加工中心加工工藝課件

第6章

加工中心加工工藝

6.1加工中心簡(jiǎn)介加工中心(MachiningCenter)簡(jiǎn)稱MC，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于加工復(fù)雜零件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。以下以FANUC數(shù)控系統(tǒng)的XH714加工中心為例來(lái)講述。

加工中心是高效、高精度數(shù)控機(jī)床，工件在一次裝夾中便可完成多道工序的加工，同時(shí)還備有刀具庫(kù)，并且有自動(dòng)換刀功能。第一頁(yè)，共五十一頁(yè)。

6.1.1加工中心的主要功能加工中心能實(shí)現(xiàn)三軸或三軸以上的聯(lián)動(dòng)控制，以保證刀具進(jìn)行復(fù)雜表面的加工。加工中心除具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能外，還具有各種加工固定循環(huán)、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度自動(dòng)補(bǔ)償、加工過(guò)程圖形顯示、人機(jī)對(duì)話、故障自動(dòng)診斷、離線編程等功能。加工中心從外觀上可分為立式、臥式和復(fù)合加工中心等。立式加工中心的主軸垂直于工作臺(tái)，主要適用于加工板材類、殼體類工件，也可用于模具加工。臥式加工中心的主軸軸線與工作臺(tái)臺(tái)面平行，它的工作臺(tái)大多為由伺服電動(dòng)機(jī)控制的數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)，在工件一次裝夾中，通過(guò)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)加工面的加工，適用于箱體類工件加工。復(fù)合加工中心主要是指在一臺(tái)加工中心上有立、臥兩個(gè)主軸或主軸可90°改變角度，因而可在工件一次裝夾中實(shí)現(xiàn)五個(gè)面的加工。第二頁(yè)，共五十一頁(yè)。立式數(shù)控加工中心第三頁(yè)，共五十一頁(yè)。臥式數(shù)控加工中心第四頁(yè)，共五十一頁(yè)。中小型立式加工中心第五頁(yè)，共五十一頁(yè)。

6.1.2加工中心的工藝及工藝裝備加工中心是一種工藝范圍較廣的數(shù)控加工機(jī)床，能進(jìn)行銑削、鏜削、鉆削和螺紋加工等多項(xiàng)工作。加工中心特別適合于箱體類零件和孔系的加工。加工工藝范圍如圖6.1～圖6.4。第六頁(yè)，共五十一頁(yè)。圖6.1銑削加工圖6.2鉆削加工圖6.3螺紋加工圖6.4鏜削加工

第七頁(yè)，共五十一頁(yè)。

了解在加工中心加工中要解決的主要工藝問(wèn)題以及各種問(wèn)題的解決方法。對(duì)加工中心工藝知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，并學(xué)會(huì)制定加工中心加工工藝和進(jìn)行工藝分析的方法。教學(xué)目的：6.2加工中心加工工藝第八頁(yè)，共五十一頁(yè)。內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)要求建議學(xué)時(shí)概述加工中心的主要加工對(duì)象了解2加工中心的結(jié)構(gòu)及類型加工中心加工工件的安裝、對(duì)刀與換刀加工中心加工工件的安裝掌握加工中心加工定位基準(zhǔn)的選擇加工中心夾具的確定加工中心加工的對(duì)刀與換刀加工中心加工工藝制定加工中心加工工藝重點(diǎn)掌握2典型加工中心加工零件的工藝分析蓋板零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝的制定理解4支承套零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝的制定學(xué)習(xí)內(nèi)容與知識(shí)點(diǎn)：第九頁(yè)，共五十一頁(yè)。6.2.1加工中心加工工件的安裝選擇基準(zhǔn)的三個(gè)基本要求：

所選基準(zhǔn)應(yīng)能保證工件定位準(zhǔn)確裝卸方便方便可靠所選基準(zhǔn)與各加工部位的的尺寸計(jì)算簡(jiǎn)單

保證加工精度

第十頁(yè)，共五十一頁(yè)。選擇定位基準(zhǔn)6原則：

盡量選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)

定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不能統(tǒng)一時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制定位誤差保證加工精度工件需兩次以上裝夾加工時(shí)，所選基準(zhǔn)在一次裝夾定位能完成全部關(guān)鍵精度部位的加工所選基準(zhǔn)要保證完成盡可能多的加工內(nèi)容批量加工時(shí)，零件定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與建立工件坐標(biāo)系的對(duì)刀基準(zhǔn)重合

加工中心加工定位基準(zhǔn)的選擇需要多次裝夾時(shí)，基準(zhǔn)應(yīng)該前后統(tǒng)一第十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。6.2.2加工中心夾具的確定

對(duì)夾具的基本要求：

夾緊機(jī)構(gòu)不得影響進(jìn)給，加工部位要敞開(kāi)夾具在機(jī)床上能實(shí)現(xiàn)定向安裝

夾具的剛性與穩(wěn)定性要好

第十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。不影響進(jìn)給的裝夾示例加工中心夾具的確定

第十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。通用夾具

組合夾具

專用夾具

可調(diào)整夾具

多工位夾具

常用夾具種類

成組夾具

加工中心夾具的確定

第十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。新型數(shù)控夾具體加工中心夾具的確定

第十五頁(yè)，共五十一頁(yè)?？紫到M合夾具加工中心夾具的確定

第十六頁(yè)，共五十一頁(yè)。槽系組合夾具加工中心夾具的確定

第十七頁(yè)，共五十一頁(yè)。加工中心夾具的選用原則：

在保證加工精度和生產(chǎn)效率的前提下，優(yōu)先選用通用夾具

批量加工可考慮采用簡(jiǎn)單專用夾具大批量加工可考慮采用多工位夾具和高效的氣壓、液壓等專用夾具采用成組工藝時(shí)應(yīng)使用成組夾具加工中心夾具的確定

第十八頁(yè)，共五十一頁(yè)。6.3.3制定加工中心加工工藝零件的工藝分析分析零件的技術(shù)要求：尺寸精度要求、幾何形狀精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面質(zhì)量要求、熱處理及其他技術(shù)要求；檢查零件圖的完整性和正確性；

分析零件結(jié)構(gòu)工藝性：主要分析零件的加工內(nèi)容采用加工中心加工時(shí)的可行性、經(jīng)濟(jì)性、方便性；確定加工中心的加工內(nèi)容：確定零件適合加工中心加工的部位、結(jié)構(gòu)和表面；第十九頁(yè)，共五十一頁(yè)。工藝方案的設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)包括完成加工任務(wù)所需要的設(shè)備、工裝量夾具的選擇，工藝路線加工方法的確定。

加工方法的選擇

加工順序的合理按排制定加工中心加工工藝第二十頁(yè)，共五十一頁(yè)。工步設(shè)計(jì)

先粗加工，半精加工，再精加工。

既有孔又有面的加工時(shí)先銑面后鏜孔。

采用相同設(shè)計(jì)基準(zhǔn)集中加工的原則。相同工位集中加工，鄰近工位一起加工可提高加工效率。

按所用刀具劃分工步。有較高同軸度要求的孔系，應(yīng)該單獨(dú)完成，再加工其他形位。在一次裝夾定位中，能加工的形位全部加工完。

制定加工中心加工工藝第二十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。進(jìn)給路線的確定

孔加工路線的確定：

確定XY平面內(nèi)的進(jìn)給路線：定位要迅速，保證不發(fā)生碰撞的前提下縮短空行程；定位要準(zhǔn)確。

確定Z向的進(jìn)給路線制定加工中心加工工藝第二十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。加工余量的確定

表面粗糙度

表面缺陷層深度空間偏差

表面幾何形狀誤差裝夾誤差影響加工余量大小的因素

制定加工中心加工工藝第二十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。工序尺寸及公差的確定

注意定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)工序尺寸及公差的確定問(wèn)題。

制定加工中心加工工藝第二十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。切削用量的選擇

選擇加工中心切削用量時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工類型方式和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；坯料種類、硬度；刀具類型、轉(zhuǎn)速、直徑大小、刀刃材質(zhì)等因素綜合確定。參照理論切削用量，根據(jù)實(shí)際切削的具體情況，確定合適的切削用量。

制定加工中心加工工藝第二十五頁(yè)，共五十一頁(yè)。

6.4.4刀具的選擇（1）加工中心對(duì)刀具的基本要求是：1）良好的切削性能：能承受高速切削和強(qiáng)力切削并且性能穩(wěn)定；2）較高的精度：刀具的精度指刀具的形狀精度和刀具與裝卡裝置的位置精度；3）配備完善的工具系統(tǒng)：滿足多刀連續(xù)加工的要求。（2）刀具選擇指令用地址T及后面兩位數(shù)或是四位數(shù)來(lái)表示，用來(lái)選擇機(jī)床上刀庫(kù)的刀具。一般T代碼后面的數(shù)字為刀具號(hào)。移動(dòng)指令和T代碼寫在同一程序段中指令時(shí)，執(zhí)行指令的順序有兩種：1）移動(dòng)指令和T指令同時(shí)開(kāi)始。2）移動(dòng)指令結(jié)束后，開(kāi)始T功能指令。第二十六頁(yè)，共五十一頁(yè)。（3）刀具選擇方式1）順序選到把主軸上的刀具使用完后放回原處，再選擇新的刀具。刀庫(kù)中刀座號(hào)中的刀具號(hào)保持不變（一般無(wú)機(jī)械手）。指令格式為：T××M06；執(zhí)行格式為：還刀—找刀—裝刀2）預(yù)選選刀任選方式是對(duì)刀具或刀座進(jìn)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。

指令格式：……T××；……M06；執(zhí)行格式：找刀—換刀（結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但換刀時(shí)間短）。在有機(jī)械手加工中心多用此方法。目前應(yīng)用最多的是計(jì)算機(jī)記憶式選刀。這種方式的特點(diǎn)是，刀具號(hào)和存刀位置或刀座號(hào)對(duì)應(yīng)地記憶在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器或可編程控制器內(nèi)。第二十七頁(yè)，共五十一頁(yè)。

①主軸箱回到最高處(Z坐標(biāo)零點(diǎn))，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“主軸準(zhǔn)停”。②機(jī)械手抓住主軸上和刀庫(kù)上的刀具。③活塞桿推動(dòng)機(jī)械手下行，從主軸和刀庫(kù)上取出刀具。④機(jī)械手回轉(zhuǎn)180°，交換刀具位置。⑤將更換后的刀具裝入主軸和刀庫(kù)。⑥機(jī)械手放開(kāi)主軸和刀庫(kù)上的刀具后復(fù)位。第二十八頁(yè)，共五十一頁(yè)。換刀機(jī)械手的換刀過(guò)程第二十九頁(yè)，共五十一頁(yè)。主軸移動(dòng)式換刀過(guò)程第三十頁(yè)，共五十一頁(yè)。6.4.5典型加工中心加工零件工藝分析例一：蓋板零件在加工中心的加工工藝蓋板是機(jī)械加工中常見(jiàn)的零件，加工表面有平面和孔，通常需經(jīng)銑平面、鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、鉸孔及攻螺紋等工步才能完成。下面以右圖所示蓋板為例介紹其加工中心加工工藝。蓋板零件簡(jiǎn)圖第三十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。零件工藝分析選擇加工中心設(shè)計(jì)工藝：選擇加工方法確定加工順序確定裝夾方案和選擇夾具選擇刀具制定工藝步驟：確定進(jìn)給路線選擇切削用量典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第三十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。1．分析零件圖樣，選擇加工內(nèi)容

該蓋板的材料為鑄鐵，故毛坯為鑄件。由零件圖可知，蓋板的四個(gè)側(cè)面為不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度為IT7級(jí)。從工序集中和便于定位兩個(gè)方面考慮，選擇B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，將A面作為主要定位基準(zhǔn)，并在前道工序中先加工好。典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第三十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。2．選擇加工中心

由于B面及位于B面上的全部孔，只需單工位加工即可完成，故選擇立式加工中心。加工表面不多，只有粗銑、精銑、粗鏜、半精鏜、精鏜、鉆、擴(kuò)、锪、鉸及攻螺紋等工步，所需刀具不超過(guò)20把。選用國(guó)產(chǎn)XH714型立式加工中心即可滿足上述要求。該機(jī)床工作臺(tái)尺寸為400mm×800mm，x軸行程為600mm，y軸行程為400mm，z軸行程為400mm，主軸端面至工作臺(tái)臺(tái)面距離為125～525mm，定位精度和重復(fù)定位精度分別為0.02mm和0.01mm,刀庫(kù)容量為18把,工件一次裝夾后可自動(dòng)完成銑、鉆、鏜、鉸及攻螺紋等工步的加工。蓋板零件在加工中心的加工工藝典型加工中心加工零件工藝分析第三十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。3.設(shè)計(jì)工藝

(1)選擇加工方法B平面用銑削方法加工,因其表面粗糙度Ra為6.3μm,故采用粗銑——精銑方案；φ60H7孔為已鑄出毛坯孔，為達(dá)到IT7級(jí)精度和Ra0.8μm的表面粗糙度，需經(jīng)三次鏜削，即采用粗鏜——半精鏜——精鏜方案；對(duì)φ12H8孔，為防止鉆偏和達(dá)到IT8級(jí)精度，按鉆中心孔——鉆孔——擴(kuò)孔——鉸孔方案進(jìn)行；φ16mm孔在φ12mm孔基礎(chǔ)上锪至尺寸即可；M16mm螺紋孔采用先鉆底孔后攻螺紋的加工方法，即按鉆中心孔——鉆底孔——倒角——攻螺紋方案加工。典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第三十五頁(yè)，共五十一頁(yè)。

(2)確定加工順序按照先面后孔、先粗后精的原則確定。具體加工順序?yàn)榇帧⒕夿面——粗、半精、精鏜φ60H7孔——鉆各光孔和螺紋孔的中心孔——鉆、擴(kuò)、锪、鉸φ12H8及φ16mm孔——M16mm螺孔鉆底孔、倒角和攻螺紋，詳見(jiàn)下表。典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝3.設(shè)計(jì)工藝第三十六頁(yè)，共五十一頁(yè)。數(shù)控加工工序卡片典型加工中心加工零件工藝分析第三十七頁(yè)，共五十一頁(yè)。

(3)確定裝夾方案和選擇夾具該蓋板零件形狀簡(jiǎn)單，四個(gè)側(cè)面較光整，加工面與不加工面之間的位置精度要求不高，故可選用通用臺(tái)鉗，以蓋板底面A和兩個(gè)側(cè)面定位，用臺(tái)鉗鉗口從側(cè)面夾緊。典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝3.設(shè)計(jì)工藝第三十八頁(yè)，共五十一頁(yè)。

(4)選擇刀具所需刀具有面銑刀、鏜刀、中心鉆、麻花鉆、鉸刀、立銑刀(锪φ16mm孔)及絲錐等，其規(guī)格根據(jù)加工尺寸選擇。B面粗銑銑刀直徑應(yīng)選小一些，以減小切削力矩，但也不能太小，以免影響加工效率；B面精銑銑刀直徑應(yīng)選大一些，以減少接刀痕跡，但要考慮到刀庫(kù)允許裝刀直徑(XH714型加工中心的允許裝刀直徑：無(wú)相鄰刀具為φ150mm，有相鄰刀具為φ80mm)也不能太大。刀柄柄部根據(jù)主軸錐孔和拉緊機(jī)構(gòu)選擇。XH714型加工中心主軸錐孔為ISO40，適用刀柄為BT40(日本標(biāo)準(zhǔn)JISB6339)，故刀柄柄部應(yīng)選擇BT40型式。具體所選刀具及刀柄見(jiàn)下表。典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝3.設(shè)計(jì)工藝第三十九頁(yè)，共五十一頁(yè)。數(shù)控加工刀具編號(hào)典型加工中心加工零件工藝分析第四十頁(yè)，共五十一頁(yè)。

(5)確定進(jìn)給路線B面的粗、精銑削加工進(jìn)給路線根據(jù)銑刀直徑確定，因所選銑刀直徑為φ100mm，故安排沿z方向兩次進(jìn)給(見(jiàn)下圖)。所有孔加工進(jìn)給路線均按最短路線確定，因?yàn)榭椎奈恢镁纫蟛桓撸瑱C(jī)床的定位精度完全能保證，后面所示各圖即為各孔加工工步的進(jìn)給路線。典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝3.設(shè)計(jì)工藝第四十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。(5)確定進(jìn)給路線銑削B面進(jìn)給路線典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第四十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。鏜φ60H7孔進(jìn)給路線(5)確定進(jìn)給路線典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第四十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。鉆中心孔進(jìn)給路線(5)確定進(jìn)給路線典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第四十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。鉆、擴(kuò)、鉸φ12H8孔進(jìn)給路線(5)確定進(jìn)給路線典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第四十五頁(yè)，共五十一頁(yè)。锪φ16mm孔進(jìn)給路線(5)確定進(jìn)給路線典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第四十六頁(yè)，共五十一頁(yè)。鉆螺紋底孔、攻螺紋進(jìn)給路線(5)確定進(jìn)給路線典型加工中心加工零件工藝分析蓋板零件在加工中心的加工工藝第四十七頁(yè)，共五十一頁(yè)。例二、如圖6.5所示，分析零件上的12個(gè)孔加工工藝。1、分析零件圖樣，進(jìn)行工藝處理

該零件孔加工中，有通孔、盲孔，需鉆、擴(kuò)和鏜加工，故選擇鉆頭T01、擴(kuò)孔刀T02和鏜刀T03，加工坐標(biāo)系Z向原點(diǎn)在零件上表面處。由于有三種孔徑尺寸的加工，按照先小孔后大孔加工的原則，確定加工路線為：從編程原點(diǎn)開(kāi)始，先加工6個(gè)φ6的孔，再加工4個(gè)φ10的孔，最后加工2個(gè)φ40的孔。T01、T02的主軸轉(zhuǎn)數(shù)S=600r/min，進(jìn)給速度F=120mm/min；T03主軸轉(zhuǎn)數(shù)S=300r/min，進(jìn)給速度F=50mm/min。第四十八頁(yè)，共五十一頁(yè)。第5章

加工中心的程序編制

（FANU