智能制造生产线技术及应用 教案 3-2 立式加工中心

XXXXX学院单元教学设计XXXX—XXX学年第X学期课程名称：授课班级：任课教师：所在系部及教研室：

本单元标题立式加工中心教学目的让学生了解智能生产线加工设备构成，为后续产线的学习打下基础。教学目标能力（技能）目标知识目标（1）能正确说出立式加工中心主要机械结构的特点及功能。（2）能熟练操作对刀。（3）能熟练操作立式加工中心和解决常见报警和故障。（1）掌握立式加工中心要机械结构的组成。（2）掌握立式加工中心的加工特点和工作原理。（3）掌握立式加工中心的操作面板上按键的含义。重点难点及解决方法重难点：数控基础的编程解决方法：理论讲解，通过多媒体等手段解读任务，视频教学，提示学生如何攻破讨论的问题。在学习过程中，紧密结合课程上机、实验或者实践环节加深对立式加工中心编程的认识和理解。参考资料[1]程娜.立式加工中心操作指南[M].辽宁科学技术出版社,2014.[2]人力资源和社会保障部教材办公室.加工中心操作工（FANUC系统）编程与操作实训[M].中国劳动社会保障出版社,2015.[3]战祥乐,赵战峰.数控编程基础应用教程[M].化学工业出版社,2015.[4]陈乃峰,孙淑敏,孙德志,石晨迪,王贺成.数控编程技术基础[M].清华大学出版社,2022.[5]徐会兰,孟宪磊.数控车削编程基础与技能实训[M].中国铁道出版社,2022.单元教学设计第一部分：复习上次课主要内容第二部分：新课导入及学习新内容（时间：45分钟理论）【步骤一】新课导入引导问题什么是立式加工中心？立式加工中心从主体上看，主要有哪几部分组成？立式加工中心的操作面板由两部分组成？请同学根据所学所识积极思考，踊跃发言【步骤二】新知识的讲授一、立式加工中心的作用（简单介绍）立式加工中心（后面简称为加工中心）是一种功能较全的数控加工机床。它把铣削、键削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺手段。加工中心设置有刀库，刀库中存放着不同数量的各种刀具或检具，在加工过程中由程序自动选用和更换。加工中心是一种综合加工能力较强的设备，工件一次装夹后能完成较多的加工步骤，加工精度较高，就中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的5〜10倍，特别是它能完成许多普通设备不能完成的加工。加工中心对形状较第杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适用。特别是对于必需采用工装和专机设备来保证产品质量和效率的工件，采用加工中心加工，可以省去工装和专机。这会为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用，从而使企业具有较强的竞争能力。加工中心是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控铣床，它的最大特点是工序集中和自动化程度高，可减少工件装夹次数，避免工件多次定位所产生的累计误差，节省辅助时间，实现高质、高效加工。加工中心可完成锋、铣、钻、攻螺纹等工作，它与普通数控铣床的区别之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。二、立式加工中心基本组成（一）基础部件由床身、立柱和工作台等大件组成。它们是加工中心的基础结构。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须是刚度很高的部件，也是加工中心质量和体积最大的部件。（二）主轴部件由主轴伺服电源、主轴电机、主轴箱、主轴、主轴轴承和传动轴等零件组成。主轴的启动、停止和变速等均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。主轴是加工中心的关键部件，其结构的好坏对加工中心的性能有很大的影响，它决定着加工中心的切削性能、动态风度、加工精度等。主轴内部刀具自动夹紧机构是自动刀具交换装置的组成部分。（三）数控系统单台加工中心的数控部分由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电机等部分组成。CNC装置根据它的包含功能、可控轴数、主运算器的性能等分成各种配置加工中心用的系统。它采用微处理机、存储器、接口芯片等，通过软件实现数控机床要求的各种功能。可编程控制器替代一般机床中机床电气柜,执行数控系统的指令，控制机床执行动作。数控系统主要功能有：控制功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能和第二辅助功能、补偿功能、字符图形显示功能、自诊断功能、通信功能、人机对话程序编制功能等。数控系统是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。（四）自动换刀系统该系统是加工中心区别于其他数控机床的典型装置，它解决了工件一次装夹后多工序连续加工，工序与工序间的刀具自动储存、选择、搬运和交换的任务。它由刀库、机械手等部件组成。刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置。当需要换刀时，根据数控系统的指令，由机械手（或通过别的方式）将刀具从刀库中取出装入轴孔中。刀库有盘式、鼓式和链式等多种形式，容量从几把到几百把。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式，如单臂式、双臂式、回转式和轨道式等。有的加工中心不用机械手而利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀，如图3-16所示。（五）自动托盘交换系统有的加工中心为了实现进一步的无人化运行或缩短非切削时间，采用多个自动交换工作台方式储备工件。一个工件安装在工作台上加工的同时，另外一个或几个可交换的工作台面上还可以装卸别的工件。当完成一个托盘上工件的加工后，便自动交换托盘，进行新零件的加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。（六）辅助系统包括润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参与切削运动，但对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，首先要将被加工零件图样上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，按照程序的要求，经过数控系统的信息处理、分配，使各坐标轴移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。通常把加工中心上刀具运动轨迹是直线的加工，称为直线插补；刀具运动轨迹是圆弧的，称为圆弧插补。插补是指在被加工轨迹的起点和终点之间，插进许多中间点，进行数据点的细化工作，然后利用已知线型（如直线、圆弧等）逼近。加工中心的数字控制是由数控系统完成的。数控系统包括数控装置、伺服驱动装置、可编程序控制器和检测装置等。数控装置是数控运动的中枢系统，其功能是能够快速接受零件图样加工要求的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，并将结果由输出装置送到各坐标控制伺服系统。伺服驱动装置是数控系统的执行部分，能快速响应数控装置发出的指令，驱动机床各坐标轴运动，同时能提供足够的功率和转矩，它驱动主轴运动的控制单元、主轴电机，驱动进给运动的控制单元及进给电机。可编程序控制器（ProgrammableController,缩写为PC）可对机床开关量控制，如主轴的启停、刀具更换、切削液开关、电磁铁的吸合、离合器的开合及各种运动的互锁、联锁，运动行程的限位、暂停、报警、进给保持、循环启动、程序停止、复位等。检测装置是采用闭环或半闭环控制系统的重要组成部分，其作用是对数控机床各部件的实际位移和速度进行检测，将检测结果转化为电信号反馈给数控装置或伺服控制系统，实现闭环或半闭环控制，从而自动完成零件的加工。立式加工中心加工特点①工序集中②加工精度高③适应性强④加工生产率高⑤经济效益好⑥自动化程度高,劳动强度低⑦有利于生产的现代化管理⑧便于生产管理的现代化四、常见操作故障加工中心价格比较昂贵的精密设备，一旦发生故障，将会花费巨大财力，同时会增加零件的报废率和长时间的停机，也会增加材料成本。因此，了解一些加工中心常见的故障知识是非常必要的，使设备能够及时排查故障和修复，延迟加工中心的寿命：1、系统故障和随机故障。2、诊断显示故障和无诊断显示故障。3、破坏性故障和非破坏性故障。4、硬件故障和软件故障。安全操作规程安全是我们所有工作的基础，也是生产的前提，对于生产加工来说，安全生产更是重中之重，如何加强安全生产工作，首先要求所有操作工牢固树立安全加工的职责意识，充分认识安全加工的重要性，其次是如何加强及提升安全加工的管理，主要有以下几点要求：1、加工中心的使用环境要避免阳光的直接照射和其他的热辐射，要避免太潮湿或粉尘过多的场合，特别要避免有腐蚀性气体的场合。2、加工中心的供电电压应稳定。3、加工中心的开机、关机顺序，一定要按照设备使用说明书操作。4、在主轴启动开始切削之前和程序运行中，一定要关好防护罩门。等等。五、单机操作详细步骤请查看教材。【步骤二】任务实施