庫是存放加工過程所要使用的全部刀具的裝置。當需要換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令，由機械手（或通過別的方式）將刀具從刀庫中取出裝入軸孔中。刀庫有盤式、鼓式和鏈式等多種形式，容量從幾把到幾百把。機械手的結構根據(jù)刀庫與主軸的相對位置及結構的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉式和軌道式等。有的加工中心不用機械手而利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀，如圖3-16所示。（五）自動托盤交換系統(tǒng)有的加工中心為了實現(xiàn)進一步的無人化運行或縮短非切削時間，采用多個自動交換工作臺方式儲備工件。一個工件安裝在工作臺上加工的同時，另外一個或幾個可交換的工作臺面上還可以裝卸別的工件。當完成一個托盤上工件的加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可以減少輔助時間，提高加工效率。（六）輔助系統(tǒng)包括潤滑、冷卻、排屑、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不直接參與切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此也是加工中心中不可缺少的部分。二、工作原理加工中心的加工，首先要將被加工零件圖樣上的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經過數(shù)控系統(tǒng)的信息處理、分配，使各坐標軸移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。通常把加工中心上刀具運動軌跡是直線的加工，稱為直線插補；刀具運動軌跡是圓弧的，稱為圓弧插補。插補是指在被加工軌跡的起點和終點之間，插進許多中間點，進行數(shù)據(jù)點的細化工作，然后利用已知線型（如直線、圓弧等）逼近。加工中心的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控裝置、伺服驅動裝置、可編程序控制器和檢測裝置等。數(shù)控裝置是數(shù)控運動的中樞系統(tǒng)，其功能是能夠快速接受零件圖樣加工要求的信息，按照規(guī)定的控制算法進行插補運算，并將結果由輸出裝置送到各坐標控制伺服系統(tǒng)。伺服驅動裝置是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分，能快速響應數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅動機床各坐標軸運動，同時能提供足夠的功率和轉矩，它驅動主軸運動的控制單元、主軸電機，驅動進給運動的控制單元及進給電機。可編程序控制器（ProgrammableController,縮寫為PC）可對機床開關量控制，如主軸的啟停、刀具更換、切削液開關、電磁鐵的吸合、離合器的開合及各種運動的互鎖、聯(lián)鎖，運動行程的限位、暫停、報警、進給保持、循環(huán)啟動、程序停止、復位等。檢測裝置是采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是對數(shù)控機床各部件的實際位移和速度進行檢測，將檢測結果轉化為電信號反饋給數(shù)控裝置或伺服控制系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)或半閉環(huán)控制，從而自動完成零件的加工。立式加工中心加工特點①工序集中②加工精度高③適應性強④加工生產率高⑤經濟效益好⑥自動化程度高,勞動強度低⑦有利于生產的現(xiàn)代化管理⑧便于生產管理的現(xiàn)代化四、常見操作故障加工中心價格比較昂貴的精密設備，一旦發(fā)生故障，將會花費巨大財力，同時會增加零件的報廢率和長時間的停機，也會增加材料成本。因此，了解一些加工中心常見的故障知識是非常必要的，使設備能夠及時排查故障和修復，延遲加工中心的壽命：1、系統(tǒng)故障和隨機故障。2、診斷顯示故障和無診斷顯示故障。3、破壞性故障和非破壞性故障。4、硬件故障和軟件故障。安全操作規(guī)程安全是我們所有工作的基礎，也是生產的前提，對于生產加工來說，安全生產更是重中之重，如何加強安全生產工作，首先要求所有操作工牢固樹立安全加工的職責意識，充分認識安全加工的重要性，其次是如何加強及提升安全加工的管理，主要有以下幾點要求：1、加工中心的使用環(huán)境要避免陽光的直接照射和其他的熱輻射，要避免太潮濕或粉塵過多的場合，特別要避免有腐蝕性氣體的場合。2、加工中心的供電電壓應穩(wěn)定。3、加工中心的開機、關機順序，一定要按照設備使用說明書操作。4、在主軸啟動開始切削之前和程序運行中，一定要關好防護罩門。等等。五、單機操作詳細步驟請查看教材?！静襟E二】任務實施