加工中心技术与实践(2011.9.22).ppt

1、河南理工大学工程训练中心,主讲人：吴亚辉,加工中心技术与实践,内容提纲,一、加工中心组成与原理 二、加工中心编程及操作 三、数控仿真 四、习题课 五、实践操作,前言,时间安排 前2周理论课（机床结构、刀具、编程等） 第3周数控仿真（习题课） 最后2-3周安排实际操作 成绩评定 平时成绩占30%，考试及作品占70%； QQ群 120235732 邮箱 ,前言,参考书 王爱玲. 数控铣削编程与操作，电子工业出版社，2008 王爱玲. 数控加工中心编程与操作，电子工业出版社，2008 徐建高. FANUC系统数控铣床(加工中心)编程与操作实用教 程，化学工业出版社，2007 吴光明. 数控铣/加工中

2、心编程与操作技能鉴定， 国防工业出版社，2008 冯志刚. 数控宏程序编程方法、技巧与实例， 机械工业出版社，2007,前言,安全操作规程 1、禁止修改数控系统的系统参数。 2、操作机床时，不许穿宽松式外衣，袖口要扣紧，不许戴手套，女生需戴帽子，并把长头发放到帽子里。 3、必须在确认工件及刀具夹紧后才能启动机床，严禁机床运行时测量、触摸工件。 4、开机后首先执行回零操作，编程时应选择合理的工艺参数，程序输入及修改后，应仔细核对并对程序进行模拟，确认无误后方可进行加工。 5、机床开动期间严禁离开。,前言,6、加工时，需关闭防护门，机床运转时不得手动变速，主轴完全停止旋转时，方可拆卸工件。 7、加

3、工过程中如果出现异常声音、夹具松动等异常情况时必须立即停机处理。 8、加工完毕后，及时清理机床。,一、加工中心组成及原理,1、加工中心概述 1.1 什么是加工中心？ 数控铣床是一种用途广泛的机床，有立式、卧式及龙门铣三种。加工中心是一种集成化的数控加工机床，是在数控铣床基础上发展而来的，它集铣削、镗削、钻削及螺纹切削等工艺为一体，通常称镗铣类加工中心，习惯简称加工中心。 为什么要选择加工中心？ 传统的机加工设备不能满足精度要求，加工中心可加工复杂的三维曲面，加工精度高； 一次装夹完成多种加工工序，缩短了辅助加工时间，避免多次装夹引起的定位误差。,一、加工中心组成及原理,1.2 加工中心的分类

4、1）按机床形态及主轴布局形式分类 加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和 卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立 式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,2）按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数分 有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。,一、加工中心组成及原理,3）按工作台的数量和功能分 有单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心。 4）按加工精

5、度分 有普通加工中心和高精度加工中心。 普通加工中心，分辨率为1m，最大进给速度1525mmin，定位精度10m左右。 高精度加工中心，分辨率为0.1m，最大进给速度为15100mmin，定位精度2m左右。,一、加工中心组成及原理,1.3 加工中心的结构组成,一、加工中心组成及原理,1）基础部件 它是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载，因此必须要有足够的刚度。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接而成的钢结构件，它们是加工中心中体积和重量最大的部件。 2）主轴部件 由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启、停和变速等

6、动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。,一、加工中心组成及原理,3）数控系统 加工中心的数控部分是由CNC装置、可编程控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成。它是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。 最常见的是FANUC、西门子、三菱系统，国外的有哈斯、法格数控系统，国产的有广数、华中数控系统。,一、加工中心组成及原理,4）自动换刀系统 由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库内取出装入主轴孔中。 加工中心与数控铣床最大的区别就在于加工中心具有自动换刀的功能，通过在刀库上安装不同用途的

7、刀具，在加工过程中可以改变主轴上的加工刀具，从而实现多种加工功能。,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,5）辅助装置 包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，因此也是加工中心中不对缺少的部分。,一、加工中心组成及原理,1.4 加工中心的切削运动 1）铣削加工的内容,一、加工中心组成及原理,2）铣削要素 铣削用量三要素是指切削速度、进给量和吃刀量。 切削速度Vc。 主运动的线速度称为切削速度。加工中心的主运动是铣刀的旋转运动，故铣削的切削速度是指铣刀外圆上刀刃运动的线速度。 Vc=d

8、n/1000 其中：d-铣刀的直径（mm）; n-铣刀的转速（r/min）。 在加工过程中，习惯将切削速度转算成机床主轴转速n。,一、加工中心组成及原理,进给量 进给运动速度的大小称为进给量，它一般有两种表示方法：转进给f（mm/r）和分进给Vf（mm/min） 它们两者之间的关系是： Vf=n*f 吃刀量 铣削时铣刀的吃刀量包括背吃刀量p和侧吃刀量e。,一、加工中心组成及原理,3）顺铣和逆铣,一、加工中心组成及原理,两种铣削方式比较 顺铣给工件的垂直作用力向下，逆铣则向上，所以逆铣时装夹工件一定要夹紧； 顺铣不会过切，逆铣有可能会过切； 切削表面有硬皮的工件用逆铣。,一、加工中心组成及原理,

9、1.5 加工中心的主要加工对象 加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘套板类零件和特殊加工等五类。,一、加工中心组成及原理,1）箱体类零件 箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机床、汽车、飞机制造等行业用的较多。,一、加工中心组成及原理,箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪，攻丝等工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装

10、套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，加工时必须频繁地更换刀具，工艺难以制定，更重要的是精度难以保证。 加工箱体类零件的加工中心，当加工工位较多，需工作台多次旋转角度才能完成的零件，一般选卧式镗铣类加工中心。当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。,一、加工中心组成及原理,2）复杂曲面 复杂曲面在机械制造业，特别是航天航空工业中占有特殊重要的地位。复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成的。在我国，传统的方法是采用精密铸造，可想而知其精度是低的。复杂曲面类零件如：各种叶轮，导风轮，球面，各种曲面成形模具，螺旋桨以及水下航行器的推进器，以及一

11、些其它形状的自由曲面。 视频,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,3）盘、套、板类零件 带有键槽，或径向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套，带键槽或方头的轴类零件等，还有具有较多孔加工的板类零件，如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘类零件宜选择立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。 4）特殊加工 在熟练掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工装和专用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工艺工作，如在金属表面上刻字、刻线、刻图案等。,一、加工中心组成及原理,1.6 加工中心刀具和夹具 1）铣刀的种类和材料 铣刀的种类 轮廓类加工刀

12、具 常见的有立铣刀、球头刀、端面铣刀、成形铣刀等。 孔类加工刀具 孔类加工工具主要有钻头、铰刀、镗刀等。 铣刀的材料 高速钢 硬质合金 陶瓷 立方氮化硼 金刚石,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,一、加工中心组成及原理,2）铣刀的选择 开粗选择大直径的飞刀，直径为工件尺寸的1/5较为合适。 爬陡峭度较低的斜面或者曲面选择球头刀。 尽量选用标准尺寸的刀具，像平底刀一般3,4,5,6,8,10等（钻头例外） 精加工尽量选择多刃的铣刀，以增加铣削的平稳性。 根据不同的工件材料和加工方式选择不同材质的刀具，例如铝件一般选择白刚刀，模具钢选择

13、表面有涂层的硬质合金铣刀，高速铣削一般选择金刚石刀具。,一、加工中心组成及原理,3）加工中心通用夹具 平口钳,一、加工中心组成及原理,卡盘,一、加工中心组成及原理,压板装置,一、加工中心组成及原理,1.7 加工中心操作面板（仿真或实操）,一、加工中心组成及原理,1.8 加工中心加工工艺基础 1）加工方法的选择 平面加工平面轮廓加工曲面轮廓加工孔加工 2）加工阶段的划分 粗加工、半精加工、精加工 3）工序的划分 按所用刀具划分 按粗精加工划分 按加工部位划分 4）加工顺序的安排 先基面后其他 先粗后精 先面后孔,二、加工中心编程基础,2.1 加工中心坐标系 1）机械坐标系 在加工过程中，数控机床

14、是通过什么来识别工件的加工位置的呢？为了确定数控机床的运动方向及移动距离，就要在数控机床上建立一个坐标系，称为机械坐标系或机床坐标系。机械坐标系是机床制造商在出厂时，已设置的一个坐标系。在编制程序时，以机械坐标系来作为工件运动方向和距离的坐标系，从而与数控机床建立了坐标关系。,一、加工中心组成及原理,2）工件坐标系 供编程使用的坐标系，称为工件坐标系或编程坐标系。 3）坐标方向判断,二、加工中心编程基础,Z坐标定义为平行机床主轴的坐标轴，其正方向规定为从工件台到刀具夹持的方向，即刀具远离工件的运动方向。 X坐标为水平的、垂直于工件装夹平面的坐标轴，其正向一般规定为操作人员面向机床时右侧为正X方

15、向。 Y坐标垂直于X、Z坐标轴，其正方向则根据X 和Z轴按右手法则来确定。,二、加工中心编程基础,2.2 坐标原点 1）机械原点 又称机床原点，是机械坐标系的原点，它的位置是在各坐标轴的正向最大极限处，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使数控机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。每次启动数控机床时，首先必须机械原点回归操作，使数控机床与控制系统建立起坐标关系，并使控制系统对各轴软限位功能起作用。,二、加工中心编程基础,2）编程原点 又称程序原点，是编程人员以工件图样上的某点为工件坐标系的原点，即工件坐标系的原点。一般对于数控铣床用G54G59来设置编程原点。,二、加工

16、中心编程基础,2.3 加工中心对刀及操作,二、加工中心编程基础,2.4.常用的编程指令（FANUC系统） 在数控编程中，有的编程指令是不常用的，有的只适用于某些特殊的数控机床，这里只介绍一些常用的编程指令。 1）准备功能指令（G指令） 准备功能指令由字符G和其后的13位数字组成，其主要功能是指定机床的运动方式，为数控系统的插补运算作准备。G指令的有关规定和含义见下表。,二、加工中心编程基础,二、加工中心编程基础,以上G代码均为模态指令（或续效指令），一经程序段中指定，便一直有效，直到以后程序段中出现同组另一指令（G指令）或被其它指令取消（M指令）时才失效，否则保留作用继续有效，而且在以后的程序

17、中使用时可省略不写。,二、加工中心编程基础,2）辅助功能指令（M指令） 辅助功能指令由字母M和其后的两位数字组成，主要用于完成加工操作时的辅助动作。常用的M指令见下表。,二、加工中心编程基础,2.5 常用编程指令详解 1）绝对坐标和相对坐标指令（G90 G91） 它们表示运动轴的移动方式。使用绝对坐标指令（G90）编程时，程序段中的尺寸数字为绝对坐标值，即刀具所有轨迹点的坐标值，均以程序原点为基准。相对坐标指令（G91）编程时，程序段中的尺寸数字为增量坐标值，即刀具当前点的坐标值，是以前一点坐标为基准而得。,二、加工中心编程基础,例：如下图所示，表示刀具从A点移动到B点，用以上两种方式编程分别

18、如下： G90 G01 X10.0 Y40.0 F100； G91 G01 X-30.0 Y30.0 F100；,二、加工中心编程基础,2）工作坐标系的选取指令（G54G59） 一般数控机床可以预先设置6个（G54G59）工作坐标系，这些工作坐标系储器在机床的存储器内，都以机械原点为参考点，分别以各自坐标轴与机械原点的偏移量来表示，在程序中可以选用工作坐标系中的其中一个或多个。,二、加工中心编程基础,这是一组模态指令，没有缺省方式。若程序中没有给出工作坐标系，则数控系统默认缺省程序原点为机械原点。,二、加工中心编程基础,3）坐标平面的选择（G17 G18 G19） G17、G18、G19分别指

19、定零件进行XY、ZX、YZ平面上的加工，如下图所示。这些指令在进行圆弧插补、二维刀具半径补偿必须使用。这是一组模态指令，缺省为G17。,二、加工中心编程基础,4） 快速定位（G00或G0） 刀具以系统预先设定的速度以点位控制方式从当前所在位置快速移动到指令给出的目标位置。只能用于快速定位，不能用于切削加工，进给速度F对G00指令无效。该指令常使用在程序开头和结束处，刀具远离工件时，快速接近工件，程序结束时，刀具快速离开工件。 使用格式为： G00 X Y Z ；,二、加工中心编程基础,例如：G90G00X0Y0Z100.0；/*使刀具以绝对编程方式快速定位到（0，0，100）的位置。 由于刀具

20、的快速定位运动，一般不直接使用G90G00X0Y0Z100.0的方式，避免刀具在安全高度以下与工件或夹具发生碰撞。 一般用法： G90G00Z100.0；/*刀具首先快速移到Z=100.0mm高度的位置 X0.Y0.； /*刀具接着快速定位到工件原点的上方,二、加工中心编程基础,G00指令一般在需要将主轴和刀具快速移动时使用，可以同时控制13轴，即可在X或Y轴方向移动，也可以在空间作三轴联动快速移动。而刀具的移动速度由数控系统内部参数设定，在数控机床出厂前已设置完毕，一般在500010000mm/min。,二、加工中心编程基础,5）直线插补指令（G01或G1） 刀具作两点间的直线运动加工时使用

21、该指令，G01表示刀具从当前位置开始以给定的切削速度F，沿直线移动指令给出的目标位置。 使用格式： G01 X Y Z F ；,二、加工中心编程基础,例：如下图所示。 G01 X10.0Y50.0F100； /*刀具在（50，10）位置以100mm/min的进给速度沿直线运动到（10，50）的位置。,二、加工中心编程基础,一般用法：G01、F指令均为模态指令，有继承性，即如果上一段程序为G01，则本程序可以省略不写。X、Y、Z为终点坐标值也同样具有继承性，即如果本程序段的X（或Y或Z）的坐标值与上一程序段的X（或Y或Z）坐标值相同，则本程序段可以不写X（或Y或Z）坐标。F为进给速度，单位为mm

22、/min，同样具有继承性。 G01与坐标平面的选择无关； 切削加工时，一般要求进给速度恒定，因此，在一个稳定的切削加工工程中，往往只在程序开头的某个插补（直线插补或圆弧插补）程序段写出F值。,二、加工中心编程基础,6）圆弧插补指令（G02、G03或G2、G3） 刀具在各坐标平面以一定的进给速度进行圆弧插补运动，从当前位置（圆弧的起点），沿圆弧移动到指令给出的目标位置，切削出圆弧轮廓。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针插补指令。刀具在进行圆弧插补时必须规定所在平面（即G17G19），再确定回转方向，如下图所示，沿圆弧所在平面（如XY平面）的另一坐标轴的负方向（-Z）看去，顺时针方向为G0

23、2指令，逆时针方向为G03指令。,二、加工中心编程基础,二、加工中心编程基础,二、加工中心编程基础,一般用法：G02和G03为模态指令，有继承性，继承方法与G01相同。 G02和G03与坐标平面的选择有关。,二、加工中心编程基础,格式中： X、Y、Z表示圆弧终点坐标，可以用绝对方式编程，也可以用相对坐标编程，由G90或G91指，使用G91指令时是圆弧终点相对于起点的坐标； R表示圆弧半径； I、J、K分别为圆心到圆弧的起点的X、Y、 Z轴方向的增矢量，如下图所示。 使用G02或G03指令两种格式的区别： 当圆弧角小于等于180时，圆弧半径R为正值，反之，R为负值； 以圆心到圆弧起点坐标的增矢量

24、（I、J、K）来表示，适合任何的圆弧角使用，得到的圆弧是唯一的。 切削整圆时，为了编程方便采用（I、J、K、）格式编程，不使用圆弧半径R格式。,二、加工中心编程基础,二、加工中心编程基础,例：如下图，A点为始点，B点 为终点。,二、加工中心编程基础,7）返回参考点 格式：G28 X_Y_Z_； 该指令中X,Y,Z后面的坐标值为中间点坐标 加工中心换刀前要执行G28指令，使主轴刀具端面中心返回机床参考点。机床参考点是数控机床上一个固定的基准点。通常机床执行回零操作时，主轴上刀具的端面中心也同时返回机床参考点。 注意：在执行G28指令前，必须取消刀具的半径补偿和长度补偿。,二、加工中心编程基础,8）加工中心换刀指令 格式：M06 T 中心FANUC加工中心换刀特殊指令： 例如: G91 G28 Z0； M98 P9000 T01;,二、加工中心编程基础,2.6 刀具半径补偿的建立与取消 为什么要使用刀具半径补偿？ 1）刀具半径补偿的使用 G41刀具半径左补偿 G42刀具半径右补偿 G40取消刀具半径补偿,二、加工中心编程基础,建立格式： A_B_D_； 取消格式： G00（G01）G40 A_B_；,二、加工中心编程基础, G41/42及G40只能与G00或G01一起使用。 D为刀具半径补偿寄存器号码，一般补偿量应