铝型材加工中心特点与常见认识误区

随着建筑门窗、幕墙、建筑装饰以及车辆、船舶装饰行业的发展，铝型材加工中心逐渐发展成为一种独立的加工中心门类。针对铝型材材料及加工工艺特点，这类加工中心一般具备铣槽、钻孔、攻丝等能力；而像铣平面/曲面、锪孔、镗孔等功能在铝型材加工中极少用到。由于加工对象的独特性，铝型材加工中心从结构布局、技术参数到数控系统的设计都与通用加工中心有很大的区别。

一、铝型材加工中心的特点

1）纵向行程大

为适应铝型材细长类零件的特点，铝型材加工中心工作台面多为窄长形状。宽度不超过500mm；长度6500mm至7000mm，以适应典型的6米型材加工。工作台面上标配气动夹具和定位靠板，便于工件定位、夹紧。

铝型材加工中心结构布局有龙门式、动柱式、动梁式三种，体现在机床刚性、运行平稳、操作方便等性能指标上三种布局各有优缺点。

配有A轴（绕X轴旋转）的加工中心一次装夹可完成铝型材三个面的加工。

2）主轴转速高

通用加工中心主轴最高转速一般在8000rpm以下；而铝型材加工中心主轴最高转速要达到或超过18000rpm.由于转速高，一般采用集成式永磁同步电主轴，将刀具夹持、吹气清洁、循环水冷却等功能集成在一体。

冷却液系统分浇注冷却和喷雾冷却两种形式。后者属于较先进的准干式切削和微量润滑系统（MQL）概念，冷却润滑效率高，冷却液消耗少，尤其适合铝型材加工。

3）精度、刚性适中

门窗、幕墙涉及的框、梃、桁等型材件加工精度一般在IT10至IT12之间；加上加工对象多为薄壁件，铝型材加工中心不需要追求过高的定位精度和刚性。铝型材加工中心的床身等结构件多采用钢板焊接，这在通用加工中心中也很少见。

4）工作效率高

提高加工工作效率是铝型材加工中心追求的主要目标。通过提高快速进给（G00）速度、缩短换刀时间、免对刀与快速装卡缩短辅助时间和空行程时间。

机床生产商通过总结各地客户生产实际中遇到的问题，努力提高工件定位、装卡自动化程度。铝型材加工中心一般都配备气动夹具和定位靠板。定位靠板是一个以气缸驱动的定位装置，装卸工件时伸出；加工开始时缩回以避免干涉。使用中将型材顶紧定位靠板即可获得精确定位。机床出厂前，定位靠板与机床机械原点相对位置经过精确调校，数据保存在数控系统内，可以完全省略对刀过程。气动夹具靠按钮或脚踏开关操作。夹持位置可以在机床纵向调整以避免干涉，同时保证装卡可靠有效。

多主轴加工是铝型材加工中心高效率的另一个重要体现。典型的多双头加工中心有两套主轴系统，既可以互不干扰地加工各自的零件（就像两台加工中心）；又可以相互配合加工同一个零件。

5）定制数控系统

更进一步体现铝型材加工中心特点的是量身定做的数控系统而不采用市面上通用型数控系统。

操作界面完全按照铝型材加工中心应用特点规划设计，例如主轴运转/静止、冷却液开放/关闭、定位靠板抬起/落下、工件夹紧/松开等状态信息都在显示屏上以动画形式表现。

机床参数设置、调整不用变量字符而是直观形象的文字表述。无需长时间培训就可以掌握。

图形交互式辅助编程软件使得不懂G代码的用户也可以编写加工程序。

6）刀库容量小

常见的铝型材加工中心刀库容量一般6至12把，少数产品刀库容量达到24把。刀库容量的确定取决于加工对象材料和特征。铝材对刀具磨损较小，不需要频繁刃磨和更换。铝型材加工特征主要是孔和各种形状的槽，所用刀具主要是钻头、立铣刀，少数需要机用丝锥。因此铝型材加工不需要准备太多种类刀具，刀库容量也不需要太大。

二、常见认识误区

1）快进与工进

在加工程序中G00和G01都可以定义刀具的直线运动，但它们的作用大有不同，初学者容易混淆。

工进类指令（G01、G02、G03等）进给速度由程序中F指令决定；快进类指令（G00和部分回零指令）进给速度不在加工程序中指定，而是在机床参数设置时作为机床参数保存在数控系统中。

工进类指令不但要保证加工终点准确，还要保证加工路径和进给速度准确，这要靠微观上的插补计算和动态控制来实现。

快进类指令的目的是尽量减少空行程时间，在多轴联动时，运动轨迹不可预测。因此快进类指令不可以用于加工进给。

2）定位精度与重复定位精度

加工中心制造商在宣传材料中往往只给出重复定位精度而不给出定位精度指标，使得部分用户容易将重复定位精度误解为决定零件加工精度的主要指标。其实重复定位精度高并不意味着零件加工精度就高。定位精度才是决定零件加工精度的主要指标。

重复定位精度反映机床多次返回同一位置的能力。测量方法是固定一个百分表，表头压在主轴上，标定百分表零点。将主轴移走到任意位置再令其返回刚才的标定坐标位置，读取百分表读数误差。经过多次往返读数，得到的最大误差就是重复定位精度。

按照现在的数控技术水平和加工中心典型机电搭配，即

伺服电机+旋转编码器+滚珠丝杠或齿轮齿条

重复定位误差一般不大于2个脉冲当量，远远小于0.01mm.

定位精度是指在机床全行程上准确移动指定距离的能力。铝型材加工中心最大行程可达7米，定位精度测量一般采用激光干涉仪。

定位精度主要受导轨形位误差、机械间隙、丝杠/齿条误差、机件变形和电气跟随误差影响。由激光干涉仪测得的误差数据输入数控系统，通过数控系统的误差补偿功能可以得到很高的定位精度。

最令机床设计人员难办的是热膨胀引起的精度损失。碳钢材料线膨胀系数为1/105每0C，7米长的床身在20 C0的温差下变形量能达到毫米级。考虑到使用环境与综合成本 ，应对热膨胀尚没有经济实用的办法。因此大型加工中心要达到很高的定位精度需要付出很大代价。

3）通用设备与专用设备

加工中心通常会被认为是应用范围很广的通用设备。然而无论设计还是选择加工中心，首先必须清楚用来做什么。在综合成本确定的情况下，追求一项高指标可能意味着要牺牲其他的指标。