數(shù)控加工技術(shù)_明興祖_第5章加工中心加工技術(shù)

1、數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)CAI課件課件數(shù)控加工技術(shù)精品課程組數(shù)控加工技術(shù)精品課程組第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 加工中心簡介加工中心簡介 加工中心是目前世界上產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的數(shù)控機床之一。它的綜合加工能力較強，工件一次裝夾后能完成較多的加工內(nèi)容，加工精度較高，就中等加工難度的批量工件，其效率是普通設(shè)備的510倍，特別是對形狀較復(fù)雜，精度要求高的單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)更為適用。 一、加工中心的分類與結(jié)構(gòu)特點一、加工中心的分類與結(jié)構(gòu)特點 1按機床形態(tài)分類 （1）立式加工中心，如圖如圖5-1所示。所示。 立式加工中心裝夾工件方便,便于操作,易于觀察加工情況,

2、調(diào)試程序容易,應(yīng)用廣泛。但受立柱高度及換刀裝置的限制,不能加工太高的零件；在加工型腔或下凹的型面時切屑不易排除,嚴重時會損壞刀具,破壞已加工表面,影響加工的順利進行；立式加工中心的結(jié)構(gòu)簡單,占地面積小,價格相對較低。故它最適宜加工高度方向尺寸相對較小的工件。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 加工中心的換刀方式一般有兩種：通過機械手換刀和通過刀庫換刀。如圖如圖5-2、3所示所示。 （2）臥式加工中心 其主軸中心線為水平狀態(tài)設(shè)置，如圖如圖5-4所示所示。 臥式加工中心在調(diào)試程序及試切時不宜觀察，加工時不便監(jiān)視，零件裝夾和測量不方便；與立式加工中心相比較，臥式加工中心的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面

3、積大，價格也較高；但加工時排屑容易，對加工有利。返回課件首頁第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) （3）龍門加工中心，如圖如圖5-5所示所示。 （4）五面加工中心，如圖如圖5-6所示所示。 2、按運動坐標數(shù)和同時控制的坐標數(shù)分類 加工中心可分為三軸二聯(lián)動，三軸三聯(lián)動，四軸三聯(lián)動，五軸四聯(lián)動，六軸五聯(lián)動等。 3、按工作臺數(shù)量和功能分類 加工中心可分為單工作臺加工中心、雙工作臺加工中心和多工作臺加工中心。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 綜上所述，加工中心主要有以下特點： （1）加工中心在數(shù)控銑床或數(shù)控鏜床或數(shù)控鉆床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，使工件在一次裝夾后，可以連續(xù)完

4、成對工件表面自動進行銑削、鏜削、鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋等多工步的加工，工序高度集中。 （2）加工中心如果帶有自動分度回轉(zhuǎn)工作臺或能自動擺角的主軸箱，可使工件在一次裝夾后，自動完成多個平面和多個角度位置的多工序加工。 （3）加工中心如果帶有自動交換工作臺，一個工件在工作位置的工作臺上進行加工的同時，另外的工件在裝卸位置的工作臺上進行裝卸，大大縮短了輔助時間，提高了生產(chǎn)率。 二、加工中心的主要功能二、加工中心的主要功能 加工中心是一種功能比較齊全的數(shù)控機床，具有多種工藝手段。加工中心的刀庫存放著不同數(shù)量的各種刀具或檢具，在加工過程中由程序控制自動選用和更換。這是它與數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。

5、 第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 三、加工中心的主要加工對象三、加工中心的主要加工對象 加工中心適用于復(fù)雜、工序多、精度要求較高、需用多種類型普通機床和繁多刀具、工裝，經(jīng)過多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。其主要加工對象有以下四類：1箱體類零件。如圖5-7所示。2復(fù)雜曲面。3異形件。如圖5-8所示。4盤、套、板類零件 。如圖5-9所示。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 加工中心的加工工藝與工裝加工中心的加工工藝與工裝 加工中心是在數(shù)控銑床的機床上發(fā)展起來的，因此其加工工藝仍然是以數(shù)控銑削加工為基礎(chǔ)，但又不同于數(shù)控銑床。 一、加工中心的工藝特點一、加工中

6、心的工藝特點 有如下工藝特點： （1）可減少工件的裝夾次數(shù)，消除因多次裝夾帶來的定位誤差，提高加工精度。 （2）可減少機床數(shù)量，并相應(yīng)減少操作工人，節(jié)省占用的車間面積。 （3）可減少周轉(zhuǎn)次數(shù)和運輸工作量，縮短生產(chǎn)周期。 （4）在制品數(shù)量少，簡化生產(chǎn)調(diào)度和管理。 （5）使用各種刀具進行多工序集中加工，在進行工藝設(shè)計時要處理好刀具在換刀及加工時與工件、夾具甚至機床相關(guān)部位的干涉問題。 （6）若在加工中心上連續(xù)進行粗加工和精加工，夾具既要能適應(yīng)粗加工時切削力大、高剛度、夾緊力大的要求，又須適應(yīng)第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù)精加工時定位精度高，零件夾緊變形盡可能小的要求。 （7）由于采

7、用自動換刀和自動回轉(zhuǎn)工作臺進行多工位加工，決定了臥式加工中心只能進行懸臂加工。 （8）多工序的集中加工，要及時處理切屑。 （9）在將毛坯加工為成品的過程中，零件不能進行時效，內(nèi)應(yīng)力難以消除。 （10）技術(shù)復(fù)雜，對使用、維修、管理要求較高。 （11）加工中心一次性投資大，還需配置其他輔助裝置，如刀具預(yù)調(diào)設(shè)備、數(shù)控工具系統(tǒng)或三坐標測量機等，機床的加工工時費用高，如果零件選擇不當，會增加加工成本。 二、加工中心的工藝路線設(shè)計二、加工中心的工藝路線設(shè)計 設(shè)計加工中心加工零件的工藝路線時，本著經(jīng)濟合理的原則，安排加工中心的加工順序，以期最大程度的發(fā)揮加工中心的作用。在目前國內(nèi)很多企業(yè)中，由于多種原因，加

8、工中心僅被當作數(shù)控銑床使用，且多為單機作業(yè)，遠遠沒有發(fā)揮出加工中心的優(yōu)勢。 單臺加工中心或多臺加工中心構(gòu)成的FMC或FMS，在工藝設(shè)計上有較大的差別。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 1單臺加工中心 其工藝設(shè)計與數(shù)控銑床的相類似，主要注意以下方面： （1）安排加工順序時，要根據(jù)工件的毛坯種類，現(xiàn)有加工中心機床的種類、構(gòu)成和應(yīng)用習慣，確定零件是否要進行加工中心工序前的預(yù)加工以及后續(xù)加工。 （2）要照顧各個方向的尺寸,留給加工中心的余量要充分且均勻。 （3）最好在加工中心上一次定位裝夾中完成預(yù)加工面在內(nèi)的所有內(nèi)容。 （4）加工質(zhì)量要求較高的零件,應(yīng)盡量將粗、精加工分開進行。 （5）在

9、具有良好冷卻系統(tǒng)的加工中心上，可在加工中心上一次或兩次裝夾完成全部粗、精加工工序。 一般情況下，箱體零件加工可參考的加工方案為：銑大平面粗鏜孔半精鏜孔立銑刀加工打中心孔鉆孔、鉸孔攻螺紋精鏜、精銑等。 2多臺加工中心構(gòu)成的FMC或FMS 當加工中心處在FMC或FMS中時，其工藝設(shè)計應(yīng)著重考慮每臺第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù)加工設(shè)備的加工負荷，生產(chǎn)節(jié)拍，加工要求的保證以及工件的流動路線等問題，并協(xié)調(diào)好刀具的使用，充分利用固定循環(huán)、宏指令和子程序等簡化程序的編制。對于各加工中心的工藝安排，一般通過FMC或FMS中的工藝決策模塊（工藝調(diào)度）來完成。 三、加工中心的工步設(shè)計三、加工中心

10、的工步設(shè)計 設(shè)計加工中心機床的加工工藝實際就是設(shè)計各表面的加工工步。在設(shè)計加工中心工步時，主要從精度和效率兩方面考慮。主要有以下方面。 （1）同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部加工表面按先粗加工，然后半精加工、精加工分開進行。 （2）對于既要銑面又要鏜孔的零件，如各種發(fā)動機箱體，可以先銑面后鏜孔。 （3）相同工位集中加工，應(yīng)盡量按就近位置加工，以縮短刀具移動距離，減少空運行時間。 （4）按所用刀具劃分工步。 （5）當加工工件批量較大而工序又不太長時，可在工作臺上一次裝夾多個工件同時加工，以減少換刀次數(shù)。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) （6）考慮到加工中存在著

11、重復(fù)定位誤差，對于同軸度要求很高的孔系，就不能采取原則（4），應(yīng)該在一次定位后，通過順序連續(xù)換刀，順序連續(xù)加工完該同軸孔系的全部孔后，再加工其它坐標位置孔，以提高孔系同軸度。 （7）在一次定位裝夾中，盡可能完成所有能夠加工的表面。 四、工件的定位與裝夾四、工件的定位與裝夾 （一）加工中心定位基準的選擇（一）加工中心定位基準的選擇 加工中心定位基準的選擇，主要有以下方面： （1）盡量選擇零件上的設(shè)計基準作為定位基準。 （2）一次裝夾就能夠完成全部關(guān)鍵精度部位的加工。 （3）當在加工中心上既加工基準又完成各工位的加工時，其定位基準的選擇需考慮完成盡可能多的加工內(nèi)容。 （4）當零件的定位基準與設(shè)計基

12、準難以重合時，應(yīng)認真分析裝配圖紙，確定該零件設(shè)計基準的設(shè)計功能，通過尺寸鏈的計算，嚴格規(guī)定定位基準與設(shè)計基準間的公差范圍，確保加工精度。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) （二）（二） 加工中心夾具的選擇和使用加工中心夾具的選擇和使用 加工中心夾具的選擇和使用，主要有以下方面： （1）根據(jù)加工中心機床特點和加工需要，目前常用的夾具類型有專用夾具、組合夾具、可調(diào)夾具、成組夾具以及工件統(tǒng)一基準定位裝夾系統(tǒng)。 （2）加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結(jié)構(gòu)更緊湊、簡單，夾緊動作更迅速、準確，盡量減少輔助時間，操作更方便、省力、安全，而且要保證足夠的剛性，能靈活多變。因此常采用氣動、液壓夾

13、緊裝置。 （3）為保持工件在本次定位裝夾中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夾具要盡量開敞，夾緊元件的空間位置能低則低，必須給刀具運動軌跡留有空間。 （4）考慮機床主軸與工作臺面之間的最小距離和刀具的裝夾長度，夾具在機床工作臺上的安裝位置應(yīng)確保在主軸的行程范圍內(nèi)能使工件的加工內(nèi)容全部完成。 （5）自動換刀和交換工作臺時不能與夾具或工件發(fā)生干涉。 第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) （6）有些時候,夾具上的定位塊是安裝工件時使用的，在加工過程中,為滿足前后左右各個工位的加工,防止干涉,工件夾緊后即可拆去。對此,要考慮拆除定位元件后,工件定位精度的保持問題。 （7）盡量不要在加工中途

14、更換夾緊點。 （三）確定零件在機床工作臺上的最佳位置（三）確定零件在機床工作臺上的最佳位置 在臥式加工中心上加工零件時,工作臺要帶著工件旋轉(zhuǎn),進行多工位加工,就要考慮零件（包括夾具）在機床工作臺上的最佳位置。 五、加工中心刀具的選用五、加工中心刀具的選用刀具由刃具和刀柄兩部分組成。 1對刀具的要求 2刀具的種類 加工中心加工內(nèi)容的多樣性決定了所使用刀具的種類很多，除銑刀以外，加工中心使用比較多的是孔加工刀具，如圖5-10所示。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 3.刀柄 可分為整體式與模塊式刀柄兩類,如圖5-11、5-12所示。 下面介紹常用的幾種。（1）ER彈簧夾頭刀柄,如圖5-

15、13,5-14所示。 （2）強力夾頭刀柄,如圖5-15（3）莫氏錐度刀柄,如圖5-16第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù)（4）側(cè)固式刀柄 如圖5-17（5）面銑刀刀柄 如圖5-18（6）鉆夾頭刀柄 如圖5-19（7）絲錐夾頭刀柄 如圖5-20（8）鏜刀刀柄 如圖5-21（9）增速刀柄 如圖5-22（10）中心冷卻刀柄 如圖5-23第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù)（11）轉(zhuǎn)角刀柄 如圖5-24（12）多軸刀柄 如圖5-25 4刀具預(yù)調(diào) 刀具預(yù)調(diào)的目的是在工藝設(shè)計后根據(jù)加工要求,確定各工序所使用的刀具在刀柄上裝夾好后的軸向尺寸和徑向尺寸,并填寫在工藝文件中,供加工時使用。

16、刀具預(yù)調(diào)一般使用機外對刀儀,如圖5-26 。 六、換刀點六、換刀點 由于加工中心采用自動換刀,換刀點應(yīng)根據(jù)機床的加工空間大小,工件的大小及在工作臺上的裝夾位置、被更換的刀具尺寸以及換刀動作的最大空間范圍等進行合理選擇。原則上是避免相關(guān)部件在換刀時產(chǎn)生干涉,同時使刀具在換刀前后運動的空行程最小。圖4-26 光學式對刀儀第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 加工中心的程序編制加工中心的程序編制 一、加工中心的編程要求一、加工中心的編程要求 加工中心的編程有如下要求： （1）首先應(yīng)進行合理的工藝分析和工藝設(shè)計。 （2）根據(jù)加工批量等情況，確定采用自動換刀或手動換刀。 （3）為提

17、高機床利用率,盡量采用刀具機外預(yù)調(diào),并將測量尺寸填寫到刀具卡片中,以便操作者在運行程序前確定刀具補償參數(shù)。 （4）盡量把不同工序內(nèi)容的程序,分別安排到不同的子程序中。 （5）除換刀程序外,加工中心的編程方法與數(shù)控銑床基本相同。 二、換刀程序的編制二、換刀程序的編制 不同的加工中心，其換刀程序是不同的，通常選刀和換刀分開進行。換刀完畢啟動主軸后，方可執(zhí)行后面的程序段。選刀可與機床加工重合起來，即利用切削時間進行選刀。多數(shù)加工中心都規(guī)定了換刀點位置。主軸只有運動到這個位置，機械手或刀庫才能執(zhí)行換刀動作。一般立式加工中心規(guī)定的換刀點位置在機床Z軸零點處，臥式加工中心規(guī)定在機床Y軸零點處。第五章第五章

18、 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 編制換刀程序一般有兩種方法： 方法一： N10 G91 G28 Z0 T02 N11 M06 即一把刀具加工結(jié)束，主軸返回機床原點后準停，然后刀庫旋轉(zhuǎn)，將需要更換的刀具停在換刀位置，接著進行換刀，再開始加工。選刀和換刀先后進行，機床有一定的等待時間。 方法二： N10 G01 XYZT02 N17 G91 G28 Z0 M06 N18 G01 XYZT03 這種方法的找刀時間和機床的切削時間重合,當主軸返回換刀點后立刻換刀,因此整個換刀過程所用的時間比第一種要短一些。在單機作業(yè)時,可以不考慮這兩種換刀方法的區(qū)別,而在柔性生產(chǎn)線上則有實際的作用。 第五章第五章

19、 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 三、固定循環(huán)指令的編程方法三、固定循環(huán)指令的編程方法 這里主要介紹加工中心的固定循環(huán)指令的編程方法。加工中心配備的固定循環(huán)功能主要用于孔的加工，包括鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻絲等，有的加工中心還具有鍵槽、橢圓、方槽加工等固定循環(huán)。 1固定循環(huán)的動作 孔加工固定循環(huán)通常由以下六個動作組成： 如圖如圖5-27所示所示,圖中用虛線表示快速進給,用實線表示切削進給。 （1）初始平面 （2）R點平面 （3）孔底平面 孔加工循環(huán)與平面選擇指令（G17、G18、G19）無關(guān)，即不管選擇了哪個平面，孔加工都是在XY平面上定位并Z在軸方向上鉆孔。第五章第五章 加工中心加

20、工技術(shù)加工中心加工技術(shù) 2固定循環(huán)的代碼及格式 （1）數(shù)據(jù)形式，如圖圖圖5-28所示。 （2）返回點平面G98、G99 （3）固定循環(huán)指令的G代碼FANUC 0M-C系統(tǒng)的固定循環(huán)功能如下。G代碼孔加工動作（-Z方向）在孔底的動作刀具返回方式（Z方向）用 途G73間歇進給無快速高速往復(fù)排屑鉆深孔G74切削進給暫停主軸正轉(zhuǎn)切削進給攻左旋螺紋G76切削進給主軸定向停止刀具移動快速精鏜孔G80無無無取消固定循環(huán)G81切削進給無快速鉆孔G82切削進給暫停快速锪孔、鏜階梯孔G83間歇進給無快速往復(fù)排屑鉆深孔G84切削進給暫停主軸反轉(zhuǎn)切削進給攻右旋螺紋G85切削進給無切削進給精鏜孔G86切削進給主軸停止快

21、速鏜孔G87切削進給主軸停止快速反鏜孔G88切削進給暫停主軸停止手動操作鏜孔G89切削進給暫停切削進給精鏜階梯孔第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) （4）固定循環(huán)的格式G73G89 X Y Z R Q P F K 取消孔加工固定循環(huán)用G80。 對于加工一般的孔,可以使用G81代碼,刀具動作比較簡單。在孔中心上方定位后,快速靠近工件表面,然后以切削進給速度加工孔，到達要求的深度時,主軸不停,快速退刀,停留的位置由G98、G99指定,如圖圖圖5-29所示。當使用不同的刀具,就可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔等加工。 G81的指令格式為：G81 X Y Z R F 3固定循環(huán)編程實例 【例

22、題5-1】如圖5-30所示零件。對該零件編制加工程序的步驟如下：（1）為方便加工時對刀，設(shè)置編程坐標系如圖中所示，取零件上表面為Z向零點。（2）計算孔中心坐標。第五章第五章 加工中心加工技術(shù)加工中心加工技術(shù) （3）設(shè)計加工路線。 （4）編寫程序單。根據(jù)加工路線和坐標數(shù)據(jù),選擇G81指令編程如下。程 序 段說 明N1 G20設(shè)定米制單位N2 G0 G90 G54 X88. Y50. S300 M3刀具快速定位到孔1，主軸正轉(zhuǎn)N3 G43 H1 Z50. M8建立刀具長度補償，切削液開N4 G99 G81 Z-35. R5. F50.鉆孔1，返回到R5點N5 X79.109 Y74.425鉆孔2，返回到R5點N6 X56.598 Y87.422鉆孔3，返回到R5點N7 X31. Y82.909鉆孔4，返回到R5點N8 X14.291 Y62.996鉆孔5，返回到R5點N9 Y37.003鉆孔6，返回到R5點N10 X31. Y17.091鉆孔7，返回到R5點N11 X56.598 Y12.577鉆孔8，返回到R5點N12 X79.109 Y25.574鉆孔9，返回到R5點N13 G80