加工中心(数控铣床)实训第8单元多轴加工及生产加工课件

1、加工中心（数控铣工）实训目录第1单元加工中心、数控铣床操作基础第2单元简单零件铣削第3单元轮廓铣削第4单元规则轮廓铣削第5单元孔加工第6单元中级工模拟考核第7单元复杂零件的铣削第8单元多轴加工及生产加工第9单元高级工模拟考核第8单元 多轴加工及生产加工8.1四轴加工8.2五轴加工8.3数控加工工艺设计8.4生产加工的组织管理8.5综合训练8.1四轴加工【教学指导】使学生了解多轴加工机床的特点、类型、坐标轴的名称及正方向。使学生了解附加数控转台立式加工中心的特点及编程方法。使学生了解附加数控转台卧式加工中心的特点及编程方法。8.1四轴加工【预备知识】1.多轴加工机床的概念所谓多轴加工机床是指在一

2、台机床上至少具备第4轴。如四轴数控机床有3个直线坐标轴和1个旋转坐标轴，并且4个坐标轴可以在计算机数控（CNC）系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床具有3个直线坐标轴和2个旋转坐标轴，并且可以同时控制、联动加工。与3轴联动数控机床相比较，利用多轴联动数控机床进行加工的主要优点如下。8.1四轴加工1）可以一次装夹完成多面多方位加工，从而提高零件的加工精度和加工效率。2）由于多轴机床的刀轴可以相对于工件状态而改变，刀具或工件的姿态角可以随时调整，所以可以加工更加复杂的零件。3）由于刀具或工件的姿态角可调，所以可以避免刀具干涉、欠切和过切现象的发生，从而获得更高的切削速度和切削宽度，使切削

3、效率和加工表面质量得以改善。8.1四轴加工4）多轴机床的应用可以简化刀具形状，从而降低刀具成本。同时还可以改善刀具的长径比，使刀具的刚性、切削速度、进给速度得以大大提高。5）在多轴机床上进行加工时，工件夹具较为简单。由于有了坐标转换和倾斜面加工功能，使得有些复杂型面加工转变为二维平面的加工。由于有了刀具轴控制功能，斜面上孔加工的编程和操作也变得更加方便。8.1四轴加工由于增加了旋转轴，所以与三轴数控机床相比，多轴机床的刀具或工件的运动形式更为复杂，主要有以下几种形式。1）三轴立式加工中心附加数控转台的四轴联动机床。2）三轴立式加工中心附加可倾斜式数控转台的五轴联动机床。3）四轴立式加工中心附加

4、数控转台的五轴联动机床。4）具有B轴功能的卧式加工中心。5）五轴联动加工中心。8.1四轴加工2.多轴加工的特点1）减少零件装夹次数，减少了定位误差，缩短辅助时间。2）可以加工3轴铣加工无法加工的区域。3）可以用更短的刀具实现零件的加工，这样可以增加刀具的刚性，减少振动。4）可以用锥度刀来代替圆柱刀，进行零件的加工。5）改善切削条件。6）可以利用柱面铣刀代替球头铣刀，减少切削路径，提高加工效率。8.1四轴加工3.多轴加工机床的坐标系多轴机床与标准机床一样，其坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡儿直角坐标系决定。1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐

5、标，中指代表Z坐标。2）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向，见图8-1-1。8.1四轴加工8.1四轴加工8.1四轴加工4.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的特点这类机床是在三轴立式数控铣床或加工中心上，附加具有一个旋转轴的数控转台来实现四轴联动加工，即所谓3+1形式的四轴联动机床。由于以立式铣床或加工中心作为主要加工形式，所以数控转台只能算作是机床的一个附件。这类机床的

6、优点有以下几点。1）价格相对便宜。2）装夹方式灵活。3）拆卸方便。8.1四轴加工5.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的坐标系设定1）设定回转轴的Y向坐标。2）设定回转轴的Z向坐标。3）接下来即可装夹工件，设定X向坐标。4）设定回转轴的工件坐标系。8.1四轴加工6.卧式加工中心的类型及特点卧式加工中心的主轴处于水平状态，通常带有可进行分度回转运动的正方形工作台。一般具有35个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。8.1四轴加工一般具有分度工作台或数控转换工作台，可加工工件的各个侧面；也

7、可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。卧式加工中心按立柱是否运动分为固定立柱型和移动立柱型。（1）固定立柱型（2）移动立柱型8.1四轴加工【讲解知识】在立式四轴加工中心上完成图8-1-4所示圆柱凸轮的加工。8.1四轴加工8.1四轴加工1.制作工装夹具工件可采用图8-1-5所示方式装夹。8.1四轴加工2.工艺分析在加工凸轮的螺旋槽前应完成零件的圆柱面、内孔及键槽的加工。加工时只需考虑根据螺旋槽的运动轨迹图完成零件的加工。由于加工的深度为15mm，必须分层加工，每次的下切量为0.5mm。3.程序详解8.1四轴加工【训练内容】在卧式加工中心上完成如图8-1-6所示的轴承盖的孔加工。1.工艺

8、分析2.程序详解8.1四轴加工8.1四轴加工【讨论与总结】四轴加工有何特点？如何进行四轴加工编程？8.2五轴加工【教学指导】使学生了解五轴加工中心的特点和结构。使学生了解多轴加工的编程方法。8.2五轴加工【预备知识】1.五轴加工中心的类型与特点五轴联动机床是在三个线性轴的基础上再增加两个旋转坐标轴，它有三种不同的结构。8.2五轴加工（1）双摆台结构很多中、小型五轴联动数控铣床均采用双摆台形式。由于被加工的工件相对较小、较轻，所以机床设计为双摆台的形式可以更有效地利用机床空间，使加工范围更大，工作台可旋转、可倾斜，便于操作。主轴是固定不变的，刀具长度不会影响摆动误差。双摆台式的五轴联动数控铣床的

9、结构形式如图8-2-1所示。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。8.2五轴加工8.2五轴加工（2）双摆头的五轴加工中心图8-2-2所示的是双摆头的五轴加工中心结构，一般重型机床都采用这种结构。该结构的五轴加工中心在加工过程中，工件均为静止，刀具随着主轴摆动，因此刀具的切削刚性较差，加工时切削量较小。8.2五轴加工8.2五轴加工（3）一摆头一摆台的五轴加工中心单转台单摆头五轴加工中心结构是刀杆摆动，工件转动。B轴为摆头，其旋转平面为ZX平面；旋转轴C为

10、转台，其旋转平面为XY平面。刀具轴线的变化是通过B轴的摆动加C轴的转动来实现的，再加上X、Y、Z三个直线轴的运动构成了五轴联动。其结构如图8-2-3所示。加工过程中工作台只旋转不摆动，刀杆只在一个旋转平面内摆动，加工特点介于双转台和双摆头结构机床之间。工件的大小和重量受到旋转台尺寸的大小和承载能力的限制。其适合加工的工件种类较多，加工自由度大8.2五轴加工8.2五轴加工2.五轴加工中心工件坐标系的建立五轴加工中心工件坐标系的建立与三轴加工中心工件坐标的建立是一致的，但在建立前需将两个回转轴都回到零位置，否则获得的数据有偏差。8.2五轴加工【讲解知识】1.多轴定位加工在利用多轴机床进行多轴加工中

11、，实际上在大多数情况下可考虑为平面加工或固定轴加工。在这种情况下，机床的旋转轴首先进行旋转，将加工工件（针对具有旋转工作台的机床）或刀具主轴（针对具有旋转主轴头的机床）旋转到一定方位，然后对工件进行加工，在对工件的实际连续切削过程中，加工工件或刀具主轴方位并不随着切削的进给而改变，这种加工方式即是多轴定位加工方式。这种方式可用手工编程来实现。8.2五轴加工2.顺序铣（1）概述顺序铣操作可以通过一个表面到另一个表面的连续铣削去加工零件轮廓，这一系列铣削运动称为子操作，这些子操作允许对刀具的运动进行灵活的控制。8.2五轴加工（2）术语1）零件面、驱动面和检查面2）停止位置3）参考点（Referen

12、cePoint）和近侧（NearSide）/远侧（FarSide）8.2五轴加工（3）对话框1）顺序铣对话框8.2五轴加工2）进刀运动对话框8.2五轴加工3）连续刀轨运动对话框4）点到点的运动对话框5）退刀运动对话框8.2五轴加工3.可变轴曲面轮廓铣（1）概述（2）术语（3）对话框8.2五轴加工8.2五轴加工【讨论与总结】五轴机床有何结构特点？五轴加工有何优点？8.3数控加工工艺设计【教学指导】使学生初步掌握数控加工工艺设计的基本方法与要求。使学生初步掌握数控加工工艺文件的填写。8.3数控加工工艺设计【预备知识】根据实际应用中的经验，数控加工工艺主要包括下列内容：选择并决定零件的数控加工内容。

13、零件图样的数控工艺性分析。数控加工的工艺路线设计。数控加工工序设计。数控加工专用技术文件的编写。8.3数控加工工艺设计1.数控加工工艺内容的选择选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。通用机床无法加工的内容应作为优选内容。通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。通用机床效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控车床尚存在富余能力的基础上进行选择。一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。8.3数控加工工艺设计下列一些内容则不宜选择采用数控加工：占机调整时间长。如：以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，要用专用工装协

14、调的加工内容。加工部位分散，要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工。按某些特定的制造依据（如：样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易与检验依据发生矛盾，增加程编难度。8.3数控加工工艺设计2.数控加工艺性分析（1）尺寸标注应符合数控加工的特点（2）几何要素的条件应完整、准确（3）定位基准可靠8.3数控加工工艺设计3.数控加工工艺路线的设计（1）工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：以一次安装、加工作为一道工序。以同一把刀具加工的内容划分工序。以加工部位划分工序。以粗、精加工划分工序。总之，在划分工序时，一定要

15、视零件的结构与工艺性、机床的功能、零件数控加工内容的多少、安装次数及本企业生产组织状况灵活掌握。什么零件宜采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，也要根据实际情况合理确定。8.3数控加工工艺设计（2）顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按以下原则进行：上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。先进行内形内腔加工工序，后进行外形加工工序。以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。在同一次安装中进行的多道工序，

16、应先安排对工件刚性破坏较小的工序。8.3数控加工工艺设计（3）数控加工工艺与普通工序的衔接数控工序前后一般都穿插有其他普通工序，如衔接得不好就容易产生矛盾，因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等。这样才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。8.3数控加工工艺设计4.数控加工工序的设计（1）确定走刀路线和安排工步顺序（2）定位基准与夹紧方案的确定（3）夹具的选择（4）刀具的选择（5）确定刀具与工件

17、的相对位置（6）确定加工用量8.3数控加工工艺设计5.数控加工专用技术文件的编写（1）数控加工工序卡（2）数控加工程序清单及走刀路线图一般应对加工程序作出说明的主要内容如下：所用数控设备型号及数控系统型号。对刀点（编程原点）及允许的对刀误差。加工原点的位置及坐标方向。镜向加工使用的对称轴。8.3数控加工工艺设计所用刀具的规格、图号及其在程序中对应的刀具号，必须按实际刀具半径或长度加大或缩小补偿值的特殊要求（如：用同一条程序、同一把刀具利用改变刀具半径补偿值作粗精加工时）更换该刀具的程序段号等。整个程序加工内容的安排（相当于工步内容说明与工步顺序），使操作者明白先干什么，后干什么。子程序的说明。

18、对程序中编入的子程序应说明其内容，使人明白这一子程序是干什么的。其他需要作特殊说明的问题，如：需要在加工中更换夹紧点（挪动压板）的计划停车程序段号，中间测量用的计划停车段号，允许的最大刀具半径和长度补偿值等。8.3数控加工工艺设计（3）数控车床及刀具调整单一般应对数控车床及刀具调整说明的主要内容如下：所用数控设备型号及数控系统型号。对刀点（编程原点）及允许的对刀误差。加工原点的位置及坐标方向。镜向加工使用的对称轴。8.3数控加工工艺设计所用刀具的规格、图号及其在程序中对应的刀具号，必须按实际刀具半径或长度加大或缩小补偿值的特殊要求（如：用同一条程序、同一把刀具利用改变刀具半径补偿值作粗精加工时

19、）更换该刀具的程序段号等。其他需要作特殊说明的问题，如：需要在加工中更换夹紧点（挪动压板）的计划停车程序段号，中间测量用的计划停车段号，允许的最大刀具半径和长度补偿值等。8.3数控加工工艺设计（4）编写要求字迹工整、文字简练达意。草图清晰、尺寸标注准确无误。应该说明的问题要全部说得清楚、正确。文图相符、文实相符，不能互相矛盾。当程序更改时，相应文件要同时更改，须办理更改手续的要及时办理。准备长期使用的程序和文件要统一编号，办理存档手续，建立相应的管理制度。8.3数控加工工艺设计6.编程的要求首先要能保证加工精度。路径规划合理，空行程少，程序运行时间短，加工效率高。能充分发挥数控系统的功能，提高

20、加工效率。程序结构合理、规范、易读、易修改、易查错，最好采用模块式编程。在可能的情况下，语句要少。书写清楚规范（大小写、空格、子程序顺序与主程序一致）。8.3数控加工工艺设计程序中需注释的内容：原则：简繁适当，如是初学者或给初学者看的，应力求详细，可每条语句都注写，而对于经验丰富的人则可少写。各子程序功用、各加工部分改变时需注写。换刀或同一把刀调用不同刀具补偿值时需注写。对称中心、轴或旋转中心、轴或缩放中心处应注写。需暂停或停车测量或改变夹紧位置时应注写。其他你认为有必要的地方。程序开始应对程序作必要的说明。8.3数控加工工艺设计【训练内容】完成图8-3-1所示零件的加工工艺并填写工艺卡片。毛

21、坯尺寸：100mm100mm15mm，材料：LY12。参考坐标：P1：X42.747，Y11.241；P2：X37.066，Y9.319；P3：X-8.684，Y14.280；P4：X-11.287，Y15.770。8.3数控加工工艺设计8.3数控加工工艺设计【讨论与总结】数控加工工艺设计的基本方法与要求。数控加工工艺文件的填写方法。8.4生产加工的组织管理【教学指导】使学生初步掌握生产加工的组织方式。使学生能够根据产品情况、企业的实际情况合理安排生产。使学生初步掌握生产加工的过程管理。8.4生产加工的组织管理【预备知识】1.暂停指令（G04）格式：G04X；指定时间（允许小数点，单位为s）G

22、04P；指定时间（不允许小数点，单位为ms）功能：执行到该指令时程序暂停指定的时间后继续执行，无需要人工干预。主要用于钻孔、绞孔、镗孔等操作，为提高尺寸精度和表面粗糙度。它于M00、M01的区别：M00是暂停，程序暂停执行，如果要继续执行需要按循环启动按钮才可以，用于停机测量等；M01为选择停止，当选择停止按钮按下时等同于M00，否则无效。8.4生产加工的组织管理2.工件坐标系设置指令（G92）格式：G92 X Y Z；G92指令是通过告诉机床目前刀具所在的坐标位置来建立工件坐标系的，不产生坐标轴的移动。如图8-4-1所示，必须先把刀具移动到当前的位置，再执行“G92 X30.0 Y30.0

23、Z20.0；”才能建立如图8-4-1所示的坐标系，如果刀具的位置不正确，则坐标系也就错了。8.4生产加工的组织管理在编程时，为了能够依次加工多个零件，必须在加工完毕后将刀具移动到这个位置，否则每次加工都要对刀，很麻烦。如果是用G54建立工作坐标系，执行“G54 X30.0 Y30.0 Z20.0；”指令，则不管刀具在什么位置，都会移动到图8-4-1所示的位置等待下一步加工，非常方便。所以尽量不要用G92指令。8.4生产加工的组织管理【预备知识】1.产品生产及组织管理的意义2.生产加工的人员分配及职责车间主任由指导教师兼任。生产技术副主任1人。生产计划调度1人。工艺编程员2人。质检员2人。班组、

24、机台长若干。组员（操作人员）若干。物流员2人。8.4生产加工的组织管理3.生产过程控制、记录（1）生产过程控制生产管理网络图。生产管理实施细则。机加工作业指导书。8.4生产加工的组织管理（2）生产记录车间生产计划统筹表。周机台统筹表。机加工派工单。周生产完成情况统计表。工艺程序路线单（数控专用）。质量问题处置记录表。物料领用台账。8.4生产加工的组织管理4.生产环境管理5.生产加工的业务流程学生实训教学中的生产加工一般为来料加工性质，其生产加工的业务流程包括意向的洽谈、样品的试制、合同的签订、生产加工、产品送检、结算等环节。8.4生产加工的组织管理6.生产加工过程管理根据批量的大小，合理确定零

25、件的加工工艺。根据设备、人员情况合理分配任务。加强质检监督，防止出现批量的废品。加强安全教育，防止事故的发生。8.4生产加工的组织管理【训练内容】根据图8-3-1零件的生产要求或实际的生产任务，进行人员及任务分配。根据图8-3-1零件的生产要求或根据实际的生产任务，设计加工工艺进行加工。8.4生产加工的组织管理8.4生产加工的组织管理【讨论与总结】产品生产及组织管理的意义。生产加工人员的分配及职责。生产加工的过程管理。生产加工中可能出现的问题及预防办法。8.5综合训练【教学指导】使学生掌握工时定额的组成。使学生掌握提高加工效率的措施。8.5综合训练【预备知识】提高加工效率的措施劳动生产率是衡量

26、企业经济效益的重要指标，有时间定额和产量定额两种表示方法。时间定额指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。产量定额指在一定生产条件下，每个工人在单位时间里完成的合格品数量。8.5综合训练1.时间定额的组成（1）基本时间tj直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间称为基本时间。对机械加工而言，就是直接切除工序余量所消耗的时间，包括刀具的切入和切出时间。（2）辅助时间tf为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间称为辅助时间。包括装卸工件、开停车床、引进或退出刀具、改变切削用量、测量工件所消耗的时间。基本时间和辅助时间的总和叫操

27、作时间。8.5综合训练（3）布置工作时间tb为使加工正常进行，操作人员照管工作地所消耗的时间。包括更换刀具、润滑机床、清理切屑和收拾工具等所消耗的时间。（4）休息与生理需要时间tx操作人员在工班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间。（5）准备与终结时间tz操作人员为了生产一批产品或零部件，进行准备和结束工作所消耗的时间。包括加工前领取和熟悉图样、工艺规程，安装刀具和夹具，调整机床，加工结束后拆卸和归还工具夹工件交检验等所消耗的时间。8.5综合训练单件时间定额Td为：Tdtj+tf+(tb+tx+tz)/n式中：n每批零件件数。可以采用缩短基本时间、缩短辅助时间和采用其他办法提高劳动生产率。8.5综合训练2.缩短基本时间的方法减少加工零件在某工序的基本时间有以下途