数控加工技术：第6章数控加工中心及其应用

1、了解加工中心的加工特点、分类及加工对象 熟悉加工中心的刀具系统及加工中心工件的定位与装夹 掌握加工中心的工艺特点及工艺设计 掌握加工中心的编程技巧,第6章 数控加工中心及其应用,本 章 大 纲,6.1 概 述 6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺 6.3 加工中心的程序编制 6.4 加工中心典型加工实例 6.5 小结,6.1 概 述,6.1.1加工中心的特点及分类,1加工中心的特点 （1）加工中心具有自动换刀装置，能自动更换刀具，在一次装夹中可完成铣、钻、扩、铰、镗、攻螺纹等加工，工序高度集中。 （2）带有自动分度回转工作台或自动摆角主轴箱的加工中心，可在工件一次装夹后，自动完成多个平面和多

2、个角度位置的加工，避免了重复装夹的定位误差。 （3）许多加工中心带有自动交换工作台。一个工件在加工的同时，另一个工作台可以实现工件的装卸，大大缩短辅助时间，提高加工效率,6.1 概 述,6.1.1加工中心的特点及分类,2加工中心的分类 （1）按功能特征分类。按功能特征分类可分为镗铣加工中心、钻削加工中心和复合加工中心。 （2）按结构特征分类。按加工中心的工作台结构特征分类，可分成单、双和多工作台。 （3）按主轴种类分类。根据主轴结构特征分类，可分为单轴、双轴、三轴及可换主轴箱的加工中心,6.1 概 述,6.1.1加工中心的特点及分类,2加工中心的分类 （4）按自动换刀装置分类。可分为如下4种加

3、工中心。 转塔头加工中心。 刀库+主轴换刀加工中心。 刀库+机械手+主轴换刀加工中心。 刀库机械手双主轴转塔头加工中心。 （5）按主轴在加工时的空间位置分类。按主轴在加工时的空间位置可分为立式加工中心、卧式加工中心、龙门式加工中心和五轴加工中心等,6.1 概 述,6.1.2加工中心的主要加工对象,1箱体类零件 2结构形状复杂的零件 3盘、套、板类零件 4要求多工位加工的零件 5加工精度要求较高的中小批量零件 6周期性投产的零件 7需要频繁改型的零件,6.1 概 述,6.1.3加工中心的构成,1加工中心的主要结构 （1）控制部分。控制部分包括硬件部分和软件部分。 （2）主机部分。组成卧式加工中心

4、的主要部件有主轴单元、滚珠丝杠副、回转工作台、刀库、机械手及防护装置等,6.1 概 述,6.1.3加工中心的构成,2加工中心结构上的特点 （1）机床的刚度高、抗振性好。 （2）机床的传动系统结构简单、传递精度高、速度快。 （3）主轴系统结构简单、主轴功率大、调速范围宽，并可无级调速。 （4）加工中心的导轨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。 （5）设置有刀库和换刀机构。 （6）控制系统功能较全,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,1刀库 （1）圆盘式刀库。结构简单、紧凑，应用较

5、多，但由于刀具环形排列，空间利用率低，受刀盘尺寸的限制，刀库容量较小，通常容量为1532把刀,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,圆盘式刀库的刀具配置方式,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,2）链式刀库。结构紧凑、灵活性好、选刀和取刀动作简单。其多为轴向取刀，适用于刀库容量较大的加工中心，通常容量为30120把刀,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,链式刀库,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,3）格子盒式刀库。即常说的机械手换刀库，其最大的优点是换刀迅速、可靠。这

6、种刀库由于刀具排列密集，空间利用率高，所以刀库容量大,1刀座；2刀具固定板架；3取刀机械手横向导轨； 4取刀机械手纵向导轨；5换刀位置刀座；6换刀机械手 固定型格子盒式刀库,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,2刀具的选择方式 （1）顺序选刀。即在加工前将刀具按加工工序的顺序依次放入刀库的每一个刀座内，加工时按顺序调用刀具。更换加工工件时，刀具在刀库上的排列顺序也要改变。 （2）任意选刀。任意选刀方式是预先把刀库中每把刀具（或刀座）都编上代码，按照编码选刀，刀具在刀库中不必按工件的加工顺序排列。 刀具编码方式。 刀座编码方式。 编码附件方式。 计算机记忆方式,6

7、.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,3）刀具识别装置。 接触式刀具识别装置。适应于空间位置较小的刀具编码。 非接触式刀具识别装置。利用磁感应的强弱不同，通过感应线圈读取代码,1刀具识别装置；2触针；3刀具；4编码环 接触式刀具识别装置的原理图,1刀具识别装置；2刀具；3编码环；4线圈 非接触式刀具识别的原理图,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,3自动换刀装置 （1）无机械手换刀,换刀过程,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.1加工中心刀具系统,2）机械手换刀,换刀分解动作示意图,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,

8、6.2.2工件的定位与装夹,1工件的定位 （1）加工中心对定位基准的要求。 （2）定位基准的选择原则。 （3）回转工作台。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台,数控回转工作台,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.2工件的定位与装夹,2工件的装夹 （1）夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开。 （2）夹具在机床上能实现定向安装。 （3）夹具的刚性与稳定性要好。 （4）工件装夹位置应保证工件在机床各轴的加工行程范围内，并且使得刀具的长度尽可能缩短，提高刀具的加工刚性。 （5）在考虑夹紧方案时，应保证夹紧可靠，并尽量减少夹紧变形,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.3加

9、工中心的工艺特点,1工艺范围宽，能加工复杂曲面 2具有高度柔性，便于研制、开发新产品 3加工精度高，零件一致性好 4一机多用，生产效率高 5降低了工人的劳动强度 6便于实现计算机辅助制造,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.4加工中心的工艺设计,1加工中心的工艺性分析 （1）选择加工内容。 （2）检查零件图样。 （3）分析零件的技术要求。 （4）审查零件的结构工艺性,6.2 加工中心的刀具、夹具及加工工艺,6.2.4加工中心的工艺设计,2加工中心的工艺设计内容 （1）遵循先面后孔、先基准后其他、先粗后精的原则。 （2）应考虑在一次装夹中，尽可能完成所有能够加工表面的加工。 （3）对

10、位置精度要求较高的孔系加工，要特别注意安排孔的加工顺序，如果安排不当，就有可能将传动副的反向间隙带入，直接影响位置精度。 （4）加工过程中，为了减少换刀次数，可采用刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完，再换第2把刀具继续加工,6.3 加工中心的程序编制,6.3.1加工中心工件坐标系,一般建立工件坐标系的原则如下。 （1）工件零点应选在零件的尺寸基准上，以便于坐标值的计算并减少错误。 （2）工件零点尽量选在精度较高的工件表面，以提高被加工零件的加工精度。 （3）对称零件的工件零点应设在对称中心上。 （4）对于一般零件，工件零点应设在工件轮廓的某一角上。 （5）Z轴方向的零点一般

11、设在工件表面。 （6）卧式加工中心编程时，工件零点应设置在工作台回转中心与Z轴连线上。 （7）编程时，应将刀具起点和程序原点设在同一处，便于计算，简化程序,6.3 加工中心的程序编制,6.3.2加工中心的编程要求,1）仔细分析图纸，确定合理的工艺路线。 （2）所用刀具要测出实际的尺寸填入刀具卡。 （3）确定合理的切削用量，主要是主轴转速、背吃刀量、进给速度等。 （4）要留有足够的自动换刀空间，以避免与工件或夹具的碰撞，换刀位置建议设置在机床原点。 （5）为便于检查和调试程序，可将各工步的加工内容安排到不同的子程序中，而主程序主要完成换刀和子程序的调用，这样程序简单而清晰。 （6）程序要进行校验

12、和试运行，注意刀具、夹具和工件之间是否有干涉。在检查M、S、T、功能时，可在Z轴锁定的状态下进行,6.3 加工中心的程序编制,6.3.3加工中心的编程,1换刀程序编制要点 （1）换刀指令。选刀（T），T后为刀具号，一般取两位；换刀（M06）。 （2）选刀和换刀通常分开进行。 （3）选刀动作应与机床加工动作重合，在加工过程中进行选刀，提高了机床利用率。 （4）换刀指令M06必须在用新刀具进行加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后，如M06 T01（将当前主轴刀具更换为刀库一号位置刀具）。 （5）多数加工中心规定机床Z轴零点为换刀点，要求换刀前用准备机能指令G28使主轴自动返

13、回换刀点。 （6）换刀过程一般为：控制系统接到T指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装在主轴上，实现换刀,6.3 加工中心的程序编制,6.3.2加工中心的编程要求,2换刀程序的编制 XH714加工中心装备有盘形刀库，通过主轴与刀库的相互运动实现换刀。换刀过程用一个子程序描述，习惯上取程序号为O9000。 为保证换刀安全，使换刀子程序不被随意更改，设备管理人员可将该程序隐含。当加工程序中需要换刀时，调用O9000号子程序即可。 调用程序段编写为：N T M98 P9000 其中：N后为程序顺序

14、号；M98为调用换刀子程序；P9000为换刀子程序号,6.3 加工中心的程序编制,6.3.2加工中心的编程要求,3加工中心编程实例 用刀具补偿功能和固定循环功能，使用加工中心编程加工如图6-24所示零件上的12个孔,零件图样,6.3 加工中心的程序编制,6.3.2加工中心的编程要求,1）分析零件图样，进行工艺处理。 （2）设置参数。 （3）数学处理。 （4）程序编制,6.4 加工中心典型加工实例,6.3.2加工中心的编程要求,已知零件如图6-26所示，毛坯尺寸为96mm96mm52mm的方形坯料，材料为硬铝，且底面和四周轮廓均已加工好，其中正五边形外接圆直径为80mm,图6-26 零件图,6.4 加工中心典型加工实例,6.3.2加工中心的编程要求,1零件图分析 2工艺处理 （1）工件的装夹。 （2）刀具选择。 （3）加工工艺方案。 铣毛坯上表面。 粗铣四边形凸台轮廓。 粗铣凹槽。 精铣四边形凸台轮廓。 精铣凹槽。 粗铣五边形凸台轮廓。 钻孔。 精铣五边形凸台轮廓。 铰孔,6.4 加工中心典型加工实例,6.3.2加工中心的编程要求,3数学处理 4程序编制 5程序仿真校验 打开软件进入数控机床界面安装刀具安装夹具安装工件对刀设置刀具参数把编好的程序输入循环启动加工。 6加工零件 开机机床回参考点安装刀具安装夹具安装工件对刀设置刀具参数把编好的程序输入循环启动加工,6.5