1、第6章 加工中心编程铣削加工技术,6.1.1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使用于加工复杂形状工件的高效自动化机床。其最初是从数控铣床发展而来的。与数控铣床相同加工中心也是由计算机数控系统(CNC)伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成，但与数控铣床最大的区别在于加工中心具有自动换刀的功能。加工中心更加自动化，高效、高精度和柔性化，同样促进了半品试制、实验效率的提高，更加适于多变市场竞争战略。6.1.2加工中心的分类与结构特点 1. 立式加工中心（见图6-1a） 装夹工件方便，找正容易。宜于观察切削情况，调试程序容易，占地面积小
2、，应用广泛。下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,但它受立柱高度及ATC的限制，不能加工太高的零件或箱体。 2卧式加工中心（见图6-1b） 比立式加工中心复杂、占地面积大，有能精确分度的数控回转工作台，可实现对零件的一次装夹多工位加工，适合于加工箱体类零件及小型磨具型腔。但调试程序及试切时不宜观察，装夹和测量不便，加工深孔时切削液不易到位（若没有用内冷却钻孔装置）。 3龙门加工中心（见图6-2） 形状与数控龙门铣床相似，但应用范围比其更大。主轴多为垂直设置，除自动换刀装置以外，还带有可更换的主轴头附件，数控装置的功能也较齐全，能够一机多用，尤其适于大型或形状复杂工件加工。4带APC的加工中
3、心 无论是立式还是卧式加工中心都可带有APC装置，交换工作台可有两个或者多个。上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,有的制造系统中工作台在各机床上可通用，通过自动运送装置带着装夹好的工件在车间内形成物流，这种工作台也叫托盘。通过APC装置，这类机床自动化程度更高，效率也更高。 加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et ChangerAPC），它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，也起物流系统工件缓冲站的作用。托盘交换器按其运动方式有回转式和往复式两种，如图6-3所示。 托盘交换器在机床单机运行时是加工中心的一个辅件，但在FMS的整体功能分析上
4、，它完成或协助完成物料（工件）的装卸与交换，并起缓冲作用，因此从系统分析出发，又可把它划为物流系统。 5复合加工中心 复合加工中心是立式和卧式加工中心的组合，其工艺范围更广，使本来要两台机床完成的任务在一台上完成，工序更加集中；同时由于没有二次定位和装夹，精度也更高，但价格昂贵。上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,6.1.3加工中心的主要加工对象 1.平面及孔系类零件 在一次安装中，可完成零件上平面的铣削、孔系的钻削、镗削、铣削及攻螺纹等多工步加工。加工的部位可在一个平面上，也可在不同的平面上。因此，既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，这类零件常见的有箱体类零件和盘、
5、套、板类零件。 2.结构形状复杂、普通机床难以加工的零件 主要表面是由复杂曲线、曲面组成的零件，加工时需多坐标联动加工，常见的典型零件有以下几类：凸轮类、整体叶轮类、模具类等。 3.外形不规则的异形件 4.周期性重复投产的零件 5.加工精度要求较高的中小批量零件 具体可参考2.1.2（加工中心加工对象）上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,6.1.4 加工中心的特点 主要体现在以下几方面： 1加工中心的结构特点 设置有刀库和换刀机构。这是加工中心与数控铣床和数控镗床的主要区别。加工中心的刀库容量有几把至几百把，其通过换刀机构自动调用和更换，也可通过控制系统对刀具寿命进行管理。 多数
6、加工中心都规定了固定的换刀点位置，各运动部件只有移动到这个位置，才能开始换刀动作。 以XH714加工中心为例。XH714加工中心装备有盘形刀库，通过主轴与刀库的相互运动，实现换刀。换刀过程用一个子程序描述，习惯上取程序号为O9000。换刀子程序如下：上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,O9000 N10 G90 /选择绝对方式 N20 G53 Z-124.8 /主轴Z向移动到换刀点位置（即与刀库在Z方向 上相应） N30 M06 /刀库旋转至其上空刀位对准主轴，主轴准停 N40 M28 /刀库前移，使空刀位上刀夹夹住主轴上刀柄 N50 M11 /主轴放松刀柄 N60 G53 Z-
7、9.3 /主轴Z向向上，回设定的安全位置（主轴与刀柄分离） N70 M32 /刀库旋转，选择将要换上的刀具 N80 G53 Z-124.8 /主轴Z向向下至换刀点位置（刀柄插入主轴孔） N90 M10 /主轴夹紧刀柄 N100 M29 /刀库向后退回 N110 M99 /换刀子程序结束，返回主程序。上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等基本类型如图6-4所示。链式刀库存刀量多、扩展性好、在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。盘式和转塔式刀库构造简单、适当选择刀库位置还可省略换刀机械手，但刀库容量有限。根据用途，加工中心刀库的存刀量可为几把到数百
8、把，最常见的是2080把。 加工中心的自动换刀装置常采用公用换刀机械手。公用换刀机械手有单臂式、双臂式、回转式和轨道式等。双臂式机械手换刀时可在一只手臂从刀库中取刀的同时，另一只手臂从机床主轴上拔下已用过的刀具，既可缩短换刀时间又有利于使机械手保持平衡，所以被广泛采用。常用双臂式机械手的手爪结构形式有钩手、抱手、伸缩手和叉手，如图6-5所示。 2加工中心的工艺特点 与普通机床（包括数控铣床）相比其具有许多显著的工艺特点：上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,1） 加工精度高 工序高度集中，一次装夹即可加工出零件上大部分甚至全部所需的加工表面，避免了工件多次装夹所产生的装夹误差。同时
9、多采用半闭环，甚至全闭环的位置补偿功能，有较高的定位精度和重复定位精度，加工时产生的尺寸误差能及时得到补偿，获得较高的尺寸精度。 2） 加工精度稳定、尺寸一致性好 在整个零件加工过程中，主要是依靠程序来自动控制，不受操作者人为因素影响，同时没有凸轮，靠模等硬件，省去了制造和使用中磨损等所造成的误差。 3） 效率高（生产效率高） 一次装夹能完成较多表面的加工，有效地减少了零件加工时间和辅助时间，实现了在同一台机床上进行多道工序的连续加工，减少了半成品在机床与机床之间的回转次数和周转时间，提高了生产效率。上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,4） 表面质量好 主轴转速和各轴进给量均是无
10、级调速，有的甚至具有自适应控制功能，能随着刀具长件材质及刀具参数的变化，把切削参数调整到最佳数值，从而提高了各加工表面的质量。 5） 使用各种刀具进行多工序集中加工，在进行工艺设计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件的干涉问题。 6） 软件的适应性大，利于生产管理现代化。 3加工中心铣削编程的特点 加工中心将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能集合于一身，并装有自动换刀装置， 故加工程序编制中从加工工序的确定、刀具的选择、加工路线的安排，到加工程序的编制，都比其他数控机床要复杂一些。 加工中心编程应考虑以下问题：上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,1）首先进行合
11、理的工艺分析。 2）自动换刀应留出足够的换刀空间。 3）刀具的尺寸规格应选好。 4）加工程序应便于检查和调试。 5）对编制好的加工程序要进行校验。 6）根据加工批量等情况决定采用自动换刀还是手动换刀。加工批量在10件以上而刀具更换又较频繁时，应采用自动换刀为宜。 4加工中心操作上的特点 1）刀库装刀操作 以FANUC系统为例： （1）将面板上的方式旋钮打到MDI方式下激活LED显示，出现如图6-6界面，通过面板的输入区手工输入如下程序段：上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,T M06 /选择空刀座，其中“”为空刀座号 输入程序段后直接按循环启动按钮，当前主轴上的刀具就装入了刀库相
12、应的刀具位置上。 （2）刀库复位后，将方式旋钮开关打到手动方式（非自动模式的任意方式下），按刀具放松手工装刀刀具夹紧完成装刀（装到主轴上）。 （3）将第二把刀装入刀库中，只需将刀具装到主轴上重复（1）步骤的动作，但注意选择另外一个空的刀位，不能和前面的刀位号重复，否则会产生报警。依次执行以上动作，即可将刀库装满刀具。 （4）所有空刀座装满以后，如需调用任意一把刀具，只需在MDI方式下，输入T M06，其中“”为所选刀具的刀座号。上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,2）加工中心对刀 由于有刀库系统，除了X，Y方向上的数值和数控铣床的对刀方式一样，记录于G54中（或其他坐标系）外，Z
13、方向上的数值通常不记录于G54（或其他坐标系）坐标系中，而将其数值存入系统的刀具偏置内，然后将刀具存入刀库。完成一把刀对刀后再在主轴上再装上其他的刀具，进行Z向对刀，（或通过对刀仪对刀，将其长度补偿数值记录于刀具偏置内），将Z向的数据存入刀具长度补偿偏置内后，将刀具存入刀库，以此类推，完成所有刀具的对刀。 3）刀具长度补偿(G43，G44，G49) 使用每一把刀具时可让机床按刀具长度升高一段距离，使刀尖正好在工件上表面上，这段高度就是刀具长度补偿值，其数值可直接测出。实现这种功能的G代码是G43、G44、G49。其原理图如6-7所示。上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,图6-8中
14、钻头用G43命令向上正向补偿了H1值，铣刀用G43命令向上正向补偿了H2值。 补偿值取值范围-999.999999.999毫米或-99.999999.9999英寸。 刀具长度补偿的使用，进一步体现了加工中心刀库的优越性。 通常设置刀具长度补偿（即Z向对刀）的方法有以下几种： (1)光电对刀仪对刀 高度50mm，对刀时把工件和对刀仪接触表面擦试干净，依靠磁铁的磁性吸附在工件上，当刀具接触对刀仪金属头，对刀仪光电感应发出声音，上下调整刀的接触距离，保证在Z方向上移动距离0.001mm光电感应器不发出声音，Z方向下移动距离0.001mm光电感应器刚好发出声音。机床测出刀Z方向的坐标。 (2)采用z向
15、设定器对刀、塞尺或旧刀柄对刀 Z轴设定器有一定高度，对刀后补正值要考虑Z轴设定器高度。利用塞尺或者刀柄对刀，上下调整刀的接触距离,保证在Z方向上移动距离0.001mm,刀具可以通过，向下移动距离0.001mm刀具不可通过，在可通过时测出刀Z方向的坐标。如图6-8所示。上一页 下一页,第6章 加工中心编程铣削加工技术,（3）试切法对刀 刀具旋转碰工件（如图6-9所示） 就是用铣刀在加工件上的基准面上对刀，靠近工件时将Z轴放慢，一般用0.01MM来靠近，刀具旋转直接碰工件，看见工件稍微划出刀印或者有少许铁屑，测出刀Z方向的坐标。这种对刀方法比较危险，适用于技术要求不高的零件。上一页 返回,图6-1
16、 加工中心,图6-1 加工中心 a 立式加工中心 b 卧式加工中心返回,图6-2 龙门加工中心,图6-2 龙门加工中心返回,图6-3 托盘交换器的运动方式,图6-3 托盘交换器的运动方式 a） 回转交换方式 b） 直接交换方式返回,图6-4 加工中心刀库的基本类型,图6-4 加工中心刀库的基本类型 a 转塔式 b 链式 c 盘式返回,图6-5 双臂式机械手的手爪结构,图6-5 双臂式机械手的手爪结构 钩手 b）抱手 c）伸缩手 d）叉手返回,图6-6 MDI界面,图6-6 MDI界面返回,图6-7 刀具长度补偿原理,图6-7 刀具长度补偿原理 返回,图6-8 用塞尺对刀,图6-8 用塞尺对刀返回,图6-9 用旋转法对刀,图6-9 用旋转法对刀返回,
