智能制造生产线技术及应用 教案 3-3 五轴加工中心

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：

本单元标题五轴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）能正确说出五轴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）能熟练操作五轴加工中心和解决常见报警和故障。（1）掌握五轴加工中心要机械结构的组成。（2）掌握五轴加工中心的加工特点和工作原理。（3）掌握五轴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五轴加工中心编程的认识和理解。参考资料杨轶峰.五轴数控系统加工编程与操作维护（基础篇）[M].机械工业出版社,2020.[2]詹华西,江洁,刘怀兰.五轴联动加工中心操作与基础编程[M].机械工业出版社,2018.[3]程娜.立式加工中心操作指南[M].辽宁科学技术出版社,2014.[4]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.[5]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.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五轴加工中心？五轴加工中心从主体上看，主要有哪几部分组成？五轴和立式加工中心的区别？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、五轴加工中心的作用（简单介绍）装备制造业是一个国家工业的基础，是新技术、新产品的开发和现代工业生产重要的手段，是一个国家重要的战略性产业，即使是发达工业化国家也很重视。近年来，我国国民经济的迅速发展和国防建设的需要对高档的数控机床提出了迫切的、大量的需求。机床是一个国家制造业水平的象征，而代表机床制造业最高水平的是五轴联动数控机床，从某种意义上说，它反映了一个国家的工业发展水平状况。五轴联动数控机床对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有着举足轻重的影响力。五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的重要手段，所以每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向于求助五轴数控系统。五轴联动数控机床操作复杂，价格昂贵，NC程序制作较难，使五轴系统的应用推广难以快速展开。但是，随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）系统取得了突破性发展，中国多家数控企业纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁，占领了这一战略性产业的制高点，大大降低了其应用成本，从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代。以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更高要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。作为国民经济增长和技术升级的原动力，以五轴联动技术为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。二、五轴加工中心基本组成（一）工作台工作台回转轴式，设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30°～-720°。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360°回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工轴。A轴和C轴最小分度值一般为0.001°，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与X、Y、Z三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90°时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。（二）进给系统三轴进给均采用伺服电机通过弹性联轴器与滚珠丝杠直联带动床鞍、滑移台和主轴箱体，实现X、Y、Z三个方向的进给。（三）主轴系统主轴系统是由台湾专业生产厂家配套的套筒主轴，选用高精度主轴专用轴承，主轴系统稳定性好，可靠性高，使用寿命长。主电机通过联轴器与主轴直接联接完成主传动系统。（四）润滑系统润滑系统采用自动定时、定量集中供油润滑系统。该系统设计先进、性能可靠、结构紧凑、体积小、重量轻、安装方便。润滑系统在自动供油泵和节流分配器中都设有过滤网，从而保证了各润滑点润滑油的质量和管路的畅通；整个系统以压力供油，其各处润滑的分配不随温度和粘度的变化而变化，只与节流分配器的流量系数有关，各润滑点均能得到充分的润滑。二、工作原理在数控加工零件时，首先将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化，根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具参数，再按数控机床规定采用的代码和程序格式，将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、切削参数（主轴转速、进给率、背吃刀量）以及辅助操作（换刀、主轴转动方向）等编制成数控加工程序，然后将程序代码输入到机床数控系统。数控系统由加工程序输入工具、译码器、数据处理器、处理软件、数据存储器和脉冲电流输出工具等组成。加工程序用输入工具输入到数控系统，由译码器翻译成处理系统能识别的数据，经软件分析计算变成智能加工数据，存放在存储器中。加工时用输出工具将加工数据变成脉冲电流，输送给各个控制轴方向的伺服电动机和主轴伺服电动机，伺服电动机通过传动机构形成切削主运动和进给运动。测量装置随时监测实际主运动和进给运动与加工程序所要求的运动量之间的误差，并反馈到数控系统，及时修正伺服电动机的转速，从而精确控制刀具和工件之间的切削运动，这样就实现了自动切削，使平时由半人工操作的金属切削变成了用程序控制的切削，这就是数控加工的原理。立式加工中心加工特点五轴数控加工中一台机床至少有五个坐标轴，可在计算机控制下联合工作，具有以下特点。（一）可以加工一般三轴数控机床不能加工或很难在一次装夹完成加工的连续、平滑的自由曲面，如航空发动机和汽轮机的叶片、螺旋推进器等。如采用三轴数控机床加工，由于其刀具相对于工件的姿态在加工过程中不能改变，加工某些复杂曲面时，就可能产生干涉和欠加工。而用五轴加工由于刀具的轴线可随时调整，避免刀具与工件的干涉，并能一次装夹完成全部加工。（二）可以提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率。例如三轴加工复杂曲面时，多采用球头铣刀，球头铣刀是以点接触，切削效率低，刀具/工件姿态在加工过程不能调整，一般很难保证用球头上的最佳切削点（即球头上线速度最高点）进行切削。如果采用五轴机床加工，由于刀具/工件姿态在加工过程随时调整，可获得更高的切削速度、切削效率和切削质量。（三）符合工件一次装夹便可完成全部或大部分加工的机床特点。当前，为了进一步提高产品性能和质量，现代产品中不仅航空、航天产品和运载工具，而且包括精密仪器、仪表、运动器械等产品的零件，都愈来愈多地采用整体材料铣成，而且上面还有许多各式各样的复杂曲面和斜孔，如果采用三轴加工，必须经过多次定位安装才能完成，而采用五轴加工可一次装夹完成大部分工作。四、常见操作故障五轴加工中心加工技术目前已广泛应用于模具制造业、机械制造、绿色制造、智能制造等“中国制造2025”的大环境中。在社会生产过程中，如果要制造出精度较高的部件，除了要拥有较为先进精度较高的数控设备外，还必须拥有技能技术较好、高素质的数控操作工。数控车床和加工中心的操作基本相同，故本章节不在介绍加工中心的操作面板。因此本章节主要介绍设备的操作规程、日常故障以及操作流程。1、冷却液不能流出故障原因分析：①冷却泵吸入口是否完全插入冷却液中；②切削盘过滤器和泵吸入过滤器有无堵塞；③冷却泵电机是否工作；④在控制板上，冷却泵电机热继电器接线是否脱落。2、主轴箱异常温升故障原因分析：①主轴箱内部润滑不好；②主轴轴承预紧力设置不适当。3、X轴、Y轴和Z轴零点消失故障原因分析：①零点开关松动；②零点开关线路断开或输入信号源故障。4、三轴运转时声音异常故障原因分析：①轴承有故障；②丝杠与螺母有松动。等等。安全操作规程1、操作者使用机床时，要穿好劳动工作服，并袖口扎紧，扭好纽扣。严禁穿宽松外衣，留长发，以避免事故的发生。女同志要戴防护帽；操作时，严禁戴手套，以防将手卷入旋转刀具和工件之间。2、在未采用特殊的安全防护措施下，本机床严禁加工易燃、易爆和重度污染的工件。3、机床加工粉尘较大的材料时，应安装除尘装置，防止污染环境、危害机床及操作者健康。4、机床工作过程中，要远离移动部件。工作结束后，必须切断机床电源，避免无人照顾时有火灾的危险。等等。五、单机操作详细步骤请查看教