数控机床编程与操作 教学课件 ppt 作者 杜家熙 第5章 加工中心用加工程序编制与操作 (PPTminimizer).ppt

第5章 加工中心加工程序编制与操作,加工中心的特点及功能 加工中心的工艺处理 工件的定位及刀具的选择 加工中心编程,加工中心所用加工程序的基本编程方法、固定循环与数控铣床是相同的，最大区别在于加工中心需要换刀程序加工中心是一种功能较全的数控加工机床它把铣削、镗削、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这是它与数控铣床、数控镗床的主要区别 机床的刚度高、抗振性好 机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快 主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统 加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构 设置有刀库和换刀机构 控制系统功能较全5.1 加工中心特点与加工对象,加工中心的分类,立式加工中心,加工中心的分类,卧式加工中心,加工中心的分类,龙门式加工中心,加工中心是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，已成为现代机床发展的主流方向，与普通数控机床相比，它具有以下几个突出特点： (1) 具有刀库和自动换刀装置能够通过程序或手动控制自动更换刀具，在一次装夹中完成铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等加工，工序高度集中。

(2) 实现多轴加工加工中心通常具有多个进给轴（三轴以上），甚至多个主轴联动的轴数也较多，例如三轴联动、四轴联动、五轴联动因此能够自动完成多个平面和多个角度位置的加工，实现复杂零件的高精度定位和精确加工 (3) 有自动托盘交换装置加工中心上如果带有自动托盘交换装置，一个工件在加工的同时，另一个工作台可以实现工件的装夹，从而大大缩短辅助时间，提高加工效率1．加工中心的特点,（4）机床的刚度高、抗振性好 （5）机床的传动系统结构简单，传递精度高，速度快 （6）主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统 （7）加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期的保持导轨的精度，在高速重切削下，保证运动部件不振动，低速进给时不爬行及运动中的高灵敏度 （8）控制系统功能较全加工中心适用于复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装，经过多次装夹和调整才能完成加工的零件其主要加工对象有以下五类 (1) 箱体类零件 箱体类零件是指具有一个以上孔系，内部有一定型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件这类零件主要应用在机械、汽车、飞机等行业，如汽车的发动机缸体、变速箱体，机床的床头箱、主轴箱，柴油机缸体，齿轮泵壳体等，如图5-1所示的热电机车主轴箱体。

图5-1 热电机车主轴箱体,2．加工中心的主要加工对象,箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工，形位公差要求较为严格，通常要经过钻、扩、铰、锪、镗、攻丝、铣等工序，不仅需要的刀具多，而且需多次装夹和找正，手工测量次数多，因此，导致工艺复杂、加工周期长、成本高，更重要的是精度难以保证这类零件在加工中心上加工，一次装夹可以完成普通机床60%~95%的工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时可缩短生产周期，降低成本 对于加工工位较多，工作台需多次旋转角度才能完成的零件，一般选用卧式加工中心；当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工2) 复杂曲面 在航空航天、汽车、船舶、国防等领域的产品中，复杂曲面类占有较大的比重如叶轮、螺旋桨、各种曲面成型模具等，复杂曲面采用普通机械加工方法是难以胜任甚至是无法完成的，此类零件适宜利用加工中心加工，如图5-2所示a) b) 图5-2 复杂曲面组成的零件 a) 轴向压缩机涡轮 b) 鼠标上盖,就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或加工盲区时，复杂曲面一般可以来用球头铣刀进行三轴联动加工。

加工精度较高，但效率较低如果工件存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四轴或五轴联动的机床仅加工复杂曲面时并不能发挥加工中心自动换刀的优势，因为复杂曲面的加工一般经过粗铣-（半）精铣-清根等步骤，所用的刀具较少，特别是像模具这样的单件加工3) 异型件 异型件是外形不规则的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工，如支架、基座、样板、靠模等如图5-3所示为支架异型件的刚性一般较差，夹压及切削变形难以控制，加工精度也难以保证这时可充分发挥加工中心工序集中的特点．采用合理的工艺措施，一次或两次装夹，完成多道工序或全部的加工内容实践证明，利用加工中心加工异型件时，形状越复杂，精度要求越高，越能显示其优越性图5-3 异型件,(4) 盘、套、板类零件 带有键槽、径向孔或端面有分布的孔系、曲面的盘套或轴类零件，以及具有较多孔加工的板类零件，适宜采用加工中心加工，如图5-4所示零件端面有分布孔系、曲面的零件宜选用立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心图5-4 盘、套、板类典型零件,(5) 特殊加工 熟练掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工装和专用的工具，利用加工中心可完成一些特殊的工艺内容，例如在金属表面上刻字、刻线、刻图案。

在加工中心的主轴装上高频电火花电源，可对金属表面进行线扫描表面淬火；在加工中心装上高速磨头，可进行各种曲线、曲面的磨削等主要加工对象,,箱体类零件 复杂曲面 凸轮、凸轮机构，整体叶轮类 ，模具类 ，球面 异形件 盘、套、板类零件 特殊加工,,,加工中心的附件,,,刀库,加工中心的附件,,交换工作台,交换工作台交换过程,加工中心的附件,,对刀仪,3．加工中心数控系统的指令与代码 加工中心能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证对复杂零件进行加工加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外，还具有各种加工固定循环、加工过程图形显示与编程、人机对话、故障自动诊断等功能因此，所配置的数控系统通常档次较高，功能强大 用于加工中心的数控系统，随着控制铀与联动轴的不同，其代码指令差别很大，特别是一些扩展功能和选择功能，其配置直接影响编程的难易程度目前，用于加工中心的FANUC数控系统，以0i系列较为流行；SIEMENS用于加工中心的数控系统，应以802D、810D和840D为主具体应用可参阅前面相关数控系统的指令代码4.加工中心的功能,（1）立式加工中心 立式加工中心的主轴处于垂直位置它能完成铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等工序 （2）卧式加工中心 卧式加工中心的主轴处于水平位置。

较适于加工箱体类零件，特别是对箱体类零件上的一些孔和型腔有位置公差要求，以及孔和型腔与基准面(底面)有严格尺寸精度要求的零件加工 （3）多工作台加工中心 多工作台加工中心有时称为柔性加工单元(FMC) ，交换的工作台可设置多个，实现多工作台加工其优点是可实现装夹，即在进行加工的同时，下边的工作台进行装、卸工件 （4）复合加工中心 复合加工中心也称多工面加工中心，是指工件一次装夹后，能完成多个面的加工的设备1）除换刀程序外，加工中心的编程方法和普通数控铣床相同不同的数控机床，其换刀程序是不同的，通常选刀和换刀分开进行，换刀动作必须在主轴停转条件下进行换刀完毕启动主轴后，方可执行下面程序段的加工动作，选刀动作可与机床的加工动作重合起来，即利用切削时间进行选刀，因此，换刀M06指令必须安排在用新刀具进行加工的程序段之前，而下一个选刀指令TXX常紧接安排在这次换刀指令之后 （2）多数加工中心都规定了“换刀点”位置，即定距换刀，主轴只有走到这个位置，机械手才能执行换刀动作一般立式加工中心规定换刀点的位置在Z0处(即机床Z轴零点)，当控制机接到选刀T指令后，自动选刀，被选中的刀具处于刀库最下方；接到换刀M06指令后，机械手执行换刀动作。

1.加工中心的换刀,5.2 加工中心用加工程序编制要点,2.换刀方法,方法一： N010 G00 Z0 T02； N011 M06； 返回Z轴换刀点的同时，刀库将T02号刀具选出，然后进行刀具交换，换到主轴上的刀具为T02，若Z轴回零时间小于T功能执行时间(即选刀时间)，则M06指令等刀库将T02号刀具转到最下方位置后才能执行因此这种方法占用机动时间较长方法二： N010 G01 Z…T02 ┆ N017 G00 Z0 M06 N018 G01 Z…T03 ┆ N017程序段换上N010程序段选出的T02号刀具；在换刀后，紧接着选出下次要用的T03号刀具，在N010程序段和N018程序段执行选刀时，不占用机动时间，所以这种方式较好换刀实例,5.3 加工中心用加工程序编制实例,加工中心加工零件，是完全按程序指令进行工作的，因此加工程序是决定加工质量的关键但编制程序是综合各工艺要素和机床操作功能的一个全过程，要考虑工件的装夹方式、刀具切削用量以及机床各种功能程序编制的内容和格式会因各种数控系统不同而有所不同，但程序编制和加工中心使用过程是基本相同的 加工中心同普通的数控加工机床的主要区别在于它设置有刀库和自动换刀装置，刀库中存放着若干把刀具和检具。

加工中心的特点是：在加工过程中，数控装置能根据程序指令自动更换刀具，连续地对工件各加工面自动完成铣(车)、镗、钻、扩、铰、攻丝等多工序加工，工序高度集中图5-5为加工中心使用流程图编程工作必须合理而有步骤地进行，因为机床操作者必须能完全理解程序并能正确操作机床，下面介绍加工中心编程的全部过程图5-5 加工中心使用流程,在加工中心上对零件进行工艺分析时，主要从两个方面考虑：精度、效率理论上的加工工艺必须达到图纸所要求的，同时又能充分合理地发挥出机床的功能以下为工艺分析时应考虑的原则 1．当加工同一个表面时，应按粗加工、半精加工、精加工次序完成；或者对整个零件的加工也可以分为先粗加工，后半精加工，最后为精加工进行 对形状尺寸公差要求较高时，考虑零件尺寸精度、零件刚性和变形等因素，可以采用前者；对于位置尺寸公差要求较高时，则采用后者5.3.1 工艺分析,2．当一个设计基准和孔加工的位置精度与机床定位精度、重复定位精度相接近时，采用同一尺寸基准集中加工原则，这样可以解决多个尺寸基准的加工精度问题 3．对于有复合加工（即有铣又有镗孔的零件），可以先铣后镗的原则因为铣削时，切削力大，工件易变形，先铣后镗，使孔有一段时间的恢复，减少由变形而引起对精度的影响。

相反，如果先镗孔再进行铣削，在孔口处容易产生毛刺、飞边，从而对孔精度有影响 4．当进行位置精度要求较高的孔系加工时，要特别注意安排孔的加工顺序安排不当，就可能把坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度，如图5-6所示从图5-7中看出，按图5-7b)的路线加工，由于5、6孔与1、2、3、4孔定位方向相反，Y向反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔与其他孔的位置精度按图5-7c)的加工路线，加工完4孔后往左边移动到P位置，然后折回来再加工5、6孔，这样是为了方向一致，避免反向间隙的引入图5-7 孔的加工顺序对位置精度的影响 a) 孔系加工零件 b) 加工路线1 c) 加工路线2,5．加工中存在重复定位误差，对于这样的情况，就必须一次定位好通过顺序连续换刀，顺序连续加工完同一个轴的孔后，再加工其他坐标位置的孔，以提高孔系同轴度 上述原则主要是为了保证加工精度，下面几个原则是为了提高加工效率 6．相同工位集中加工，尽量就近位置加工，以缩短刀具移动距离，减少空运行时间 7．按刀具划分工步即在不影响精度的前提下，为了减少换刀次数、空行程时间、不重要的定位误差等，可以尽可能地用同一把刀完成同一个工位的所有工步的加工。

8．在一次装夹中，尽可能地完成更多的加工表面 通常根据具体情况，以上八个原则必须综合考虑制定出比较合理的加工工艺在实际加工中接触的通用夹具为平口钳和压板用压板装夹时要注意图5-8的几种状态图5-8 压板装夹 a) 好 b) 不好 c) 不好 d) 不好 e) 好,5.3.2 确定夹具、选用刀具,编程原点的选择原则是： 1．编程原点最好与图样上的尺寸基准重合； 。