数控加工实习手册：第四章 数控中心加工实习

1、第四章 XH714立式铣削加工中心的使用介绍第一节数控加工中心机床XH714的操作.主要用途和特性XH714立式加工中心是一种中小规格、高效通用的自动化机床。该机床设有可容20把刀具的自动换刀系统，并有先进的数字控制系统Sinumerik 810D，通过编程，在一次装夹中可自动完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种工序的加工。若选用数控转台，可扩大为四轴控制，实现多面加工。XH714立式加工中心采用稠筋封闭式框架结构，刚性高、抗震性好；主传动采用交流调速电机，在45450rpm范围内无级变速，对不同零件加工的适应力强。三向采用镶钢贴塑导轨副，滚珠丝杠传动，高速进给震动小，低速无爬行，精度稳定性高；间隙

2、自动润滑系统使各主要运动部件均能得到良好的自动润滑，有效地提高了可靠性和使用寿命，因此，该机床具有刚性好、变速范围宽、精度高、柔性大等特点，特别适用于多品种生产的机器制造厂。.主要规格参数1主轴主轴孔锥度ISO 40#（7：24）主轴转数（电机无级调速）454500 rpm工作台工作台面积（宽长）4001150mmT型槽数及宽度318H8 mmT型槽间距125 mm工作台允许最大承重500kg行程工作台纵向行程（X轴）720 mm工作台横向行程（Y轴）400 mm垂向行程（Z轴）500 mm主轴端面至工作台面距离125625 mm主轴中心至立柱导轨面距离450 mm工作台中心至立柱导轨面距离2

3、45645 mm进给速度进给速度范围15000mm/min快速移动速度10m/min三向滚珠丝杠直径40 mm刀库刀库容量20把换刀时间7秒精度分辩率0.001mm定位精度 X轴0.040 mm定位精度 Y、Z轴0.030 mm重复定位精度0.016 mm控制系统控制系统型号Sinumerik810D系统分辩率0.001mm或0.0001 inch主要参数见Sinumerik 810D系统介绍电机容量主轴电机5.5/7.5kw进给电机 X、Y向0.9 kw进给电机 Z向1.8 kw刀库电机30 kw冷泵电机125 kw润滑电机3 kw机床电源380V 50Hz外形尺寸230023002500

4、mm机床重量4500 kg.机床主要结构及工作原理本机床由床身部件、立柱部件、铣头部件、工作台床鞍部件、刀库部件、润滑系统、冷却系统、气动系统、电气系统等部分组成。传动系统本机床传动系统分为主传动系统、进给系统和辅助运动系统，见图4.1主传动系统主传动系统由交流伺服电机1，传动件圆弧同步内齿带3，带轮2、7（传动比为1：1）及执行件主轴20组成。*注意：若用户每日开机后需要马上进行3000 rpm以上的切削加工，建议先用1000 rpm的转速空运转510分钟后再加速，以利于保持机床的高精度、长寿命，尤其在冬天气温较低的情况下更应注意。进给运动进给运动分为X、Y、Z三个方向上的直线运动。这三个方

5、向的传动原理完全一样，均由伺服电机17（19、24）通过弹簧膜片联轴器16（18、23）与滚珠丝杠13（15、21）直联，从而使执行件工作台（床鞍、铣头）沿X（Y、Z）轴作直线运动。辅助运动夹刀运动刀具装于主轴前，压缩空气使气缸4活塞下压碟形弹簧8，使丝杠7下端的夹套处于放松状态，当刀具装入主轴后，气缸活塞上移，碟形弹簧复位，拉杆被拉向上，从而使其端部夹套内的钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，将刀柄夹紧在主轴锥孔内。 图4.1 XH714 加工中心主传动示意图1主电机2同步内齿带轮3同步内齿带4汽缸5拉杆6碟形弹簧7同步内齿带轮8转动齿轮9低速力矩电机10直线滚动导轨11汽缸12滚珠丝杠13滚珠丝杠14

6、丝杠螺母15滚珠丝杠16弹性膜片联轴器17伺服电机18弹性膜片联轴器19伺服电机20主轴21滚珠丝杠22丝杠螺母23弹性膜片联轴器24伺服电机换刀运动换刀运动主要由分度、卸刀、装刀等步骤组成，具体分解动作如下：l 分度：低速力矩电机9，通过槽轮机构8实现刀库刀盘的分度运动，将刀盘上接受刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。l 注：刀盘的分度分自动和手动两种形式。l 接刀：气缸11活塞杆推出，将刀盘上接受刀具的空刀座送至主轴下方并卡住刀柄定位槽。l 卸刀：主轴松刀，铣头上移，刀具卸留空刀座内。l 再分度：再次通过分度运动，将刀盘上被选定的刀具转到主轴正下方。l 装刀：铣头下移，主轴夹刀，刀库气缸活

7、塞杆缩回，刀盘复位，完成换刀动作。主轴吹气主轴卸刀后装刀前，由气动系统电磁阀的动作，向主轴孔内吹气，以保证装刀的精确度。结构特点床身部分床身是整个机床的基础。床身底面通过调节螺栓和垫铁与地面相连，调整调节螺栓可使机床工作台处于水平。床身上的Y型镶钢矩形导轨用于连接床鞍，并使其沿导轨作Y向进给运动。立柱部分立柱安装于床身后部，立柱上设有Z向镶钢矩形导轨，用于连接铣头部件，并使其沿导轨作Z向进给运动。立柱内部空间用于安放平衡锤，平衡锤用于平衡铣头部件重量，以减少垂向滚珠丝杠所受之拉力。它是由铣头上下移动，经铣头上连接杆、套筒滚子链、链轮等带动而上下运动的。铣头部件铣头部件由铣头壳体、主传动系统及主

8、轴组成，铣头壳体是铣头部件的骨架，用于支撑主轴组件及各传动件，壳体后部的垂直导轨处装有压板、镶条及其调节螺钉，这些零件与立柱镶钢导轨的接触面上均有贴塑层，用以保证铣头与立柱导轨的良好配合，改善Z向低速进给性能，主传动系统用于实现夹刀、松刀动作，并保证主轴的回转精度。工作台床鞍部件工作台位于床鞍上，用于安装工件，并与床鞍一起分别执行X、Y向的进给运动。1、支架2、汽缸3、直线滚动导轨副4、工具导柱5、工具导向板6、刀具座7、刀具键8、圆盘9、轴承10、轴承11、轴12、槽轮 图4.2 刀库结构图刀库部件刀库部件主要由支架、支座、槽轮机构、圆盘等组成如下图，圆盘8用于安放刀柄，圆盘上装有20套刀具

9、座6，刀具键7及工具导向板5，工具导向柱4。刀具座通过工具导向板、工具导向柱的作用夹持刀柄，刀具键镶入刀柄键槽内，保证刀柄键在主轴准停后准确地卡在主轴轴端的驱动键上。圆盘由轴承9、10支承，在低速力矩电机、槽轮机构12的作用下，绕轴11回转，实现分度运动。支座与圆盘等组件连接在气缸2作用下，沿直线滚动导轨副3作往复运动，完成刀库送刀、接刀运动。支架1安装在立柱左侧，用于支承刀库部件，确定刀库部件与主轴的相互位置。润滑系统润滑机床主轴部件。三向进给及其它部件滚动轴承采用精密机床主轴润滑脂2号（针入度265295）机床其它部件轴承采用钙基润滑脂。三向导轨副、滚珠丝杠副由自动间隙润滑泵进行定时润滑。

10、冷却系统机床冷却系统包括切削强制冷却回路和主轴强制冷却回路两部分。注：主轴强制冷却一般在高速切削时才选用。气动系统使用空气压缩气。气源压缩气体经过滤、减压进入气管，电磁阀接受由控制系统发出的控制信号，改变工作状态，控制执行元件气缸的动作。电气系统电气箱位于机床后侧，装有CRT的操作箱通道悬臂、转盘与电气箱相连接，并可任意转动。.XH714控制面板添加功能根据XH714立式加工中心特点，在Sinumerik 810D数控系统设置，冷却系统功能，刀库移动功能，刀具夹紧、放松功能及报警应答、限位解除等手动操作功能，介绍如下图。添加功能设置在空白部分操作键分布如图4.3图4.3 机床加工操作面板操作方

11、式和功能：手动操作：当你按下一个“操作方式”键，那么对应的操作方式将会替代之前选定的操作方式。激活工作方式将以LED显示。冷泵ON：冷泵开。冷却液冷却刀具和工件。冷泵OFF：冷泵停止。刀库CCW：手动操作顺时针方向转动。刀库CW：手动操作逆时针方向转动。刀具放松：手动操作卸刀。刀具夹紧：手动操作装刀。报警应答：根据系统显示屏显示信息，手工应答，7字开头的可应答，其余不允许。第二节数控中心加工（实习五）实习目的和基本要求初步掌握XH714立式铣削加工中心的使用；基本掌握数控铣削加工中心加工工艺，熟悉掌握孔系零件加工及程序编制；熟悉掌握加工中心换刀装置，正确选用刀具，合理选择切削用量；掌握精密量具

12、的使用和零件的精密测量；了解实习场地的规章制度及安全文明生产的要求。图4.4 实习准备工作加工零件图：如图4.4量具：330mm内测百分尺 0.01mm0150mm带表游标卡尺 0.01mm百分表0150mm钢板尺夹具：200mm三爪定心卡盘压板，螺栓及垫板等辅助工具：10扳手、卡盘扳手、手用台虎钳及万用百分表架等工件毛坯：按图半精加工，外径140mm，留精加工余量2mm，采用普通机床C620或C6136加工外圆，140，88，内圆66及平面、端面。工艺分析确定工件坐标系。从上图确定，以140，120中心为坐标零点，确定X、Y、Z三轴，建立工件坐标系，对刀点XY平面坐标X0，Y0。加工方案：采

13、用工件一次装夹，自动换刀完成全部加工。 140外圆铣削，采用12螺旋立铣刀铣削加工。 NT刻字铣削，采用6键槽铣刀铣削加工。 12，76孔均布，8 加工先打中心孔，采用A2中心钻钻中心孔。 76孔均布，126孔均布为同一中心孔，8 底孔采用7钻头钻孔。 126孔均布孔深7mm，采用12键槽铣刀锪孔。 8 采用铰刀（机用）铰前孔。数学处理（数值计算）根据零件图计算各坐标数据。140外圆铣削：以（0，0）点，半径为70mm逆圆插补，刀具半径补偿6mm。以半径为60mm，进行孔系加工，以8 12孔为基准孔，打出各孔中心孔，数值如下AP=12；AP=50；AP=110；AP=170；AP=192；AP

14、=230；AP=290；AP=350。刻字坐标计算：刀具为6，半径为3，取刀具中心轨迹N字坐标点X-20，Y-12；X-20，Y12；X-8，Y-12；X-8，Y12；T字坐标点X20，Y12；X18，Y12；X14，Y-12；编制数控加工工艺文件工序卡：如表5-1数控刀具明细表：如表5-2数控刀具卡片：无对刀仪，略表5-1 数控加工工序卡片株洲职业技术学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号工艺序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间GJ三爪定心卡盘XH714数控实训室工步号工步内容加工面刀具号刀具规格主轴转速进给速度切削深度备注1N102N132140 外圆加工T61260010

15、0螺旋立铣刀2N138N166NT刻字T46600602键铣刀3N184N222打8个中心孔T10250050A2中心钻4N234N2787-6孔均布8 2底孔T9760050麻花钻5N288N33212-6孔均布深度7mmT71250050键铣刀6N344N366将7铰孔8 T58600404刃铰刀7编制审核批准共 页第 页表5-2 数控刀具明细表零件图号零件名称材料数控刀具明细表程序编号车间使用设备GJ数控实训室XH714刀号刀位号刀具名称刀具图号刀具刀补地址换刀方式加工部位直径（mm）长度（mm）设定补偿设定半径长度自动/手动T44键铣6自动T55铰刀8自动T66立铣刀126自动T77键

16、铣12自动T99麻花钻7自动T1010中心钻2自动编制审核批准 年 月 日共 页第 页程序编制本零件属盘类简单零件，采用手工编程，自动换刀加工，一次装夹完成整个零件加工，程序编制及说明如下：程序名 GJ.wpd wpd主程序扩展名N102 T6 M6换刀指令（12立铣刀）N104 L221换刀子程序N106 ；GOTOF另说明N108 G90G40G54G54作用另说明N110 G1 Z-350 F1000快移至对刀点，设安全高度N112 G1G41 T6 D1 X90 Y90 F1500 至起刀点，刀具左偏置N114 M3 S600主轴运转N116 Z-382下刀N118 G1 Z-397

17、F500Z向进刀N120 X0 Y70 F100切入工件N122 G3 I0 J-70加工140外圆N124 G1 X-20沿切线切出N126 G1 Z-350 F1000提刀N128 G40取消刀具补偿N130 G1 X0 Y0 F1500回工件坐标系零点N132 M5主轴停N134 T4 M6换刀指令（12立铣刀）N136 L221换刀子程序N138 G1 Z-350 F1500N140 M3 S600主轴运转N142 G1 X-20 Y-20 F500刻字开始，对刀N144 G1 Z-395 F200下刀N146 Z-397 F50Z向进刀切入2mmN148 Y12 F60N150 X-

18、8 Y-12N152 Y12N字刻字完成N154 Z-385 F1600提刀N156 X8 Y12T字对刀N158 G1 Z-395 F200下刀N160 Z-397 F50进刀切入2mmN162 X20 F200N164 X14N166 Y-12T字刻字完成N168 Z-350 F1500提刀N170 X0 Y0N172 M5主轴停N174 T10 M6换刀（A2中心钻）N176 L221换刀子程序N178 G90 G54 G40N180 G111 X0 Y0钻孔N182 M3 S500主轴运转N184 G1 Z-300 F1000下刀N186 G90 RP=60 AP=12第一个孔，半径6

19、0mm，12角N188 G1 Z-370.7 F500下刀至安全高度N190 L901打中心孔子程序N192 AP=50第二孔，12，7-6孔第一孔N194 L901N196 AP=50第三孔，110N198 L901N200 AP=170第四孔，170N202 L901N204 AP=192第五孔，8 第二孔N206 L901N208 AP=230第六孔N210 L901N212 AP=290第七孔N214 L901N216 AP=350第八孔N218 L901N220 G40取消刀具补偿N222 G1 Z-300 F1000提刀N224 X0 Y0N226 M5主轴停N228 ；PP：N2

20、30 T9 M6换刀指令（7麻花钻）N232 L221换刀子程序N234 G90 G54 G40N236 G111 X0 Y0N238 M3 S600N240 G1 Z-200 F1000下刀N242 G90 RP=60 AP=12第一个孔，半径60mm，12N244 G1 Z-300 F500至安全高度N246 L902钻孔子程序N248 AP=50第二孔N250 L902N252 AP=110第三孔N254 L902N256 AP=170第四孔N258 L902N260 AP=192第五孔N262 L902N264 AP=230第六孔N266 L902N648 AP=290第七孔N270

21、L902N272 AP=350第八孔N274 L902N276 G40N278 G1 Z-300 F1000提刀N280 G0 X0 Y0N282 M5主轴停N284 T7 M6换刀指令（12键铣刀）N286 L221换刀子程序N288 G90 G54 G40N290 G11 X0 Y0N292 M3 S500主轴运转N294 G1 Z-350 F1000N296 G90 RP=60 AP=50第一孔，12-6孔 角度50N298 G1 Z-370 F500安全高度N300 L903锪孔子程序N302 AP=110N304 L903N306 AP=170N308 L903N310 AP=230

22、N312 L903N314 AP=290N316 L903N318 AP=350N320 L903N322 G40N324 G1 Z-300 F1000提刀N326 X0 Y0N328 M5N330 T5 M6换刀指令（8铰刀）N332 L221换刀子程序N334 G90 G54 G40N336 G111 X0 Y0N338 M03 S600N340 G1 Z-200 F1000下刀N342 G90 RP=60 AP=12第一孔N344 G1 Z-300 F150安全高度N346 L904铰孔子程序N348 AP=192第二孔N350 L904N352 G40N354 G1 Z-200 F10

23、00提刀N356 X0 Y0N358 M5主轴停N360 G500零点取消N362 M2程序结束L221（换刀子程序）G01 Z-129.20 F4000主轴准停位置（不允许修改）SPOS=284.139主轴准停位置（不允许修改）M28刀库进入M11刀具放松G01 Z0 F2000主轴回零M32刀库转动寻找换刀位（PLC处理）G4 F.5暂停0.5秒G01 Z-129.20 F4000下降至准停位置M10刀具夹紧M29刀库退出G4 F2.5暂停2.5秒M17子程序返回L901（钻中心孔子程序）G91 G1 Z-5 F100相对坐标编程Z-8 F50钻孔Z13 F1000提刀G90绝对坐标M17

24、子程序返回L902（7钻孔子程序）G91 G1 Z-18 F200Z-20 F50钻孔Z38 F1000提刀G90M17子程序返回L903(12键铣锪孔子程序）G91 G1 Z-18 F200Z-7 F50锪孔 孔深7mmZ25 F1000提刀G90M17子程序返回L904（8铰刀铰孔子程序）G91 G1 Z-18 F200Z-20 F50铰孔Z38 F1000提刀G90M17子程序返回说明：跳程序起点GOTOF 往下跳GOTOB 往上跳执行的程序前无分号（；），前有分号（；）的程序已封闭不执行。L221子程序为换刀程序，不允许修改。扩展名 .MPF主程序 .SPF子程序图4.5 子程序流程图

25、L221换刀子程序（PLC）流程图，如图4.5操作步骤机床操作开机步骤打开机床电箱上的总电源控制开关。（钥匙开关）合上总电源开关（空气开关），这时电箱上的power on指示灯亮，表示电源接通。按下操作面板箱右侧power on按钮，这时CNC通电显示器亮，系统启动，进入图形用户界面屏幕。合上外部设备空气压缩机电源开关，空压机启动送气。拉出急停按钮，按下操作面板左侧复位按钮，再按报警应答键，机床就处于准备状态。开机后必须先进行机床回零操作步骤：按 手动 回参考点；以上操作，激活系统，并以LED显示；按 主轴启动 进给启动；选择轴选择键 ；选择方向选择键 （正方向回参考点）主轴向上移动回参考点，

26、屏幕显示 Z 0.000同样，改变“轴选择键”，选择 或 选择方向选择键 + 工作台X轴，Y轴回到参考点机床回零操作步骤确定工件在机床上的位置用压板、T型螺栓将200三爪定心卡盘固定在工作台上合理位置；将工件、半精加工毛坯装夹在三爪卡盘中，夹紧、敲平；主轴刀具上用黄油粘大头针，然后采用手动工作方式，手轮步进方式移动工作台，粗找140毛坯外圆中心；用百分表架吸附在主轴端面上，用百分表精确找正卡盘的中心（工件中心理论上与卡盘中心重合）即工件的中心，将X、Y数值记录，如：X-371.553;Y-244.743G54零点偏置设置操作步骤在Sinumerik 810D操作面板，图形用户界面水平方向软键菜

27、单栏选择“刻线” 软键G17 XY平面输入X-371.553按 确认输入Y-244.743按 确认按垂直方向软键菜单栏 “确认” 软键G54 零偏确定工件坐标系零点在机床坐标系中的位置。刀库装刀操作步骤按 MDA方式激活LED显示经操作面板输入程序段（手工输入）T M6/选择空刀座L221/换刀子程序刀位复位后，按 jog手动方式，按刀具放松手工装刀刀具夹紧现象：换刀完成 主轴上无刀重复装第2把刀，即选择第二个空刀座，依次执行，将刀库装满。所有空刀座装刀完成，调任一把刀，即主轴上总是存在一把刀具。装刀注意事项l 刀具柄拉钉必须上紧，刀具装夹正确、牢靠，刀柄、夹头必须清洁干净，无杂物和灰尘。l

28、装刀前必须对刀库进行检查、诊断，步骤如下：l 在操作面板按 区域转换键，LED显示l 水平方向软键菜单栏选择“诊断” 软键，l 屏幕显示PLC状态l MW4（主轴）l MW2（刀库）l 检查其值是否对应一致，并相应检查刀库刀号、主轴刀号、PLC状态值是否一致。刀具对刀操作本节只介绍手动对刀：按 MDA方式，LED显示，经操作面板输入程序段（手工部分）T M6L221选取需对刀的刀具刀库复位后，按 jog手动方式选择轴选择键 Z 选择 手轮进给调速键 选择合适的手轮进给调速步进值，LED会显示选定值在工件零平面上垫一张纸，进行对刀。摇动操作面板箱侧电子手轮，Z轴负方向步进，刀具轻贴在纸上对零，（

29、应加上纸的厚度值）记录Z值，也可以采用透光法粗对刀，再测量、计算，等方法。重复-步骤将程序调用刀具对刀，Z值进行记录后，手工输入程序，T6N116Z-382N118Z-398T4N144Z-395N146Z-397T10N188Z-370.7L901Z-5T9N244Z-300L902Z-18T7N294Z-350N298Z-370L903Z-18T5N340Z-200N344Z-300L904Z-18程序输入，模拟运行按 区域转换键在水平方向选择软键菜单栏选择“程序”软键。在垂直方向选择软键菜单栏选择“新的”软键。按光标提示输入文件名按 确认 在垂直方向软键菜单栏选择“确认”软键，进入编程器

30、进行手工编程。程序编辑完毕后的模拟操作，在水平方向软键菜单栏选择“模拟”软键，进入模拟操作界面进行数据调整和模拟运行。刀具补偿设置操作步骤按 区域转换键在水平方向软键菜单栏选择“参数”软键，进入刀具偏置界面，在垂直方向软键菜单栏选择“刀号”软键，在水平方向软键菜单栏选择“刀具补偿”， 在光标的提示下进行数据设置， 确认，最后选择水平方向软键菜单栏选择“确认”软键设定参数。程序装载及程序调用确认正确的程序在使用前必须进行装载方能进行自动加工，操作步骤如下：按 区域转换键在水平方向软键菜单栏选择“工件程序”软键，在程序概览界面，移动箭头选择程序在垂直方向软键菜单栏选择“装载”软键，装载完毕后选择“确认”。按以上过程可以进行程序“卸载”程序调用按 区域转换键在水平方向软键菜单栏选择“程序”软键，选择“工件”软键，选择程序GJ在垂直方向软键菜单栏选择“选择”软键，按 返回加工区域。程序管理按 区域转换键在水平方向软键菜单栏选择“程序”软键，在垂直方向软键菜单栏选择“程序管理”软键，进入程序管理操作界面。选择相应软键，可以对程序进行“编辑”、“拷贝”、“删除”、“插入”、“更名”