加工模具和产品零件的区别

4.1.1　加工中心概述

1.加工中心的概念

加工中心（Machining Center，MC），是从数控铣床发展而来，由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。加工中心和数控铣床本质的区别在于加工中心具有刀具自动交换功能，而数控铣床不具备。由于具有自动换刀功能，加工中心可通过在刀库上安装不同用途的刀具，在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。加工中心所具有的这些丰富的功能，决定了加工中心程序编制的复杂性。

加工中心所配置的数控系统各有不同，各种数控系统程序编制的内容和格式也不尽相同，但是程序编制方法和使用过程是基本相同的。以下所述内容，均以配置FANUC 0i数控系统的XH714加工中心为例展开讨论。

2.加工中心的主要功能及加工对象

加工中心能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外，还具有各种加工固定循环、刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿、加工过程图形显示、人机对话、故障自动诊断、离线编程等功能。

加工中心是一种工艺范围较广的数控加工机床，能进行铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作。加工中心加工工艺范围如图4-1至图4-4所示。

加工中心适宜于加工形状复杂、加工内容多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多的工艺装备，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。主要的加工对象有下列几种。

图4-1　铣削加工

图4-2　钻削加工

图4-3　螺纹加工

图4-4　镗削加工

（1）结构形状复杂难加工的零件

主要表面是由复杂曲线、曲面组成的零件，加工时需要多坐标联动加工。常见的典型零件有以下几类。

①凸轮类。作为机械式信息储存与传递的基本元件，被广泛地应用于各种自动机械中，这类零件有各种曲线的盘形凸轮、圆柱凸轮、圆锥凸轮和端面凸轮等，加工时，可根据凸轮表面的复杂程度，选用三轴、四轴或五轴联动的加工中心（X、Y、Z、A、B）。

②整体叶轮类。整体叶轮常见于航空发动机的压气机，单螺杆空气压缩机，制氧设备的膨胀机，船舶水下推进器等，它除具有一般曲面加工的特点外，还存在许多特殊的加工难点，如通道狭窄，极易产生刀具对邻近曲面和加工表面的干涉。

③模具类。常见的模具有注塑模具、橡胶模具、锻压模具、压力铸造模具、精密铸造模具、真空成形吸塑模具等。采用加工中心加工模具，由于工序高度集中，动模、静模等关键件的精加工基本上是在一次安装中完成全部机加工内容，尺寸累积误差及修配工作量小。同时，模具的可复制性强，互换性好。

（2）既有平面又有孔系的零件

加工中心带有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、镗削、铰削、铣削及攻螺纹等多工步加工。加工的部位可以在一个平面上，也可以在不同的平面上。五面体加工中心一次安装可以完成除装夹面以外的五个面的加工。因此，既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，这类零件常见的有箱体类零件和盘、套、板类零件。

①箱体类零件。箱体类零件很多，一般是指具有一个以上孔系，内部有一定形腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机械行业、汽车、飞机制造等各个行业用得较多，如汽车的发动机缸体、变速箱体；机床的床头箱、主轴箱；柴油机缸体、齿轮泵壳体等。

箱体类零件一般都要进行多工位孔系及平面加工，精度要求较高，特别是形状精度和位置精度要求较严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪、攻螺纹等工步，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，精度不易保证。在加工中心上一次安装可完成普通机床的60%～95%的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时节省费用，生产周期短。

②盘、套、板类零件。这类零件端面上有平面、曲面和孔系，径向也常分布一些径向孔。加工部位集中在单一端面上的盘、套、板类零件宜选择立式加工中心，加工部位不是位于同一方向表面上的零件宜选择卧式加工中心。

（3）异形件

异形件是外形不规则的零件，如支架、支承架、水泵体、各种样板和靠模等，大多要点、线、面多工位混合加工。由于外形不规则，刚性一般较差，夹压变形难以控制，加工精度也难以保证，在普通机床上只能采取工序分散的原则加工，需用工装较多，周期较长。利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，可以完成大部分甚至全部工序内容。

3.加工中心的分类

加工中心从外观上可分为立式、卧式和复合加工中心等。

立式加工中心的主轴垂直于工作台，主要适用于加工板材类、壳体类工件，也可用于模具加工，如图4-5所示。

图4-5　立式加工中心

卧式加工中心的主轴轴线与工作台台面平行，它的工作台大多为由伺服电动机控制的数控回转台，在工件一次装夹中，通过工作台旋转可实现多个加工面的加工，适用于箱体类工件加工，如图4-6所示。

图4-6　卧式加工中心

复合加工中心主要是指在一台加工中心上具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹中后能实现除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工，也叫五面体加工中心。常见五面体加工中心有两种：一种是主轴可90°改变角度，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，如图4-7所示。

图4-7　复合加工中心