1、数控加工中心,加工中心,了解加工中心的结构特点。以及对加工中心工艺知识有一个系统的了解，并学会制定加工中心加工工艺和进行工艺分析的方法。,教学目的：,加工中心,学习内容与知识点：,加工中心和数控铣床有很多相似之处，但主要区别在于刀具库和自动刀具交换装置(ATC,Autmatic Tools Changer)，是一种备有刀库并能通过程序或手动控制自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。,加工中心的主要加工对象,加工中心适于加工形状复杂、工序多、精度要求较高，普通机床加工需多次装夹调整困难的的工件。,常用于加工,箱体类零件,带复杂曲面的零件,异形件,板、套、盘、壳体类零件,加工中心的主要加工对
2、象,加工中心的结构,1、基础部件 床身、立柱和工作台。具有很高的刚度。 2、主轴部件 主轴箱、主轴电机、主轴（关键部件）及轴承。 3、控制系统 CNC装置、PLC、SERVO驱动装置、MOTOR等组成。 CNC系统一般由CPU、RAM/ROM、I/O接口组成； CPU由存储器、运算器、控制器和总线组成； CNC系统主要作用是输入、存储、数据处理、插补运算及机床各种控制功能。,4、伺服系统 将CNC装置发出的位置和速度指令转化为机床运动部件的运 动。它的性能直接决定机床的加工精度、表面质量和效率。,5、自动换刀装置 刀库、机械手和驱动机构等部件。 各种加工中心在换刀过程、选刀方式、刀库结构、机械
3、手 类型等方面各不相同，但均须在数控装置及可编程序控制器 控制下，由电机和液压或气动机构驱动刀库和机械手实现刀 具的选择与交换。,加工中心的结构,6、辅助系统 润滑、冷却、排屑、防护、液压和随机检测系统等部分。尽 管辅助系统不参加切削运动，但对加工中心的加工效率、加 工精度及可靠性起到保障作用，因此也是加工中心不可缺少 的部分。,加工中心的结构,加工中心的结构及类型,卧式加工中心,龙门加工中心,立式加工中心,复合加工中心,按机床主轴布局形式分,主轴轴心线设置在竖直状态,主轴轴心线设置在水平状态,具有可移动的龙门框架、主轴头装在龙门框架上、主轴轴心线设置在垂直状态,立卧两用加工中心，具有立式和卧
4、式加工中心的功能,立式、卧式加工中心的结构 （单击观看录像）,立式加工中心,加工中心的结构及类型,龙门式加工中心,加工中心的结构及类型,无机械手的加工中心,带刀库、机械手的加工中心,刀库转塔式加工中心,按换刀形式分,加工中心的结构及类型,可装20把刀的无臂式ATC刀具库,加工中心的结构及类型,可装24把刀的有臂式ATC刀具库,加工中心的结构及类型,可装32把刀的有臂式刀具库,加工中心的结构及类型,可装60把刀的刀具库,加工中心的结构及类型,刀具及工艺特点,数控铣床与加工中心上使用的刀具主要有铣削用刀具和孔加工用刀具。,1.铣刀（1）面铣刀（2）立铣刀（3）模具铣刀（4）键槽铣刀（5）鼓形铣刀（
5、6）成形铣刀（7）锯片铣刀,孔加工刀具 （1）数控钻头 （2）数控铰刀 （3）镗刀 （4）丝锥 （5）扩（锪）孔刀,刀具及工艺特点,面铣刀,修光刃刀片,最大切深6mm容屑空间大，排屑畅快，加工效率高粗齿、细齿结构各有所长，满足不同条件加工高精度、长寿命刀体优化的槽型和牌号实现高去除率切削坚韧的硬质合金刀垫及刀片自定位使刀具更安全易用修光刃刀片集高效率及高光洁度与一身通用性好,最大切深6mm,刀具及工艺特点,硬质合金刀具,四大系列钻头 铰刀 螺纹刀具 铣刀,刀具及工艺特点,钻头总共有7项：NC定心钻 阶梯钻头 麻花钻内冷麻花钻头 三刃钻 直槽钻 中心钻,刀具及工艺特点,硬质合金立铣刀,立铣刀总共
6、分有8项： 通用立铣刀 键槽立铣刀 模具立铣刀 铝合金加工立铣刀 镍基合金/钛合金/不锈钢加工用立铣刀 普通硬度加工用立铣刀 硬切削加工用立铣刀 高速切削用立铣刀,刀具及工艺特点,硬质合金铰刀,铰孔精度可达 IT6-7 表面粗糙度可达Ra0.4-1.6 直槽、螺旋槽结构俱全 高耐磨K20UF材质与涂层的完美结合，以适应各种材料的加工 可提供不等齿距系列及大螺旋系列,d=2-22,刀具及工艺特点,螺纹刀具,丝锥可加工M3-M12的螺纹孔 更大的螺纹孔，螺纹铣刀是理想的选择，可加工M5-M20的螺纹孔 直槽结构及右螺旋槽结构 高韧性材质K40UF和涂层的完美结合，确保更高的刀具寿命,4201, 4
7、202, 4605, 4606，4551系列-孔的螺纹加工,d=M3-M20,刀具及工艺特点,螺纹铣刀,内螺纹,外螺纹,对于40柄机床来讲,当螺纹大于M24, 50柄机床当螺纹大于M42。采用螺纹铣是必然的选择。,加工工艺分析,常用刀具的直径选择 进给路线的确定,1、常用刀具的直径,（1）面铣刀 直径主要根据工件宽度（比切宽大20-50%） 根据主轴直径选取 D=1.5d。（d为主轴直径）,最佳铣削位置,1、常用刀具的直径,（2）立铣刀 R（0.80.9） H（1/31/4）R,1、常用刀具的直径,（3）键槽铣刀,两步法铣削键槽,2、进给路线,（1）顺铣a和逆铣b的选择,2、进给路线,（2）铣
8、削外轮廓的进给路线,2、进给路线,（3）铣削内轮廓的进给路线,2、进给路线,（4）铣削内槽的进给路线,2、进给路线,（5）铣削曲面轮廓的进给路线,2、进给路线,（6）孔加工时进给路线的确定,确定xy平面内的进给路线,圆周均布孔的最短进给路线设计示例,2、进给路线,（6）孔加工时进给路线的确定,确定xy平面内的进给路线,定位要准确,2、进给路线,（6）孔加工时进给路线的确定,确定Z向的进给路线,加工中心夹具的确定,对夹具的基本要求：,夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开,夹具在机床上能实现定向安装,夹具的刚性与稳定性要好,加工中心夹具的选用原则：,在保证加工精度和生产效率的前提下，优先选用通用夹
9、具,批量加工可考虑采用简单专用夹具,大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专用夹具,采用成组工艺时应使用成组夹具,加工中心夹具的确定,采用寻边器对刀,采用碰刀或试切方式对刀,外刀具预调+机上对刀,杠杆百分表对刀,机上对刀,水平方向对刀,Z向对刀,机外对刀仪对刀,对刀方法：,加工中心加工的对刀与换刀,制定加工中心加工工艺,零件的工艺分析,分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求 ；,检查零件图的完整性和正确性；,分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心加工时的可行性、经济性、方便性；,确定加工中心的加
10、工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结构和表面 ；,工艺方案的设计,工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。,加工方法的选择,加工顺序的合理按排,制定加工中心加工工艺,工步设计,先粗加工，半精加工，再精加工。,既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。,采用相同设计基准集中加工的原则。,相同工位集中加工，邻近工位一起加工可提高加工效率。,按所用刀具划分工步。,有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。,在一次装夹定位中，能加工的形位全部加工完。,制定加工中心加工工艺,进给路线的确定,孔加工路线的确定：,确定XY平面内的进给路线：定位要迅速，保证不
11、发生碰撞的前提下缩短空行程；定位要准确。,确定Z向的进给路线,制定加工中心加工工艺,加工余量的确定,表面粗糙度,表面缺陷层深度,空间偏差,表面几何形状误差,装夹误差,影响加工余量大小的因素,制定加工中心加工工艺,工序尺寸及公差的确定,注意定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的确定问题。,制定加工中心加工工艺,切削用量的选择,选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；坯料种类、硬度；刀具类型、转速、直径大小、刀刃材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际切削的具体情况，确定合适的切削用量。,制定加工中心加工工艺,典型加工中心加工零件工艺分析,
12、盖板零件在加工中心的加工工艺,盖板是机械加工中常见的零件，加工表面有平面和孔，通常需经铣平面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔及攻螺纹等工步才能完成。下面以右图所示盖板为例介绍其加工中心加工工艺。,盖板零件简图,零件工艺分析,选择加工中心,设计工艺：,选择加工方法,确定加工顺序,确定装夹方案和选择夹具,选择刀具,制定工艺步骤：,确定进给路线,选择切削用量,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,1分析零件图样，选择加工内容,该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由零件图可知，盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度为IT7级。从工序集中和便于定位两个方面考虑，
13、选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，将A面作为主要定位基准，并在前道工序中先加工好。,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,2选择加工中心,由于B面及位于B面上的全部孔，只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步，所需刀具不超过20把。选用国产XH714型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台尺寸为400mm800mm，x轴行程为600mm， y轴行程为400mm，z轴行程为400mm，主轴端面至工作台台面距离为125525mm，定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和 0.0
14、1mm,刀库容量为18把,工件一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。,盖板零件在加工中心的加工工艺,典型加工中心加工零件工艺分析,3. 设计工艺,(1)选择加工方法 B平面用铣削方法加工,因其表面粗糙度Ra为6.3m,故采用粗铣精铣方案； 60H7 孔为已铸出毛坯孔，为达到IT7级精度和Ra0.8m的表面粗糙度，需经三次镗削，即采用粗镗半精镗精镗方案；对12H8孔，为防止钻偏和达到IT8级精度，按钻中心孔钻孔扩孔铰孔方案进行；16mm孔在12mm孔基础上锪至尺寸即可；M16mm螺纹孔采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法，即按钻中心孔钻底孔倒角攻螺纹方案加工。,典型加工中心加工零件工
15、艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,(2)确定加工顺序按照先面后孔、先粗后精的原则确定。具体加工顺序为粗、精铣B面粗、半精、精镗60H7孔钻各光孔和螺纹孔的中心孔钻、扩、锪、铰12H8及16mm孔M16mm螺孔钻底孔、倒角和攻螺纹，详见下表。,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,3. 设计工艺,数控加工工序卡片,典型加工中心加工零件工艺分析,(3)确定装夹方案和选择夹具该盖板零件形状简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，故可选用通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工
16、艺,3. 设计工艺,(4)选择刀具所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀(锪16mm孔)及丝锥等，其规格根据加工尺寸选择。B面粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；B面精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径(XH714型加工中心的允许装刀直径：无相邻刀具为150mm，有相邻刀具为80mm )也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。XH714型加工中心主轴锥孔为ISO40，适用刀柄为BT40(日本标准JISB6339)，故刀柄柄部应选择BT40型式。具体所选刀具及刀柄见下表。,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零
17、件在加工中心的加工工艺,3. 设计工艺,数控加工刀具编号,典型加工中心加工零件工艺分析,(5) 确定进给路线B面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为100mm，故安排沿z方向两次进给(见下图)。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，后面所示各图即为各孔加工工步的进给路线。,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,3. 设计工艺,(5) 确定进给路线,铣削B面进给路线,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,镗60H7孔进给路线,(5) 确定进给路线,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,钻中心孔进给路线,(5) 确定进给路线,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,钻、扩、铰12H8孔进给路线,(5) 确定进给路线,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,锪16mm孔进给路线,(5) 确定进给路线,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,钻螺纹底孔、攻螺纹进给路线,(5) 确定进给路线,典型加工中心加工零件工艺分析,盖板零件在加工中心的加工工艺,
