《数控铣削编程与操作 项目教程》-项目９

任务１孔的铣削编程与加工9.1.1任务书(1)任务要求:孔的铣削编程与加工。(2)数控系统:采用FANUC一0i数控系统。(3)软件要求:上海宇龙软件有限公司开发的数控加工仿真系统。(4)任务内容:在数控加工中心上加工如图9.1.1所示零件。已知毛坯材料为45号钢,毛坯尺寸为１６０ｍｍ×１００ｍｍ×２５ｍｍ，６个表面均能满足粗糙度要求。（５）任务提交：在数控加工仿真系统中完成图９.１.１所示零件的仿真加工。（６）评价标准：见表９.１.１。下一页返回任务１孔的铣削编程与加工９.１.２任务准备９.１.２.１编程前的准备１）零件图分析该零件有２×ϕ１２，２×ϕ１６和２×ϕ３８的通孔，２×ϕ３８，２×ϕ１６孔间距有公差要求，２×ϕ１６和２×ϕ３８表面粗糙度是Ｒａ１.６μｍ，其余是Ｒａ３.２μｍ，加工要求比较高。２）建立工件坐标系以零件上表面中心作为工件坐标系原点，建立工件坐标系，如图９.１.１所示。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工３）确定加工方式根据零件图样要求，在加工中心加工此零件，可利用加工中心自动换刀的优势，缩短加工时间，加工方案见表９.１.２。４）装夹方式的确定加工零件时，选用平口虎钳装夹，工件上表面高出钳口约１０ｍｍ。５）刀具及切削用量根据加工要求，选择的刀具见表９.１.３，切削用量见表９.１.４。６）走刀路线的确定上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工加工此零件，刀具铣削路线如下：（１）ϕ３中心钻Ｔ０１钻削孔１、２、３、４、５、６。（２）ϕ１０麻花钻Ｔ０２钻削孔１、２、３、４、５、６。（３）ϕ１２麻花钻Ｔ０３钻削孔１、２。（４）ϕ１５麻花钻Ｔ０４钻削孔３、４。（５）ϕ１６机用铰刀Ｔ０５铰孔３、４。（６）分别用ϕ２０、ϕ３５麻花钻钻孔５、６。（７）ϕ３８精镗刀Ｔ０８精镗孔５、６。７）基点坐标计算上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工工件坐标系建立在工件上表面的中心处，根据图９.１.１，计算各基点的坐标值，见表９.１.５。９.１.２.２编写加工程序零件的加工程序见表９.１.６。９.１.３任务实施９.１.３.１仿真加工仿真加工按照如下顺序进行：选择机床—控制系统选择ＦＡＮＵＣ－０ｉ系统—机床类型选择立式加工中心—机床回参考点—定义毛坯—安装毛坯—安装刀具—对刀操作—编辑加工程序—检查运行轨迹—自动加工—检测工件。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工仿真加工后的零件如图９.１.２所示。９.１.３.２机床加工（１）准备机床。（２）安装工件。（３）刀具准备。（４）程序准备。（５）对刀操作。（６）验证程序。（７）自动加工。（８）零件检测。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工９.１.４知识包９.１.４.１加工中心概述加工中心（ＭａｃｈｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＭＣ），是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。加工中心是高效、高精度数控机床，工件在一次装夹中便可完成多道工序的加工，同时还备有刀具库，并且有自动换刀功能。加工中心所具有的这些丰富的功能，决定了加工中心程序编制的复杂性，而加工程序编制的质量是决定加工质量的重要因素。加工中心所配置的数控系统各有不同，各种数控系统程序编制的内容和格式也不尽相同，但是程序编制方法和使用过程是基本相同的。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工９.１.４.２加工中心的主要功能加工中心能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外，还具有各种加工固定循环、刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿、加工过程图形显示、人机对话、故障自动诊断、离线编程等功能。加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工加工中心从外观上可分为立式、卧式和复合加工中心等。立式加工中心的主轴垂直于工作台，主要适用于加工板材类、壳体类工件，也可用于模具加工。卧式加工中心的主轴轴线与工作台台面平行，它的工作台大多为由伺服电动机控制的数控回转台，在工件一次装夹中，通过工作台旋转可实现多个加工面的加工，适用于箱体类工件加工。复合加工中心主要是指在一台加工中心上有立、卧两个主轴或主轴可９０°改变角度，因而可在工件一次装夹中实现５个面的加工。９.１.４.３加工中心的工艺特点１）加工中心的工艺范围上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工加工中心是一种工艺范围较广的数控加工机床，能进行铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作。加工中心特别适合于箱体类零件和孔系的加工。加工工艺范围如图９.１.３～图９.１.６所示。２）加工中心加工零件的工艺分析（１）选择加工内容。加工中心最适合加工形状复杂、工序较多、要求较高的零件，这类零件常需使用多种类型的通用机床、刀具和夹具，经多次装夹和调整才能完成加工。（２）检查零件图样。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工零件图样应表达正确，标注齐全。同时要特别注意，图样上应尽量采用统一的设计基准，从而简化编程，保证零件的精度要求。（３）分析零件的技术要求。根据零件在产品中的功能，分析各项几何精度和技术要求是否合理；考虑在加工中心上加工，能否保证其精度和技术要求，选择哪一种加工中心最为合理。（４）审查零件的结构工艺性。分析零件的结构刚度是否足够，各加工部位的结构工艺性是否合理，等等。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工３）加工中心加工零件的工艺过程设计工艺设计时，主要考虑精度和效率两个方面，一般遵循先面后孔、先基准后其他、先粗后精的原则。加工中心在一次装夹中，尽可能完成所有能够加工表面的加工。对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，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。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，再换第二把刀具继续加工。但是，对于精度要求很高的孔系，若零件是通过工作台回转确定相应的加工部位，因存在重复定位误差，不能采取这种方法。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工４）加工中心上零件的装夹（１）定位基准的选择。在加工中心加工时，零件的定位仍应遵循六点定位原则。同时还应特别注意以下几点：①进行多工位加工时，定位基准的选择应考虑能完成尽可能多的加工内容，即便于各个表面都能被加工的定位方式。②当零件的定位基准与设计基准难以重合时，应认真分析装配图样，明确该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的尺寸位置精度要求，确保加工精度。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工③编程原点与零件定位基准可以不重合，但两者之间必须有确定的几何关系。编程原点的选择主要考虑便于编程和测量。（２）夹具的选用。在加工中心上，夹具的任务不仅是装夹零件，而且要以定位基准为参考基准，确定零件的加工原点，因此，定位基准要准确可靠。（３）零件的夹紧。在考虑夹紧方案时，应保证夹紧可靠，并尽量减少夹紧变形。９.１.４.４加工中心刀具的选用方法１）加工中心对刀具的基本要求上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工加工中心对刀具的基本要求主要体现在以下几方面：（１）良好的切削性能。能承受高速切削和强力切削，并且性能稳定。（２）较高的精度。刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度。（３）配备完善的工具系统。满足多刀连续加工的要求。加工中心所使用刀具的刀头部分与数控铣床所使用的刀具基本相同，如图９.１.９所示。加工中心所使用刀具的刀柄部分与一般数控铣床用刀柄部分不同，加工中心用刀柄带有夹持槽供机械手夹持。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工２）自动换刀装置（１）自动换刀装置概述。在加工中心加工零件的过程中，换刀动作是由自动换刀装置完成的。自动换刀装置应该满足以下要求：换刀时间短，刀具重复定位精度高，刀具储存数量足够，结构紧凑，便于制造、维修、调整，应有防屑、防尘装置，布局应合理，等等。同时也应具有刚性较好，冲击、振动及噪声小，运转安全可靠等特点。自动换刀系统由刀库、选刀机构、刀具交换机构（如机械手）、刀具在主轴上的自动装卸机构等部分组成。（２）自动换刀方式的分类。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工自动换刀方式分为两大类：一是由刀库和主轴的相对运动实现刀具交换。用这种形式交换刀具时，主轴上用过的刀具送回刀库和从刀库中取出新刀，这两个动作不能同时进行，选刀和换刀由数控定位系统来完成，因此换刀时间长，换刀动作也较多。二是由机械手进行刀具交换。由于刀库及刀具交换方式不同，换刀机械手也有多种形式，如图９.１.１０所示。（３）刀柄的形式。刀具必须装在标准的刀柄内，我国ＴＳＧ刀具系统规定了刀柄标准，有直柄及７∶２４锥度的锥柄两类。分别用于圆柱形主轴孔及圆锥形主轴孔，其结构如图９.１.１１所示。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工键槽１用于传递切削扭矩，螺孔４用以安装可调节拉杆，供拉紧刀柄用。刀具的轴向尺寸和径向尺寸应先在调刀仪上调整好，再装入刀库中。丝锥、铰刀要先装在浮动夹具内，再装入标准刀柄内。圆柱刀柄在使用时需在轴向和径向夹紧，因而主轴结构复杂，圆柱柄安装精度高，但磨损后不能自动补偿。而圆锥刀柄稍有磨损也不会过分影响刀具的安装精度。在换刀过程中，由于机械手抓住刀柄要作快速回转，拔、插刀具的动作，还要保证刀柄键槽的角度位置对准主轴上的驱动键，因此，机械手的夹持部位要十分可靠，并保证有适当的夹紧力，其活动爪要有锁紧装置，以防止刀具在换刀过程中转动或脱落。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工（４）刀具的夹持形式。机械手对刀具的夹持方式主要有以下两种。①柄式夹持。刀柄前端有Ｖ形槽，供机械手夹持用，如图９.１.１２所示。目前我国数控机床较多采用这种夹持方式。柄式夹持主要由固定爪７及活动爪１组成，活动爪１可绕轴２回转，其一端在弹簧柱塞６的作用下，支靠在挡销３上，调整螺栓５以保持手掌适当的夹紧力，锁紧销４使活动爪１牢固夹持刀柄，防止刀具在交换过程中松脱。锁紧销４要轴向压进，放松活动爪１，以便抓刀或松刀时手爪从刀柄Ｖ形槽中退出。②法兰盘式夹持。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工法兰盘式夹持也称径向夹持或碟式夹持，如图９.１.１３所示，在刀柄的前端有供机械手夹持用的法兰盘，图中所示为采用带洼形肩面的法兰盘供机械手夹持用。图９.１.１３（ａ）上图为松开状态，下图为夹持状态。采用法兰盘式夹持的突出优点是：当采用中间搬运装置时，可以很方便地从一个机械手过渡到另一个辅助机械手上去，如图９.１.１３（ｂ）所示。法兰盘式夹持方式、换刀动作较多，不如柄式夹持方式应用广泛。９.１.４.５刀库和刀具管理１）刀库的类型加工中心上普遍采用盘式刀库和链式刀库，如图９.１.１４和图９.１.１５所示。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工密集型的鼓刀库或格子式刀库虽然占地面积小，但由于结构的限制，很少用于单机加工中心。密集型的固定刀库目前多用于ＦＭＳ中的集中供刀系统。盘式刀库一般刀具容量较少，而链式刀库一般刀具数量在３０～１２０把，刀具数量大时多采用链式刀库。２）自动换刀的选刀方式（１）顺序选刀。将刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。其特点是不需要刀具识别装置，驱动控制也较简单，工作可靠。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工但刀库中每一把刀具在不同的工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量，这就降低了刀具和刀库的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在刀库中，将会产生严重的后果。这种方式现在已很少采用。（２）软件选刀。刀具在刀库中任意放置，刀具编号可任意设定。刀具表中刀具号与刀套号的对应关系应始终与刀具在刀库中的实际位置对应。计算机通过查刀具表识别刀具。换刀时，通过软件修改刀具表，使相应刀具表中的刀号与交换后的刀号一致。９.１.４.６加工中心基本指令和换刀程序１）加工中心的基本指令上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工加工中心的基本指令与数控铣削加工基本指令相同，请参考数控铣削的基本指令。２）加工中心的换刀程序由于加工中心的加工特点，在编写加工程序前，首先要注意换刀程序的应用。不同的加工中心，其换刀过程是不完全一样的，通常选刀和换刀分开进行。换刀完毕启动主轴后，方可进行下面程序段的加工内容。选刀动作可与机床的加工重合起来，即利用切削时间进行选刀。多数加工中心都规定了固定的换刀点位置，各运动部件只有移动到这个位置，才能开始换刀动作。上一页下一页返回任务１孔的铣削编程与加工例如宇龙数控加工仿真软件中换刀时，需要使用Ｇ２８指令返回至换刀点后再使用程序Ｔ××Ｍ０６；进行换刀。而编程Ｔ指令可以选择工具。在此，是用Ｔ指令直接更换刀具还是仅仅进行刀具的预选，这必须在机床数据中确定。（１）用Ｔ指令直接更换