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1、加工中心（数控铣工）实训,孙连栋主编 高等教育出版社,目录,第1单元 加工中心、数控铣床操作基础 第2单元 简单零件铣削 第3单元 轮廓铣削 第4单元 规则轮廓铣削 第5单元 孔加工 第6单元 中级工模拟考核 第7单元 复杂零件的铣削 第8单元 多轴加工及生产加工 第9单元 高级工模拟考核,第8单元 多轴加工及生产加工,8.1 四轴加工 8.2 五轴加工 8.3 数控加工工艺设计 8.4 生产加工的组织管理 8.5 综合训练,8.1四轴加工,【教学指导】 使学生了解多轴加工机床的特点、类型、坐标轴的名称及正方向。 使学生了解附加数控转台立式加工中心的特点及编程方法。 使学生了解附加数控转台卧式
2、加工中心的特点及编程方法。,8.1四轴加工,【预备知识】 1.多轴加工机床的概念 所谓多轴加工机床是指在一台机床上至少具备第4轴。如四轴数控机床有3个直线坐标轴和1个旋转坐标轴，并且4个坐标轴可以在计算机数控（CNC）系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床具有3个直线坐标轴和2个旋转坐标轴，并且可以同时控制、联动加工。与3轴联动数控机床相比较，利用多轴联动数控机床进行加工的主要优点如下。,8.1四轴加工,1）可以一次装夹完成多面多方位加工，从而提高零件的加工精度和加工效率。 2）由于多轴机床的刀轴可以相对于工件状态而改变，刀具或工件的姿态角可以随时调整，所以可以加工更加复杂的零件。 3
3、）由于刀具或工件的姿态角可调，所以可以避免刀具干涉、欠切和过切现象的发生，从而获得更高的切削速度和切削宽度，使切削效率和加工表面质量得以改善。,8.1四轴加工,4）多轴机床的应用可以简化刀具形状，从而降低刀具成本。同时还可以改善刀具的长径比，使刀具的刚性、切削速度、进给速度得以大大提高。 5）在多轴机床上进行加工时，工件夹具较为简单。由于有了坐标转换和倾斜面加工功能，使得有些复杂型面加工转变为二维平面的加工。由于有了刀具轴控制功能，斜面上孔加工的编程和操作也变得更加方便。,8.1四轴加工,由于增加了旋转轴，所以与三轴数控机床相比，多轴机床的刀具或工件的运动形式更为复杂，主要有以下几种形式。 1
4、）三轴立式加工中心附加数控转台的四轴联动机床。 2）三轴立式加工中心附加可倾斜式数控转台的五轴联动机床。 3）四轴立式加工中心附加数控转台的五轴联动机床。 4）具有B轴功能的卧式加工中心。 5）五轴联动加工中心。,8.1四轴加工,2.多轴加工的特点 1）减少零件装夹次数，减少了定位误差，缩短辅助时间。 2）可以加工3轴铣加工无法加工的区域。 3）可以用更短的刀具实现零件的加工，这样可以增加刀具的刚性，减少振动。 4）可以用锥度刀来代替圆柱刀，进行零件的加工。 5）改善切削条件。 6）可以利用柱面铣刀代替球头铣刀，减少切削路径，提高加工效率。,8.1四轴加工,3.多轴加工机床的坐标系 多轴机床与
5、标准机床一样，其坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡儿直角坐标系决定。 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。 2）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。 3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向，见图8-1-1。,8.1四轴加工,8.1四轴加工,8.1四轴加工,4.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的特点 这类机床是在三轴立式数控铣床或加工中心上
6、，附加具有一个旋转轴的数控转台来实现四轴联动加工，即所谓3+1形式的四轴联动机床。由于以立式铣床或加工中心作为主要加工形式，所以数控转台只能算作是机床的一个附件。这类机床的优点有以下几点。 1）价格相对便宜。 2）装夹方式灵活。 3）拆卸方便。,8.1四轴加工,5.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的坐标系设定 1）设定回转轴的Y向坐标。 2）设定回转轴的Z向坐标。 3）接下来即可装夹工件，设定X向坐标。 4）设定回转轴的工件坐标系。,8.1四轴加工,6.卧式加工中心的类型及特点 卧式加工中心的主轴处于水平状态，通常带有可进行分度回转运动的正方形工作台。一般具有35个运动坐标，常见的是三
7、个直线运动坐标加一个回转运动坐标，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。,8.1四轴加工,一般具有分度工作台或数控转换工作台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。 卧式加工中心按立柱是否运动分为固定立柱型和移动立柱型。 （1）固定立柱型 （2）移动立柱型,8.1四轴加工,【讲解知识】 在立式四轴加工中心上完成图8-1-4所示圆柱凸轮的加工。,8.1四轴加工,8.1四轴加工,1.制作工装夹具 工件可采用图8-1-5所示方式装夹。,8.1四轴加工,2.工艺分析 在加工凸轮的螺旋槽前应完成零件的圆柱面、内孔及键槽的
8、加工。加工时只需考虑根据螺旋槽的运动轨迹图完成零件的加工。由于加工的深度为15mm，必须分层加工，每次的下切量为0.5mm。 3.程序详解,8.1四轴加工,【训练内容】 在卧式加工中心上完成如图8-1-6所示的轴承盖的孔加工。 1.工艺分析 2.程序详解,8.1四轴加工,8.1四轴加工,【讨论与总结】 四轴加工有何特点？ 如何进行四轴加工编程？,8.2五轴加工,【教学指导】 使学生了解五轴加工中心的特点和结构。 使学生了解多轴加工的编程方法。,8.2五轴加工,【预备知识】 1.五轴加工中心的类型与特点 五轴联动机床是在三个线性轴的基础上再增加两个旋转坐标轴，它有三种不同的结构。,8.2五轴加工
9、,（1）双摆台结构 很多中、小型五轴联动数控铣床均采用双摆台形式。由于被加工的工件相对较小、较轻，所以机床设计为双摆台的形式可以更有效地利用机床空间，使加工范围更大，工作台可旋转、可倾斜，便于操作。主轴是固定不变的，刀具长度不会影响摆动误差。双摆台式的五轴联动数控铣床的结构形式如图8-2-1所示。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。,8.2五轴加工,8.2五轴加工,（2）双摆头的五轴加工中心 图8-2-2所示的是双摆头的五轴加工中心结构，一般重型机床
10、都采用这种结构。该结构的五轴加工中心在加工过程中，工件均为静止，刀具随着主轴摆动，因此刀具的切削刚性较差，加工时切削量较小。,8.2五轴加工,8.2五轴加工,（3）一摆头一摆台的五轴加工中心 单转台单摆头五轴加工中心结构是刀杆摆动，工件转动。B轴为摆头，其旋转平面为ZX平面；旋转轴C为转台，其旋转平面为XY平面。刀具轴线的变化是通过B轴的摆动加C轴的转动来实现的，再加上X、Y、Z三个直线轴的运动构成了五轴联动。其结构如图8-2-3所示。 加工过程中工作台只旋转不摆动，刀杆只在一个旋转平面内摆动，加工特点介于双转台和双摆头结构机床之间。工件的大小和重量受到旋转台尺寸的大小和承载能力的限制。其适合
11、加工的工件种类较多，加工自由度大,8.2五轴加工,8.2五轴加工,2.五轴加工中心工件坐标系的建立 五轴加工中心工件坐标系的建立与三轴加工中心工件坐标的建立是一致的，但在建立前需将两个回转轴都回到零位置，否则获得的数据有偏差。,8.2五轴加工,【讲解知识】 1.多轴定位加工 在利用多轴机床进行多轴加工中，实际上在大多数情况下可考虑为平面加工或固定轴加工。在这种情况下，机床的旋转轴首先进行旋转，将加工工件（针对具有旋转工作台的机床）或刀具主轴（针对具有旋转主轴头的机床）旋转到一定方位，然后对工件进行加工，在对工件的实际连续切削过程中，加工工件或刀具主轴方位并不随着切削的进给而改变，这种加工方式即
12、是多轴定位加工方式。这种方式可用手工编程来实现。,8.2五轴加工,2.顺序铣 （1）概述 顺序铣操作可以通过一个表面到另一个表面的连续铣削去加工零件轮廓，这一系列铣削运动称为子操作，这些子操作允许对刀具的运动进行灵活的控制。,8.2五轴加工,（2）术语 1）零件面、驱动面和检查面 2）停止位置 3）参考点（ReferencePoint）和近侧（NearSide）/远侧（FarSide）,8.2五轴加工,（3）对话框 1）顺序铣对话框,8.2五轴加工,2）进刀运动对话框,8.2五轴加工,3）连续刀轨运动对话框 4）点到点的运动对话框 5）退刀运动对话框,8.2五轴加工,3.可变轴曲面轮廓铣 （1
13、）概述 （2）术语 （3）对话框,8.2五轴加工,8.2五轴加工,【讨论与总结】 五轴机床有何结构特点？ 五轴加工有何优点？,8.3数控加工工艺设计,【教学指导】 使学生初步掌握数控加工工艺设计的基本方法与要求。 使学生初步掌握数控加工工艺文件的填写。,8.3数控加工工艺设计,【预备知识】 根据实际应用中的经验，数控加工工艺主要包括下列内容： 选择并决定零件的数控加工内容。 零件图样的数控工艺性分析。 数控加工的工艺路线设计。 数控加工工序设计。 数控加工专用技术文件的编写。,8.3数控加工工艺设计,1.数控加工工艺内容的选择 选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。 通用机床无法加工
14、的内容应作为优选内容。 通用机床难加工、质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。 通用机床效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控车床尚存在富余能力的基础上进行选择。 一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。,8.3数控加工工艺设计,下列一些内容则不宜选择采用数控加工： 占机调整时间长。如：以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，要用专用工装协调的加工内容。 加工部位分散，要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工。 按某些特定的制造依据（如：样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易与检验
15、依据发生矛盾，增加程编难度。,8.3数控加工工艺设计,2.数控加工艺性分析 （1）尺寸标注应符合数控加工的特点 （2）几何要素的条件应完整、准确 （3）定位基准可靠,8.3数控加工工艺设计,3.数控加工工艺路线的设计 （1）工序的划分 根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行： 以一次安装、加工作为一道工序。 以同一把刀具加工的内容划分工序。 以加工部位划分工序。 以粗、精加工划分工序。 总之，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性、机床的功能、零件数控加工内容的多少、安装次数及本企业生产组织状况灵活掌握。什么零件宜采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，也要根据实际情况
16、合理确定。,8.3数控加工工艺设计,（2）顺序的安排 顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按以下原则进行： 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。 先进行内形内腔加工工序，后进行外形加工工序。 以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好接连进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。 在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。,8.3数控加工工艺设计,（3）数控加工工艺与普通工序的衔接 数控工序前后一般都穿插有其他普通工序，如衔接得不好就容易产生矛盾，因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等。这样才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。,8.3数控加工工艺设计,4.数控加
