第一章 前言
1.1数控机床的发展现状
1.1.1国际数控机床的发展现状
1、国际机床市场的消费主流是数控机床。
1998年世界机床进口额部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。
2、国外数控机床的网络化。
随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门（人、财、物、产、供、销）或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备——数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例；第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。
1.1.2 国控机床的发展状况
1、近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2、新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。 3、数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。
2001年国数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。 4、数控机床发展的关键配套产品有了突破。
近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。近我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技术较成熟，并已有成熟商品走向市场。
我国在数控机床高端产品的生产上取得了一定的突破。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高速数控机床生产国和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在8000～10000转／分以上的数控机床。 但是，和发达国家相比，我国数控机床行业在信息化技术应用上仍然存在很多不足。 一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化吸收仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。
二、产品成熟度较低，可靠性不高。国外数控系统平均无故障时间在10000小时以上，国自主开发的数控系统仅3000～5000小时；整机平均无故障工作时间国外达800小时以上，国最好只有300小时。
三、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造成本高，产品市场竞争能力不强。
1.2加工中心
加工中心是一种备有刀库刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床，箱体类零件的加工中心，一般是在镗、铣床的基础上发展起来的，可称为镗铣加工中心，习惯上简称为加工中心。 加工中心的功能
加工中心是一种功能较全的数控加工机床。它把铣削、镗销、钻削和切削螺纹等功能集中在一台设备上，使其具有多种工艺功能。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量具，在加工过程中由程序自动选用和更换。这是它与数控铣床、数控镗床的主要区别。加工中心与同类数控机床相比机构较复杂，控制系统功能较多。加工中心最少有三个运动坐标系，多的达十几个。其控制功能最少可实现两轴联动控制，实现刀具直线插补和圆弧插补。多的可实现五轴联动、六轴联动，从而保证刀具进行复杂加工。加工中心还具有不同的辅助功能；如：各种加工固定循环，刀具半径自动补偿，刀具长度自动补偿，刀具破损报警，刀具寿命管理，过载超程自动保护，丝杠螺距误差补偿，丝杠间隙补偿，故障自动诊断，工件与加工过程图形显示，人机对话，工件在线检测和加工自动补偿、离线编程等，这些攻能提高了数控机床的加工效率，保证了产品的加工精度和质量，是普通加工设备无法相比的。
1.2.1加工中心用途和特点
加工中心与普通机床的区别主要在于它能在一台机床上完成多台机床才能完成的自动换到装置，使工件再一次装夹之后，可以连续完成对工件便面自动进行钻孔、扩孔、绞孔、镗孔、攻螺纹，铣削等多工步的加工，工序高度集中。第二，加工中心一般带有自动分度回转工作台或主轴箱可自动转角度，从而使工件一次装夹后，自动完成多个平面或多个角度位置的多工序加工。第三，加工中心能自动改变机床主轴转速，进给量和刀具想对工件的运动轨迹及其其他辅助机能。第四，加工中心如果带有交换工作台，工件在工作位置的工作台进行加工的同时，另外的工件在装卸位置的工作台上进行装卸，不影响正常的加工工件。
加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造
的水平，因此在国外企业界都受到高度重视。加工中心综合加工能力较强，工件一次装
夹后能完成较多的加工步骤，加工精度较高，对于中等加工难度的批量工件，其效率是普通设备的5～10倍。加工中心对形状较复杂，精度要求高的单件加工或中小批量多品种生产更为适合。特别是对于必须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。因此它也是判断企业技术能力和工艺水平标志的一个方面。如今，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，广泛用于机械制造中。与普通数控机床相比，它有以下几个突出特点。
(1) 工序集中 加工中心备有刀库，能自动换刀，并能对工件进行多工序加工。
现代加工中心可使工件在一次装夹后实现多表面、多工位的连续、高效、高精度加工，即工序
集中。这是加工中心最突出的特点。
(2) 加工精度高 加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而加工中心可一次装夹工件，实现多工序集中加工，减少了多次装夹带来的误差。故加工精度更高，加工质量更加稳定。
(3) 适应性强 加工中心对加工对象的适应性强。加工中心改变加工零件时，只需重新编制(更换)程序，输入新的程序就能实现对新的零件的加工，这对结构复杂零件的单件、小批量生产及新产品试制带来极大的方便。同时，它还能自动加工普通机床很难加工或无法加工的精密复杂零件。
(4) 生产效率高 加工中心带有刀库，在一台机床上能集中完成多种工序因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，机床的切削利用率(切削时间和开动时间之比)高。
(5) 经济效益好 加工中心加工零件时，虽分摊在每个零件上的设备费用较昂贵，但到单件、小批量生产的情况下，可节省许多其它方面的费用。由于是数控加工，加工中心不必准备钻模等工艺装备，加工之前节省了划线工时，零件安装到机床上之后可以减少调整、加工和检验时间。另外，由于加工中心的加工稳定，减少了废料率，使生产成本进一步下降。
(6) 自动化程度高，劳动强度低 加工中心的加工零件是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度可大为减轻。
(7) 有利于生产的现代化管理 用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于于使生产管理现代化。当前有许多大型CAD／CAM集成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。加工中心使用数字信息与标准代码输入，最适宜计算机联网及管理。
由于加工中心具有上述机能，因而可以大大减少工件装夹，测量和机床的调整时间，减少工件的周转，搬运，和存放时间，使机床的切削时间利用率高与普通机床3---4倍，大大提高了生产率，尤其是在加工形状比较复杂，精度要求高，品种更换频繁的工件时，更具有良好的经济性。
1.2.2加工中心的组成及其工作原理
加工中心子问世至今已有三十多年了，世界出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各异，但从总体来看主要由以下几大部分组成。 （1）
基础部件
它是加工中心的基础结构，由床身，立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的刚结构件，它们是加工中心体积和重量最大的部件。 （2）
主轴部件
由主轴箱，主轴电机，主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启，停和变速等动作均有数控系统控制，并且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。 （3）
数控系统
加工中心的数控部分是cnc装置，可编程控制器，四幅驱动装置以及操作面板的等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 （4）
自动换刀系统
由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手（或通过其他方
卧式加工中心的链式刀库设计
