數(shù)控加工技術(shù)：第6章數(shù)控加工中心及其應(yīng)用

1、了解加工中心的加工特點(diǎn)、分類(lèi)及加工對(duì)象 熟悉加工中心的刀具系統(tǒng)及加工中心工件的定位與裝夾 掌握加工中心的工藝特點(diǎn)及工藝設(shè)計(jì) 掌握加工中心的編程技巧,第6章 數(shù)控加工中心及其應(yīng)用,本 章 大 綱,6.1 概 述 6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝 6.3 加工中心的程序編制 6.4 加工中心典型加工實(shí)例 6.5 小結(jié),6.1 概 述,6.1.1加工中心的特點(diǎn)及分類(lèi),1加工中心的特點(diǎn) （1）加工中心具有自動(dòng)換刀裝置，能自動(dòng)更換刀具，在一次裝夾中可完成銑、鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻螺紋等加工，工序高度集中。 （2）帶有自動(dòng)分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或自動(dòng)擺角主軸箱的加工中心，可在工件一次裝夾后，自動(dòng)完成多個(gè)平面和多

2、個(gè)角度位置的加工，避免了重復(fù)裝夾的定位誤差。 （3）許多加工中心帶有自動(dòng)交換工作臺(tái)。一個(gè)工件在加工的同時(shí)，另一個(gè)工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)工件的裝卸，大大縮短輔助時(shí)間，提高加工效率,6.1 概 述,6.1.1加工中心的特點(diǎn)及分類(lèi),2加工中心的分類(lèi) （1）按功能特征分類(lèi)。按功能特征分類(lèi)可分為鏜銑加工中心、鉆削加工中心和復(fù)合加工中心。 （2）按結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)。按加工中心的工作臺(tái)結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)，可分成單、雙和多工作臺(tái)。 （3）按主軸種類(lèi)分類(lèi)。根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)，可分為單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心,6.1 概 述,6.1.1加工中心的特點(diǎn)及分類(lèi),2加工中心的分類(lèi) （4）按自動(dòng)換刀裝置分類(lèi)?？煞譃槿缦?種加

3、工中心。 轉(zhuǎn)塔頭加工中心。 刀庫(kù)+主軸換刀加工中心。 刀庫(kù)+機(jī)械手+主軸換刀加工中心。 刀庫(kù)機(jī)械手雙主軸轉(zhuǎn)塔頭加工中心。 （5）按主軸在加工時(shí)的空間位置分類(lèi)。按主軸在加工時(shí)的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、龍門(mén)式加工中心和五軸加工中心等,6.1 概 述,6.1.2加工中心的主要加工對(duì)象,1箱體類(lèi)零件 2結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件 3盤(pán)、套、板類(lèi)零件 4要求多工位加工的零件 5加工精度要求較高的中小批量零件 6周期性投產(chǎn)的零件 7需要頻繁改型的零件,6.1 概 述,6.1.3加工中心的構(gòu)成,1加工中心的主要結(jié)構(gòu) （1）控制部分。控制部分包括硬件部分和軟件部分。 （2）主機(jī)部分。組成臥式加工中心

4、的主要部件有主軸單元、滾珠絲杠副、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、刀庫(kù)、機(jī)械手及防護(hù)裝置等,6.1 概 述,6.1.3加工中心的構(gòu)成,2加工中心結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn) （1）機(jī)床的剛度高、抗振性好。 （2）機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳遞精度高、速度快。 （3）主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、主軸功率大、調(diào)速范圍寬，并可無(wú)級(jí)調(diào)速。 （4）加工中心的導(dǎo)軌采用了耐磨損材料和新結(jié)構(gòu)，能長(zhǎng)期的保持導(dǎo)軌的精度，在高速重切削下，保證運(yùn)動(dòng)部件不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不爬行及運(yùn)動(dòng)中的高靈敏度。 （5）設(shè)置有刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)。 （6）控制系統(tǒng)功能較全,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),1刀庫(kù) （1）圓盤(pán)式刀庫(kù)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，應(yīng)用較

5、多，但由于刀具環(huán)形排列，空間利用率低，受刀盤(pán)尺寸的限制，刀庫(kù)容量較小，通常容量為1532把刀,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),圓盤(pán)式刀庫(kù)的刀具配置方式,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),2）鏈?zhǔn)降稁?kù)。結(jié)構(gòu)緊湊、靈活性好、選刀和取刀動(dòng)作簡(jiǎn)單。其多為軸向取刀，適用于刀庫(kù)容量較大的加工中心，通常容量為30120把刀,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),鏈?zhǔn)降稁?kù),6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),3）格子盒式刀庫(kù)。即常說(shuō)的機(jī)械手換刀庫(kù)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是換刀迅速、可靠。這

6、種刀庫(kù)由于刀具排列密集，空間利用率高，所以刀庫(kù)容量大,1刀座；2刀具固定板架；3取刀機(jī)械手橫向?qū)к墸?4取刀機(jī)械手縱向?qū)к墸?換刀位置刀座；6換刀機(jī)械手 固定型格子盒式刀庫(kù),6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),2刀具的選擇方式 （1）順序選刀。即在加工前將刀具按加工工序的順序依次放入刀庫(kù)的每一個(gè)刀座內(nèi)，加工時(shí)按順序調(diào)用刀具。更換加工工件時(shí)，刀具在刀庫(kù)上的排列順序也要改變。 （2）任意選刀。任意選刀方式是預(yù)先把刀庫(kù)中每把刀具（或刀座）都編上代碼，按照編碼選刀，刀具在刀庫(kù)中不必按工件的加工順序排列。 刀具編碼方式。 刀座編碼方式。 編碼附件方式。 計(jì)算機(jī)記憶方式,6

7、.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),3）刀具識(shí)別裝置。 接觸式刀具識(shí)別裝置。適應(yīng)于空間位置較小的刀具編碼。 非接觸式刀具識(shí)別裝置。利用磁感應(yīng)的強(qiáng)弱不同，通過(guò)感應(yīng)線圈讀取代碼,1刀具識(shí)別裝置；2觸針；3刀具；4編碼環(huán) 接觸式刀具識(shí)別裝置的原理圖,1刀具識(shí)別裝置；2刀具；3編碼環(huán)；4線圈 非接觸式刀具識(shí)別的原理圖,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),3自動(dòng)換刀裝置 （1）無(wú)機(jī)械手換刀,換刀過(guò)程,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.1加工中心刀具系統(tǒng),2）機(jī)械手換刀,換刀分解動(dòng)作示意圖,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,

8、6.2.2工件的定位與裝夾,1工件的定位 （1）加工中心對(duì)定位基準(zhǔn)的要求。 （2）定位基準(zhǔn)的選擇原則。 （3）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái),6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.2工件的定位與裝夾,2工件的裝夾 （1）夾緊機(jī)構(gòu)不得影響進(jìn)給，加工部位要敞開(kāi)。 （2）夾具在機(jī)床上能實(shí)現(xiàn)定向安裝。 （3）夾具的剛性與穩(wěn)定性要好。 （4）工件裝夾位置應(yīng)保證工件在機(jī)床各軸的加工行程范圍內(nèi)，并且使得刀具的長(zhǎng)度盡可能縮短，提高刀具的加工剛性。 （5）在考慮夾緊方案時(shí)，應(yīng)保證夾緊可靠，并盡量減少夾緊變形,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.3加

9、工中心的工藝特點(diǎn),1工藝范圍寬，能加工復(fù)雜曲面 2具有高度柔性，便于研制、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品 3加工精度高，零件一致性好 4一機(jī)多用，生產(chǎn)效率高 5降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 6便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.4加工中心的工藝設(shè)計(jì),1加工中心的工藝性分析 （1）選擇加工內(nèi)容。 （2）檢查零件圖樣。 （3）分析零件的技術(shù)要求。 （4）審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性,6.2 加工中心的刀具、夾具及加工工藝,6.2.4加工中心的工藝設(shè)計(jì),2加工中心的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）遵循先面后孔、先基準(zhǔn)后其他、先粗后精的原則。 （2）應(yīng)考慮在一次裝夾中，盡可能完成所有能夠加工表面的加工。 （3）對(duì)

10、位置精度要求較高的孔系加工，要特別注意安排孔的加工順序，如果安排不當(dāng)，就有可能將傳動(dòng)副的反向間隙帶入，直接影響位置精度。 （4）加工過(guò)程中，為了減少換刀次數(shù)，可采用刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相應(yīng)的部位都加工完，再換第2把刀具繼續(xù)加工,6.3 加工中心的程序編制,6.3.1加工中心工件坐標(biāo)系,一般建立工件坐標(biāo)系的原則如下。 （1）工件零點(diǎn)應(yīng)選在零件的尺寸基準(zhǔn)上，以便于坐標(biāo)值的計(jì)算并減少錯(cuò)誤。 （2）工件零點(diǎn)盡量選在精度較高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度。 （3）對(duì)稱(chēng)零件的工件零點(diǎn)應(yīng)設(shè)在對(duì)稱(chēng)中心上。 （4）對(duì)于一般零件，工件零點(diǎn)應(yīng)設(shè)在工件輪廓的某一角上。 （5）Z軸方向的零點(diǎn)一般

11、設(shè)在工件表面。 （6）臥式加工中心編程時(shí)，工件零點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心與Z軸連線上。 （7）編程時(shí)，應(yīng)將刀具起點(diǎn)和程序原點(diǎn)設(shè)在同一處，便于計(jì)算，簡(jiǎn)化程序,6.3 加工中心的程序編制,6.3.2加工中心的編程要求,1）仔細(xì)分析圖紙，確定合理的工藝路線。 （2）所用刀具要測(cè)出實(shí)際的尺寸填入刀具卡。 （3）確定合理的切削用量，主要是主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量、進(jìn)給速度等。 （4）要留有足夠的自動(dòng)換刀空間，以避免與工件或夾具的碰撞，換刀位置建議設(shè)置在機(jī)床原點(diǎn)。 （5）為便于檢查和調(diào)試程序，可將各工步的加工內(nèi)容安排到不同的子程序中，而主程序主要完成換刀和子程序的調(diào)用，這樣程序簡(jiǎn)單而清晰。 （6）程序要進(jìn)行校驗(yàn)

12、和試運(yùn)行，注意刀具、夾具和工件之間是否有干涉。在檢查M、S、T、功能時(shí)，可在Z軸鎖定的狀態(tài)下進(jìn)行,6.3 加工中心的程序編制,6.3.3加工中心的編程,1換刀程序編制要點(diǎn) （1）換刀指令。選刀（T），T后為刀具號(hào)，一般取兩位；換刀（M06）。 （2）選刀和換刀通常分開(kāi)進(jìn)行。 （3）選刀動(dòng)作應(yīng)與機(jī)床加工動(dòng)作重合，在加工過(guò)程中進(jìn)行選刀，提高了機(jī)床利用率。 （4）換刀指令M06必須在用新刀具進(jìn)行加工的程序段之前，而下一個(gè)選刀指令T常緊跟在這次換刀指令之后，如M06 T01（將當(dāng)前主軸刀具更換為刀庫(kù)一號(hào)位置刀具）。 （5）多數(shù)加工中心規(guī)定機(jī)床Z軸零點(diǎn)為換刀點(diǎn)，要求換刀前用準(zhǔn)備機(jī)能指令G28使主軸自動(dòng)返

13、回?fù)Q刀點(diǎn)。 （6）換刀過(guò)程一般為：控制系統(tǒng)接到T指令后立即自動(dòng)選刀，并使選中的刀具處于換刀位置，接到M06指令后機(jī)械手動(dòng)作，一方面將主軸上的刀具取下送回刀庫(kù)，另一方面又將換刀位置的刀具取出裝在主軸上，實(shí)現(xiàn)換刀,6.3 加工中心的程序編制,6.3.2加工中心的編程要求,2換刀程序的編制 XH714加工中心裝備有盤(pán)形刀庫(kù)，通過(guò)主軸與刀庫(kù)的相互運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀。換刀過(guò)程用一個(gè)子程序描述，習(xí)慣上取程序號(hào)為O9000。 為保證換刀安全，使換刀子程序不被隨意更改，設(shè)備管理人員可將該程序隱含。當(dāng)加工程序中需要換刀時(shí)，調(diào)用O9000號(hào)子程序即可。 調(diào)用程序段編寫(xiě)為：N T M98 P9000 其中：N后為程序順序

14、號(hào)；M98為調(diào)用換刀子程序；P9000為換刀子程序號(hào),6.3 加工中心的程序編制,6.3.2加工中心的編程要求,3加工中心編程實(shí)例 用刀具補(bǔ)償功能和固定循環(huán)功能，使用加工中心編程加工如圖6-24所示零件上的12個(gè)孔,零件圖樣,6.3 加工中心的程序編制,6.3.2加工中心的編程要求,1）分析零件圖樣，進(jìn)行工藝處理。 （2）設(shè)置參數(shù)。 （3）數(shù)學(xué)處理。 （4）程序編制,6.4 加工中心典型加工實(shí)例,6.3.2加工中心的編程要求,已知零件如圖6-26所示，毛坯尺寸為96mm96mm52mm的方形坯料，材料為硬鋁，且底面和四周輪廓均已加工好，其中正五邊形外接圓直徑為80mm,圖6-26 零件圖,6.4 加工中心典型加工實(shí)例,6.3.2加工中心的編程要求,1零件圖分析 2工藝處理 （1）工件的裝夾。 （2）刀具選擇。 （3）加工工藝方案。 銑毛坯上表面。 粗銑四邊形凸臺(tái)輪廓。 粗銑凹槽。 精銑四邊形凸臺(tái)輪廓。 精銑凹槽。 粗銑五邊形凸臺(tái)輪廓。 鉆孔。 精銑五邊形凸臺(tái)輪廓。 鉸孔,6.4 加工中心典型加工實(shí)例,6.3.2加工中心的編程要求,3數(shù)學(xué)處理 4程序編制 5程序仿真校驗(yàn) 打開(kāi)軟件進(jìn)入數(shù)控機(jī)床界面安裝刀具安裝夾具安裝工件對(duì)刀設(shè)置刀具參數(shù)把編好的程序輸入循環(huán)啟動(dòng)加工。 6加工零件 開(kāi)機(jī)機(jī)床回參考點(diǎn)安裝刀具安裝夾具安裝工件對(duì)刀設(shè)置刀具參數(shù)把編好的程序輸入循環(huán)啟動(dòng)加工,6.5