1、第6章 加工中心編程,6.1 加工中心簡介,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換刀裝置，加工時，工件經(jīng)一次裝夾后，就能連續(xù)地對工件各加工表面自動地完成銑、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：結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，價格相對較低，裝夾工件方便，調(diào)試程序容易，應(yīng)用廣泛。 缺點：不能加工太高的零件；在加工型腔或下凹的型面時切屑不易排除，嚴(yán)重時會損壞刀具，破壞已加工表面，影響加工的順利進(jìn)

2、行。 應(yīng)用：最適宜加工高度方向尺寸相對較小的工件。,(2) 臥式加工中心 其主軸中心線為水平狀態(tài)設(shè)置，多采用移動式立柱結(jié)構(gòu)，通常都帶有可進(jìn)行回轉(zhuǎn)運動的正方形分度工作臺，一般具有35個運動坐標(biāo)，常見的是三個直線運動坐標(biāo)加一個回轉(zhuǎn)運動坐標(biāo)(回轉(zhuǎn)工作臺) 。,圖6-2 臥式加工中心,優(yōu)點：加工時排屑容易。,缺點：與立式加工中心相比較，臥式加工中心在調(diào)試程序及試切時不宜觀察，加工時不便監(jiān)視，零件裝夾和測量不方便；臥式加工中心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，價格也較高。,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，除自動換刀裝置以外，還帶有可更換的主軸頭附件，數(shù)控

3、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：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：但是由于五面加工中心存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、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

4、種是其主軸不改變方向，而由工作臺帶著工件旋轉(zhuǎn)90，完成對工件五個表面的加工。,2按運動坐標(biāo)數(shù)和同時控制的坐標(biāo)數(shù)分類,加工中心可分為三軸二聯(lián)動，三軸三聯(lián)動，四軸三聯(lián)動，五軸四聯(lián)動，六軸五聯(lián)動等。,3按工作臺數(shù)量和功能分類,加工中心可分為單工作臺加工中心、雙工作臺加工中心和多工作臺加工中心。,二、特點及功能,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分度回轉(zhuǎn)工作臺或能自動擺角的主軸箱，可使工件在一次裝夾后，自動完成多個平面和多個角度位置的多工序加工。,3. 加工中心如果帶有自動交換工作臺，一個工件在工作位置的工作臺上進(jìn)

5、行加工的同時，另外的工件在裝卸位置的工作臺上進(jìn)行裝卸，大大縮短了輔助時間，提高了生產(chǎn)率。,三、加工中心的主要加工對象,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、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，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。,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

6、中心，有徑向孔的可選用臥式加工中心。,6.2 加工中心的加工工藝與工裝,一、加工中心的工藝特點,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)和運輸工作量，縮短生產(chǎn)周期。,4. 在制品數(shù)量少，簡化生產(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)計時要處理好刀具在換刀及加工時與工件、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)粗加工時切削力大、夾緊力大的要求，又須適應(yīng)精加工時定位精度高，零件夾緊變形盡可能小的要求。,7

7、. 由于采用自動換刀和自動回轉(zhuǎn)工作臺進(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)行時效，內(nèi)應(yīng)力難以消除。,10. 技術(shù)復(fù)雜，對使用、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)測量機(jī)等。,二、加工中心的工藝路線設(shè)計,單臺加工中心或多臺加工中心構(gòu)成的FMC或FMS，在工藝設(shè)計上有較大的差別。,1單臺加工中心,(1) 安排加工順序時，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

8、后續(xù)加工。,(2) 要照顧各個方向的尺寸，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多臺加工中心構(gòu)成的FMC或FMS,當(dāng)加工中心處在FMC或FMS中時，其工藝設(shè)計應(yīng)著重考慮每臺加工設(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路線等問題。,三、加工中心的工步

9、設(shè)計,設(shè)計加工中心機(jī)床的加工工藝實際就是設(shè)計各表面的加工工步。, 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。, 對于既要銑面又要鏜孔的零件，如各種發(fā)動機(jī)箱體，可以先銑面后鏜孔。, 相同工位集中加工，應(yīng)盡量按就近位置加工，以縮短刀具移動距離，減少空運行時間。, 按所用刀具劃分工步。, 當(dāng)加工工件批量較大而工序又不太長時，可在工作臺上一次裝夾多個工件同時加工，以減少換刀次數(shù)。, 考慮到加工中存在著重復(fù)定位誤差，對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。, 在一次定位裝夾中

10、，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, 盡量選擇零件上的設(shè)計基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。, 一次裝夾就能夠完成全部關(guān)鍵精度部位的加工。, 當(dāng)既加工基準(zhǔn)又完成各工位的加工時，其定位基準(zhǔn)的選擇需考慮完成盡可能多的加工內(nèi)容。, 當(dāng)零件的定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)難以重合時，通過尺寸鏈的計算，嚴(yán)格規(guī)定定位基準(zhǔn)與設(shè)計基準(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, 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。, 盡量采用氣動、液壓夾緊裝置。, 夾具要盡量開敞，夾緊元件的

11、位置應(yīng)盡量低，給刀具運動軌跡留有空間。, 夾具在機(jī)床工作臺上的安裝位置應(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。, 自動換刀和交換工作臺時不能與夾具或工件發(fā)生干涉。, 要考慮拆除定位元件后，工件定位精度的保持問題。, 盡量不要在加工中途更換夾緊點。,(三) 確定零件在機(jī)床工作臺上的最佳位置,在進(jìn)行多工位零件的加工時，應(yīng)綜合計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)床主軸的自動松開和拉緊定位，并能準(zhǔn)確地安裝各種切削刃具，適應(yīng)

12、機(jī)械手的夾持和搬運。,1對刀具的要求,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，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

13、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。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，確定采用自動換刀或手動換刀。,3. 為提高機(jī)床利用率，盡量采用刀具機(jī)外預(yù)調(diào)，并將測量尺寸填寫到刀具卡片中，以便操作者在運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、

14、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。換刀完畢啟動主軸后，方可執(zhí)行后面的程序段。一般立式加工中心規(guī)定的換刀點位置在機(jī)床Z軸零點處，臥式加工中心規(guī)定在機(jī)床Y軸零點處。,編制換刀程序一般有兩種方法。,方法一： N10 G9l G28 Z0 T02 N11 M06 即一把刀具加工結(jié)束，主軸返回機(jī)床原點后準(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： N10 G01 X Y Z T02 N17 G91 G28 Z0 M06 N18 G01 X Y Z T03 這種方法的找刀時間和機(jī)床的切削時間重合，當(dāng)主軸返回?fù)Q刀點后立刻換刀

15、，因此整個換刀過程所用的時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。,6.4 加工中心編程實例,例1 圖6-8a為零件圖，圖6-8b為加工毛坯料圖，設(shè)起刀點為(0，0，300)，試編制其加工程序。,工藝過程可分為：先用中心鉆、鉆頭、锪刀加工孔，再對中間凸臺盤進(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)值計算的是4段R39圓弧的圓心。,1數(shù)值計算,R39圓弧的圓心坐標(biāo)計算： XR=YR=80cos45=56.569,2加工工序,1) 用中心鉆5個定位孔，深1mm。

16、 2) 用14鉆頭在5個通孔。 3) 用20锪刀锪4個沉頭孔,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, 每次吃刀量2mm，粗加工留 0.5mm的余量。,6) 用10立銑刀銑凸臺上4個豁口及 中心方孔。,3刀具卡片,T01 中心鉆 30.85 H01 30.85 3 S800 F50,T02 鉆頭 60.21 H02 60.21 14 S600 F50,T03 锪刀 40.73 H03 40.73 20 S500 F60,T04 锪刀 50.86 H04 50.86 33 S300 F60,T06 立銑刀 120.86 H06 120.86 1

17、0 D61 5 S300 F60,4程序清單 N1 G90 G92 X0 Y0 Z300 T01 N2 G53 G28 Z0 M06 過機(jī)床坐標(biāo)系Z軸零點返回機(jī)床參考點，執(zhí)行換刀，把T01刀裝上 N3 G54 G43 H01 G00 Z20 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 N4 S800 M03 M08 T02 N5 G99 G81 X0 Y0 Z-1. R3. F50 用T01鉆5個定位孔 N6 M98 P0001,O0001 打4個角孔的中心位置 N1 X84Y42 N2 X-84 N3 Y-42 N4 G98 X84 N5 M99,N7 G80 M05 G49,

18、N8 G53 G28 Z0 M06 N9 G54 G43 H02 G00 Z20 N10 S600 M03 T03 N11 G99 G8l X0 Y0 Z-16. R3. F50 用T02打5個14的通孔 N12 M98 P000l O0001 4個角孔的中心位置 N1 X84Y42 N2 X-84 N3 Y-42 N4 G98 X84 N5 M99 N13 G80 M05,N14 G53 G28 Z0 G49 M06 N15 G54 G00 X0 Y0 N16 G43 H03 Z20 N17 S500 M03 T04 N18 G99 G82 Z-6 R3P1000 F60 用T03锪4個20

19、沉頭孔 N19 M98 P0001 O0001 4個角孔的中心位置 N1 X84Y42 N2 X-84 N3 Y-42 N4 G98 X84 N5 M99 N20 G80 M05,N21 G53 G28 Z0 G49 M06 N22 G54 G00 G43 H04 Z20 N23 S300 M03 T05 N24 G98 G82 X0 Y0 Z-9R3P1000 F60 用T04锪33的中心沉頭孔 N25 G80 M05 N26 G53 G28 Z0 G49 M06 N27 G54 G00 X0 Y-70. 用T05粗銑96的凸圓臺 N28 G00 G43 H05 Z-2. 切深2mm N29

20、 S500 M03 T06,N30 G01 G41 D51 X22F100 徑向切入2mm N31 M98 P0002 粗銑100的圓臺 O0002 96凸臺圓周的切削 N1 G03 X0 Y-48. I-22 J0 N2 G02 I0 J48. N3 G03 X-22Y-70. I0 J-22. N4 G40 G00 X0 N5 M99 N32 G01 G41 D52 X22F100 徑向切人3.5mm,N33 M98 P0002 粗銑96.5的圓臺 O0002 96凸臺圓周的切削 N1 G03 X0 Y-48. I-22 J0 N2 G02 I0 J48. N3 G03 X-22Y-70.

21、 I0 J-22. N4 G40 G00 X0 N5 M99 N34 G01 Z-4. F50 切深4mm N35 G01 G41 D51 X22F100 徑向切人2mm N36 M98 P0002 N37 G01 G4l D52 X22F100 徑向切入3.5mm N38 M98 P0002,N39 G01 G41 D53 X22. F100 精銑96圓臺 N40 M98 P0002 O0002 96凸臺圓周的切削 N1 G03 X0 Y-48. I-22 J0 N2 G02 I0 J48. N3 G03 X-22Y-70. I0 J-22. N4 G40 G00 X0 N5 M99 N41

22、 G00 Z3,N42 M98 P0003 銑第一象限R39的圓弧 O0003 R39弧段的加工 N1 G00 X56.569 Y56.569 N2 G01 Z-4. F50. N3 G91 G41 D53 X-39. F200 N4 G03 X39. Y-39. I39. J0 F100 N5 G00 Z3 N6 G40 N7 M99 N43 M21 M98 P0003 銑第二象限R39的圓弧 N44 M22 M98 P0003 銑第三象限R39的圓弧,N45 M23 取消鏡像 N46 M22 M98 P0003 銑第四象限R39的圓弧 N47 M23 取消鏡像,N48 G49 M05 N49 G53 G28 Z0 M06 換用T06(10立銑刀) N50 G54 G00 X60. Y0 N5l G43 H06 Z-2. 切深2mm N52 S800 M03 T00 N53 M98