-數(shù)控加工中心的操作與編程

1、第 4 章加工中心的操作與編程【教學目標】通過本章節(jié)的理論教學：了解數(shù)控加工中心及其組成；掌握數(shù)控加工中心機床控制面板及其操作；加工中心的工藝準備；加工中心編程與上機調試；鉆、鏈固定循環(huán)的實現(xiàn)；綜合加工技術。【教學重點】數(shù)控加工中心機床控制面板及其操作；加工中心編程與上機調試；鉆、鏈固定循環(huán)的實現(xiàn)【教學難點】數(shù)控加工中心機床控制面板及其操作；鉆、鏈固定循環(huán)的實現(xiàn)；綜合加工技術。4.1數(shù)控加工中心及其組成4.1.1 加工中心的類型及其組成加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床，又稱為自動換刀數(shù)控機床或多工序數(shù)控機床。其特點是數(shù)控系統(tǒng)能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)地對工件各加工表面自動進行鉆削

2、、擴孔、錢孔、像孔、攻絲和銃削等多種工序的加工，工序高度集中。1.按功能特征分類（i）鏈銃加工中心。（2）鉆削加工中心。（3）復合加工中心。2.按所用自動換刀裝置分類（1）轉塔頭加工中心。（2）刀庫+主軸換刀加工中心。（3）刀庫+機械手+主軸換刀加工中心?？v物確峰偷（:（4）刀庫+機械手+雙主軸轉塔頭加工中心。這種加工中心在主軸上的刀具進行切削時，通過機械手將下一步所用的刀具換在轉塔頭的非切削主軸上。當主軸上的刀具切削完畢后，轉塔頭即回轉，完成換刀工作，換刀時間短。此外，還可按所用工作臺結構特征分為單、雙工作臺和多工作臺式加工中心。按主軸種類分為單軸、雙軸、三軸和可換主軸箱的加工中心等。4.1

3、.2 加工中心的自動換刀裝置自動換刀裝置的用途是按照加工需要，自動地更換裝在主軸上的刀具。自動換刀裝置是一套獨立、完整的部件。1 .自動換刀裝置的形式自動換刀裝置的結構取決于機床的類型、工藝、范圍及刀具的種類和數(shù)量等。自動換刀裝置主要有回轉刀架和帶刀庫的自動換刀裝置兩種形式。帶刀庫的自動換刀裝置是像銃加工中心上應用最廣的換刀裝置，主要有機械手換刀和刀庫換刀兩種方式。2.刀庫的形式刀庫的形式很多，結構各異。加工中心常用的刀庫有鼓輪式刀庫和鏈式刀庫兩種。圖4-4鼓輪式刀庫(a)徑向取刀形式；(b)軸向取刀形式；徑向布置形式；(d)角度布置形式3.換刀過程自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成

4、。當執(zhí)行到 Txx 指令，即選刀指令后，刀庫自動將要用的刀具移動到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準備。1)選刀選刀方式常有順序選刀方式和任選方式兩種。順序選刀方式是將加工所需要的刀具，按照預先確定的加工順序依次安裝在刀座中；換刀時，刀庫按順序轉位。任選方式是對刀具或刀座進行編碼，并根據(jù)編碼選刀。它可分為刀具編碼和刀座編碼兩種方式。目前應用最多的是計算機記憶式選刀。這種方式的特點是，刀具號和存刀位置或刀座號對應地記憶在計算機的存儲器或可編程控制器內。2)換刀有通過機械手換刀和通過刀庫？主軸運動換刀兩種方式。對通過機械手換刀的立式加工中心(如XHK716),其換刀動作可分解如下：主軸箱回到

5、最高處(Z 坐標零點)，同時實現(xiàn)主軸準停機械手抓住主軸上和刀庫上的刀具，如圖 4-6(a)所示?；钊麠U推動機械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具，如圖 4-6(b)所示。機械手回轉 180。，交換刀具位置，如圖 4-6(c)所示。將更換后的刀具裝入主軸和刀庫，如圖 4-6(d)所示。機械手放開主軸和刀庫上的刀具后復位。限位開關發(fā)出換刀完畢”的信號，主軸自由，可以開始加工或使其他程序動作。對如 XH754 型的臥式加工中心，換刀采用的是主軸移動式，其換刀動作可分解為：主軸準停，主軸箱沿 Y 軸上升。這時刀庫上刀位的空擋正對著交換位置，裝卡刀具的卡爪打開。如圖 4-7(a)所示。（1）主軸箱上升到極限

6、位置， 被更換的刀具刀桿進入刀庫空刀位， 即被刀具定位卡爪鉗住， 與此同時，主軸內刀桿自動夾緊裝置放松刀具，如圖 4-7(b)所示。（2）刀庫伸出，從主軸錐孔中將刀拔出，如圖 4-7(c)所示。刀庫轉位，按照程序指令要求，將選好的刀具轉到最下面的位置，同時，壓縮空氣將主軸錐孔吹凈，如圖 4-7(d)所示。刀庫退回，同時將新刀插入主軸錐孔，主軸內刀具夾緊裝置將刀桿拉緊，如圖 4-7(e)所示。主軸下降到加工位置并啟動，開始下一步的加工，如圖 4-7(f)所示。圖 4-8 所示是目前在 XH713、XH714、XH715 等中小型立式加工中心上廣泛采用的刀庫移動主軸升降式換刀方式。其換刀過程為：分

7、度：接刀：卸刀：再分度：裝刀：4.2 機床控制面板及其操作4.2.1 數(shù)控操作面板表 4-2 數(shù)控操作功能鍵鍵類別英文鍵名功能說明鍵類別英文鍵名功能說明光標鍵CURSOR光標移動用功能鍵POS位置坐標顯示頁面鍵PAGE翻頁用PROG程序顯不地址數(shù)字鍵地址字母鍵數(shù)字符號鍵OFFSETSETTING刀補、設置和預置工件坐標系的顯示和設定編輯鍵SHIFT換擋鍵SYSTEM系統(tǒng)參數(shù)、診斷等顯示CAN取消鍵MESSAGE報警信息等顯示INPUT數(shù)據(jù)輸入鍵CUSTOMGRAPH軌跡圖形顯示用戶宏程序顯示ALTER改寫鍵INSERT插入鍵復位鍵RESET解除報警、復位等一DELETE刪除鍵幫助鍵HELPMD

8、I 操作幫助面板左方為 CRT 顯示器。用于顯示程序、數(shù)據(jù)輸入顯示和監(jiān)視坐標圖形等。不同的功能方式下有不同的顯示內容，有的功能方式下還有多個屏幕顯示頁，可用翻頁鍵切換。圖 4-10 所示為當前坐標顯示（按POS 功能鍵時）的其中兩個畫頁。當前位置坐標顯示時，共有幾組坐標顯示，它們分別是：相對坐標系（RELATIVE）:若需要將某坐標軸位置置為相對零點時，可在 3 倍文字顯示畫頁下，先按坐標軸地址鍵，這時所按的地址閃動；然后，再按原點起源軟鍵 ORIGIN,則該軸相對坐標就被復位為零。工件坐標系（ABSOLUTE）:以 G92 或預置工件坐標系 G54G59 指定的點為原點，顯示當前刀具（或機械

9、工作臺）的位置坐標。機床坐標系（MACHINE）:以機床原點為原點的機械現(xiàn)在位置的坐標。剩余移動量（DISTANCETOGO）:在自動、MDI、DNC 方式加工時，當前程序段中刀具還需要移動的距離。4.2.2手動操作面板（1）方式選擇開關：選擇操作方式的開關，有以下幾種方式。編緝方式存儲運轉方式（或稱自動加工）MDI 手動數(shù)據(jù)輸入方式手動連續(xù)進給方式手輪增量進給方式現(xiàn)在位置（絕對）01130N00260X213,000丫231,424Z508,500JOGF2000 加工產品數(shù) 142運轉時間 15H0M 切削時間 0H0M0SACT.F0mm/分 0S100%L0%JOG*10:03:04絕

10、對相對綜合HNDL操作現(xiàn)在位置（綜合）01130N00260相對坐標絕對坐標X0.000X213.000Y0.000Y231.424Z0.000Z508.500機械坐標余移動量X412.997X0.000Y91.202Y0.000Z20.702Z0.000JOGF2000加工產品數(shù) 142運轉時間 15H0M切削時間 0H0M0SACT.F0mm/分0S100%L0%JOG*10:03:04絕對相對綜合HNDL操作編輯（EDIT）自動（MEM 或 AUTO）MDI手動（JOG）手輪快速回零（REF 或 ZRN）DNC快速進給方式手動返回參考點方式聯(lián)機通信、計算機直接加工控制方式示教方式圖 4-

11、11 手動操作面板(2)進給速度修調旋鈕：根據(jù)程序指定的進給速度，選擇修調倍率的旋鈕。可在 0%150%范圍內每隔 10%修調。(3)手動軸選擇旋鈕：選擇移動軸，再按下方的軸移動方向鈕。各軸的正負方向遵循標準設定，即以假定工件不動，刀具相對于工件在運動來理解，即按編程坐標系來看。(4)主軸速度修調旋鈕：調節(jié)主軸轉速，可在 50%120%范圍內每隔 10%修調。(5)快速倍率旋鈕：選擇快速進給速度倍率的開關。(6)手輪進給調節(jié)：置方式開關為手輪方式后，可由手輪進行增量調節(jié)。(7)循環(huán)啟動按鍵：用于自動運轉開始的按鈕，也用于解除臨時停止，自動運轉中按鈕燈亮。(8)進給保持按鍵：用于自動運轉中臨時停

12、止的按鈕，一按此按鈕，軸移動減速并停止，燈亮。(9)跳步按鍵開關：需跳過帶有“/斜(線號)的程序段時按下此開關(燈亮)，置接通狀態(tài)，此開關對于在“/號后標有番號的選擇程序段跳躍無效。(10)單步按鍵開關：按下此開關(燈亮)，程序運行處于單段方式。(11)空運行按鍵開關：按下此開關(燈亮)，自動運轉時進行空運轉。(12)Z 軸鎖定按鍵開關：按下此開關(燈亮)，自動運轉時，往 Z 軸去的控制信號被截斷，Z 軸不動，但數(shù)控運算和 CRT 顯示正常。(13)機床鎖定按鍵開關：按此開關(燈亮)，機械不動，僅讓位置顯示動作，用于機械不動而要校驗程序時。(14)選擇停止按鍵開關：按此開關至燈亮，可在實施帶有

13、輔助功能 M01 的程序段后，停止程序。(15)程序再啟動鍵開關：(16)手動啟停主軸操作按鍵：手動、手輪方式下，按下啟動鍵，開啟主軸；(17)手動冷卻操作按鍵：按下啟動鍵，手動開啟冷卻液；按下停止鍵，手動關閉冷卻液。(18)手動選刀操作按鍵：按下正、反轉鍵，開始正、反方向轉動刀庫，進行手動選刀操作。按鍵一次，轉動一個刀位。(19)沖屑和手動潤滑按鍵：(20)急停按鈕：機床操作過程中若出現(xiàn)緊急情況時，按下此按鈕，進給及主軸運行立即停止。(21)程序保護鎖匙：(22)電源開關和機床復位按鈕：(23)各種狀態(tài)及報警指示燈：4.2.3 基本操作方法.手動回參考點手動回機床原點(參考點)：將手動操作面

14、板上的操作方式開關置回零”擋位，先將手動軸選擇為Z 軸，再按下“+移動方向鍵，則 Z 軸將向參考點方向移動，一直至回零指示燈亮；然后，分別選擇 Y、X 軸進行同樣的操作。2.工作臺的手動調整工作臺拖板的手動調整是采用方向按鍵， 通過產生觸發(fā)脈沖的形式或使用手輪通過產生手搖脈沖的方式來實施的。和手柄的粗調、微調一樣，其手動調整也有兩種方式。(1)粗調：置操作方式開關為手動連續(xù)進給”方式擋。(2)微調：本機床系統(tǒng)的微調需使用手輪來操作。將方式開關置為手輪”方式擋。3.MDI 程序運行所謂 MDI 方式是指臨時從數(shù)控面板上輸入一個或幾個程序段的指令并立即實施的運行方式。示教機床控制器報警回零6電源準

15、落好看箍控制器主軸湍氣壓換刀 XYZIVL 主觸口口單步空運行 Z 軸鎖定機床鎖定選擇停程序再啟動O機床復位程序保護循環(huán)啟動進給保持工作燈停止啟動L冷去皿反轉I-刀電 J電源關電源開進給速度修調手動軸選擇主軸轉速修調口手丸潤滑 I 手動潤滑QO停止后動2550快速倍率4.3 力口工中心的工藝準備4.3.1 加工中心的工藝特點加工中心加工的零件尺寸必須與機床工作臺、各向行程相適應。由于加工中心具備了高剛度和高功率的特點，故在工藝上可采用大的切削用量，以便在滿足加工精度條件下盡量節(jié)省加工工時。（1）確定采用加工中心的加工內容，確定工件的安裝基面、加工基面和加工余量等。（2）以充分發(fā)揮加工中心效率為

16、目的來安排加工工序。有些箱體大平面加工采用龍門銃床、數(shù)控銃床更為合適。（3）對于復雜零件來說，由于加工過程中會產生熱變形，淬火后會產生內應力，零件卡壓后也會變形等多種原因，故全部工序很難在一次裝夾后完成，這時可以考慮兩次或多次裝夾。（4）安排加工工序時應本著由粗漸精的原則。（5）當加工工件批量較大，工序又不太長時，可在工作臺上一次安裝多個工件同時加工，以減少換刀次數(shù)。（6）采用大流量的冷卻方式，為減少加工時產生的大量熱量對加工精度的影響，并提高刀具耐用度，需積極采用大流量的冷卻方式。4.3.2 刀具及刀庫數(shù)據(jù)設置.刀具規(guī)格型式加工中心上使用的刀具分刃具部分和連接刀柄部分。刃具部分包括鉆頭、銃刀

17、、錢刀和絲錐等，和數(shù)控銃床所用刃具類似。2.對刀與刀庫設定加工中心的對刀總體上和數(shù)控銃床的對刀相類似。刀具補償數(shù)據(jù)的設定可通過數(shù)控操作面板的 OFFSETSETTING 功能項進行。4.3.3 機床及工件的坐標系統(tǒng)加工中心機床的坐標軸及其運動方向按 1.3 節(jié)的原則確定，遵循右手直角坐標系法則。但在編程使用過程中，一定要理解機床工作臺和刀具間的相對運動關系。加工中心的工件坐標系建立同樣使用G92X.Y.Z.格式。除此以外，加工中心機床的數(shù)控系統(tǒng)通常也都提供 G54G59 等另外 6個預置工件坐標系的指令功能。4.4 力口工中心編程與上機調試4.4.1 基本程序指令加工中心配備的數(shù)控系統(tǒng)，其功能

18、指令都比較齊全。第 3 章的 3.3.1 節(jié)中數(shù)控銃床所用到的 G、M、F、S 等功能指令基本上都適用于加工中心，對這些指令就不再重復說明。在此主要介紹一些前面沒有進行說明的程序指令。1.虛軸指令或稱假想軸切削指令 G07 指令格式：G07X0 或 G07Y0 或 G07Z0 設定 X（或 Y、Z）軸為假想軸。G07X1 或 G07Y1 或 G07Z1 假想軸取消。.極坐標系設定指令 G15、G16G15:極坐標系指令取消。G16:極坐標系指定。|+Y#3極坐標軸的方位取決于 G17、G18、G19 指定的加工平面。圖 4-16極坐標編程圖例 3.存儲行程極限指令 G22、 G23 另一種行程

19、極限是可隨意設定改變的軟行程極限， 可用參數(shù)設定，也可用 G22 來指定，用 G23 指令來取消。其格式為：G22X.Y.Z.I.J.K.4,參考點操作指令 G27、G30G27X.Y.Z.返回參考點校驗的指令G30X.Y.乙.第二參考點返回指令 5.螺紋切削指令 G33格式:G33X.Z.F.Q.螺紋導程用 F 直接指定，Q 指令螺紋切削的開始角度（0360）。對錐螺紋，其斜角 a45時，螺紋導程以 Z 軸方向的值指令；斜角為 4590時，以 X 軸方向的值指令。對如圖 4-18 所示圓柱螺紋進行切削時，X 指令省略，其格式為：G33Z.F.Q.。.刀具位置偏移指令 G45G48G45G48

20、 指令可使程序中被指令軸的位移，沿其移動方向擴大或縮小的偏移量。G45:沿指令軸移動方向擴大一個偏移量 G46:沿指令軸移動方向縮小一個偏移量 G47:沿指令軸移動方向擴大兩個偏移量 G48:沿指令軸移動方向縮小兩個偏移量 4.4.2 自動換刀程序的編寫 M06-自動換刀指令。本指令將驅動機械手進行換刀動作，不包括刀庫轉動的選刀動作。M19-主軸準停。本指令將使主軸定向停止，確保主軸停止的方位和裝刀標記方位一致。T 功能指令是銃床所不具備的，因為 T 指令即 Txx,是用以驅動刀庫電機帶動刀庫轉動而實施選刀動作的。T01M06 是先執(zhí)行選刀指令 T01,再執(zhí)行換刀指令 M06?！癕06T01

21、是先執(zhí)行換刀指令 M06,再執(zhí)行選刀指令 T01。4.4.3 程序輸入與上機調試1.程序的檢索和整理程序的檢索是用于查詢?yōu)g覽當前系統(tǒng)存儲器內都存有哪些番號的程序。程序整理主要用于對系統(tǒng)內部程序的管理，如刪除一些多余的程序。（1）將手動操作面板上的工作方式開關置編輯（EDIT）或自動擋，按數(shù)控面板上的程序 PROG 鍵顯示程序畫面。（2）輸入地址“OF 口要檢索的程序號，再按 OSRH 軟鍵，檢索到的程序號顯示在屏幕的右上角。（3）若要瀏覽某一番號程序（如 O0001）的內容，可先鍵入該程序番號如“O0001 后，再按向下的光標鍵即可。（4）由于受存儲器的容量限制，當存儲的程序量達到某一程度時，

22、必須刪除一些已經(jīng)加工過而不再需要的程序，以騰出足夠的空間來裝入新的加工程序；否則，將會在進行程序輸入的中途就產生“070 的存儲空間不夠的報警。2.程序輸入與修改程序輸入和修改操作同樣也必須在編輯擋方式下進行。1）用手工鍵入一個新程序先根據(jù)程序番號檢索的結果，選定某一還沒有被使用的程序番號作為待輸程序番號（如 O0012）。將上述編程實例的程序順次輸入到機床數(shù)控裝置中，可通過 CRT 監(jiān)控顯示該程序。注意每一程序段（彳 T）間應用“；（EOB 鍵）分隔。2）調入已有的程序若要調入先前已存儲在存儲器內的程序進行編輯修改或運行，可先鍵入該程序的番號如“O0001后，再按向下的光標鍵，即可將該番號的

23、程序作為當前加工程序。3）從 PC 機、軟盤或紙帶中輸入程序 4）程序的編輯與修改采用手工輸入和修改程序時，所鍵入的地址數(shù)字等字符都是首先存放在鍵盤緩沖區(qū)內。若要修改局部程序，可移光標至要修改處，再輸入程序字，按改寫（ALTER）”鍵則將光標處的內容改為新輸入的內容若要刪除某一程序行，可移光標至該程序行的開始處，再按+DELETE 鍵；若按“Nxxxx+“DELETER 則將刪除多個程序行 3.程序的空運行調試空運行調試的意義在于：（1）用于檢驗程序中有無語法錯誤。有相當一部分可通過報警番號來分析判斷。（2）用于檢驗程序行走軌跡是否符合要求。（3）用于檢驗工件的裝夾位置是否合理。（4）用于通過

24、調試而合理地安排一些工藝指令，以優(yōu)化和方便實際加工操作。4.正常加工運行當程序調試運行通過，工件裝夾、對刀操作等準備工作完成后，即可開始正常加工。4.5 鉆、鏈固定循環(huán)及程序調試4.5.1 鉆、鏈固定循環(huán)的實現(xiàn)3e5a1-Numbered_e6e7a705-5cb5-47a3-8c87-cd05d717b704-Numbered_356b60d4-c8a4-4df1-924b-7553a3c16233.固定循環(huán)的動作組成以立式數(shù)控機床加工為例，鉆、鏈固定循環(huán)動作順序可分解為: 一甀洀戀攀爀攀攙開昀戀 攀攙愀 攀愀戀 攙 戀攙攙 一甀洀戀攀爀攀攙開戀戀挀攙昀 戀挀戀 攀攀攙挀挀X和 Y 軸快速定

25、位到孔中心的位置上。（2）快速運行到靠近孔上方的安全高度平面（R 平面）。（3）鉆、鏈孔（工進）。（4）在孔底做需要的動作。(5)退回到安全平面高度或初始平面高度。G90(G91)G99(G98)G73(G89)X.丫.Z.R.Q.P.F.S.L.其中，G98、G99 為孔加工完后的回退方式指令。G98 指令是返回初始平面高度處，G99 則是返回安全平面高度處。當某孔加工完后還有其他同類孔需要接續(xù)加工時，一般使用 G99 指令；只有當全部同類孔都加工完成后，或孔間有比較高的障礙需跳躍的時候，才使用 G98 指令，這樣可節(jié)省抬刀時間。X、Y 為孔位中心的坐標；Z 為孔底的 Z 坐標(G90 時為

26、孔底的絕對 Z 值，G91 時為 R 平面到孔底平面的 Z 坐標增量)。R為安全平面的 Z坐標(G90時為 R平面的絕對 Z值， G91時為從初始平面到坐標增量)。Q 在 G73、G83 間歇進給方式中，為每次加工的深度；在 G76、G87 方式中，為橫移距離;在固定循環(huán)有效期間是模態(tài)值。P 為孔底暫停的時間，用整數(shù)表示，單位為 F 為進給速度。L 為重復循環(huán)的次數(shù)，L1 可不寫，L0 將不執(zhí)行加工，僅存儲加工數(shù)據(jù)。3.各循環(huán)方式說明(1)G73-用于高速深孔鉆削。(2)G74-用于左旋攻螺紋。精鏈。(4)G81-一般鉆孔循環(huán)，用于定點鉆，如圖 4-25(d)所示(5)G82可用于鉆孔、鏈孔。

27、(6)(6)到初始點的位置G99G98|快速定位 I到孔上方 TBC 初始高度平面A17 初始高度平面“A1B：AII2安全高度平飛IIEjf.大.孔底平面4-：2.固定循環(huán)指令格式R 平面的 Zms。僅對 G82、G88、G89 有效。(3)G76工進鉆，鍵孔底平面孔底動像，快速；5退回快速下痔 2 到 R 平面R 安全高度平面深孔鉆削。（7）G84右旋攻螺紋。（8）G85像孔。（9）G86像孔。（10）G87反向鏈孔。（11）G88像孔。（12）G89像孔。4.5.2 點位加工編程實例與調試4.6 綜合加工技術4.6.1 用戶宏指令編程宏指令編程是指像高級語言一樣，可以使用變量進行算術運算