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1、1 第6章 加工中心加工工艺 6.1 加工中心简介 加工中心(Machining Center)简称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。以下以FANUC数控系统的XH714加 工中心为例来讲述。 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。 2 6.1.1 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
2、动诊断、离线编程等功能。 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五个面的加工 。 3 立式数控加工中心 4 卧式数控加工中心 5 中小型立式加工中心 6 6.1.2 加工中心的工艺及工艺装备 加工中心是一种工艺范围较广的数控加
3、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6.1图6.4。 7 图6.1 铣削加工图6.2 钻削加工 图6.3 螺纹加 工 图6.4 镗削加工 8 了解在加工中心加工中要解决的主要工艺问了解在加工中心加工中要解决的主要工艺问 题以及各种问题的解决方法。对加工中心工艺知题以及各种问题的解决方法。对加工中心工艺知 识有一个系统的了解，并学会制定加工中心加工识有一个系统的了解，并学会制定加工中心加工 工艺和进行工艺分析的方法工艺和进行工艺分析的方法 。 教学目的：教学目的： 6.2 加工中心加工工艺 9 内容知识点学习要求 建
4、议学时 概述加工中心的主要加工对象了解2 加工中心的结构及类型 加工中心加工工件的安 装、对刀与换刀 加工中心加工工件的安装 掌握 加工中心加工定位基准的选择 加工中心夹具的确定 加工中心加工的对刀与换刀 加工中心加工工艺 制定加工中心加工工艺 重点掌握 2 典型加工中心加工零件 的 工艺分析 盖板零件结构特点及加工工艺的制 定 理解 4 支承套零件结构特点及加工工艺的 制定 学习内容与知识点： 10 6.2.1 6.2.1 加工中心加工工件的安装加工中心加工工件的安装 选择基准的三个基本要求：选择基准的三个基本要求： 所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠所选基准应能保证工件定位准确装
5、卸方便方便可靠 所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单 保证加工精度保证加工精度 11 选择定位基准选择定位基准6 6原则：原则： 尽量选择设计基准作为定位基准尽量选择设计基准作为定位基准 定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度 工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键 精度部位的加工精度部位的加工 所选基准要保证完成尽可能多的加工内容所选基准要保证完成尽可能多的加工内容 批量加工时，零件定位基准
6、应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合 加工中心加工定位基准的选择加工中心加工定位基准的选择 需要多次装夹时，基准应该前后统一需要多次装夹时，基准应该前后统一 12 6.2.2 6.2.2 加工中心夹具的确定加工中心夹具的确定 对夹具的基本要求：对夹具的基本要求： 夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开 夹具在机床上能实现定向安装夹具在机床上能实现定向安装 夹具的刚性与稳定性要好夹具的刚性与稳定性要好 13 不影响进给的装夹示例不影响进给的装夹示例 加工中心夹具的确定加工中心夹具的确定 14 通通
7、用用 夹夹 具具 组组 合合 夹夹 具具 专专 用用 夹夹 具具 可可 调调 整整 夹夹 具具 多多 工工 位位 夹夹 具具 常用夹具种类常用夹具种类 成成 组组 夹夹 具具 加工中心夹具的确定加工中心夹具的确定 15 新型数控夹具体新型数控夹具体 加工中心夹具的确定加工中心夹具的确定 16 孔孔 系系 组组 合合 夹夹 具具 加工中心夹具的确定加工中心夹具的确定 17 槽槽 系系 组组 合合 夹夹 具具 加工中心夹具的确定加工中心夹具的确定 18 加工中心夹具的选用原则：加工中心夹具的选用原则： 在保证加工精度和生产效率的前提下，优先选用通用夹具在保证加工精度和生产效率的前提下，优先选用通用
8、夹具 批量加工可考虑采用简单专用夹具批量加工可考虑采用简单专用夹具 大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专 用夹具用夹具 采用成组工艺时应使用成组夹具采用成组工艺时应使用成组夹具 加工中心夹具的确定加工中心夹具的确定 19 6.3.3 6.3.3 制定加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺 零件的工艺分零件的工艺分 析析 分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置 精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其
9、他技术要求 ； 检查零件图的完整性和正确性；检查零件图的完整性和正确性； 分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心加分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心加 工时的可行性、经济性、方便性；工时的可行性、经济性、方便性； 确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结 构和表面构和表面 ； 20 工艺方案的设计工艺方案的设计 工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装 量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。 加工方法的
10、选择加工方法的选择 加工顺序的合理按排加工顺序的合理按排 制定加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺 21 工步设计工步设计 先粗加工，半精加工，再精加工先粗加工，半精加工，再精加工。 既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。 采用相同设计基准集中加工的原则。采用相同设计基准集中加工的原则。 相同工位集中加工，邻近工位一起加工可提高加工效率。相同工位集中加工，邻近工位一起加工可提高加工效率。 按所用刀具划分工步。按所用刀具划分工步。 有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。 在一次装夹定位中，能加工的
11、形位全部加工完。在一次装夹定位中，能加工的形位全部加工完。 制定加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺 22 进给路线的确定进给路线的确定 孔加工路线的确定：孔加工路线的确定： 确定确定XYXY平面内的进给路线：定位要迅速，保证不发生平面内的进给路线：定位要迅速，保证不发生 碰撞的前提下缩短空行程；定位要准确。碰撞的前提下缩短空行程；定位要准确。 确定确定Z Z向的进给路线向的进给路线 制定加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺 23 加工余量的确定加工余量的确定 表面表面 粗糙粗糙 度度 表面表面 缺陷缺陷 层深层深 度度 空间空间 偏差偏差 表面表面 几何几何 形状形状 误差误差 装夹装夹 误
12、差误差 影响加工余量大小的影响加工余量大小的 因素因素 制定加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺 24 工序尺寸及公工序尺寸及公 差的确定差的确定 注意定位基准与设计基准不重合时注意定位基准与设计基准不重合时 工序尺寸及公差的确定问题。工序尺寸及公差的确定问题。 制定加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺 25 切削用量的选切削用量的选 择择 选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式 和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）； 坯料种类、硬度；刀具类型、转速、直径大小、刀刃坯料种类、硬度；刀具类型、转速
13、、直径大小、刀刃 材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际 切削的具体情况，确定合适的切削用量。切削的具体情况，确定合适的切削用量。 制定加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺 26 6.4.46.4.4刀具的选择刀具的选择 （1）加工中心对刀具的基本要求是： 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。 （2）刀具选择指令 用地址T及后面两位数或是四位数来表示，用来选择机 床上刀库的刀具。一般T代码后面的
14、数字为刀具号。 移动指令和T代码写在同一程序段中指令时，执行指令 的顺序有两种： 1）移动指令和T指令同时开始。 2）移动指令结束后，开始T功能指令。 27 （3）刀具选择方式 1）顺序选到 把主轴上的刀具使用完后放回原处，再选择新的刀具。刀库中刀座 号中的刀具号保持不变（一般无机械手）。 指令格式为：TM06；执行格式为：还刀找刀装刀 2）预选选刀 任选方式是对刀具或刀座进行编码，并根据编码选刀。它可分为刀 具编码和刀座编码两种方式。 指令格式：T； M06； 执行格式：找刀换刀（结构复杂，但换刀时间短）。在有机械手 加工中心多用此方法。 目前应用最多的是计算机记忆式选刀。这种方式的特点是，
15、刀具号 和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器内。 28 主轴箱回到最高处(Z坐标零点)，同时实现“主轴准停” 。 机械手抓住主轴上和刀库上的刀具。 活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出 刀具。 机械手回转180，交换刀具位置。 将更换后的刀具装入主轴和刀库。 机械手放开主轴和刀库上的刀具后复位。 29 换刀机械手的换刀过程 30 主轴移动式换刀过程 31 6.4.5 6.4.5 典型加工中心加工零件工艺分析典型加工中心加工零件工艺分析 例一：盖板零件在加工中心的加工工艺 盖板是机械加工中常见的零 件，加工表面有平面和孔， 通常需经铣平面、钻孔、扩 孔、镗孔、铰孔及攻螺
16、纹等 工步才能完成。下面以右图 所示盖板为例介绍其加工中 心加工工艺。 盖板零件简图盖板零件简图 32 零件工艺分析零件工艺分析 选择加工中心选择加工中心 设计工艺设计工艺 ： 选择加工方法选择加工方法 确定加工顺序确定加工顺序 确定装夹方案和选择夹具确定装夹方案和选择夹具 选择刀具选择刀具 制定工艺步骤：制定工艺步骤： 确定进给路线确定进给路线 选择切削用量选择切削用量 典型加工中心加工零件工艺分析典型加工中心加工零件工艺分析 盖板零件在加工中心的加工工艺 33 1 1分析分析零件零件图样图样，选择加工内容选择加工内容 该盖板的材料为铸铁该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由故毛坯为铸件。由零件零件图可图可 知知，盖板的四个侧面为不加工表面盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都全部加工表面都 集中在集中在A A、B B面上。最高精度为面上。最高精度为IT7IT7级。从工序集中和级。从工序集中和 便于定位两个方
