加工中心機(銑床)

1. 主要功能與特徵

目前加工中心機(machining center,簡稱MC)被廣泛應用於製造現場。包含最重要的模具製造用途在內,它可說是加工金屬零件時不可或缺的存在。舉例來說,它在汽車產業中不只能對引擎零件進行研磨或鑽孔,也能在製造車身零件的模具等場合發揮威力。除此之外,說大部分維繫生活或產業的產品都是誕生自加工中心機也不為過。

加工中心機的特徵在於它具備由電腦控制的「工具自動更換功能」。相較於一般的NC工具機需要由作業人員更換工具,加工中心機可以使用「換刀臂」,從稱為「刀庫」的工具收納場所來自動更換工具並執行加工。因此,它能省下更換工具的工時,實現製造過程的無人化與省力化,以及降低成本。

近年來還出現了「5軸加工中心機」,不只能以長、寬、高3軸執行加工,更多了進行旋轉運動的2個軸,可以實現更加複雜的形狀加工。

透過CAD資料來使用加工中心機執行金屬加工
透過CAD資料來使用加工中心機執行金屬加工
以模具加工為基礎來製造產品
以模具加工為基礎來製造產品

2. 誕生與發展

要製造金屬零件時,一般而言除了面或溝的研磨以外,還需要執行鑽孔、搪孔(將孔擴大)、切削螺紋等多項加工。過去為了執行這些加工,需要分別使用銑刀、端銑刀、鑽頭、搪孔刀與螺絲攻等刀具。
後來出現了NC工具機,開發了稱為轉塔的手動式工具更換功能,使得更換刀具變得更為方便。之後更進一步透過電腦控制刀具的更換、加以自動化的便是加工中心機。因為它可以針對加工物的多個面同時連續執行多種加工,所以大幅提升了生產效率。現在加工中心機的加工精度與速度年年升高,支撐著製造的根基。

只要去參觀金屬加工廠商的工廠,就能看見多部加工中心機日夜無休地持續運作。只有極少數的操作人員在現場監控機械。

NC工具機需要將工具裝在轉塔並手動旋轉

A
轉塔
NC工具機需要將工具裝在轉塔並手動旋轉
加工中心機則能自動更換工具
加工中心機則能自動更換工具

3. 主要結構與種類

加工中心機大致能分成橫式、立式與龍門型3種類型。最早開發的是稱為橫式的類型,簡單來說就是將安裝刀具的旋轉軸(主軸)往橫向(相對於地面為水平的方向)安裝的機種。相對於橫式,立式則是指旋轉軸為縱向的類型。另一方面,門型(龍門型)的結構就像是架了一扇門,旋轉軸則朝下安裝在門的頂端。
若以橫式為例來列舉加工中心機的主要結構,從下方開始依序為:稱作床身的基座部分、在床身上移動的鞍座、安裝於鞍座上,用來設置加工材料的工作台,以及設置方向垂直於床身的立柱、用來安裝刀具的主軸頭等。

4. 橫式與立式的差異

橫式加工中心機的刀具旋轉軸往橫向突出,可以朝水平方向加工物體。此時立柱會在X軸方向、鞍座會在Y軸方向、工作台會在Z軸方向上移動,實現三次元的加工。除此之外,也有某些機種擁有讓部分工作台往水平方向旋轉的B軸。這樣的機種總共可以使用4軸執行加工。
橫式的優點在於只要運用包含B軸在內的4軸,就能一次加工物體的4個面。因此,無需透過人力更換加工物的4個面,高加工精度就是它的特徵。它還有另一項優點,只要從橫向切削,廢料就會往下掉,所以它也能容易地避免廢料堆積在加工物上、陷入刀具中的情形。

另一方面,立式加工中心機的旋轉軸朝垂直方向安裝,採用從上方加工物體的結構。一般來說它是以工作台在X軸、Y軸的水平方向上移動,旋轉軸在垂直方向上移動的方式來執行3軸加工。
相較於旋轉軸位於加工物旁邊的橫式,因為立式的設置空間較小,所以它目前也廣泛普及於各個領域。此外,由於它會從上方切削加工物,因此操作者能一邊比較設計圖一邊執行加工。這也是它的一項優點。另一方面,因為它在加工物的上方部份執行加工,容易堆積廢料,所以需要隨時透過噴射壓縮空氣或用潤滑油劑沖洗的方式來清除。

立式加工中心機
刀具方向垂直
立式加工中心機
橫式加工中心機
刀具方向水平
橫式加工中心機
A
安裝刀具的旋轉軸

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