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CNC系统方案提高加工中心生产效率
图1Chiron双轴加工设备通过采用圆型回转工作台，可以成倍提高并行于生产的装载工作的效率　　　　在大批量切削加工中，只需数秒加工的小工件却能够决定用户向何种机床设备投资。采用CNC系统解决方案的加工中心可以实现极短的加工周期，降低能耗并提高设备的利用率。　　　　在典型的24&7作业中，微小的加工时间缩短也可以极大提高生产效率。因此在大批量切削加工中，即使是数秒加工完毕的小工件也可以决定用户投资和采用何种机床设备。对此，ChironwerkeGmbH&Co.KG采用了双轴加工中心：最小切削间距为1.9s，快速进刀达到90m/min。这是目前最好的设备型号。通过采用Rexroth公司的IndramotionMTX系统方案，这家位于施瓦本地区的设备制造厂家实现了在其DZ12和DZ18型加工中心上的自动化作业。　　　　更高的生产效率更短的加工周期　　　　工件数量迅速上涨：在汽车行业尤其急迫需要通过缩短加工周期来极大提高生产效率。Chiron双轴加工设备可以满足这种要求，这是因为通过采用圆形旋转工作台可以实现与生产同步的上料作业，由此可以成倍提高加工中心的加工量。Chiron双轴加工设备以三轴刀具和立式机架行走工作台原理为基础，可以达到极高的加工精度，而不受工件重量的影响。设备采用简单而结实的铸矿基座，达到很高的刚性和很高的热稳定性。　　　　在DZ12和DZ18型加工中心上，设备制造厂商现在也采用了Rexroth公司的IndramotionMTX系统方案，以提高设备性能。它通过三个独立NC通道，最大可以调控64根轴，由此可以满足高效的五轴双丝杆加工中心的特殊要求。典型的NC成套准备时间小于1ms，而CNC内插补时间为0.25～1ms。针对设备辅助动作的依据IEC61131-3的SPS功能和可视化功能也有助于快速加工作业：它可以在0.06s内处理1000条指令，降低无效的辅助时间。据Chiron公司介绍，DZ12型机床最大可拥有177个刀具位，DZ18型机床则最大可拥有195个刀具位。因此，快速的SPS有助于极大缩短换装时的辅助时间。换刀时间最低为0.9s，工件更换时间最低为2.0s。　　　　在新技术研发方面，设备制造厂商对设备及其功能进行持续的模拟，从而加速设计进程。对此，研发人员采用最新的硬件和软件。MTX系统拥有一些优势。包含在系统内的贯穿式设计环境Indraworks结合了所有可编写参数、进行编程和对控制系统及所有驱动装置进行诊断的工具。由于采用了不同设备规格的模块化方案，这家施瓦本设备制造厂商即可极大简化其贯穿式设计流程。软件工程师只需作一次编程，即可通过操作鼠标，把程序或部分程序简单地复制到其他设备上。　　　　分析工具测量每个NC组的实际工作能耗　　　　集成在控制系统内的针对MTXcta/ega循环时间的分析工具可以向编程人员提供有关每个NC动作持续时间等重要信息。机床厂的工程师们把所识别的优化潜力转化为更短的节奏时间。软件以0.1ms的分辨率在线测量每个NC组在真实工作中的动作持续时间和相应能耗。从图表中可以看出，在优化动作导向方面仍具很大的潜力。通过对花键和摩擦动作的有效利用，编程人员可以实现更加均匀的动作导向并缩短动作时间。这在多年里只加工一种特定部件的高速生产设备上尤为有利。　　　　除了诸如M功能等的标准循环之外，创新型设备功能还可以通过控制系统的NC芯部得以简便实施。例如深镗孔：在常规的加工条件下会生成很多不利的长切屑。通过Chiron在MTX上所实现的振动叠加技术，刀片可以在加工过程中直接破断切屑，并且可以更快速地把切屑从钻孔中排出。其结果是整体加工的进给速度更高，循环时间更短。　　图2凭借图形对MTX控制系统的操作可以简化操作入门　　　　另一个不同于其他厂家控制系统的重要区别在于：现代化的图形操作界面恰好迎合年轻的服务人员和操作人员的需求，减轻入门的难度。对于制造厂商和用户来说，采用完全敞开式的控制系统可以使控制结构更加透明，并可降低操作的复杂程度。　　　　除了加工周期之外，对于用户来说，能耗问题也是一个影响采购决策的日趋重要的问题。四个Rexroth4EE杠杆要素（针对能源效益）可以向设备制造厂商提供一种跨越所有驱动和控制系统的通用型系统，在相同的生产效率下，至少可以极大降低能耗。　　　　四个能源效益杠杆要素是：　　　　（1）功效最佳的元件；　　　　（2）适应需求的能源供应；　　　　（3）能源回收；　　　　（4）能源系统设计。　　　　由此可以有系统地充分利用能源潜力。在Chiron双轴加工设备上采用能源安全串接备用模式，则可降低不必要的能耗。操作人员可以在显示屏上定义出哪些设备依据停机时间或循环特征进入备用模式，何时再重新开启。　　　　此外，DZ型系列机床还利用Indradrive模块化伺服电机的反馈技术方案；它可以在轴延迟时使相应电机进入作业状态，并向中间电路馈电（中间电路可以向其他联合电机供电），或者向电网馈电。　　　　获得认证的&SafetyonBoard&传动智能安全技术也属于智能驱动的众多功能之一。直接集成在电机上的安全功能可以在不到2s的时间内作出反应。对于设备制造厂商来说，电机安全停机的很大的优点在于安全在控制系统里无需依托大的功能块，这可缩短整体设计过程并给用户带来提高产量的好处。　　　　内置安全功能缩短停机时间　　　　在采用&SafetyonBoard&安全功能时，操作人员只需激活相应轴的安全功能即可，而机器设备仍维持在开机状态不变。只要在进入设备里且门被关闭之后，加工中心立即继续运行和生产。通过采用&SafetyonBoard&，可实现关断、急停、安全门阻止、速度限制、位置监控和安全通信等安全功能。　　　　通过在电机上集成安全技术装备，可以达到较短的加工周期、较低的能耗和较短的停机时间：Chiron双轴加工中心和Indramotion-MTX系统方案可以通过提高生产效率，来说服需要快速提高产量的用户。
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提高加工中心生产效率及质量的途径研究
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提升加工中心的生产效率
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虽然说对于一个工厂或车间来讲，生产效率的提升是一个系统工程，绝不是提升某单台设备的效率那末简单。但是，像加工中心这样的关键设备通常在车间中承担主要加工任务，因其价格比较昂贵，拥有的数量相对就比较少，往往负荷较重，成为整个生产链中的“瓶颈”。提升这些“瓶颈”的生产效率则能有效地提升整个车间的生产效率。以瑞士GF阿奇夏米尔的MIKRONHPM600HD为例，它主要可在以下几个环节节省加工时间、提高加工效率并缩减生产费
虽然说对于一个工厂或车间来讲，生产效率的提升是一个系统工程，绝不是提升某单台设备的效率那末简单。但是，像加工中心这样的关键设备通常在车间中承担主要加工任务，因其价格比较昂贵，拥有的数量相对就比较少，往往负荷较重，成为整个生产链中的“瓶颈”。提升这些“瓶颈”的生产效率则能有效地提升整个车间的生产效率。以瑞士GF阿奇夏米尔的MIKRON HPM 600 HD为例，它主要可在以下几个环节节省加工时间、提高加工效率并缩减生产费用。减少了生产中断时间：MIKRON HPM 600 HD有多种自动化选件，其MIKRON 托盘库可与多家著名厂商的机械手装置相连接。MIKRON的可选自动化解决方案使得机床可进行24小时连续加工。这种配置使得生产停顿时间大幅减少，从而提高了投入产出率。 极短的换刀时间：由于采用了双臂换刀装置，MIKRON HPM 600 HD换刀时间可减少到1秒。且为客户提供了两种集成刀库的选择：标准的30刀位的刀库和扩展的60刀位的刀库。用户的全部费用：最新的转速为15000转/分至20000转/分的Step-Tec直列电主轴的广受青睐源于其易于维护的设计。直列电主轴意味着驱动模块和主轴模块是分开的配件组合。因此，可以单独且经济地更换主轴模块，而驱动模块则不会受影响。对复合陶瓷轴承进行连续油雾冷却保证了主轴模块的寿命。操作简单易学：两扇高及腰际的轻型门可由操作人员轻松打开，从而能够自由接近工作区。通过大面积玻璃窗可清晰地观察整个过程。无论MIKRON HPM配备何种选件，都可以实现完美的可接近性。使用新型HPM 600 HD所配备的“智能加工”模块能帮助操作者简单有效的控制加工精度、经济有效性和工作流程。总之，加工中心的效率提升主要是机加工时间和辅助时间两大块，机加工时间是由加工路径、刀具性能、机床主轴性能和进给轴的动态性能等因素决定的；而辅助时间方面，自动化系统会是一个很好的解决方案。一直以来，GF阿奇夏米尔的工程师都在以上两个方面投入了大量的精力和时间，以求为我们的客户提供最为经济高效的产品。
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&&& 目前，处理器性能的主要衡量指标是时钟频率。绝大多数的集成电路 （IC） 设计都基于同《机械制造工艺学》复习重点_百度文库
《机械制造工艺学》复习重点
1. 机械加工工艺过程由若干个工序组成，每一个工序分为安装、工位、工步、走刀。 2.
工序：一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。 3.
安装：在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那一部分工序内容称为一个安装。
工位：在工件的一次安装中通过分度（或位移）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内容称为工位。
工步：加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容称为一个工步。 6. 走刀：切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。
7. 在机械加工中完成一个工件一道工序所需的时间称为基本时间。
8. 生产纲领：计划期内，包括备品率和废品率在内的产量称为生产纲领。
9. 生产批量：指一次投入或产出的同一产品或零件的数量。
10. 生产类型可按大量生产、成批生产、单件生11.
工件在机床或夹具中的装夹方法有三种： 直接找正装夹（比较经济，定位精度不易保证，生产率低，仅适用于单件小批量生产）；划线找正装夹（生产效率低，精度不高，适小批生产中的复杂铸件或铸件精度较低的粗加工工序）；
夹具装夹（生产率高，易于保证加工精度要方便，效率高，适用于大批量生产，形状复杂件）。 12.
六点定位原理：采用六个按一定规则布置的约束点来限制工件的六个自由度，实现完全定位。
13. 完全定位：工件的六个自由度被完全限制的14. 不完全定位：允许少于六点的定位，都是合 15. 欠定位：工件应限制的自由度未被限制的定际生产中是绝对不允许的。
过定位：工件一个自由度同时被两个或两个点重复限制的定位，一般来说也不合理。
用一个短V形块定位可以限制工件2个移动自由度。两个短V形块或长V形块限制2个移动、2个转动。短圆柱销限制2个移动。长圆柱销限制2个移动、2个转动。一个矩形支承板限制1个移动、2个转动。一个条形支承板限制1个移动、1个转动。一个支承钉限制1个移动。采用大端面和短销组合定位限制5个。
18. 基准：可分为设计基准和工艺基准（工序基基准、测量基准和装配基准） 19.
粗基准的选择原则：
求的原则。应以不加工面为粗基准。
2）保证加工面加工余量合理分配的原则。应选择该表面的毛坯面为粗基准。 3）便于工件装夹原则。
4）基准一般不得重复使用的原则。 精基准的选择原则：
准不重合误差。 2）基准统一原则，在生产线上使用统一基准使各工序定位简单一致。
3）互为基准原则，提高加工表面间的相互位置精度。
4）自为基准原则，使加工余量均匀、提高精度。
5）便于装夹原则。 20. 机械加工工艺规程：是规定产品或零部件机方法等的工艺文件。21.
机械加工工艺规程步骤：图纸分析；工艺审工艺路线；确定满足各工序要求的工艺装备；确定各主要工序的技术要求和检验方法；确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差；确定切削用量；确定时间定额；填写工艺文件。 22.
机械加工工艺规程的作用：
夹具、辅具；是生产计划、调度工人操作和质量检验等的依据；
车间厂房的设计依据。
机械加工工艺规程设计原则：好（可靠保证图纸和所有技术条件的实现）；快（满足生产纲领的要求，劳动生产率高）；省（加工成本低）；轻（劳动条件好，劳动强度低）。24. 时间定额：是指在一定生产条件下，规定生成一道工序所需消耗时间。25. 工艺顺序的安排原则：先面后孔；先主后次；先粗后精；先基准后其他。
工序集中：工序集中就是将工件的加工集中内完成。每道工序的加工内容较多。高效的自动化机床（主要是加工中心）
工序分散：将工艺路线中的工步内容分散在更多的工序中去完成，因而每道工序的工步少，工艺路线长。主要有传统的流水线、自动线、组合机床、大批量生产。
28. 加工余量：指毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。
入体原则：对被包容尺寸（轴的外径、实体大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差为零。对包容尺寸（孔的直径、槽的宽度）其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为零。毛坯尺寸公差按双向对称偏差形式标注。
30. 确定加工余量的方法有：计算法；查表法；31.
工序余量的影响因素：上工序的尺寸公差;上工序产生的表面粗糙度；上工序留下的空间误差ea；本工序的装夹误差εb。
机床夹具基本组成：定位元件；刀具导向元元件；夹具体；其他元件或装置。 33.
夹具的功能：保证加工质量；提高生产效率，；扩大机床加工范围；减轻工人劳动强度，保证安全生产。 34. 装夹分为两个步骤：定位和夹紧
35. 具、可调整夹具和成组夹具、组合夹具、随行夹具。 36.
夹具上常用的定位元件（特点P261）：固定辅参与工位作用）、心轴、定位销、套筒或卡盘、V型块。
一面两孔定位中，定位元件为什么采用短圆个短圆柱销和一个短削边销？削边应从哪个方向削？答：当采用两个圆柱销与两个定位孔配合时，两销在连心线方向限制的自由度发生重复，发生过定位，可能妨碍部分工件的装入，所以在设计制造两销时，将一个销的直径进行削边，以补偿孔销间中心距误差，使工件满足装卸条件，同时又不增大转角误差，所以削边应在两销连心线方向进行。
定位误差：由于工件在夹具上（或机床上）起的加工误差。包括基准不重合误差和基准位移误差。P268
39. 在采用调整法加工时，定位误差实质：工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 40. 工件夹紧力三要素：大小、方向、作用点。 41.
主要夹紧力方向应切削力、工件重力方向一致；工件变形尽可能小。作用点：应正对支承元件或位于支承元件形成的支承面内；避免支承反力与夹紧力构成力偶；夹紧力应作用在刚度较好部位，以减少工件的加紧变形；夹紧力作用点应尽可能靠近加工表面，以减少切削力对工件造成的翻转力矩。大小：根据切削力F(刀具课讲)按静力平衡求得；根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算
常用夹紧机构：斜楔夹紧机构：斜楔夹紧的1）结构简单，但操作不方便。
2）有增力作用，扩力比 i = FW / FQ ； 3）夹紧行程小, tanα= h/s=tan6°=0.1 ，故 h 远小于 s ； 4）能实现自锁。
其自锁条件为：Φ1+Φ2≥α
式中Φ1——楔块与工件间的摩擦角；
Φ2——楔块与夹具体间的摩擦角；
α——斜楔升角
螺旋夹紧机构：1）结构简单，多数用在手动夹紧的夹具中;
2）具有良好的自锁性，夹紧可靠；
3）具有较大的增力比，约为80，远比斜楔夹紧力大；
4） 夹紧行程不受限制；
5）但夹紧行程大时，操作时间长。夹紧动作较慢 ，效率低。所以通常使用一些快撤装置；
偏心夹紧机构：
优点：结构简单、操作方便、动作迅速。 缺点：圆偏心轮夹紧力小，行程小，自锁性能较差，用于切削力小，无振动，工件尺寸公差不大的场合。铰链夹紧机构；定心夹紧机构；联动夹紧机构。 43. 机械加工精度：零件加工后的实际几何尺寸参数的符合程度。
44. 加工误差：指加工后零件的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。
45. 加工精度包括尺寸精度、形状精度、位置精46.
研究加工精度的方法： 单因素分析法
研究某一确定因素对加工精度的影响 统计分析法
以生产中一批工件的实测结果为基础， 47.
响机械加工精度的原始误差有：
误差敏感方向：把对加工精度影响最大的那
刃的加工表面的法线方向。
49. 车床的敏感方向水平，刨床垂直，镗床圆周50.
工艺系统刚度：指工件加工表面在切削力法，刀具相对工件在该方向上位移的比值。
误差复映：由于工艺系统受力变形，使加工表面的原始形状误差将以缩小的比例复映到已经加工的工件表面。
误差复映系数：是一个小于1的正数，有修
(a)工件的刚性较差，机床、刀具的
刚度很大(b)机床的刚性较差，刀具、工件刚度很大 (c)镗孔时，镗杆的刚性较差，
引起工艺系统变形的热源：内部热源（指切系统内部，其热量主要是以热传导的形式传递）和外部热源（工艺系统外部的、以对流传热为主要形式的环境温度和各种辐射热）。
54. 热的传递方式：导热传热、对流传热、辐射55.
控制热变形的措施： 1）减少发热和隔热
2）用热补偿方法减少热变形（均衡温度场）平面磨床补偿油沟
3）采用合理的机床部件结构及装配基准
4）加速达到热平衡状态 5）控制环境温度
56. 切削热：是切削加工过程中最主要的热源。57.
差（常值系统误差和和随机误差。 常值系统误差是加工原理误差
58. 工艺系统：在机械加工中机床、夹具、刀具完整的系统。
59. 工序能力：指工序处于稳定状态时，加工误度。 60.
提高加工精度的途径： （一）合理采用先进工艺与设备 （二） 消除或减小原始误差 （三） 转移原始误差 （四）均分原始误差 （五）均化原始误差
（六） 就地加工（自干自）
（七） 自动测量补偿、恒温控制等 二、误差补偿技术
1.在线检测
2.偶件自动配磨
3.积极控制起决定作用的误差因素
61. 加工表面质量：包括加工表面的几何形貌和学物理性能和化学性能。 62.
研究表面加工的目的是：要掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高加工表面质量、提高产品使用性能的目的。
63. 加工表面的几何形貌：包括表面粗糙度、表表面缺陷。
表面层的力学物理性能产生的变化有：加工变化；表层金属的残余应力。
冷作硬化：机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，使表面层金属的硬度增加，强度提高的现象。
66. 影响切削加工表面冷作硬化的因素（PPT第四章.第三节）
67. 工件材料的塑形越大，冷硬倾向越大，冷硬程度越严重。
68. （PPT第四章.第三节） 69.
磨削淬火钢时，在工件表面层的瞬时高温将使表层金属产生回火烧伤、淬火烧伤、退火烧伤等三种金相组织变化。
磨削烧伤：对于已淬火的钢件，很高的磨削使表面金属层的金相组织产生变化，使表层金属硬度下降，使工件表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。 71.
减少残余应力的措施：增加消除内应力的热程；改善零件结构，提高零件的刚性，使壁厚均匀等均可减少残余应力的产生。
机械加工过程中的振动分为强迫振动和自
贡献者：彩凤双鸣
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加工中心的发展趋势
　　立式加工中心主要的用户层面为,以看好的汽车零部件行业为首，还有模具、飞机、医疗设备、IT、光学设备等行业。在飞机制造业因绝大多数加工件为多品种、小批量的产品，因此五轴加工机为主的立式加工中心有潜在的需求。今后电子零部件、精密机枝零部件、半导体模具等行业也具有需求潜力。
　　各生产厂家面对预期需求扩大的飞机、模具、半导体等行业，正在抓紧开发五轴加工机。和几年前的以生产一般零部件为主的立式加工中心形成鲜明对比的是，突出以加工模具为主的设备方案不断从厂家出现，由此可明显地看出对高速、高效、高品位加工的需求正在增加。
　　针对高精度加工，一些厂家比较注重研制对不易切削材质搞重切削加工的机型。同时，以减少工件更换时间和集中工序为目的的复合化加工技术也在不断创新。为进一步提高效率，有些厂家正在尝试在立式加工中心的控制轴方面再加上l~2个轴，形成五轴控制，这样对于形状复杂的工件和自由曲面等工件都可完成一次装卡加工。
　　在产品开发方面，由于用户的要求更加严格，不得不在保持低价位的同时不断追求高性能的技术。由于正在加快适应环保要求的新技术开发，因此，更加需要可以调整品种、数量的可形成柔性线结构的设备。
　　现在干式切削也在研制之中，如已经出现的使用高纯度氮气的干式加工系统，以氧化来控制精度变化。同时为改善作业环境、提高经济效率，对于切屑的处理也采用了易于回收的方式。
　　卧式加工中心因其加工面是垂直的，切屑易脱落，比较适应长时间无人操作。又因是模块结构，可以短时间内导入最适当规模的系统。因其无人操作时间较长，在成本费用方面与单机相比效果更好。
　　从用户需求来看，对卧式加工中心的要求更加趋向于适应多品种小批量的生产，要求加工设备能够灵活地适应工序集中导致的生产型加工件的变化。现在由于汽车厂家的设备投资呈上升趋势，需求可望进一步扩大。此外，因对于产品制造的认识和对生产体系的看法正在发生根本的转变，由此而派生的新的生产体系可能对能形成柔性线的小型机种产生需求。
　　着手生产以上机型的厂家在追求高速、高精度的同时，还在如何使机体小型化及成本控制方面下功夫。也就是说此类产品的开发重点在于机体的小型化、适应形成柔性线体系方面。
　　从技术开发动向来看，是谋求提高主轴转速、进给速度、提高精密度、并将对应热变位、模块化等集中体现出来。其中，作为机床基本课题的高速化研究也不断取得成果。
　　由于提高进给速度直接关系到产品的加工时间，以利提高生产效率，因此在高速进给技术方面，驱动装置采用直线电机的机型正在增多。同时也有厂家在开发不使用直线电机，采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动，进给加速度1.5G~ 2G、快速进给速度120 mm／min的高速卧式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为 2 万 r/min、快速进给速度为60 m/min、以尽量缩短重复定位、刀至刀等的非切削时间。为解决速度提高带来的热变位影响，防止精度下降，一般都采用独自的补正装置或主轴冷却结构、冷却装置等。
　　适合于加工大直径、大吨位外圆型工件的立式车床，也被各行业采用。由于其市场的局限性，产品在很大程度上反应了用户的意向，很多是以专用机的形式交货投付使用的，这也是用户和厂家形成密切联系的原因。
　　最近，对中国出口看好的建设机械厂家对立式车床的需求令人瞩目，造船行业的订货则似乎暂告一段落。从去年起，数控车床生产厂家期待着在飞机、高性能发电机、风力发电机等方面设备投资比较活跃的重电机行业的订货。
　　由于市场在交货期、质量、价格方面的要求越来越高，一些中小规模的设备用户为缩短产品的生产周期，更青睐一次装卡、可搞多种加工的复合型加工机。
　　考虑到环保要求而采用半干式加工的需求也在增加，根据这类用户的要求，OM制作所以产学协作的方式开发出采用气化热半干式加工技术，并加强了节省能源的措施，控制了电力的使用。
　　现在，市场对于提高了通用性的、低价位的小型数控立式车床的需求仍在扩大，同时，和卧式数控车床一样，带有加工中心意识的功能型复合机的开发研制比较活跃。例如，随着对复杂形状工件成品加工要求的提高，也在研制将立式车床功能加上钻、攻丝、镗等旋转方面的加工功能。
　　因配置了C轴，不同的复合加工也可通过一次装卡进行。此外，在以切削为主的同时，加上采用单刀具的双面约束 ATC方式后，在铣加工功能方面也见到不少可进行重切加工的工序集约型产品。
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