数控加工技术-第八章 加工中心的编程

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1、普通高等教育3D版机械类规划教材 数 控 加 工 技 术（3D版） 2020.8,第八章 加工中心的编程,8-1 加工中心概述,8-2 加工中心的加工工艺,8-3 加工中心的编程,8-4 典型零件的加工中心编程,8.1.1 加工中心的组成,8.1 加工中心概述,1、基础部件 基础部件是加工中心的基础结构，它主要由床身、工作台、立柱三大部分组成。 2、主轴部件 主轴部件由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。 3、数控系统 加工中心的数控系统由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动系统以及面板操作系统组成。 4、自动换刀系统 换刀系统主要由刀库组成。 5、辅助装置 包括润滑、冷却、排屑、

2、防护、液压、气动和检测系统等部分。,8.1.2 加工中心的分类,1、按机床形态分类,立式加工中心,卧式加工中心,龙门加工中心,5 轴加工中心,2、按运动坐标数和同时控制的坐标数分类 加工中心可分为三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。 3、按工作台数量和功能分类 加工中心可分为单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心。,8.1.3 加工中心的主要功能及特点,1、加工中心是在数控铣床或数控镗床的基础上增加了自动换刀装置，一次装夹，可完成多道工序加工。 2、加工中心如果带有自动分度回转工作台或能自动摆角的主轴箱，可使工件在一次装夹后，自动完成多个平面和多个角度位

3、置的多工序加工。 3、加工中心如果带有自动交换工作台，一个工件在工作位置的工作台上进行加工的同时，另外的工件在装卸位置的工作台上进行装卸，大大缩短了辅助时间，提高了生产率。,8.2.1 加工中心的主要加工对象,8.2 加工中心的加工工艺,1、箱体类零件,2、复杂曲面,（a）叶片 （b）螺旋桨,3、异形件,4、盘、套、板类零件,1、可减少工件的装夹次数，消除因多次装夹带来的定位误差，提高加工精度。 2、可减少机床数量，并相应减少操作工人，节省占用的车间面积。 3、可减少周转次数和运输工作量，缩短生产周期。 4、在制品数量少，简化生产调度和管理。 5、使用各种刀具进行多工序集中加工，在进行工艺设计

4、时要处理好刀具在换刀及加工时与工件、夹具甚至机床相关部位的干涉问题。 6、若在加工中心上连续进行粗加工和精加工，夹具既要能适应粗加工时切削力大、夹紧力大的要求，又须适应精加工时定位精度高，零件夹紧变形尽可能小的要求。,8.2.2 加工中心的工艺特点,7、由于采用自动换刀和自动回转工作台进行多工位加工，决定了卧式加工中心只能进行悬臂加工。 8、多工序的集中加工，要及时处理切屑。 9、在将毛坯加工为成品的过程中，零件不能进行时效，内应力难以消除。 10、技术复杂，对使用、维修、管理要求较高。 11、加工中心一次性投资大，还需配置其他辅助装置，如刀具预调设备、数控工具系统或三坐标测量机等。,8.2.

5、3 加工中心的工艺路线设计,单台加工中心或多台加工中心构成的FMC或FMS，在工艺设计上有较大的差别。 1、单台加工中心 一般情况下，箱体零件加工可参考的加工方案为：铣大平面粗镗孔半精镗孔立铣刀加工打中心孔钻孔、铰孔攻螺纹精镗、精铣等。 2、多台加工中心构成的FMC或FMS 当加工中心处在FMC或FMS中时，其工艺设计应着重考虑每台加工设备的加工负荷，生产节拍，加工要求的保证以及工件的流动路线等问题。,8.2.4 加工中心的夹具选择,1、一般夹具的选择原则是：在单件生产中尽可能采用通用夹具；批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后考虑成组夹具和专用夹具。 2、尽量采用气动、液压夹紧装

6、置。 3、夹具要尽量开敞，夹紧元件的位置应尽量低，给刀具运动轨迹留有空间。 4、夹具在机床工作台上的安装位置应确保在主轴的行程范围内能使工件的加工内容全部完成。,8.2.5 加工中心的自动换刀装置,1. 自动换刀装置 换刀装置的用途是按照加工需要, 自动地更换装在主轴上的刀具。 自动换刀装置是一套独立、 完整的部件。 自动换刀装置的形式包括回转刀架, 如车削中心, 还有带刀库的自动换刀装置, 应用广泛。 2. 刀库形式 加工中心的刀库形式很多, 结构也各不相同。 加工中心最常用的刀库有盘式刀库和链式刀库。,盘式刀库的结构紧凑、 简单, 在钻削中心上应用较多, 但存放刀具数目较少。,盘式刀库 a

7、) 径向取刀形式 b) 轴向取刀形式 c) 径向布置形式 d) 角度布置形式,链式刀库是在环形链条上装有许多刀座, 刀座孔中装夹各种刀具, 由链轮驱动。 链式刀库适用于要求刀库容量较大的场合, 且多为轴向取刀。 当链条较长时, 可以增加支承轮的数目, 使链条折叠回绕, 提高了空间利用率。,8.3 加工中心的编程,8.3.1 加工中心的编程特点,1、首先应进行合理的工艺分析和工艺设计。合理地安排各工序加工的顺序，能为程序编制提供有利条件。 2、根据加工批量等情况，确定采用自动换刀或手动换刀。 3、为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便操作者在运行程序前确定刀具

8、补偿参数。 4、尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中。这种安排便于按每一工步独立地调试程序，也便于加工顺序的调整。 5、除换刀程序外，加工中心的编程方法与数控铣床基本相同。,8.3.2 参考点控制指令 (G28、 G29),1. 自动原点复归G28 格式： G28 X _ Y _ 其中, X、 Y 为指定的中间点位置。 2、由原点（经中间点）自动返回指定点 G29 格式： G29 X _ Y _ 其中，X、Y为指令的定位终点位置。,8.3.3 换刀程序的编制,一般立式加工中心规定的换刀点位置在机床Z轴零点处，卧式加工中心规定在机床Y轴零点处。 编制换刀程序： N10 G9l G2

9、8 Z0 N11 M06 T02 即一把刀具加工结束，主轴返回机床原点后准停，然后刀库旋转，将需要更换的刀具停在换刀位置，接着进行换刀，再开始加工。,7.4.1 孔类零件的加工编程,8.4 典型零件的加工中心编程,支撑座零件如图 8-11 所示, 上下表面、 外轮廓已在前面的工序加工完成, 本工序完成零件上所有孔的加工。 试编写其加工程序, 零件材料为 HT150。,1. 工艺分析 本例中的零件较为规则, 采用平口钳装夹即可。 零件上包括 2 个销钉孔, 精度要求比较高, 采用点钻铰的方式; 4 个螺纹孔, 采用点钻攻螺纹的方式; 1 个 30 的通孔, 根据精度要求, 采用点钻扩粗镗精镗的方

10、式。 2. 加工路线的确定 按照先小孔后大孔加工的原则, 确定走刀路线为: 1) 先用中心钻点 7 个孔的位置。 2) 9. 8 钻头钻 2 个销钉孔, 然后用 10 铰刀铰孔。 3) 8. 5 钻头打螺纹底孔, 然后 M10 丝锥攻螺纹。 4) 30 的通孔采用 15 钻头钻28 扩孔29. 8 粗镗30 精镗。,3. 刀具的选用及切削参数的确定 该零件加工工序刀具的选用及切削参数的确定见表 8-1。,4. 确定编程坐标系 因为零件为对称图形, X、 Y 轴原点设在对称中心处, 为了编程方便, Z0 设在零件上表面处。 为了简化程序, 采用固定循环指令。,5. 编写加工程序,8.4.2 盘类

11、零件的加工编程,如图 8-12 所示的盘类零件, 毛坯外形尺寸为长 160mm、 宽 120mm、 深 30mm, 材料 45钢, 按图样要求制定正确的工艺方案, 选择合理的刀具和切削工艺参数, 并编写数控加工程序。,1. 编制数控加工工艺 (1) 零件图样分析 该零件尺寸标注完整, 轮廓描述清楚。 加工内容有 R50 凹圆弧槽、宽 26mm 的凹槽和宽 16mm 的两个键槽。 被加工部分的各尺寸、 几何位置公差、 表面粗糙度值等要求较高, 所以在径向上要经过粗加工和精加工, 在深度方向上要分层加工。 (2) 加工方案的确定 1) 铣 R50 凹圆弧槽。 选用 25mm 立铣刀多次走刀来加工,

12、 结合工艺安排内容, 槽侧壁留 0. 5mm 的精加工余量。 加工时, 尽可能选择进刀点在工件外, 加工完毕后刀具退至工件外, 如图 所示为刀具中心点的轨迹。,2) 铣宽 26mm 的凹槽。 粗加工宽 26mm 的凹槽选用 14 粗齿立铣刀, 精加工选用10 细齿 立 铣 刀, 采 用 左 补 偿 ( G41 指令), 用同一个加工程序。 结合工艺安排内 容, 槽 侧 壁、 槽 底 分 别 留 0. 2mm、0. 5mm 的精加工余量。 同 时根据工件 特点, 决定采用直线方式进、 退刀, 刀具轨迹如图 8-14 所示。,3) 铣宽 16mm 的键槽。 宽 16mm 的键槽粗、 精加工采用同一个加工程序。 根据工件特点, 决定采用 “圆弧圆弧” 的方式进、 退 刀, 刀 具 切 削 轨 迹 如 图 8-15所示。 4) 30 的通孔。 采用点钻15 钻头钻28 扩孔29. 8 粗镗30 精镗。,(3) 刀具的选用及切削参数的确定 刀具卡见表 8-3, 数控加工工艺工序卡见表 8-4。,2. 编写数控加工程序 (1) 确定工件坐标系 在 R50 圆弧中心建立工件坐标系, Z 轴原点设在顶面上。 (2) 根据加工工艺编写加工程序 主程序如下：,2) 加工 R50 凹圆弧子程序见表 8-6。,3) 宽 26mm 凹槽子程序见表 8-7。,4) 宽 16mm 键槽子程序见表 8-8。,