加工中心的编程与加工操作

第四章 加工中心的编程与加工操作 书目 书目1 第四章 加工中心的编程与加工操作1 4.1 加工中心的加工工艺特点1 4.1.1加工中心概述1 4.1.2 加工中心的主要功能2 4.1.3 加工中心的工艺特点2 4.2加工中心刀具的选用方法6 4.2.1加工中心对刀具的基本要求6 4.2.2自动换刀装置6 4.2.3刀库和刀具管理10 4.3加工中心的固定循环和换刀程序11 4.3.1加工中心的固定循环11 4.3.2加工中心的换刀程序19 4.4加工中心的加工实例21 第四章 加工中心的编程与加工操作 4.1 加工中心的加工工艺特点 4.1.1加工中心概述 加工中心Machining Center简称MC，是由机械设备与数控系统组成的适用于加工困难零件的高效率自动化机床。加工中心是高效、高精度数控机床，工件在一次装夹中便可完成多道工序的加工，同时还备有刀具库，并且有自动换刀功能。加工中心所具有的这些丰富的功能，确定了加工中心程序编制的困难性，而加工程序编制的质量是确定加工质量的重要因素。加工中心所配置的数控系统各有不同，各种数控系统程序编制的内容和格式也不尽相同，但是程序编制方法和运用过程是基本相同的。在本章中我们将以配备SIEMENS数控系统的加工中心为例进行介绍。 4.1.2 加工中心的主要功能 加工中心能实现三轴或三轴以上的联动限制，以保证刀具进行困难表面的加工。加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外，还具有各种加工固定循环、刀具半径自动补偿、刀具长度自动补偿、加工过程图形显示、人机对话、故障自动诊断、离线编程等功能。 加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区分在于加工中心具有自动交换加工刀具的实力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置变更主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。 加工中心从外观上可分为立式、卧式和复合加工中心等。立式加工中心的主轴垂直于工作台，主要适用于加工板材类、壳体类工件，也可用于模具加工。卧式加工中心的主轴轴线与工作台台面平行，它的工作台大多为由伺服电动机限制的数控回转台，在工件一次装夹中，通过工作台旋转可实现多个加工面的加工，适用于箱体类工件加工。复合加工中心主要是指在一台加工中心上有立、卧两个主轴或主轴可90变更角度，因而可在工件一次装夹中实现五个面的加工。 4.1.3 加工中心的工艺特点 1．加工中心的工艺范围 加工中心是一种工艺范围较广的数控加工机床，能进行铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作。加工中心特殊适合于箱体类零件和孔系的加工。加工工艺范围如图4.1至图4.4所示。 图4.1 铣削加工 图4.2 钻削 图4.3 螺纹加工 图4.4镗削加工 2.加工中心加工零件的工艺分析 （1）选择加工内容 加工中心最适合加工形态困难、工序较多、要求较高的零件，这类零件常需运用多种类型的通用机床、刀具和夹具，经多次装夹和调整才能完成加工。 （2）检查零件图样 图4.5 零件加工的基准统一 零件图样应表达正确，标注齐全。同时要特殊留意，图样上应尽量采纳统一的设计基准，从而简化编程，保证零件的精度要求。 例如图4.5中所示零件图样。在图4.5a中，A、B两面均已在前面工序中加工完毕，在加工中心上只进行全部孔的加工。以A、B两面定位时，由于高度方向没有统一的设计基准，ф48H7孔和上方两个ф25H7孔与B面的尺寸是间接保证的，欲保证32.50.1和52.50.04尺寸，须在上道工序中对1050.1尺寸公差进行压缩。若改为图4.5b所示标注尺寸，各孔位置尺寸都以A面为基准，基准统一，且工艺基准与设计基准重合，各尺寸都简洁保证。 （3）分析零件的技术要求 依据零件在产品中的功能，分析各项几何精度和技术要求是否合理；考虑在加工中心上加工，能否保证其精度和技术要求；选择哪一种加工中心最为合理。 （4）审查零件的结构工艺性 分析零件的结构刚度是否足够,各加工部位的结构工艺性是否合理等。 3.加工中心加工零件的工艺过程设计 工艺设计时，主要考虑精度和效率两个方面，一般遵循先面后孔、先基准后其它、先粗后精的原则。加工中心在一次装夹中，尽可能完成全部能够加工表面的加工。对位置精度要求较高的孔系加工，要特殊留意支配孔的加工依次，支配不当，就有可能将传动副的反向间隙带入，干脆影响位置精度。例如,支配图4.6a所示零件的孔系加工依次时，若按图4.6b的路途加工，由于5. 6孔与1.2.3.4孔在Y向的定位方向相反，Y向反向间隙会使误差增加，从而影响5.6孔与其它孔的位置精度。按图4.6c所示路途，可避开反向间隙的引入。 a零件图 b加工路途1 c加工路途2 图4.6 镗孔加工路途 加工过程中，为了削减换刀次数，可采纳刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完，再换其次把刀具接着加工。但是，对于精度要求很高的孔系，若零件是通过工作台回转确定相应的加工部位时，因存在重复定位误差，不能实行这种方法。 4.加工中心上零件的装夹 图4.7 编程原点与定位基准 （1）定位基准的选择 在加工中心加工时，零件的定位仍应遵循六点定位原则。同时,还应特殊留意以下几点 1）进行多工位加工时，定位基准的选择应考虑能完成尽可能多的加工内容，即便于各个表面都能被加工的定位方式。例如，对于箱体零件，尽可能采纳一面两销的组合定位方式。 2）当零件的定位基准与设计基准难以重合时,应仔细分析装配图样，明确该零件设计基准的设计功能，通过尺寸链的计算，严格规定定位基准与设计基准间的尺寸位置精度要求，确保加工精度。 3）编程原点与零件定位基准可以不重合，但两者之间必须要有确定的几何关系。编程原点的选择主要考虑便于编程和测量。例如，图4.7中的零件在加工中心上加工Φ100孔和4-Φ40孔，其中4-ф40都以ф100孔为基准，编程原点应选择在ф100孔的中心线上。当零件定位基准为A、B两面时，定位基准与编程原点不重合，但同样能保证加工精度。 （2）夹具的选用 在加工中心上,夹具的任务不仅是装夹零件,而且要以定位基准为参考基准，确定零件的加工原点。因此，定位基准要精确牢靠。 （3）零件的夹紧 在考虑夹紧方案时，应保证夹紧牢靠，并尽量削减夹紧变形。 4.2加工中心刀具的选用方法 4.2.1加工中心对刀具的基本要求 加工中心对刀具的基本要求主要体现在以下几方面 1）良好的切削性能能承受高速切削和强力切削并且性能稳定； 2）较高的精度刀具的精度指刀具的形态精度和刀具与装卡装置的位置精度； 3）配备完善的工具系统满意多刀连续加工的要求。 加工中心所运用刀具的刀头部分与数控铣床所运用的刀具基本相同，如图4.8所示。加工中心所运用刀具的刀柄部分与一般数控铣床用刀