数控加工中心实际操作和加工

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1、1.1 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.1 第6章 数控加工中心的操作与加工 返回总目录返回总目录 1.2 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.2 教学提示：本章主要讲述数控加工中心的组成和加工工艺方法;华 中世纪星HNC21M系统加工中心的功能特点、控制面板、编程指令 ；加工中心的程序输入、手动和自动加工的操作；通过实例演示了加工 中心使用操作的过程。 教学要求：了解数控加工中心的组成与分类；了解数控加工中心 的刀库系统；掌握数控加工中心加工的工艺方法；熟练掌握华中世纪星 HNC21M系统控制面板和操作面板的功能；掌握加工中心程序的输 入方法；掌握加工中心刀具和工件的装夹，学会正确对

2、刀；熟练掌握手 动及自动加工方法，能够独立完成首件试切加工。 1.3 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.3 本章内容 6.1 数控加工中心概述 6.2 数控加工中心的刀库系统 6.3 数控加工中心的工艺处理 6.4 加工中心的基本操作 习 题 1.4 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.4 6.1 数控加工中心概述 6.1.1 数控加工中心的组成 加工中心(Machining Center，MC)是由机械设备与数控系统组成的适用 于加工复杂工件的高效率自动化机床。加工中心是在数控铣床基础上发展起来 的，加工中心与数控铣床最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力 ，通过在刀库安装不同

3、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，实现钻、铣、镗、攻螺纹、切槽等多种加工功能。 世界上第一台加工中心于1958年诞生在美国，美国的卡尼特雷克公司在 一台数控镗铣床上增加了换刀装置，这标志着第一台加工中心问世。40多年来 出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各异，但总体上是由以下几大部分 组成。 1. 基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成，它们是加工中心结构中的基础部件。 这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及 在加工时的切削负载，因此必须具备极高的刚度，也是加工中心中质量和体积 最大的部件。 1.5 第6章 数控加工中心的操作

4、与加工 1.5 6.1 数控加工中心概述 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。主轴的启动、停止 等动作和转速均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具进行切削。主轴部 件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加 工中心的性能有很大的影响。 3. 数控系统 由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部件组成，是 加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。 4. 自动换刀装置(ATC) 加工中心与一般机床最大的显著区别是具有对零件进行多工序加工能力， 有一套自动换刀装置。 1.6 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.6 6.1

5、数控加工中心概述 6.1.2 数控加工中心的分类 根据加工中心的结构、功能、加工精度的不同，可将加工中心分为以下几 类。 1. 主轴在空间所处的状态分类 1) 立式加工中心 立式加工中心(图6.1)的主轴在空间处于垂直状态，它能完成铣、镗、钻 、扩、铰、攻螺纹等加工工序，最适合加工Z轴方向尺寸相对较小的工件，一 般情况下除底面不能加工外，其余五个面都可以用不同的刀具进行轮廓加工和 表面加工。 2) 卧式加工中心 卧式加工中心(图6.2)主轴在空间处于水平状态。一般的卧式加工中心有 三至五个坐标轴，常配有一个数控分度回转工作台。其刀库容量一般较大，有 的刀库可存放几百把刀具。卧式加工中心的结构较

6、立式加工中心复杂，体积和 占地面积较大，价格也较昂贵。卧式加工中心适合于箱体类零件的加工。特别 是箱体类零件上的系列组孔和型腔间有位置公差时，通过一次性装夹在回转工 作台上，即可对箱体(除底面和顶面之外)的四个面进行铣、镗、钻、攻螺纹等 加工。 1.7 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.7 6.1 数控加工中心概述 1数控柜 2刀库 3主轴 4工作台 1主轴 2刀库 3数控柜 4工作台 1.8 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.8 6.1 数控加工中心概述 3) 复合加工中心 复合加工中心(图6.3)又称五面加工中心，其主轴在空间可作水平和垂直转换 ，故又称立卧式加工中心。这种加工中心

7、兼有立式和卧式加工中心的功能，在加 工过程中，零件通过一次装夹，即能够完成对五面(除底面外)的加工，并能够保证 得到较高的加工精度。但这种加工中心结构复杂，价格昂贵。 图6.3 复合加工中心(五面加工中心) 1工作台 2主轴 3刀库 4数控柜 1.9 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.9 6.1 数控加工中心概述 2. 按坐标轴数分类 根据加工中心的可控坐标轴数和联动坐标轴数，可将加工中心分为：三轴 二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等加工中心。 3. 按工作台的数量和功能分类 1) 单工作台加工中心 单工作台加工中心即机床上只有一个工作台。这种加工中心与其他加工中 心

8、相比，结构较简单，价格及加工效率均较低。 2) 双工作台加工中心 双工作台加工中心即机床上有两个工作台，这两个工作台可以相互更换。 一个工作台上的零件在加工时，在另一个工作台上可同时进行零件的装、卸。 当一个工作台上的零件加工完毕后，自动交换另一个工作台，并对预先装好的 零件紧接着进行加工。因此，这种加工中心比单工作台加工中心的效率高。 3) 多工作台加工中心 多工作台加工中心又称为柔性制造单元(FMC)，有两个以上可更换的工作台 ，实现多工作台加工。工作台上的零件可以是相同的，也可以是不同的，这些 可由程序进行处理。多工作台加工中心结构较复杂，刀库容量大，控制功能多 ，一般都是采用先进CNC

9、系统，所以其价格昂贵。 1.10 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.10 6.1 数控加工中心概述 4. 按加工精度分类 1) 普通加工中心 一般情况下，普通加工中心的分辨率多为lm，进给速度为15 25m/min，定位精度为10m，重复定位精度616m。 2) 高精度加工中心 高精度加工中心的分辨率可达0.1m，最大进给速度可达100m/min以 上，定位精度2m以内，重复定位精度一般为5m以内。 1.11 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.11 6.1.3 数控加工中心的加工对象及特点 数控加工中心具有高度自动化、大功率、高精度、高速度和高可靠性 等优点，但是这些优点都是以一定条件

10、为前提的，一台加工中心只有在合适 的条件下才能发挥出最佳效益。加工中心最适合加工具有以下特点的零件。 1. 周期性重复投产的零件 有些产品的市场需求具有周期性和季节性，如果采用专门的生产线则得 不偿失，用普通设备加工效率又太低，质量还不稳定，而采用加工中心首批 (件)试切成功后，程序和相关信息可保留下来，下次产品再生产时，只要很 少的准备时间就可开始生产。 6.1 数控加工中心概述 1.12 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.12 6.1 数控加工中心概述 2. 价格昂贵的高精度零件 有些零件需求甚少，但其价格昂贵，是不允许报废的关键零件，要求精度高 且工期短，如果用传统机床加工需多台机床

11、协调工作，并容易受人为因素影响出 现废品；采用加工中心进行加工，生产过程完全由程序控制，避免了工艺流程中 干扰因素，具有生产效率高质量稳定的特点。 3. 多品种、小批量的零件 加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求零件加工的快速反应上，而且可 以快速实现批量生产，迅速占领市场。 4. 结构比较复杂、需多工序多工位加工的零件 有些零件结构复杂，在普通机床上加工需要昂贵的工艺装备，使用数控铣床 也需要多次更换刀具和夹具，使用加工中心就可能一次装夹完成钻、铣、镗、攻 螺纹、切槽等多工序加工。 5. 难测量零件 加工中心对此类零件加工更有优越性。 1.13 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.13

12、6.2 数控加工中心的刀库系统 6.2.1 数控加工中心的自动换刀装置 加工中心为了能在工件一次安装中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅 助时间和减少多次安装刀具和工件带来的误差，必须带有自动换刀装置。 在加工中心上的自动换刀装置是多种多样的，主要由刀库、机械手和驱动 结构等部分组成。刀库有盘式、鼓式和链式等形式，刀库可以存放加工过程中要 使用的全部刀具，刀位从几个至几百个，刀具由可编程序控制器(PLC)管理，在 使用中不需要设置编码和开关，采用任意换刀和最短距离转动的方式。换刀时， 根据数控系统的指令，控制机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库中取出装入主 轴孔中。机械手的结构根据刀库与主轴的

13、相对位置及结构的不同也有多种形式， 如单臂式、双臂式、回转式和轨道式等；也有的加工中心不用机械手而是利用主 轴箱或刀库的移动来实现换刀。 1.14 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.14 6.2 数控加工中心的刀库系统 数控加工中心的自动换刀是利用刀库和换刀机械手实现的，在许多自动换 刀装置中，在刀库和换刀机械手之间有运刀机构。这里只介绍从刀库直接到换刀 机械手的换刀形式。以下是为自动换刀装置的换刀全部过程。 第一，通常数控机床在加工过程中，系统会自动检查下一工序段将使用的 刀具，刀库旋转，把所指定的刀具运到换刀位置上，等待交换； 第二，加工结束，主轴准停，刀具自动来到换刀位置，数控装置通

14、过位置 开关检测双方刀具是否正确到位，如“Y”，运行M06换刀指令，步入换刀动作， 换刀过程如下： 机械手按顺时针方向旋转90后抓取双方刀具，主轴放松原来夹紧刀具； 机械手向背离主轴端前进，把两刀具从刀库的刀座中和主轴的锥孔中抓出来。 换刀机械手转180，使两把刀具互换位置； 换刀机械手向主轴方向前进，使新刀插入主轴锥孔中，用过的刀具插入刀 库的刀座中，启动夹紧电动机，主轴夹紧新刀具； 换刀机械手逆时针方向旋转90，回到原来位置，完成整个换刀动作(如图 6.4 所示)。 6.2.2 数控加工中心的自动换刀 1.15 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.15 6.2 数控加工中心的刀库系统 图6.4 双臂机械手换刀示意图 1.16 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.16 6.3 数控加工中心的工艺处理 零件加工的工艺处理是一切机械加工的基础，包括对零件毛坯、加工设备、 刀具、夹具、量具和辅具的选择以及整个加工工艺路线的安排等环节，其中加工 工艺路线是加工中心编程的依据。 1.17 第6章 数控加工中心的操作与加工 1.17 6.3.1 加工顺序的确定 加工顺序(又称工序)通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助 工序等，工序安排得科学与否将直接影响到零件的