第五章-加工中心的操作技術與日常維修

第五章加工中心的操作技術與日常維護與保養(yǎng)第一節(jié)加工中心概述一、加工中心的基本功能與特點加工中心(MachiningCenter)簡稱MC，是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是將銑床、鉆床和鏜床三種機床的功能于一體，增加了自動換刀裝置，由計算機來控制的高效、高自動化程度的機床。因為它具有多種換刀或選刀功能及自動工作臺交換裝置（APC），故工件經(jīng)一次裝夾后，可連續(xù)對工件自動進行鉆孔、擴孔、絞孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工，自動地完成或者接近完成工件多個平面或角度的多工序加工，從而使生產(chǎn)效率和自動化程度大大提高。由于加工中心可大大減少工件裝夾、測量和機床的調(diào)整時間，減少工件的周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，使機床的切削時間利用率高于普通機床3—4倍；并且加工中心具有較好的加工一致性，與單機、人工操作方式比較，能排除工藝流程中人為干擾因素，具有較高的生產(chǎn)率和穩(wěn)定的質(zhì)量，尤其加工形狀比較復雜、精度要求較高、品種更換頻繁的工件時，更具有良好的經(jīng)濟性。二加工中心的分類（一）按功能特征分類1、鏜銑加工中心鏜銑加工中心和龍門式加工中心，主要用于鏜削、銑削、鉆孔、擴孔、絞孔、攻螺紋等工序，適用于箱體、殼體加工以及各種復雜零件的特殊曲線和曲面輪廓的多工序加工，適用于多品種、小批量、零件加工工序集中的生產(chǎn)方式。一般將此類機床簡稱為加工中心。2、鉆削加工中心以鉆削為主，刀庫形式以轉(zhuǎn)塔頭形式為主，適用于中、小批量零件的鉆孔、擴孔、絞孔、攻螺紋及連續(xù)輪廓銑削等多工序加工。3、車削加工中心除用于加工軸類零件外，還進行銑（如銑扁、銑六角等）、鉆（如鉆橫向孔）等工序。4、復合加工中心主要指五面復合加工。可自動回轉(zhuǎn)主軸頭，進行立、臥加工。主軸自動回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直面實現(xiàn)刀具自動交換。小思考：從多種的分類中，你能了解數(shù)控加工中心得結構特點？（二）按自動換刀裝置分類1、轉(zhuǎn)塔頭加工中心有立式和臥式兩種。主軸數(shù)一般為6—12個，這種結構的換刀時間短、刀具數(shù)量少、主軸轉(zhuǎn)塔頭定位精度要求較高。2、無機械手的加工中心這種加工中心特點為換刀是通過刀庫和主軸箱的配合動作完成，刀庫中刀具存放位置方向與主軸裝刀方向一致，利用工作臺運動及刀庫轉(zhuǎn)動，并由主軸箱上下運動，使主軸運動到刀位上的換刀位置，由主軸直接取走或放回刀具。3、帶刀庫、機械手的加工中心1）帶刀庫、機械手、主軸換刀加工中心這種加工中心結構多種多樣，由于機械手卡爪可同時分別抓住刀庫上所選的刀和主軸上的刀，因此換刀時間短，并且選刀時間與機加工時間重合，得到了廣泛應用。2）帶刀庫、機械手、雙主軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)塔頭的非切削主軸上，當主軸上的刀具切削完畢后，轉(zhuǎn)塔頭即回轉(zhuǎn)，完成換刀工作，換刀時間短。（三）按主軸在加工時的空間位置分類

1、臥式加工中心（如圖5.1所示）臥式加工中心主軸的軸線為水平設置，通常都帶有進行分度回轉(zhuǎn)運動的正方形分度工作臺。具有3—5個運動坐標，一般是沿X、Y、Z三個軸方向直線運動坐標加一個回轉(zhuǎn)運動坐標，能使工件在一次裝夾后完成除安裝面和頂面外其余四個面的加工，最適合箱體類工件的加工。臥式加工中心有固定立柱式或固定工作臺式。固定立柱式的臥式加工中心的立柱不動，主軸箱在立柱上做上下移動，工作臺可在水平面上做兩個方向坐標（X，Z）移動；固定工作臺式的臥式加工中心其Z坐標的運動由立柱移動來定位，安裝工件的工作臺只完成X坐標移動。臥式加工中心結構復雜，占地面積大，重量大，價格也較高。2、立式加工中心（如圖5.2所示）立式加工中心主軸的軸線為垂直設置，其結構為固定立柱式，工作臺為長方形，無分度回轉(zhuǎn)功能，適合于加工盤類零件。立式加工中心結構簡單，占地面積小，價格低。3、五軸加工中心也稱復合加工中心，五面加工中心。該加工中心具有立式和臥式加工中心的功能，在工件一次裝夾后，能完成除安裝面外的所有五個面的加工。（如圖5.3所示）常見的五面加工中心有兩種形式，一種是主軸可實現(xiàn)立、臥轉(zhuǎn)換；另一種是主軸不改變方向，工作臺帶著工件旋轉(zhuǎn)90°完成對工件五個面的加工。另外還有主軸或工作臺可連續(xù)旋轉(zhuǎn)的五坐標、六坐標加工中心。五面加工中心的加工方式可使工件的形位誤差降到最低，省去二次裝夾的工裝，從而提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。主要適用于復雜外觀、復雜曲線的工件加工。但該五面加工中心結構復雜、占地面積大、造價高。（四）其它分類按結構特征分類按工作臺種類分，加工中心工作臺有各種結構，可分為單、雙和多工作臺。設置工作臺的目的是為了縮短零件的輔助準備時間，提高生產(chǎn)效率和機床自動化程度。最常見的是單工作臺和雙工作臺兩種形式。主軸種類分類根據(jù)主軸結構特征分類，可分為單軸、雙軸、三軸及可換主軸箱的加工中心。三加工中心的結構（二）加工中心的基本組成1—數(shù)控柜；2—刀具工作臺；3—主軸箱；4—操縱面板；5—驅(qū)動電源；6—工作臺裝置；7—滑枕；8—床身；9—進給伺服電機滑座；10—換刀機械手；1、基礎部分由床身、立柱、橫梁、和工作臺、底座等部件組成。它們主要承受加工中心的靜載荷及在加工時產(chǎn)生的切削負載，對加工中心各部件起支承和導向作用，因此要求基礎支承件必須具有足夠的剛度、較高的固有頻率和較大的阻尼，這些工件通常是鑄鐵件或焊接而成的鋼結構件，是加工中心中體積和重量最大的基礎構件。2、主軸部件由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零件組成。主軸的啟、停、變速等動作由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸系統(tǒng)為加工中心的主要組成部分,和常規(guī)機床主軸系統(tǒng)相比，加工中心主軸系統(tǒng)要具有更高的轉(zhuǎn)速、更高的回轉(zhuǎn)精度以及更高的結構剛性和抗振性。3、進給機構由進給伺服電動機、機械傳動裝置和位移測量元件等組成。它驅(qū)動工作臺等移動部件形成進給運動。加工中心進給驅(qū)動機械系統(tǒng)直接實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動的進給和定位，對加工的精度和質(zhì)量影響很大，因此對加工中心進給系統(tǒng)的要求是運動精度、運動穩(wěn)定性和快速響應能力。4、數(shù)控系統(tǒng)（CNC）5、自動換刀系統(tǒng)（ATC）自動換刀裝置ATC（AutomaticToolChanger）由刀庫、機械手和驅(qū)動機構等部件組成。刀庫是存放加工過程所使用的全部刀具的裝置；刀庫有盤式、鼓式和鏈式等多種形式，容量從幾把到幾百把，當需換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，出機械手(或通過別的方式)將刀具從刀庫取出裝入主軸中，機械手的結構根據(jù)刀庫與主軸的相對位置及結構的不同也有多種形式，如單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等等。有的加工中心不用機械手而利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。盡管換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器控制下，由電機和液壓或氣動機構驅(qū)動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。當機構中裝入接觸式傳感器，還可實現(xiàn)對刀具和工件誤差的測量。6、輔助裝置7、自動托盤更換系統(tǒng)有的加工中心為進—步縮短非切削時間，配有兩個自動交換工件托盤，一個安裝在工作臺上進行加工，另一個則位于工作臺外進行裝卸工件。當完成一個托盤上的工件加工后，便自動交換托盤，進行新零件的加工，這樣可減少輔助時間，提高加工效率。（三）加工中心的結構特點1.加工中心對結構的要求⑴具備更高的靜動剛度加工中心價格昂貴，其加工費用比傳統(tǒng)機床要高得多，這就要求必須采取措施大幅度地壓縮單件加工時間。壓縮單件加工時間包括兩個方面：一方面是新型刀具材料的發(fā)展，使切削速度成倍地提高，大大縮短了切削時間；另一方面，采用自動換刀系統(tǒng)，加快裝夾變換等操作，這又大大減少了輔助時間。這些措施大幅度地提高了生產(chǎn)率，獲得了好的經(jīng)濟效益。然而，也明顯地增加了機床的負載及運轉(zhuǎn)時間。另外，機床床身、導軌、工作臺、刀架和主軸箱等部件的結構剛度將影響它們本身的幾何精度及因變形所產(chǎn)生的誤差，所有這些因素都要求數(shù)控機床具有更高的靜剛度。切削過程中的振動不僅直接影響零件的加工精度和表面質(zhì)量，還會降低刀具壽命，影響生產(chǎn)率。而加工中心又是連續(xù)作業(yè)，不可能在加工中做人為調(diào)整（如改變切削用量或改變刀具的幾何角度）來消除或減少振動，因此，還必須提高加工中心的動剛度。在設計加工中心結構時，考慮到這些因素，其基礎大件通常采用封閉箱形結構，合理地布置加強筋板以及加強各部件的接觸剛度，有效地提高了機床的靜剛度。另外，調(diào)整構件的質(zhì)量可能改變系統(tǒng)的自振頻率，增加阻尼可以改善機床的阻尼特性，是提高機床動剛度的有效措施。⑵有更小的熱變形加工中心在加工中受切削熱、摩擦熱等內(nèi)外熱源的影響，各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，這將影響工件的加工精度。由于加工中心的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度及切削量等都大于傳統(tǒng)機床，而且工藝過程自動化，常常是連續(xù)加工，因而產(chǎn)生的熱量也多于傳統(tǒng)機床，這就要求必須采取措施減少熱變形對加工精度的影響。主要措施有：對發(fā)熱源采取有效的液冷、風冷等方法來控制溫升；改善機床結構，使構件的熱變形發(fā)生在非誤差敏感方向上。例如臥式加工中心的立柱采用框式雙立柱結構，左右對稱，熱變形對主軸軸線產(chǎn)生垂直方向的平移，它可以由坐標修正量進行補償，減少發(fā)熱，盡可能將熱源從主機中分離出去。⑶運動件間的摩擦小并消除傳動系統(tǒng)間隙加工中心工作臺的位移以脈沖作為它的最小單位，在對刀、工件找正等情況下，工作臺常以極低的速度運動。這就要求工作臺能對數(shù)控裝置發(fā)出的指令做出準確響應，它與運動件的摩擦特性有關。加工中心采用滾動導軌和靜壓導軌，滾動導軌和加壓導軌的靜摩擦力較小，并且在潤滑油的作用下，它們的摩擦力隨運動速度的提高而加大，這就有效地避免了低速爬行現(xiàn)象，從而使加工中心的運動平穩(wěn)性和定位精度都有所提高。進給系統(tǒng)中采用滾珠絲杠代替滑動絲杠，也是基于同樣的道理。另外，采用脈沖補償裝置進行螺距補償，消除了進給傳動系統(tǒng)的間隙，也有的機床采用無間隙傳動。⑷壽命高、精度保持性好良好的潤滑系統(tǒng)保證了加工中心的壽命，導軌、進給絲杠及主軸部件都采用新型的耐磨材料，使加工中心在長期使用過程中能夠保持良好的精度。⑸宜人性加工中心采用多主軸、多刀架及自動換刀裝置，一次裝夾完成多工序的加工，節(jié)省了大量裝卡換刀時間。由于不需要人工操作，故采用了封閉或半封閉式加工，使人機界面明快、干凈、協(xié)調(diào)。機床各部分的互鎖能力強，可防止事故發(fā)生，改善了操作者的觀察、操作和維護條件，并設有緊急停車裝置，以避免發(fā)生意外事故．所有操作都集中在一個操作面板上，一目了然，減少了誤操作。2.加工中心的主軸系統(tǒng)因此要求加工中心的主軸部件具有高的運轉(zhuǎn)精度、長久的精度保持性以及長時間運行的精度穩(wěn)定性。由于加工中心通常具有自動換刀功能，刀具通過專用刀柄由安裝在加工中心主軸內(nèi)部的拉緊機構緊固，因此主軸的回轉(zhuǎn)精度要考慮由于刀柄定位面的加工誤差所引起的誤差。簡單的主軸軸承組合，可以大大降低主軸部件的裝配誤差和熱傳導引起的主軸隙喪失，但主軸的承載能力會有較大幅度的下降。3.主軸部件結構主軸部件主要由主軸、軸承、傳動件、密封件和刀具自動卡緊機構等組成。1.主軸結構與支承主軸前端有7：24的錐孔，用于裝夾BT40刀柄或刀桿，主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸的直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。評價和考慮主軸主要尺寸參數(shù)的依據(jù)是主軸的剛度、結構上工藝性和主軸組件的工藝適用范圍。主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。加工中心的主軸支承形式很多：其中立式加工中心的主軸前支承采用四個向心推力球軸承，后支承采用一個向心球軸承，這種支承結構使主軸的承載能力較高，且能適應高速的要求。主軸支承前端定位，主軸受熱向后伸長，能較好地滿足精度需要，只是支承結構較為復雜。2.刀具自動卡緊機構刀具的自動夾緊機構安裝在主軸的內(nèi)部，圖5.5所示為刀具的夾緊狀態(tài)。刀柄1由主軸抓刀爪2夾持。碟形彈簧5通過拉桿4、抓刀爪2，在內(nèi)套3的作用下將刀柄的拉釘拉緊。當換刀時，要求松開刀柄。此時將主軸上端氣缸的上腔通壓縮空氣，活塞7帶動壓桿8及拉桿4向下移動。同時壓縮碟形彈簧5，當拉桿4下移到使抓刀爪2的下端移出內(nèi)套3時，卡爪張開，同時拉桿4將刀柄頂松，刀具即可由機械手或刀庫拔出。待新刀裝入后，氣缸6的下腔通壓縮空氣，在碟形彈簧的作用下，活塞帶動抓刀爪上移，抓刀爪拉桿重新進人內(nèi)套3，將刀柄拉緊?；钊?移動的兩個極限位置分別設有行程開關10，作為刀具夾緊和松開的信號。刀桿尾部的拉緊機構，除上述的卡爪式外，常見的還有鋼球拉緊機構，其內(nèi)部結構如圖5.6所示。3.加工中心的主傳動系統(tǒng)結構加工中心主傳動系統(tǒng)大致分為三類：一是由電動機直接帶動主軸旋轉(zhuǎn)。其結構緊湊，提高了主軸剛度，占用空間小，轉(zhuǎn)換效率高；但主軸輸出轉(zhuǎn)矩受到限制，而且電動機的發(fā)熱對主軸精度影響較大。二是經(jīng)過一級變速，這種結構主軸電動機經(jīng)定比傳動傳遞給主軸，采用齒輪傳動或帶傳動。其結構簡單，安裝調(diào)試方便，在一定程度上可以滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求；但其調(diào)速范圍比受電動機調(diào)速范圍比的約束。三是經(jīng)過二級齒輪變速。這種結構能滿足各種切削運動的轉(zhuǎn)矩輸出，調(diào)速范圍大，但結構復雜，需增加潤滑及溫度控制系統(tǒng)，成本較高，且制造與維修也較困難。4.加工中心進給傳動系統(tǒng)結構加工中心的進給系統(tǒng)一般即進給驅(qū)動裝置，它完成加工中心各直線坐標軸的定位和切削進給。進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性直接影響工件的輪廓精度和位置精度。加工中心進給系統(tǒng)的機電部分主要有伺服電動機、檢測元件、聯(lián)軸節(jié)、減速機構（齒輪副或皮帶輪）、滾珠絲杠副、絲杠軸承及運動部件（工作臺、主軸箱或立柱等）。隨著伺服電動機、滾珠絲杠及其控制單元性能的提高，多數(shù)加工中心的進給系統(tǒng)已省去減速機構，而直接由伺服電動機來驅(qū)動滾珠絲杠，使整個系統(tǒng)結構更簡單，減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，由于轉(zhuǎn)動慣量減少，伺服特性也有了改善。四、加工中心的其他裝置（再從具體的系統(tǒng)著手，論述加工中心的各個部件）（一）支撐系統(tǒng)1.床身床身是機床的基礎件，要求具有足夠高的靜、動剛度和精度保持性。在滿足總體設計要求的前提下，應盡可能做到既要結構合理、筋板布置恰當，又要保證良好的冷、熱加工工藝性。車削加工中心床身，為提高其剛性，一般采用斜床身，斜床身可以改善切削加工時的受力情況，截面可以形成封閉的腔形結構，其內(nèi)部可以充填泥芯和混凝土等阻尼材料，在振動時利用相對磨損來耗散振動能量。2.立柱加工中心立柱主要是對主軸箱起到支承作用，滿足主軸的Z向運動，立柱應具有較好的剛性和熱穩(wěn)定性。加工中心采用封閉的箱形結構，內(nèi)部采用斜板提高立柱的抗彎、抗扭能力，整個結構采用鑄造實現(xiàn)。3.導軌（具體的導軌結構，大家可以自己查找資料）加工中心的導軌大都采用直線滾動導軌，滾動導軌摩擦系數(shù)很低、動靜摩擦系數(shù)差別小，低速運動平穩(wěn)、無爬行，因此可以獲得較高的定位精度。但是這些精度的實現(xiàn)，必須建立在底座處于正確狀態(tài)的基礎上，否則垂直方向的支撐高低誤差會造成結構側(cè)向扭曲，進而造成全行程內(nèi)摩擦阻力的變化，導致產(chǎn)生定位精度的誤差。以往采用滑動導軌時，導軌的配合面要刮研精修，在裝配過程中可發(fā)現(xiàn)導軌扭曲現(xiàn)象，并通過修配實現(xiàn)校正。改用滾動導軌，不存在修正過程，很難避免床身扭曲或安裝所造成的軌道扭曲。因此采用三點支撐的底座是治本之道。（二）刀庫及自動換刀裝置由于有了刀庫，機床只要一個固定主軸夾持刀具，有利于提高主軸剛度。獨立的刀庫，大大增加了刀具的儲存數(shù)量，有利于擴大機床的功能，并能較好地隔離各種影響加工精度的干擾因素。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(zhuǎn)刀架和帶刀庫的自動換刀裝置兩種形式?；剞D(zhuǎn)刀架換刀裝置的刀具數(shù)量有限，但結構簡單，維護方便。如車削中心上的回轉(zhuǎn)刀架。帶刀庫的自動換刀裝置是鏜銑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。其整個換刀過程較復雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調(diào)后，按一定的方式放入刀庫；換刀時，先在刀庫中進行選刀，并由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，或直接通過主軸以及刀庫的配合運動來取刀，然后進行刀具交換，再將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨立部件安裝在機床以外。2.加工中心刀庫形式刀庫有多種形式，加工中心常用的有盤式、鏈式兩種刀庫。盤式結構〔見圖5.7〕中，刀具可以沿主軸軸向、徑向、斜向安放，刀具軸向安裝的結構最為緊湊。但為了換刀時刀具與主軸同向，有的刀庫中的刀具需在換刀位置作90°翻轉(zhuǎn)。在刀庫容量較大時，為在存取方便的同時保持結構緊湊，可采取彈倉式結構，目前大量的刀庫安裝在機床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫容量較大時，也有安裝在單獨的地基上，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動。鏈式刀庫的基本結構如圖5.8所示，通常刀具容量比盤式的要大，結構也比較靈活?？梢圆捎眉娱L鏈帶方式加大刀庫的容量，也可采用鏈帶折疊回繞的力式提高空間利用率，在要求刀具容量很大時還可以采用多條鏈帶結構。3.加工中心的自動換刀裝置自動換刀裝置的換刀過程由選刀和換刀兩部分組成。當執(zhí)行選刀指令后，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；當執(zhí)行到開始自動換刀指令時，把主軸上用過的刀具取下，將選好的刀具安裝在主軸上。（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(zhuǎn)位。這種方式的控制及刀庫運動簡單，但刀庫中刀具排列的順序不能錯。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。刀具編碼方式是利用安裝在刀柄上的編碼元件（如編碼環(huán)、編碼螺釘?shù)龋╊A先對刀具編碼后，再將刀具放在刀座中；換刀時，通過編碼識別裝置根據(jù)刀具編碼選刀。采用這種方式編碼的刀具可以放在刀庫的任意刀座中；刀庫中的刀具不僅可在不同的工序中多次重復使用，而且換下來的刀具也不必放回原來的刀座中。刀座編碼方式是預先對刀庫中的刀座（用編碼鑰匙等方法）進行編碼，并將與刀座編碼相對應的刀具放入指定的刀座中；換刀時，根據(jù)刀座編碼選刀，使用過的刀具也必須放回原來的刀座中。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貯器或可編程控制器內(nèi)。不論刀具存放在哪個地址，都始終記憶著它的蹤跡。在刀庫上裝有位置檢測裝置。這樣刀具可以任意取出，任意送回。刀具本身不必設置編碼元件，結構大為簡化，控制也十分簡單，計算機控制的機床幾乎全都用這種選刀方式。在刀庫上設有機械原點，每次選刀運動正反向都不會超過180°的范圍。當選刀動作完成后，即處于等待狀態(tài)，一旦執(zhí)行到自動換刀的指令，即開始換刀動作。（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：①主軸箱回到最高處（Z坐標零點），同時實現(xiàn)“主軸準停”。即主軸停止回轉(zhuǎn)并準確停止在一個固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對正端面鍵。②機械手抓住主軸上和刀庫上的刀具，如圖4.9（a）所示。③活塞桿推動機械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具，如圖4.9（b）所示。④機械手回轉(zhuǎn)180°，交換刀具位置，如圖4.9（c）所示。⑤將更換后的刀具裝入主軸和刀庫，如圖4.9（d）所示。⑥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，可以開始加工或其它程序動作。對如XH754型的臥式加工中心，換刀采用的是主軸移動式，其換刀動作分解為：①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4.10（a）所示。②主軸箱上升到極限位置，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(nèi)刀桿自動夾緊裝置放松刀具。如圖4.10（b）所示。③刀庫伸出，從主軸錐孔中將刀拔出。如圖4.10（c）所示。④刀庫轉(zhuǎn)位，按照程序指令要求，將選好的刀具轉(zhuǎn)到最下面的位置，同時，壓縮空氣將主軸錐孔吹凈。如圖4.10（d）所示。⑤刀庫退回，同時將新刀插入主軸錐孔，主軸內(nèi)刀具夾緊裝置將刀桿拉緊。如圖4.10（e）。⑥主軸下降到加工位置、啟動，開始下一步的加工。如圖4.10（f）所示。這種換刀機構中不需要機械手，結構比較簡單。刀庫旋轉(zhuǎn)換刀時，機床不工作，因而影響到機床的生產(chǎn)效率。如圖4.11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：①分度：由低速力矩電機驅(qū)動，通過槽輪機構實現(xiàn)刀庫刀盤的分度運動，將刀盤上接受刀具的空刀座轉(zhuǎn)到換刀所需的預定位置。如圖4.11（a）所示。②接刀：氣缸活塞桿推出，將刀盤接受刀具的空刀座送至主軸下方并卡住刀柄定位槽。圖4.11（b）所示。③卸刀：主軸松刀，銑頭上移至第一參考點，刀具留在空刀座內(nèi)。圖4.11（c）所示。④再分度：再次通過分度運動，將刀盤上選頂?shù)牡毒咿D(zhuǎn)到主軸正下方。圖4.11（d）所示。⑤裝刀：銑頭下移，主軸夾刀，刀庫氣缸活塞桿縮回，刀盤復位，完成換刀動作。圖4.11（e）、4.11（f）所示。（三）回轉(zhuǎn)工作臺1、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的主要功能有兩個：—是工作臺進給分度運動，即在非切削時，裝有工件的工作臺在整個圓周(3600范圍內(nèi))進行分度旋轉(zhuǎn)，二是工作臺作圓周方向進給運動，即在進行切削時，與x、y、z三個坐標軸進行聯(lián)動，加工復雜的空間曲面。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要應用于銑床等，特別是在加工復雜的空間曲面方面(如航空發(fā)動機葉片、船用螺旋槳等)，由于回轉(zhuǎn)工作臺具有圓周進給運動，易于實現(xiàn)與X、Y、Z三坐標的聯(lián)動，但需與高性能的數(shù)控系統(tǒng)相配套。2、分度工作臺數(shù)控機床的分度工作臺與回轉(zhuǎn)工作臺的區(qū)別在于它根據(jù)加工要求將工件回轉(zhuǎn)至所需的角度，以達到加工不同面的目的。它不能實現(xiàn)圓周進給運動，故而結構上兩者有所差異。分度工作臺主要有兩種形式：定位銷式分度工作臺和鼠齒盤式分度工作臺。前者的定位。分度主要靠工作臺的定位銷和定位孔實現(xiàn)，分度的角度取決于定位孔在圓周上分布的數(shù)量，通?？勺鞫⑺?、八等分的分度運動，由于其分度角度的限制及定位精度低等原因，很少用于現(xiàn)代數(shù)控機床和加工中心上。鼠齒盤式分度工作臺是利用一對上下嚙合的齒盤，通過上下齒盤的相對旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)工作臺的分度，分度的角度范圍依據(jù)齒盤的齒數(shù)而定，其優(yōu)點是定位剛度好，重復定位精度高，分度精度高，且結構簡單，缺點是鼠齒盤的制造精度要求很高，目前鼠齒盤式工作臺已經(jīng)廣泛應用于各類數(shù)控機床和加工中心上。第二節(jié)加工中心的操作面板及其操作

一、加工中心的操作面板簡介（一）數(shù)控系統(tǒng)操作面板

1.功能按鈕

2.數(shù)據(jù)輸入鍵（二）機床操作面板二、加工中心的基本操作（一）.手動操作（1）機床電源的接通與關閉：（2）手動返回參考點：（3）手動進給：手動連續(xù)進給：步進進給：手輪（手搖脈沖發(fā)生器）進給：（4）刀具數(shù)據(jù)的設定與補償?shù)毒咂昧枯斎耄ń^對值輸入）刀具補償量的修改（增量值輸入）（5）工件坐標系的設定

X、Y軸坐標值的測量測量Z軸坐標工件坐標系的輸入（二）.程序的編輯本加工中心程序編輯的基本方法參見第二章。（三）.自動循環(huán)加工（1）自動運行的啟動（2）自動運行中的操作單程序段運行跳步運行空運轉(zhuǎn)機床鎖定進給速度倍率調(diào)整自動運行的停止自動運行的再起動（四）手動數(shù)據(jù)輸入（MDI）操作（五）圖形模擬加工（1）圖形參數(shù)的設定刀具軌跡圖形設定的內(nèi)容圖形參數(shù)的設定方法（2）繪圖顯示的方法和步驟（六）.工作參數(shù)的設定（1）用戶數(shù)據(jù)的設定方法（2）設定用戶宏程序變量（七）主軸轉(zhuǎn)速的設定、自動換刀和MDI方式下工作臺轉(zhuǎn)動的操作1、主軸轉(zhuǎn)速的設定2、自動換刀裝置(ATC)的操作①．刀庫返回參考點②．MDI方式下的ATC操作③．刀庫裝刀的操作④．主軸上刀具的裝?、?、MDI方式下工作臺轉(zhuǎn)動操作第三節(jié)工件裝夾與找正操作

一、工件裝夾與找正（一）工件的裝夾在機床上對工件進行加工時，為了保證加工表面相對其它表面的尺寸和位置精度，首先需要使工件在機床上占有準確的位置，并在加工過程中能承受各種力的作用而始終保持這一準確位置不變，前者稱為工件的定位，后者稱為工件的夾緊。這一整個過程統(tǒng)稱為工件的裝夾。1.加工中心定位基準的選擇加工中心定位基準的選擇，主要有以下方面：（1）盡量選擇零件上的設計基準作為定位基準。（2）一次裝夾就能夠完成全部關鍵精度部位的加工。為了避免精加工后的零件再經(jīng)過多次非重要的尺寸加工，多次周轉(zhuǎn)，造成零件變形、磕碰劃傷，在考慮一次完成盡可能多的加工內(nèi)容（如螺孔，自由孔，倒角，非重要表面等）的同時，一般將加工中心上完成的工序安排在最后。（3）當在加工中心上既加工基準又完成各工位的加工時，其定位基準的選擇需考慮完成盡可能多的加工內(nèi)容。為此，要考慮便于各個表面都能被加工的定位方式，如對于箱體，最好采用一面兩銷的定位方式，以便刀具對其他表面進行加工。（4）當零件的定位基準與設計基準難以重合時，應認真分析裝配圖紙，確定該零件設計基準的設計功能，通過尺寸鏈的計算，嚴格規(guī)定定位基準與設計基準間的公差范圍，確保加工精度。對于帶有自動測量功能的加工中心，可在工藝中安排坐標系測量檢查工步，即每個零件加工前由程序自動控制用測頭檢測設計基準，系統(tǒng)自動計算并修正坐標系，從而確保各加工部位與設計基準間的幾何關系。2.加工中心夾具的選擇和使用（1）在單件生產(chǎn)中盡可能采用通用夾具；批量生產(chǎn)時優(yōu)先考慮組合夾具，其次考慮可調(diào)夾具，最后考慮成組夾具和專用夾具；當裝夾精度要求很高時，可配置工件統(tǒng)一基準定位裝夾系統(tǒng)。（2）加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結構更緊湊、簡單，夾緊動作更迅速、準確，盡量減少輔助時間，操作更方便、省力、安全，而且要保證足夠的剛性，能靈活多變。因此常采用氣動、液壓夾緊裝置。（3）為保持工件在本次定位裝夾中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夾具要盡量開敞，夾緊元件的空間位置能低則低，必須給刀具運動軌跡留有空間。夾具不能和各工步刀具軌跡發(fā)生干涉。當箱體外部沒有合適的夾緊位置時，可以利用內(nèi)部空間來安排夾緊裝置。小思考：你知道夾具得具體分類標準嗎？（4）考慮機床主軸與工作臺面之間的最小距離和刀具的裝夾長度，夾具在機床工作臺上的安裝位置應確保在主軸的行程范圍內(nèi)能使工件的加工內(nèi)容全部完成。（5）自動換刀和交換工作臺時不能與夾具或工件發(fā)生干涉。（6）有些時候，夾具上的定位塊是安裝工件時使用的，在加工過程中，為滿足前后左右各個工位的加工，防止干涉，工件夾緊后即可拆去。對此，要考慮拆除定位元件后，工件定位精度的保持問題。（7）盡量不要在加工中途更換夾緊點。當非要更換夾緊點時，要特別注意不能因更換夾緊點而破壞定位精度，必要時應在工藝文件中注明。3.確定零件在機床工作臺上的最佳位置在臥式加工中心上加工零件時，工作臺要帶著工件旋轉(zhuǎn)，進行多工位加工，就要考慮零件（包括夾具）在機床工作臺上的最佳位置，該位置是在技術準備過程中根據(jù)機床行程，考慮各種干涉情況，優(yōu)化匹配各部位刀具長度而確定的。如果考慮不周，將會造成機床超程，需要更換刀具，重新試切，影響加工精度和加工效率，也增大了出現(xiàn)廢品的可能性。加工中心具有的自動換刀功能決定了其最大的弱點是刀具懸臂式加工，在加工過程中不能設置鏜模、支架等。因此，在進行多工位零件的加工時，應綜合計算各工位的各加工表面到機床主軸端面的距離以選擇最佳的刀具長度，提高工藝系統(tǒng)的剛性，從而保證加工精度。（二）工件的找正加工中心的工作是由程序中給出的數(shù)字控制指令進行的，因此在加工前必須首先確定工件或夾具在機床工作臺的位置，即確定工作坐標系。此即為工件的找正。用來確定工作坐標系的工具稱為找正器。用來確定工作坐標系的工具稱為找正器。目前加工中心所使用的找正器種類很多，從其功用上可劃分為：測量類：主要包括百分表（如圖5.33所示）、千分表、杠桿表。主要用于確定工具及夾具定位基準面的方位。目測類：主要包括電子感應器、偏心軸、驗棒等。主要用于確定工件及夾具在機床工作臺的坐標位置。自動測量類：主要包括機床的自動測量系統(tǒng)。（三）在機床上安裝工件的基本方式在機床上安裝工件一般有以下三種基本方式：(1)直接在工作臺上找正安裝在單件或少量生產(chǎn)中，以及在不便使用夾具夾待的情況下，常采用這種方法，如圖5.34所示，操作方法如下：1)將工件輕輕夾持在機床的工作臺上。2)以工件上某個表面作為找正的基準面，移動工作臺，用百分表等工具找正，以確定工件在機床上的正確位置，找正再夾緊工件。(2)用機用平口虎鉗找正安裝在單件或小批生產(chǎn)中，適用于裝夾尺寸不大的工件。操作方法如下：1)找正固定鉗口位置虎鉗的固定鉗是工件裝夾時的定位支撐面。在臥式機床上加工零件時，要求固定鉗口平面不但要垂直于工作臺臺面，而且必須和主軸相平行。而在立式機床上加工零件時，則只要求固定鉗口和工作臺臺面垂直。至于鉗口在水平面內(nèi)的位置，可根據(jù)工件的長度來確定。對于長的工件，鉗口應與進給方向平行；對于短的工件，則最好與進給方向垂直，以便由剛性較好的固定鉗口來承受水平切削分力。固定鉗口位置可用百分表來找正，如圖5.35所示。先將表座固定在機床主軸或床身上，并使百分表測頭和鉗口平面相接觸，然后利用橫向(或縱向)工作臺的移動及升降工作臺的上下運動，找出鉗口乎而在水平和垂直兩個方向的誤差。水平方向的誤差可用轉(zhuǎn)動鉗身的方法來糾正；而垂直方向的誤差，可以松開鉗口鐵的緊固螺釘，在鉗口鐵內(nèi)側(cè)墊上適當厚度的銅片來糾正。2)工件安裝選擇合適的墊鐵以保證加工平面略高于鉗口；將工件放在鉗口內(nèi)的墊鐵上，并使側(cè)基準面緊靠固定鉗口；轉(zhuǎn)動虎鉗口柄，加預緊力。若與活動鉗口相接觸的一面(工件)不平整，可在活動鉗口與工件之間放一銅片：用錘子輕輕敲擊工件，以手不能輕易推動墊鐵為宜，轉(zhuǎn)動手柄，緊固工件，以防松動而影響加工精度或損壞設備及傷人。(3)用專用夾具找正安裝工件在大批量生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，常常針對某一具體工件的加工，設計專用夾具。專用夾具除手動的外，還有氣壓、液壓、氣液壓、電動、電磁等傳動的。使用這類夾具安裝工件，定位方便、準確，夾緊迅速、可靠。操作方法如下：1)找正夾具的位置夾具體上一般有一個基準面，用來作為夾具的制造和夾具安裝的基準。撥正時可先將百分表固定在機床主軸或床身上，并將表的測頭和基準面接觸，然后移動工作臺，調(diào)整夾具位置使夾具基準面與工作臺移動方向平行。2)工件安裝清潔工件定位面及夾具定位元件，將工件放在定位元件上并緊貼定位元件，最后夾緊工件。二、工件坐標的建立（一）數(shù)控機床的坐標系統(tǒng)機床坐標系是機床的基本坐標系。機床坐標系的點也稱為機械原點或零點，這個原點是機床固有的點，不能隨意改變。機床啟動時，通常都要回零，機床回零就是指運動部件回到正向一個固定位置，這個位置就是機床參考點。機床通常在坐標系的負向區(qū)域工作，機床坐標系一般不作為編程使用，而常用它來確定工件坐標系，即用于作為建立工件坐標系的參考點。編程時，一般是選擇工件或夾具上某一點作為程序的原點，這一點就是編程零點，也稱“程序原點”，以編程零點為原點且平行于機床各移動坐標軸X、Y、Z建立一個新的坐標系，就叫工件坐標系。（二）對刀點對刀點就是加工零件時，刀具相對于工件運動的起點。因為程序是從這一點開始執(zhí)行的，所以對刀點也叫做程序起點或起刀點。工件坐標系、機床坐標系三者的關系如圖5.36所示。選擇對刀點的原則是：

(1)應便于數(shù)學處理和簡化程序編制；

(2)在機床上容易找正；

(3)加工過程中便于檢查；

(4)引起的加工誤差要小。對刀點既可以設在被加工零件上，又可以設在夾具上，但必須與零件的定位基準有一定的坐標尺寸聯(lián)系，這樣才能確定機床坐標系與工件坐標系的相互關系。為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量選擇在零件的設計基準或工藝基準上。如以孔定位的零件，就可選擇定位孔的中心作為對刀點。（三）工件坐標系的測量零件夾具找正裝夾后，必須正確測出工件坐標系的坐標值。測定工件坐標系的坐標值，就是測定工件的編程零點(即工件坐標系的原點)在機床坐標系中的坐標值。

(1)直接測量圖5.37所示為一彎板式夾具的裝夾示意圖，編程原點設在各方向定位面上。下面以該圖為例，說明工件坐標系的測量方法。

1)X、Y坐標值的測量，圖5.38為工件坐標系X、Y值的測量過程之一。拉表找正夾具后，在主軸中置一標準檢驗心軸，使機床X軸、Y軸回零，然后分別移動X軸、Y軸，使夾具定位面與心軸接近．再用塊規(guī)準確測出心軸與定位支撐面之間的距離H。則工件坐標系原點坐標為：Xw＝-|Xm+H+D/2|Yw＝-|Ym+H+D/2|式中H—塊規(guī)尺寸；D—心軸直徑；Xm——工作臺X向移動距離；Ym——工作臺Y向移動距離；

Xm、Ym均在機床屏幕上“機床坐標”頁面中顯示。圖5.39所示為另一種測量方式。工件坐標系原點坐標為：

Xw＝-|Xm-H-D/2|Yw＝-|Ym-H-D/2|2)Z坐標值測量測量方法與X、Y坐標測量相同，如圖5.40所示，工件坐標系原點的坐標為：Zw＝-|Zm+H+T|式中T—心軸長度。(2)以工作臺回轉(zhuǎn)中心坐標計算X坐標值圖5.41為分別在0°工位和180°工位加工一同軸孔。設工作臺中心與主軸中心重合時的X坐標為C，對于確定的加工中心，Xc是一常數(shù)，它可以很準確地測量出來。設以直接測量方法測得G54的X坐標為XG54，在圖中，B軸0°時工件坐標系G54零點設在孔中心線上(A點)，B軸180°時，工件坐標系G56零點在E點，則工作臺旋轉(zhuǎn)180°時，G56的零點為E′:XG56=Xc十△X△X=Xc-XG54XG56=Xc十（Xc-XG54）=2Xc-XG54XG54=2Xc-XG56

用這種方法不但簡便，而且能提高孔的同軸度精度。（四）工件坐標系的建立工件坐標系在工件上的位置，實際上在對工件圖樣進行數(shù)學處理時就已經(jīng)規(guī)定好了。但工件坐標系在機床上的位置是隨著工件的裝夾位置不同而變化。當工件裝夾到工作臺上某一位置時，工件坐標系也就確定了。如圖5.41所示，工件坐標系可以建立在(1)位置上，也可建立在(2)位置上。當測量出工件坐標系原點的坐標值后，便可建立工件坐標系了。工件坐標系設定有兩種方法：

(1)使用G92建立工件坐標系如圖圖5.42x所示假設的機床原點位置，用G92建立工件坐標系的指令為：

N1G92X400.0Y200.0Z300.0(建立工件坐標系)N2G00G90X-50.0Y-100.0；(快速移動到工件坐標系的坐標位置)N3Z0；(下刀)

(2)用G54--G59設定工件坐標系這種設定與G92不同，G92是在程序中設定工件坐標相對于機床坐標系的偏置值，G54--G59是通過偏置畫面由參數(shù)設定工件坐標系偏置值。使用G54設定的程序為：

N1GOOG90G54X-100.0；

N2Z0;

但在執(zhí)行此程序前要用偏置畫圖建立G54工件坐標系。以FANUC6M系統(tǒng)的加工中心為例，具體操作步驟如下：

(1)按兩次OFFSET鍵，使屏幕顯示出工件偏置畫面，如圖5.44（一）；

(2)把光標移動到01處；(3)按地址X、數(shù)字-400.0、INPUT鍵；按地址Y、數(shù)字-200.0、INPUT鍵，按地址Z、數(shù)字-300.0、1NPUT鍵，這時G54工件坐標系設定完成，屏幕上畫面將變成圖如圖5.44（二）所示。同樣G55—G59對應02—06五個坐標系，偏置值可用同樣方法設定。三工件裝夾與找正舉例（一）、長方體工件裝夾與對刀圖5.45所示長方體工件，編程坐標（工件坐標）原點在長方體的頂面中心位置，長度方向為X方向，寬度方向為Y方向，高度方向為Z方向。如何把工件裝夾在機床上進行加工？1．裝夾與找正步驟具體步驟如下：（1）把虎鉗裝在機床上，鉗口方向與X軸方向大約一致。（2）把工件裝夾在虎鉗上，工件長度方向與X軸方向基本一致，工件底面用等高墊鐵墊起，并使工件加工部位最低處高于鉗口頂面（避免加工時刀具撞到或銑刀虎鉗）。（3）夾緊工件。（4）拖表使工件長度方向與X軸平行后，將虎鉗鎖緊在工作臺。也可以先通過拖表使鉗口與X軸平行，然后鎖緊虎鉗在工作臺上，再把工件裝夾在虎鉗上。如果必要可再對工件拖表檢查長度方向與X軸是否平行）。（5）必要時拖表檢查工件寬度方向與Y軸是否平行。（6）必要時拖表檢查工件頂面與工作臺是否平行。2．對刀說明：尋邊器對刀、Z向設定器、Z向直接碰刀對刀的方法、原理、步驟完全相同。⑴XY方向（尋邊器對刀）①第一種方法：基準邊碰數(shù)對刀圖5.46中長方體工件左下角為基準角，左邊為X方向的基準邊，下邊為Y方向的基準邊。通過正確尋邊，尋邊器與基準邊剛好接觸（誤差不超過機床的最小手動進給單位，一般為0.01，精密機床可達0.001）。在左邊尋邊，在機床控制臺顯示屏上讀出機床坐標值X0(即尋邊器中心的機床坐標)。左邊基準邊的機床坐標為：X1=X0＋R；工件坐標原點的機床坐標值為：X=X1＋a/2=X0＋R＋a/2；a/2為工件坐標原點離基準邊的距離。同理：在下邊尋邊，在機床控制臺顯示屏上讀出機床坐標值Y0（即尋邊器中心的機床坐標）。下邊基準邊的機床坐標為：Y1=Y0＋R；工件坐標原點的機床坐標值為：Y=Y1＋b/2=Y0＋R＋b/2;b/2為工件坐標原點離基準邊的距離。②第二種方法：雙邊碰數(shù)分中對刀雙邊碰數(shù)分中對刀方法適用于工件在長寬兩方向的對邊都經(jīng)過精加工（如平面磨削），并且工件坐標原點（編程原點）在工件正中間的情況。左邊正確尋邊，讀出機床坐標XZ，右邊正確尋邊，讀出機床坐標XY；下邊正確尋邊，讀出機床坐標YX，上邊正確尋邊，讀出機床坐標YS。則工件坐標原點的機床坐標值X、Y為：X=(XZ+XY)/2Y=(YX+YS)/2⑵Z方向：可直接碰刀對刀或Z向設定器對刀。①基準面在頂面（如圖5.47）：頂面正確尋邊，讀出機床坐標Z0，則工件坐標原點的機床坐標值Z為：Z=Z0－h(huán)h為塊規(guī)或Z向設定器的高度②基準面在底面（如圖5.48）：底面正確尋邊，讀出機床坐標Z0，則工件坐標原點的機床坐標值Z為：Z=Z0－h(huán)＋HH為工件坐標原點離基準面（底面）的距離。對刀完成后，把X、Y、Z值輸入到G54中去（或G55、G56、G57、G58、G59，依程序所引用的代碼對應）。（二）、圓柱體工件的裝夾與對刀圖5.49所示圓柱體工件，編程坐標（工件坐標）原點在圓柱體的頂面圓心位置，左右方向為X方向，前后方向為Y方向，高度方向為Z方向。如何把工件裝夾在機床上進行加工？操作步驟如下：1．裝夾與找正⑴把虎鉗裝在機床上，使鉗口方向與X軸方向大約一致(最好拖平行)然后鎖緊。⑵把工件裝夾在虎鉗上，工件底下用等高墊鐵墊起，使工件加工部位最低處高于鉗口頂面（避免加工時刀具撞到或銑到虎鉗）。⑶拖表使工件高度方向與Z軸平行后夾緊工件。⑷必要時拖表檢查工件頂面與工作臺是否平行。2．對刀⑴XY方向?qū)Φ叮簩み吰麟p邊碰數(shù)分中對刀(同長方體：尋邊器雙邊碰數(shù)分中)；⑵Z方向?qū)Φ叮?同長方體Z方向?qū)Φ?。第四節(jié)加工中心加工中刀具的應用一加工中心對刀具的基本要求⑴高剛度、高強度⑵高耐用度⑶刀具精度二標準刀柄與刀具系統(tǒng)1．標準刀柄:刀柄可分為整體式與模塊式兩類。整體式刀柄針對不同的刀具配備，其規(guī)格、品種繁多，給生產(chǎn)、管理帶來不便；模塊式刀柄克服了上述缺點，但對連接精度、剛性、強度等都有很高的要求。下面介紹常用的幾種。（1）ER彈簧夾頭刀柄如圖5.50所示，它采用ER型卡簧，夾緊力不大，適用于夾持直徑在16mm以下的銑刀。ER型卡簧如圖5.51所示。2）強力夾頭刀柄其外形與ER彈簧夾頭刀柄相似，但采用KM型卡簧，可以提供較大夾緊力，適用于夾持16mm以上直徑的銑刀進行強力銑削。KM型卡簧如圖5.52所示。（3）莫氏錐度刀柄如圖5.53所示，它適用于莫氏錐度刀桿的鉆頭、銑刀等。（4）側(cè)固式刀柄如圖5.54所示，它采用側(cè)向夾緊，適用于切削力大的加工，但一種尺寸的刀具需對應配備一種刀柄，規(guī)格較多。（5）面銑刀刀柄如圖5.55所示，它用于與面銑刀盤配套使用。（6）鉆夾頭刀柄如圖5.56所示，它有整體式和分離式兩種，用于裝夾直徑在13mm以下的中心鉆、直柄麻花鉆等。（7）絲錐夾頭刀柄如圖5.57所示，它用于自動攻絲時裝夾絲錐，一般具有切削力限制功能。（8）鏜刀刀柄如圖5.58所示，它用于各種尺寸孔的鏜削加工，有單刃、雙刃及重切削等類型。在孔加工刀具中占有較大比重，是孔精加工的主要手段，其性能要求也很高。（9）轉(zhuǎn)角刀柄如圖5.59所示，除了使用回轉(zhuǎn)工作臺進行五面加工以外，還可以采用轉(zhuǎn)角刀柄達到同樣的目的。轉(zhuǎn)角一般有30°、45°、60°、90°等。（10）增速刀柄如圖5.605所示，當加工所需的轉(zhuǎn)速超過了機床主軸的最高轉(zhuǎn)速時，可以采用這種刀柄將刀具轉(zhuǎn)速增大4-5倍，擴大機床的加工范圍。2、刀具系統(tǒng)由于加工中心的工藝能力強大，因此其刀具種類也繁多。加工中心所用刀具按其結構形式可分為整體式和鑲齒式。整體式刀具的刀刃和刀體是一個整體，刀具磨損后需要重新刃磨；而鑲齒式刀具的刀刃采用硬質(zhì)合金刀片，并通過一定的方式固定在刀體上，磨損后只需更換刀片即可，不僅節(jié)約刀具材料，而且能夠避免繁瑣的磨刀工作，提高加工效率。刀具種類及適用范圍如圖5.61所示。數(shù)控銑床和加工中心主要刀具的種類按工藝用途可分為銑削類、鏜削類、鉆削類等幾大類。（１）銑削類刀具因為加工中心主要用于復雜曲面的銑削，所以銑刀的選擇是非常重要的。銑刀的種類繁多，功能也不盡相同。如平面銑刀（盤銑刀）適合于大面積的平面類零件的加工；端銑刀（圓柱銑刀、立銑刀）既適合于平面加工，也可以加工側(cè)面，即它除用其端刃銑削外，還可用其側(cè)刃銑削。球頭銑刀和成型刀具適合于曲面類零件的加工。曲面加工用銑刀，適用于加工空間曲面零件，有時也用于平面類零件較大的轉(zhuǎn)接凹圓弧的補加工。部分銑刀的形狀如圖5-26所示。除上述幾種類型的銑刀外，還有特殊的銑刀，如下所述。①專用成型銑刀一般都是為特定的工件或加工內(nèi)容專門設計制造的，適用于加工平面類零件的特定形狀（如角度面、凹槽面等），適應于特定形狀的孔或臺。②鼓形銑刀主要用于對變斜角類零件中變斜角面的近似加工。（２）孔加工類刀具在加工中心上可進行鉆孔、擴孔和鏜孔，其刀具分別稱為淺孔鉆、擴孔鉆（粗鏜刀）、精鏜刀。①淺孔鉆用于在實體工件上打孔，一般加工的長徑比在４∶１以內(nèi)。這種鉆頭的剛性很好，可保證鉆孔的精度，有易于排屑的容屑槽，其加工效率很高。②擴孔鉆（粗鏜刀）用于對鑄造孔和預加工孔的加工，由于刀體上的容屑空間可通暢地排屑，因此可以擴盲孔，有些擴孔刀的直徑還可進行調(diào)整，可滿足一定范圍內(nèi)不同孔徑的要求。高檔的擴孔刀還帶有內(nèi)冷功能，可使冷卻液直接到達刀刃上，這樣不僅可以有效防止刀具的升溫，而且還可幫助排屑。③精鏜刀用于孔的精加工，加工中心用的精鏜刀通常采用模塊式結構，通過高精度的調(diào)整裝置調(diào)節(jié)鏜刀的徑向尺寸，可加工出高精度的孔。另外，鏜刀還采用平衡塊調(diào)整其動平衡，以減少振動，從而保證孔的表面粗糙度和尺寸精度。三孔的加工方法及其刀具（一）孔加工的常用方法孔加工的常用方法有：鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔、鏜孔等。加工中心和數(shù)控銑床多了一種方法即整圓銑孔。普通鉆床可以實現(xiàn)孔的鉆、擴、鉸等加工；鏜床可以實現(xiàn)孔的鏜削加工；加工中心可以實現(xiàn)孔的所有加工手段。1.孔的鉆、擴、鉸等加工孔的鉆、擴、鉸加工主要依賴于麻花鉆、擴孔鉆、鉸刀等定型刀具對孔的加工，加工方法簡單。對此要求操作者會根據(jù)圖紙上零件的尺寸要求合理地選擇鉆頭、鉸刀；會手工磨鉆頭；根據(jù)刀具尺寸的大小、種類和切削材料選擇合理的切削用量（主軸轉(zhuǎn)速S和進給速度F）。如表5.62為用高速鋼鉆頭鉆孔時的切削用量。鉸孔是用鉸刀從工件孔壁上切除微量金屬層，以提高孔的尺寸精度和減小粗糙度值的加工方法。它是在擴孔或半精鏜孔后進行的一種精加工。鉸刀分手用鉸刀和機用鉸刀兩種。手用鉸刀為直柄，直徑為Φ1～50mm；其工作部分較長，導向作用較好，可防止鉸孔時鉸刀歪斜。機用鉸刀又分直柄、錐柄和套式三種，多為錐柄，直徑為Φ10～80mm，鉸削切削速度通常取8m/min左右，鉸削余量一般為單邊0.5～0.1mm。如圖5.64為機用鉸刀圖。2.孔的鏜削加工鏜孔是利用鏜刀對工件上已有的孔進行的加工。鏜削加工適合加工機座、箱體、支架等外形復雜的大型零件上，孔徑較大、尺寸精度較高、有位置精度要求的孔系。適合加工材料為鋼、鑄鐵和有色金屬。淬火鋼和硬度過高的材料不宜加工。在孔加工中，切削用量簡易的選取方法是采用估算法。如采用國產(chǎn)的硬質(zhì)合金刀具粗加工，切削速度一般選取70m/min，進給速度可根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速和被加工孔徑的大小，取每轉(zhuǎn)或每齒0.1mm進給量加以換算。精加工時，切削速度一般選取80m/min，進給速度取每轉(zhuǎn)或每齒0.06～0.08mm左右，材質(zhì)好的刀具切削用量還可加大。使用高速鋼刀具時，切削速度在20～25m/min左右。表5.4所示為推薦的孔加工常用切削用量。3.孔的銑削加工圖5.65孔練習一孔的整圓銑削加工，在孔加工中是比較常用的辦法，因為它可以節(jié)省定型刀具，是很經(jīng)濟的加工方法。它的加工就是讓刀具走整圓，這樣可以把小孔銑成大的孔。機床精度好的話，它有時可以代替鏜削。(二)孔加工實例實例加工圖5.65中Φ20的孔。工件材料為45鋼。1.工藝分析與工件的裝夾程序編制前應先分析加工工藝。從圖中可以看到孔的尺寸要求和粗糙度要求較高，而孔的位置要求不高。所采用的裝夾為平口鉗或置于工作臺面上，下面兩側(cè)用等高墊塊，上面用壓板壓緊。針對零件圖紙要求給出三種加工方案。一是采用鉆、擴、鉸；二是采用鉆、銑、鉸；三是采用鉆、粗鏜、精鏜。由于考慮到鏜刀刀具直徑尺寸偏小，刀具難取，故采用方案一和方案二。如圖將工件坐標系G54建立在工件上表面，Φ20的孔中心處。2.刀具的選擇方案一采用鉆孔、擴孔、鉸孔。所選擇刀具為Φ18鉆頭、Φ19.8擴孔鉆、Φ20H7鉸刀。方案二采用鉆孔、銑孔、鉸孔。所選擇刀具為Φ18鉆頭、Φ16立銑刀、Φ20H7鉸刀。3.切削參數(shù)的選擇表5-6為各工序刀具的切削參數(shù)。選擇切削用量時表中數(shù)據(jù)僅供參考。在試切過程中對切削用量也要比較試用，最后選擇最為合理的切削用量（后面的實訓相同）。四面加工方法及其刀具（一）平面銑削所選的刀具1.端面銑刀面銑刀常用的是硬質(zhì)合金面銑刀。它適用于高速銑削平面。具有剛性好、切削效率高、加工質(zhì)量好的特點。硬質(zhì)合金面銑刀常分為整體焊接式、機夾－焊接式和可轉(zhuǎn)位式。整體焊接式面銑刀是將刀片直接焊在刀體上，現(xiàn)已很少用。機夾－焊接式是將刀片焊在刀齒上，然后再用夾緊元件將刀齒固定在刀體上，這種刀目前在許多工廠還有使用。硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位面銑刀是通過夾緊元件將可轉(zhuǎn)位刀片夾固在刀體上的面銑刀。目前這種刀具因在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加工效率、降低成本、操作使用方便等方面具有顯著的優(yōu)越性，故得到廣泛使用。齒數(shù)分為粗齒，細齒和密齒。例直徑50-100的刀較多采用4齒。粗銑鋼件時，應采用粗齒銑刀。細齒銑刀用于平穩(wěn)條件下的銑削加工。密齒銑刀的每個齒進給量較小，主要用于薄壁鑄件的加工。面銑刀主要以端齒為主加工各種平面。但是主偏角為90°的面銑刀還能同時加工出與平面垂直的直角面，這個面高度受到刀片長度的限制。為使粗加工接刀刀痕不影響精切加工進給精度，加工余量大且不均勻時銑刀直徑要小些，精加工時銑刀直徑要大些，最好能包容加工面的整個寬度?？赊D(zhuǎn)位面銑刀見圖5.66，圖中a為硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位式面銑刀（Kr=45°），圖中b為硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位R型面銑刀。2.立銑刀立銑刀主要