第6章加工中心編程

§6.1加工中心簡(jiǎn)介加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。其上帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置，加工時(shí)，工件經(jīng)一次裝夾后，就能連續(xù)地對(duì)工件各加工表面自動(dòng)地完成銑、鏜、鉆、鉸及攻絲等多種工序的加工。一、加工中心的分類

1．按機(jī)床形態(tài)分類(1)立式加工中心

其主軸中心線為垂直狀態(tài)設(shè)置，有固定立柱式和移動(dòng)立柱式等兩種結(jié)構(gòu)形式，多采用固定立柱式結(jié)構(gòu)。圖6-1立式加工中心優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，價(jià)格相對(duì)較低，裝夾工件方便，調(diào)試程序容易，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：不能加工太高的零件；在加工型腔或下凹的型面時(shí)切屑不易排除，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞刀具，破壞已加工表面，影響加工的順利進(jìn)行。應(yīng)用：最適宜加工高度方向尺寸相對(duì)較小的工件。(2)臥式加工中心

其主軸中心線為水平狀態(tài)設(shè)置，多采用移動(dòng)式立柱結(jié)構(gòu)，通常都帶有可進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的正方形分度工作臺(tái)，一般具有3~5個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，常見的是三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)(回轉(zhuǎn)工作臺(tái))。圖6-2臥式加工中心

優(yōu)點(diǎn)：加工時(shí)排屑容易。

缺點(diǎn)：與立式加工中心相比較，臥式加工中心在調(diào)試程序及試切時(shí)不宜觀察，加工時(shí)不便監(jiān)視，零件裝夾和測(cè)量不方便；臥式加工中心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，價(jià)格也較高。應(yīng)用：最適合加工箱體類零件。(3)龍門加工中心

其形狀與龍門銑床相似，主軸多為垂直設(shè)置，除自動(dòng)換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的軟件功能也較齊全，能夠一機(jī)多用。圖6-3龍門加工中心適用于大型或形狀復(fù)雜的工件，如汽車模具、飛機(jī)的梁、框、壁板等整體結(jié)構(gòu)件。圖6-4五面加工中心(4)五面加工中心優(yōu)點(diǎn)：這種加工方式可以最大限度地減少工件的裝夾次數(shù)，減小工件的形位誤差，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。

缺點(diǎn)：但是由于五面加工中心存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、占地面積大等，所以它的使用遠(yuǎn)不如其他類型的加工中心。其具有立式加工中心和臥式加工中心的功能，工件一次安裝后能完成除安裝面外的所有側(cè)面和頂面等五個(gè)面的加工，也稱為萬能加工中心或復(fù)合加工中心。它有兩種形式，一種是其主軸可以旋轉(zhuǎn)90°，可以進(jìn)行立式和臥式加工；另一種是其主軸不改變方向，而由工作臺(tái)帶著工件旋轉(zhuǎn)90o，完成對(duì)工件五個(gè)表面的加工。2．按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)數(shù)和同時(shí)控制的坐標(biāo)數(shù)分類加工中心可分為三軸二聯(lián)動(dòng)，三軸三聯(lián)動(dòng)，四軸三聯(lián)動(dòng)，五軸四聯(lián)動(dòng)，六軸五聯(lián)動(dòng)等。3．按工作臺(tái)數(shù)量和功能分類加工中心可分為單工作臺(tái)加工中心、雙工作臺(tái)加工中心和多工作臺(tái)加工中心。二、特點(diǎn)及功能1.加工中心是在數(shù)控銑床或數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置，一次裝夾，可完成多道工序加工。2.加工中心如果帶有自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或能自動(dòng)擺角的主軸箱，可使工件在一次裝夾后，自動(dòng)完成多個(gè)平面和多個(gè)角度位置的多工序加工。3.加工中心如果帶有自動(dòng)交換工作臺(tái)，一個(gè)工件在工作位置的工作臺(tái)上進(jìn)行加工的同時(shí)，另外的工件在裝卸位置的工作臺(tái)上進(jìn)行裝卸，大大縮短了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。三、加工中心的主要加工對(duì)象1．箱體類零件箱體在機(jī)床、汽車、飛機(jī)等行業(yè)。箱體類零件一般都需要進(jìn)行孔系、輪廓、平面的多工位加工，公差要求特別是形位公差要求較為嚴(yán)格。2．復(fù)雜曲面適合于加工復(fù)雜曲面，如飛機(jī)、汽車零件型面、葉輪、螺旋槳、各種曲面成型模具等。

3．異形件異形件是外形不規(guī)則的零件，大多數(shù)需要進(jìn)行點(diǎn)、線、面多工位混合加工，如支架、基座、樣板、靠模、支架等。加工異形件時(shí)，形狀越復(fù)雜，精度要求越高，使用加工中心就越能顯示其優(yōu)勢(shì)。4．盤、套、板類零件端面有分布孔系、曲面的盤、套、板類零件宜選用立式加工中心，有徑向孔的可選用臥式加工中心?！?.2加工中心的加工工藝與工裝一、加工中心的工藝特點(diǎn)1.可減少工件的裝夾次數(shù)，消除因多次裝夾帶來的定位誤差，提高加工精度。2.可減少機(jī)床數(shù)量，并相應(yīng)減少操作工人，節(jié)省占用的車間面積。3.可減少周轉(zhuǎn)次數(shù)和運(yùn)輸工作量，縮短生產(chǎn)周期。4.在制品數(shù)量少，簡(jiǎn)化生產(chǎn)調(diào)度和管理。5.使用各種刀具進(jìn)行多工序集中加工，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)要處理好刀具在換刀及加工時(shí)與工件、夾具甚至機(jī)床相關(guān)部位的干涉問題。6.若在加工中心上連續(xù)進(jìn)行粗加工和精加工，夾具既要能適應(yīng)粗加工時(shí)切削力大、夾緊力大的要求，又須適應(yīng)精加工時(shí)定位精度高，零件夾緊變形盡可能小的要求。7.由于采用自動(dòng)換刀和自動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行多工位加工，決定了臥式加工中心只能進(jìn)行懸臂加工。8.多工序的集中加工，要及時(shí)處理切屑。9.在將毛坯加工為成品的過程中，零件不能進(jìn)行時(shí)效，內(nèi)應(yīng)力難以消除。10.技術(shù)復(fù)雜，對(duì)使用、維修、管理要求較高。11.加工中心一次性投資大，還需配置其他輔助裝置，如刀具預(yù)調(diào)設(shè)備、數(shù)控工具系統(tǒng)或三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。二、加工中心的工藝路線設(shè)計(jì)單臺(tái)加工中心或多臺(tái)加工中心構(gòu)成的FMC或FMS，在工藝設(shè)計(jì)上有較大的差別。1．單臺(tái)加工中心(1)安排加工順序時(shí)，要根據(jù)工件的毛坯種類，現(xiàn)有加工中心機(jī)床的種類、構(gòu)成和應(yīng)用習(xí)慣，確定零件是否要進(jìn)行加工中心工序前的預(yù)加工以及后續(xù)加工。(2)要照顧各個(gè)方向的尺寸，留給加工中心的余量要充分且均勻。(3)最好在加工中心上一次定位裝夾中完成預(yù)加工面在內(nèi)的所有內(nèi)容。(4)加工質(zhì)量要求較高的零件，應(yīng)盡量將粗、精加工分開進(jìn)行。(5)在具有良好冷卻系統(tǒng)的加工中心上，可在加工中心上一次或兩次裝夾完成全部粗、精加工工序。一般情況下，箱體零件加工可參考的加工方案為：銑大平面

粗鏜孔

半精鏜孔

立銑刀加工

打中心孔

鉆孔、鉸孔

攻螺紋

精鏜、精銑等。2．多臺(tái)加工中心構(gòu)成的FMC或FMS當(dāng)加工中心處在FMC或FMS中時(shí)，其工藝設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮每臺(tái)加工設(shè)備的加工負(fù)荷，生產(chǎn)節(jié)拍，加工要求的保證以及工件的流動(dòng)路線等問題。三、加工中心的工步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)加工中心機(jī)床的加工工藝實(shí)際就是設(shè)計(jì)各表面的加工工步。①同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部加工表面按先粗加工，然后半精加工、精加工分開進(jìn)行。②對(duì)于既要銑面又要鏜孔的零件，如各種發(fā)動(dòng)機(jī)箱體，可以先銑面后鏜孔。③相同工位集中加工，應(yīng)盡量按就近位置加工，以縮短刀具移動(dòng)距離，減少空運(yùn)行時(shí)間。④按所用刀具劃分工步。⑤當(dāng)加工工件批量較大而工序又不太長(zhǎng)時(shí)，可在工作臺(tái)上一次裝夾多個(gè)工件同時(shí)加工，以減少換刀次數(shù)。⑥考慮到加工中存在著重復(fù)定位誤差，對(duì)于同軸度要求很高的孔系，應(yīng)該在一次定位后，通過順序換刀，加工完該同軸孔系的全部孔后，再加工其他坐標(biāo)位置孔。⑦在一次定位裝夾中，盡可能完成所有能夠加工的表面。四、工件的定位與裝夾(一)加工中心定位基準(zhǔn)的選擇①盡量選擇零件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。②一次裝夾就能夠完成全部關(guān)鍵精度部位的加工。③當(dāng)既加工基準(zhǔn)又完成各工位的加工時(shí)，其定位基準(zhǔn)的選擇需考慮完成盡可能多的加工內(nèi)容。④當(dāng)零件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)難以重合時(shí)，通過尺寸鏈的計(jì)算，嚴(yán)格規(guī)定定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)間的公差范圍，確保加工精度。(二)加工中心夾具的選擇和使用①一般夾具的選擇原則是：在單件生產(chǎn)中盡可能采用通用夾具；批量生產(chǎn)時(shí)優(yōu)先考慮組合夾具，其次考慮可調(diào)夾具，最后考慮成組夾具和專用夾具。②盡量采用氣動(dòng)、液壓夾緊裝置。③夾具要盡量開敞，夾緊元件的位置應(yīng)盡量低，給刀具運(yùn)動(dòng)軌跡留有空間。④夾具在機(jī)床工作臺(tái)上的安裝位置應(yīng)確保在主軸的行程范圍內(nèi)能使工件的加工內(nèi)容全部完成。⑤自動(dòng)換刀和交換工作臺(tái)時(shí)不能與夾具或工件發(fā)生干涉。⑥要考慮拆除定位元件后，工件定位精度的保持問題。⑦盡量不要在加工中途更換夾緊點(diǎn)。(三)確定零件在機(jī)床工作臺(tái)上的最佳位置在進(jìn)行多工位零件的加工時(shí)，應(yīng)綜合計(jì)算各工位的各加工表面到機(jī)床主軸端面的距離以選擇最佳的刀具長(zhǎng)度，提高工藝系統(tǒng)的剛性，從而保證加工精度。五、加工中心刀具的選用加工中心使用的刀具由刃具和刀柄兩部分組成。刃具部分和通用刃具一樣。刀柄要滿足機(jī)床主軸的自動(dòng)松開和拉緊定位，并能準(zhǔn)確地安裝各種切削刃具，適應(yīng)機(jī)械手的夾持和搬運(yùn)。1．對(duì)刀具的要求決定零件加工質(zhì)量的重要因素是刀具的正確選擇和使用，在選擇刀具材料時(shí)，一般盡可能選用硬質(zhì)合金刀具，精密鏜孔等還可以選用性能更好、更耐磨的立方氮化硼和金剛石刀具。2．刀具的種類加工中心使用的刀具包括：銑刀、麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、锪孔鉆、鉸刀、鏜刀、絲錐以及螺紋銑刀等。(a)中心鉆(b)絲錐(c)銑刀(d)錐柄T型銑刀(e)錐柄餃刀(f)鏜刀(g)螺紋銑刀3．刀柄刀柄可分為整體式與模塊式兩類刀柄可分為整體式與模塊式兩類。常用的刀柄有：ER彈簧夾頭刀柄、強(qiáng)力夾頭刀柄、莫氏錐度刀柄、側(cè)固式刀柄、面銑刀刀柄、鉆夾頭刀柄、絲錐夾頭刀柄、鏜刀刀柄、增速刀柄、中心冷卻刀柄、轉(zhuǎn)角刀柄、多軸刀柄等。ER卡簧圖6-7各種刀柄的結(jié)構(gòu)形狀§6.3加工中心的程序編制一、加工中心的編程要求1.首先應(yīng)進(jìn)行合理的工藝分析和工藝設(shè)計(jì)。合理地安排各工序加工的順序，能為程序編制提供有利條件。2.根據(jù)加工批量等情況，確定采用自動(dòng)換刀或手動(dòng)換刀。3.為提高機(jī)床利用率，盡量采用刀具機(jī)外預(yù)調(diào)，并將測(cè)量尺寸填寫到刀具卡片中，以便操作者在運(yùn)行程序前確定刀具補(bǔ)償參數(shù)。4.盡量把不同工序內(nèi)容的程序，分別安排到不同的子程序中。這種安排便于按每一工步獨(dú)立地調(diào)試程序，也便于加工順序的調(diào)整。5.除換刀程序外，加工中心的編程方法與數(shù)控銑床基本相同。二、換刀程序的編制不同的加工中心，其換刀程序是不同的，通常選刀和換刀分開進(jìn)行。換刀完畢啟動(dòng)主軸后，方可執(zhí)行后面的程序段編制換刀程序一般有兩種方法。

方法一：…N10G28Z0T02N11M06即一把刀具加工結(jié)束，主軸返回機(jī)床原點(diǎn)后準(zhǔn)停，然后刀庫旋轉(zhuǎn)，將需要更換的刀具停在換刀位置，接著進(jìn)行換刀，再開始加工。

方法二：…N10G01X—Y—Z—T02…N17G28Z0M06N18G01X—Y—Z—T03這種方法的找刀時(shí)間和機(jī)床的切削時(shí)間重合，當(dāng)主軸返回?fù)Q刀點(diǎn)后立刻換刀，因此整個(gè)換刀過程所用的時(shí)間比第一種要短一些。

三、固定循環(huán)指令的編程方法加工中心的編程方法與數(shù)控銑床基本相同，這里不在詳述?！?.4加工中心編程實(shí)例例1圖6-8a為零件圖，圖6-8b為加工毛坯料圖，設(shè)起刀點(diǎn)為(0，0，300)，試編制其加工程序。14424-204-143318×189YX14569645oR3980R510416825084140144140250(a)零件圖(b)毛坯圖圖6-8例1工藝過程可分為：先用中心鉆、鉆頭、锪刀加工孔，再對(duì)中間凸臺(tái)盤進(jìn)行粗、精加工。精加工余量為0.5mm，其中4段R39圓弧可用鏡像編程，4個(gè)缺口可考慮用子程序調(diào)用方式處理。需要進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的是4段R39圓弧的圓心。14424-204-143318×189YX14569645oR3980R5168250841401．?dāng)?shù)值計(jì)算14424-204-143318×189YX14569645oR3980R516825084140XZ(XR,YR)R39圓弧的圓心坐標(biāo)計(jì)算：XR=YR=80cos45o=56.5692．加工工序1)用中心鉆5個(gè)定位孔，深1mm。2)用

14鉆頭在5個(gè)通孔。3)用

20锪刀锪4個(gè)沉頭孔,深2mm。4)用

33锪刀,锪中心孔,深9mm。5)用

16立銑刀粗、精銑中間凸臺(tái),每次吃刀量

2mm，粗加工留0.5mm的余量。6)用

10立銑刀銑凸臺(tái)上4個(gè)豁口及中心方孔。3．刀具卡片刀具名稱刀具裝卡長(zhǎng)度刀具補(bǔ)償代碼與補(bǔ)償值刀具直徑半徑補(bǔ)償代碼與補(bǔ)償值主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度刀具代碼表6-1刀具卡片T01中心鉆30.85H0130.853S800F50T02鉆頭60.21H0260.2114S600F50T03锪刀40.73H0340.7320S500F60T04锪刀50.86H0450.8633S300F60T05立銑刀150.49H05150.4916S500F100D5110.01D528.51D538.01T06立銑刀120.86H06120.8610D615S300F604．程序清單N1G90G92X0Y0Z300T01N2G53G28Z0

M06過機(jī)床坐標(biāo)系Z軸零點(diǎn)返回機(jī)床參考點(diǎn)，執(zhí)行換刀，把T01刀裝上N3G54G43H01G00Z20

調(diào)出G54偏置寄存器的偏置量，建立工件與機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系N4S800M03M08T02N5G99G81Z-1R3F50N6G80N7G99G81X84Y42Z-5R3F50N8M98P01O01N1X-84．N2Y-42．N3G98X84．N4M99N10G80M05XYZXYZN11G53G28Z0G49M06N12G54G43H02G00Z20N13S600M03T03N14G99G8lZ-22R3F50N15G80G16G99G81X84Y42Z-22R3N17M98P0lO01

N1X-84N2Y-42N3G98X84N4M99N18G80M05XYZN19G53G28Z0G49M06N20G54G00X0Y0N21G43H03Z20N22S500M03T04N23G99G82X84Y42Z-6R3P1000F60N24M98P01O01N1X-84N2Y-42N3G98X84N4M99N25G80M05N26G53G28Z0G49M06N27G54G00G43H04Z20N28S300M03T05N29G98G82X0Y0Z-9R3P1000F60

用T04锪

33的中心沉頭孔N30G80M05N31G53G28Z0G49M06N32G54G00X0Y-70用T05粗銑

96的凸圓臺(tái)N33G00G43H05Z-2切深2mmN34S500M03T06XYZN35G01G41D51X22．F100

徑向切入2mmN36M98P02粗銑

100的圓臺(tái)O0296凸臺(tái)圓周的切削N1G03X0Y-48I-22J0N2G02I0J48N3G03X-22Y-70I0J-22.N4G40G00X0N5M99N37G01G41D52X22F100

徑向切人3.5mmXYZXYZXYZN38M98P02粗銑

96.5的圓臺(tái)O0296凸臺(tái)圓周的切削N1G03X0Y-48I-22J0N2G02I0J48N3G03X-22Y-70I0J-22N4G40G00X0N5M99N39G01Z-4F50切深4mmN40G01G41D51X22F100

徑向切人2mmN41M98P02N42G01G4lD52X22F100

徑向切入3.5mmN43M98P02XYZXYZN44G01G41D53X22F100

精銑

96圓臺(tái)N45M98P02O0296凸臺(tái)圓周的切削N1G03X0Y-48I-22J0N2G02I0J48N3G03X-22Y-70I0J-22N4G40G00X0N5M99N46G00Z3N47M98P03

銑第一象限R39的圓弧O03R39弧段的加工N1G00X56.569Y56.569N2G01Z-4.F50.N3G91G41D53X-39.F200N4G03X39.Y-39.I39.J0F100N5G00Z3．N6G40N7M99N48M21M98P03

銑第二象限R39的圓弧N49M22M98P03

銑第三象限R39的圓弧XYZN50M23取消鏡像N51M22M98P03銑第四象限R39的圓弧N52M23取消鏡像N53G49M05N54G53G28Z0M06換用T06(

10立銑刀)N55G54G00X60Y0N56G43H06Z-2切深2mmN57S800M03T00N58M98P04銑右邊橫槽O04凸臺(tái)上橫槽的切削N1G00G41D6lX50Y7N2G01X28F60N3G03Y-7I0J-7N4G01X50N5G00G40X60Y0N6Z10N7M99XYZXYZN59G01Z-4F100切深4mmN60M98P04銑右邊橫槽N61G00X-60Y0N62Z-2分層銑左邊橫槽N63M21M98P04N64G01Z-4F100N65M98P04N66M23取消鏡像N67G00X0Y60N68Z-2分層銑上邊豎槽N69M98P05O05凸臺(tái)上豎槽切削N1G00G41D6lY50X-7N2G01Y28F60N3G03X7I7J0N4G01Y50N5G00G40Y60X0N6Z10N7M99N70G01Z-4.F100N71M98P0005XYZN72G00X0Y-60.N73Z-2.分層銑下邊豎槽N74M22M98P0005N75G01Z-4．F100N76M98P0005N77M23取消鏡像N78G00X0Y0N79Z-15．N80G01G41D61X9.F60

精銑中心方孔N81Y9.N82X-9.N83Y-9.N84