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1、第 6 章 加工中心加工工艺与编程本章知识点（技能点）：1熟悉加工中心及自动换刀2数控孔加工刀具、孔加工工艺及孔加工循环3学会钻孔、扩孔、铰孔加工工艺编程4学会攻丝加工工艺编程5学会镗孔加工工艺编程6熟悉加工中心对刀方案设计7学会加工中心多工序加工工艺编程先导案例：如图 6-9-1为壳体零件，毛坯为铸件，材料 HT200。内腔中有圆柱凸台，零件的下端面有支承孔，上表面上有环形槽，上表面有 4个凸耳并 4个螺孔。零件加工的内容为上端面、下端面、支承孔、环形槽和 4个螺孔。拟在加工中心上完成的加工的内容为：铣削上表面，保证尺寸高度 60；铣槽，保证槽宽 10，槽深 6 mm；加工 4M10螺纹。要
2、在加工中心完成上述任务，要求工艺人员能熟练对零件铣削、孔加工内容和要求进行分析；熟悉各种铣削结构和孔的加工工艺和编程特点；熟悉加工中心多工序加工工艺特点；能设计合理的综合加工工艺过程；能合理设计具体工步的刀具路线和切削用量等；熟悉加工中心对刀方案设计；熟练编写加工中心多刀加工程序。第六章，我们将通过九节内容的教学，主要学习数控加工中心设备应用知识、孔加工工艺及编程知识。61 加工中心概述611 加工中心的概念和主要优势加工中心（Machining Center，简称 MC）是适应省力、省时和节能的时代要求而迅速发展起来的自动换刀数控机床。相对那些普通数控机床更具有灵活性和适应性，并且效率更高，
3、工艺能力更强，自动化程度更高。加工中心种类较多，根据加工方式分有：1车削加工中心车削加工中心以车削为主，主体是数控车床，机床上配备有转塔式刀库或由换刀机械手和链式刀库组成的大容量刀库。车削加工中心还配置有铣削动力头。2镗铣加工中心 镗铣加工中心，它将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置。镗铣加工中心是机械加工行业应用最多的一类数控设备，其工艺范围主要是铣削、钻削和镗削。3复合加工中心在一台设备上可以完成车削、铣削、镗削和钻削等多种工序加工的加工中心称之为复合加工中心，可代替多台机床实现多工序的加工。复合加工中心多以车、铣加工的加工中心为多。加工中心机床的
4、一个最为明显的特征是：加工中心是一种比普通数控机床多加装了刀具库和自动换刀装置而构成的数控机床，刀库容量一般为几十甚至上百把刀具。数控系统能控制机床自动地更换刀具。它与普通数控机床相比另一个更为重要的特征是：在加工工艺的范畴上，它的出现打破了一台机床只能进行一种工序加工的传统观念，它利用机床刀库的多刀具和自动换刀能力，具有把几个不同的操作组合在一次装夹中并连续加工的能力，即集中工序加工。如CNC镗铣加工中心，对工件连续进行的钻削、镗削、背镗、加工螺纹、锪孔以及轮廓铣削等加工都可编制为同一个 CNC程序。又如车削加工中心，几乎可以完成回转体零件的所有加工工序。加工中心因为连续、自动、多工序加工，
5、因此，又称它为多工序数控机床。加工中心机床实现一次装夹多工序的加工方式，有效地避免了零件多次装夹造成的定位误差，减少了机床台数和占地面积，大大提高了加工精度和自动化程度。集中多个工序加工还可减少工件的装夹、测量和调整时间，减少工件周转、搬运存放时间，使机床的切削利用率高于通用机床 34 倍，达 80以上生产量。比如：因为自动换刀缩短手动换刀的时间；因为利用了托盘交换系统、交换工作台的方法，让工件能在机外装卸从而缩短工件装夹的辅助时间；利用附加轴 A、B、C、的旋转运动以及许多其他功能来增强转换加工面的灵活性。如图 6-1-1所示的加工中心装配了托盘交换装置能实现工件的自动交换，从而使工件装夹的
6、辅助工作不占机床的加工时间。由于电子技术的迅速发展，各种性能良好的传感器的出现和运用，使加工中心的功能日趋完善，这些功能包括：切削刀具寿命管理、自动在线检测、偏移量调整以及其他提高生产效率和节省时间等方法等。 总之，加工中心是数控机床中功能较全、加工精度较高的工艺装备。加工中心不仅提高了工件的加工精度，而且是数控机床中生产率和自动化程度最高的综合性机床。本章主要侧重对镗铣加工中心的应用介绍，下面提到的加工中心一般是指镗铣加工中心。612 镗铣加工中心的两种类型1CNC 加工中心的两种基本类型设计加工中心有两种基本设计即立式加工中心和卧式加工中心。按主轴在空间所处的状态，加工中心的主轴在空间处于
7、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。（主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或复合加工中心）。立式、卧式加工中心两种类型之间的差别决定于可高效加工的工件种类。对立式CNC加工中心来说，最适合加工的工件类型是有端面上结构或周边轮廓加工任务的零件，如盘盖、板类零件，零件或安装在工作台夹具上，或夹持在虎钳或卡盘或分度头上。对卧式 CNC加工中心来说，适合于对在一次安装中，有多个加工面加工任务的零件，工件往往安装在回转工作台上，如在 CNC卧式加工中心上完成对安装在回转工作台上的箱体类零件的多个加工面的加工。图 6-1-1 加工中心装配了托盘交换装置图 6-
8、1-2 JCS-018A 型加工中心2典型 JCS一 018A型立式镗铣加工中心介绍1）机床布局介绍如图 6-1-2是 JCS018A型加工中心外观图。JCS018A 型加工中心采用了软件固定型计算机控制的 FANUC数控系统。把工件一次装夹后可自动连续的完成铣、钻、镗、铰、锪、攻丝等多种加工工序。该机床适用于小型板类、盘类、壳具类、模具类等复杂零件的多品种小批量加工。这类机床对于中小批量生产的机械加工部门，可以节省大量工艺设备，缩短生产准备周期，确保工件加工质量，提高生产效率。从图 6-1-2可看出 X轴伺服电动机可完成左、右运动，Z 轴与 Y轴伺服电动机分别可完成上、下进给运动和前、后进给
9、运动，主轴电动机完成主轴的运动。X 轴、Y 轴、Z 轴伺服电动机都由数控系统控制，可单独或联动。动力从主轴电动机经二对交换皮带轮传到主轴。机床主轴无齿轮传动，使主轴转动时噪声低，振动小，热变形小。机床床身上固定有各种器件，其中运动部件有滑座，它可由 Y轴伺服电机带动，滑座上有工作台可由 X轴伺服电机带动，主轴箱在立柱上可由 Z轴伺服电机带动上、下移动。此机床有刀库，可装各类钻、铣类刀具并自动换刀。2）机床的主要技术参数工作台外形尺寸（工作面） 1200mm450（1000320）mm工作台 T形槽宽槽数 18mm3工作台左右行程（X 轴） 750mm工作台前后行程（Y 轴） 400mm主轴箱上
10、下行程（Z 轴） 470mm主轴端面到工作台面距离 180650mm主轴锥孔 BT-45主轴转速 22.52250rmin主轴电动机 5.5/7.5 （额定/30min）kW FANUC AC 12 型快速移动速度 X、Y 轴14m/min；Z 轴10m/min进给速度（X、Y、Z 轴） 1400mm/min进给驱动电动机（X、y、Z 轴） 1.4kW FANUCBESK直流伺服电动机 15型刀库容量 16选刀方式 任选最大刀具尺寸 100300mm最大刀具质量 8kg刀库电动机 1.4kW FANUCBESK直流伺服电动机 15型工作台允许负载 500kg滚珠丝杠尺寸（X、Y、Z 轴） 40
11、mm10mm钻孔能力（一次钻出） 32mm攻螺纹能力 M24mm铣削能力 110cm3/min定位精度 0.012mm/300mm重复定位精度 0.006mm气源 57105Pa（250L/min）机床质量 5000kg占地面积 3280mm2300mm3卧式镗铣加工中心 卧式加工中心的主轴是水平放置的。一般卧式加工中心有 35 个坐标轴控制，通常配备一个旋转坐标轴（回转工作台）。卧式加工中心适宜加工箱体类零件，一次装夹可对工件的多个面进行铣削、钻削、镗削、攻螺纹等工序加工，特别适合孔与定位基面或孔与孔之间相对位置精度要求较高的零件的加工，容易保证其加工精度。卧式加工中心的刀库一般比立式加工中
12、心容量大，结构比立式加工中心复杂，占地面积比立式加工中心大，它比立式加工中心的柔性强。卧式加工中心的制造成本比立式加工中心高，市场拥有量较少。某卧式加工中心外形如图 6-1-3所示。卧式加工中心调试程序及试切时不便观察，加工时不便监视，零件装夹和测量不方便。但加工时排屑容易，对加工有利。613 加工中心组成、特点1加工中心的组成部分图 6-1-3 卧式加工中心 主传动系统及主轴部件使刀具（或工件）产生主切削运动。 进给传动系统使工件（或刀具）产生进给运动并实现定位。 基础件床身、立柱、滑座和工作台等。 其他辅助装置如液压、气动、润滑、切削液等系统装置。 自动换刀系统加工中心类数控机床还带有自动
13、换刀系统。为了提高数控加工的可靠性，现代数控机床还带有刀具破损监控装置以及工件精度检测监控装置等。2加工中心在结构上具有以下这些特点： 机床的主体刚度高、抗震性好。 机床的传动系统结构简单，传递精度高、速度快 加工中心传动装置主要有滚珠丝杠副、静压蜗杆一蜗轮、预加载荷双齿轮一齿条。它们由伺服电动机直接驱动，进给速度快，一般速度可达 20m/min，最高可达 100m/min。 主轴系统结构简单 主轴系统结构简单，系统无齿轮箱变速系统（也有保留 32级齿轮传动的）。目前,加工中心基本都采用全数字交流伺服主轴。适合高速加工的加工中心转速可达数万转。主轴功率大，调速范围宽，定位精度高。 加工中心的导
14、轨 加工中心的导轨都采用了耐磨损材料和新结构，能长期保持导轨的精度，在高速重切削下，又保证运动部件不振动，低速进给时不爬行及运动中的高灵敏度。3适宜加工中心加工的内容由于加工中心的自动换刀功能和集中工序的加工能力，适合加工中心加工的内容有：1）形状复杂的零件 加工中心适宜加工形状复杂、工序多、精度要求高、需要多种类型的普通机床和众多刀具、夹具并经过多次装夹和调整才能完成加工的零件。如凸轮和模具等具有复杂三维曲面的零件的加工。2）箱体类零件 箱体类零件一般具有 1个以上的孔系，组成孔系的各孔本身有形状精度的要求，同轴孔系和相邻孔系之间及孔系与安装基准之间又有位置精度的要求。通常箱体类零件需要进行钻削、扩削、铰削、攻螺纹、镗削、铣削、锪削等工序的加工，工序多、过程复杂，还需用专用夹具装夹。这类零件在加工中心上加工，一次装夹可完成普通机床6095的工序内容，并且精度一致性好、质量稳定。3）异型件 在航天航空及运输业中，具有复杂曲面的零件应用很广，如航空发动机的整体叶轮和螺旋桨等。这类复杂曲面采用普通机床加工或精密铸造是无法达到预定的加工精度的，而使用多轴联动的加工中心，配合自动编程技术和专用刀具，可大大提高其生产效率并保证曲面的形状精度。复杂曲面加工时，程序编制的工作量很大，一般需要专业软件架构曲面模型或实体模型，再由制造软件生成数控机床的加工程序。
