智能制造生產(chǎn)線技術(shù)及應(yīng)用 教案 3-3 五軸加工中心

XXXXX學(xué)院?jiǎn)卧虒W(xué)設(shè)計(jì)XXXX—XXX學(xué)年第X學(xué)期課程名稱：授課班級(jí)：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標(biāo)題五軸加工中心教學(xué)目的讓學(xué)生了解智能生產(chǎn)線加工設(shè)備構(gòu)成，為后續(xù)產(chǎn)線的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)（1）能正確說(shuō)出五軸加工中心主要機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及功能。（2）能熟練操作對(duì)刀。（3）能熟練操作五軸加工中心和解決常見報(bào)警和故障。（1）掌握五軸加工中心要機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成。（2）掌握五軸加工中心的加工特點(diǎn)和工作原理。（3）掌握五軸加工中心的操作面板上按鍵的含義。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重難點(diǎn)：數(shù)控基礎(chǔ)的編程解決方法：理論講解，通過(guò)多媒體等手段解讀任務(wù)，視頻教學(xué)，提示學(xué)生如何攻破討論的問題。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，緊密結(jié)合課程上機(jī)、實(shí)驗(yàn)或者實(shí)踐環(huán)節(jié)加深對(duì)五軸加工中心編程的認(rèn)識(shí)和理解。參考資料楊軼峰.五軸數(shù)控系統(tǒng)加工編程與操作維護(hù)（基礎(chǔ)篇）[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2020.[2]詹華西,江潔,劉懷蘭.五軸聯(lián)動(dòng)加工中心操作與基礎(chǔ)編程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2018.[3]程娜.立式加工中心操作指南[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2014.[4]人力資源和社會(huì)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(shí)訓(xùn)[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2015.[5]戰(zhàn)祥樂,趙戰(zhàn)峰.數(shù)控編程基礎(chǔ)應(yīng)用教程[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2015.單元教學(xué)設(shè)計(jì)第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容第二部分：新課導(dǎo)入及學(xué)習(xí)新內(nèi)容（時(shí)間：45分鐘理論）【步驟一】新課導(dǎo)入引導(dǎo)問題什么是五軸加工中心？五軸加工中心從主體上看，主要有哪幾部分組成？五軸和立式加工中心的區(qū)別？請(qǐng)同學(xué)根據(jù)所學(xué)所識(shí)積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識(shí)的講授一、五軸加工中心的作用（簡(jiǎn)單介紹）裝備制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)的基礎(chǔ)，是新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)重要的手段，是一個(gè)國(guó)家重要的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，即使是發(fā)達(dá)工業(yè)化國(guó)家也很重視。近年來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要對(duì)高檔的數(shù)控機(jī)床提出了迫切的、大量的需求。機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的象征，而代表機(jī)床制造業(yè)最高水平的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，從某種意義上說(shuō)，它反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床對(duì)一個(gè)國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等加工的重要手段，所以每當(dāng)人們?cè)谠O(shè)計(jì)、研制復(fù)雜曲面遇到無(wú)法解決的難題時(shí)，往往轉(zhuǎn)向于求助五軸數(shù)控系統(tǒng)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床操作復(fù)雜，價(jià)格昂貴，NC程序制作較難，使五軸系統(tǒng)的應(yīng)用推廣難以快速展開。但是，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)取得了突破性發(fā)展，中國(guó)多家數(shù)控企業(yè)紛紛推出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，打破了外國(guó)的技術(shù)封鎖，占領(lǐng)了這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)，大大降低了其應(yīng)用成本，從而使中國(guó)裝備制造業(yè)迎來(lái)了一個(gè)嶄新的時(shí)代。以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展對(duì)裝備制造業(yè)注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力，同時(shí)也對(duì)它提出更高要求，更加突出了機(jī)械裝備制造業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化載體在推動(dòng)整個(gè)社會(huì)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)中無(wú)可替代的基礎(chǔ)作用。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和技術(shù)升級(jí)的原動(dòng)力，以五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)為標(biāo)志的機(jī)械裝備制造業(yè)將伴隨著高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而共同進(jìn)步。二、五軸加工中心基本組成（一）工作臺(tái)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸式，設(shè)置在床身上的工作臺(tái)可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30°～-720°。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸都是360°回轉(zhuǎn)。這樣通過(guò)A軸與C軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工軸。A軸和C軸最小分度值一般為0.001°，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與X、Y、Z三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面，當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90°時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來(lái)很大的承載力矩。（二）進(jìn)給系統(tǒng)三軸進(jìn)給均采用伺服電機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器與滾珠絲杠直聯(lián)帶動(dòng)床鞍、滑移臺(tái)和主軸箱體，實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)方向的進(jìn)給。（三）主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)是由臺(tái)灣專業(yè)生產(chǎn)廠家配套的套筒主軸，選用高精度主軸專用軸承，主軸系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。主電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與主軸直接聯(lián)接完成主傳動(dòng)系統(tǒng)。（四）潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)采用自動(dòng)定時(shí)、定量集中供油潤(rùn)滑系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)、性能可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、安裝方便。潤(rùn)滑系統(tǒng)在自動(dòng)供油泵和節(jié)流分配器中都設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，從而保證了各潤(rùn)滑點(diǎn)潤(rùn)滑油的質(zhì)量和管路的暢通；整個(gè)系統(tǒng)以壓力供油，其各處潤(rùn)滑的分配不隨溫度和粘度的變化而變化，只與節(jié)流分配器的流量系數(shù)有關(guān)，各潤(rùn)滑點(diǎn)均能得到充分的潤(rùn)滑。二、工作原理在數(shù)控加工零件時(shí)，首先將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，根據(jù)零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、刀具參數(shù)，再按數(shù)控機(jī)床規(guī)定采用的代碼和程序格式，將與加工零件有關(guān)的信息如工件的尺寸、刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡、切削參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率、背吃刀量）以及輔助操作（換刀、主軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向）等編制成數(shù)控加工程序，然后將程序代碼輸入到機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)由加工程序輸入工具、譯碼器、數(shù)據(jù)處理器、處理軟件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和脈沖電流輸出工具等組成。加工程序用輸入工具輸入到數(shù)控系統(tǒng)，由譯碼器翻譯成處理系統(tǒng)能識(shí)別的數(shù)據(jù)，經(jīng)軟件分析計(jì)算變成智能加工數(shù)據(jù)，存放在存儲(chǔ)器中。加工時(shí)用輸出工具將加工數(shù)據(jù)變成脈沖電流，輸送給各個(gè)控制軸方向的伺服電動(dòng)機(jī)和主軸伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成切削主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。測(cè)量裝置隨時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)際主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與加工程序所要求的運(yùn)動(dòng)量之間的誤差，并反饋到數(shù)控系統(tǒng)，及時(shí)修正伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而精確控制刀具和工件之間的切削運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切削，使平時(shí)由半人工操作的金屬切削變成了用程序控制的切削，這就是數(shù)控加工的原理。立式加工中心加工特點(diǎn)五軸數(shù)控加工中一臺(tái)機(jī)床至少有五個(gè)坐標(biāo)軸，可在計(jì)算機(jī)控制下聯(lián)合工作，具有以下特點(diǎn)。（一）可以加工一般三軸數(shù)控機(jī)床不能加工或很難在一次裝夾完成加工的連續(xù)、平滑的自由曲面，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)的葉片、螺旋推進(jìn)器等。如采用三軸數(shù)控機(jī)床加工，由于其刀具相對(duì)于工件的姿態(tài)在加工過(guò)程中不能改變，加工某些復(fù)雜曲面時(shí)，就可能產(chǎn)生干涉和欠加工。而用五軸加工由于刀具的軸線可隨時(shí)調(diào)整，避免刀具與工件的干涉，并能一次裝夾完成全部加工。（二）可以提高空間自由曲面的加工精度、質(zhì)量和效率。例如三軸加工復(fù)雜曲面時(shí)，多采用球頭銑刀，球頭銑刀是以點(diǎn)接觸，切削效率低，刀具/工件姿態(tài)在加工過(guò)程不能調(diào)整，一般很難保證用球頭上的最佳切削點(diǎn)（即球頭上線速度最高點(diǎn)）進(jìn)行切削。如果采用五軸機(jī)床加工，由于刀具/工件姿態(tài)在加工過(guò)程隨時(shí)調(diào)整，可獲得更高的切削速度、切削效率和切削質(zhì)量。（三）符合工件一次裝夾便可完成全部或大部分加工的機(jī)床特點(diǎn)。當(dāng)前，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，現(xiàn)代產(chǎn)品中不僅航空、航天產(chǎn)品和運(yùn)載工具，而且包括精密儀器、儀表、運(yùn)動(dòng)器械等產(chǎn)品的零件，都愈來(lái)愈多地采用整體材料銑成，而且上面還有許多各式各樣的復(fù)雜曲面和斜孔，如果采用三軸加工，必須經(jīng)過(guò)多次定位安裝才能完成，而采用五軸加工可一次裝夾完成大部分工作。四、常見操作故障五軸加工中心加工技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于模具制造業(yè)、機(jī)械制造、綠色制造、智能制造等“中國(guó)制造2025”的大環(huán)境中。在社會(huì)生產(chǎn)過(guò)程中，如果要制造出精度較高的部件，除了要擁有較為先進(jìn)精度較高的數(shù)控設(shè)備外，還必須擁有技能技術(shù)較好、高素質(zhì)的數(shù)控操作工。數(shù)控車床和加工中心的操作基本相同，故本章節(jié)不在介紹加工中心的操作面板。因此本章節(jié)主要介紹設(shè)備的操作規(guī)程、日常故障以及操作流程。1、冷卻液不能流出故障原因分析：①冷卻泵吸入口是否完全插入冷卻液中；②切削盤過(guò)濾器和泵吸入過(guò)濾器有無(wú)堵塞；③冷卻泵電機(jī)是否工作；④在控制板上，冷卻泵電機(jī)熱繼電器接線是否脫落。2、主軸箱異常溫升故障原因分析：①主軸箱內(nèi)部潤(rùn)滑不好；②主軸軸承預(yù)緊力設(shè)置不適當(dāng)。3、X軸、Y軸和Z軸零點(diǎn)消失故障原因分析：①零點(diǎn)開關(guān)松動(dòng)；②零點(diǎn)開關(guān)線路斷開或輸入信號(hào)源故障。4、三軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)聲音異常故障原因分析：①軸承有故障；②絲杠與螺母有松動(dòng)。等等。安全操作規(guī)程1、操作者使用機(jī)床時(shí)，要穿好勞動(dòng)工作服，并袖口扎緊，扭好紐扣。嚴(yán)禁穿寬松外衣，留長(zhǎng)發(fā)，以避免事故的發(fā)生。女同志要戴防護(hù)帽；操作時(shí)，嚴(yán)禁戴手套，以防將手卷入旋轉(zhuǎn)刀具和工件之間。2、在未采用特殊的安全防護(hù)措施下，本機(jī)床嚴(yán)禁加工易燃、易爆和重度污染的工件。3、機(jī)床加工粉塵較大的材料時(shí)，應(yīng)安裝除塵裝置，防止污染環(huán)境、危害機(jī)床及操作者健康。4、機(jī)床工作過(guò)程中，要遠(yuǎn)離移動(dòng)部件。工作結(jié)束后，必須切斷機(jī)床電源，避免無(wú)人照顧時(shí)有火災(zāi)的危險(xiǎn)。等等。五、單機(jī)操作詳細(xì)步驟請(qǐng)查看教