数控原理-加工中心.ppt

第一节数控加工中心概述第二节数控加工中心编程第三节数控加工中心操作第四节加工中心综合应用实例,主要内容,加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。其特点：数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、铣削等多种工序的加工，工序高度集中。,1.全封闭防护2.工序集中，加工连续进行3.使用多把刀具，自动进行刀具交换4.使用多个工作台，自动进行工作台交换5.功能强大，趋向复合加工6.高自动化、高精度、高效率7.高投入8.在适当的条件下才能发挥最佳效益,加工中心的特点,加工中心的主要加工对象,加工中心主要适用于加工形状复杂、工序多、精度要求高的工件。1、箱体类工件这类工件一般都要求进行多工位孔系及平面的加工，定位精度要求高，在加工中心上加工时，一次装夹可完成普通机床60%95%的工序内容。2、复杂曲面类工件复杂曲面一般可以用球头铣刀进行三坐标联动加工，加工精度较高，但效率低。如果工件存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床。3、异形件异形件是外形不规则的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工。加工异形件时，形状越复杂，精度要求越高，使用加工中心越能显示其优越性。如手机外壳等。4、盘、套、板类工件这类工件包括带有键槽和径向孔，端面分布有孔系、曲面的盘套或轴类工件。5、特殊加工,加工中心加工的零件,加工中心的分类,立式加工中心,卧式加工中心,龙门式加工中心,x-y数控拖板,变频主轴,机床本体,数控系统及其操作面板,斗笠式刀库,Z轴伺服电机,活动防护门,进给Z轴,护线架,冷却液箱,加工中心的组成,自动换刀装置（ATC）,第一节数控加工中心概述,作用交换主轴与刀库中的刀（工）具,MOV36ATC,第一节数控加工中心概述,1.刀库容量适当2.换刀时间短3.换刀空间小4.动作可靠、使用稳定5.刀具重复定位精度高6.刀具识别准确,一、对自动换刀装置的要求,第一节数控加工中心概述,二、刀库,在加工中心上使用的刀库主要有两种，一种是盘式刀库，一种是链式刀库。,1.盘式刀库刀库容量相对较小，一般在124把刀具，主要适用于小型加工中心；2.链式刀库刀库容量大，一般在1100把刀具，主要适用于大中型加工中心。,第一节数控加工中心概述,三、换刀方式,1.机械手换刀2.主轴换刀,第一节数控加工中心概述,四、刀具识别方法,1.刀座编码2.刀柄编码,第一节数控加工中心概述,刀座编码,第一节数控加工中心概述,刀座编码,第一节数控加工中心概述,识别码块,识别传感器,刀柄编码,三工作台自动交换装置（APC）,第一节数控加工中心概述,作用携带工件在工位及机床之间转换，减小定位误差，减少装夹时间，提高加工精度及生产效率。,APC,第一节数控加工中心概述,1.工作台数量适当2.交换时间短3.交换空间小4.动作可靠、使用稳定5.工作台重复定位精度高,一、对工作台自动交换装置的要求,第一节数控加工中心概述,MOV38托盘交换系统,第一节数控加工中心概述,1.回转交换式2.移动交换式,二、工作台自动交换装置的类型,自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。当执行到Txx指令即选刀指令后，刀库自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备；当执行到M06指令时即开始自动换刀，把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。,选刀方式,顺序选刀方式任选方式：多用,换刀方式,机械手换刀刀库主轴运动换刀,换刀过程,1、主轴箱回参考点，主轴准停。2、机械手抓刀（主轴上和刀库上）3、取刀：活塞杆推动机械手下行。4、交换刀具位置：机械手回转180。5、装刀：活塞杆上行，将更换后的刀具装入主轴和刀库。,机械手换刀动作过程,刀库移动-主轴升降式换刀过程,分度：将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。(b)接刀：活塞杆推出，将空刀座送至主轴下方，并卡住刀柄定位槽。(c)卸刀：主轴松刀，铣头上移至参考点。(d)再分度：再次分度回转，将预选刀具转到主轴正下方。(e)+(f):装刀：铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩回，刀盘复位。,刀库移动-主轴升降式换刀过程,由于加工中心工序集中和具有自动换刀的特点，故零件的加工工艺应尽可能符合这些特点，尽可能地在一次装夹情况下完成铣、钻、镗、铰、攻丝等多工序加工。由于加工中心具备了高刚度和高功率的特点，故在工艺上可采用大的切削用量，以便在满足加工精度条件下尽量节省加工工时。选用加工中心作为生产设备时，必须采用合理的工艺方案，以实现高效率加工。,加工中心的工艺准备,1、确定采用加工中心的加工内容，确定工件的安装基面、加工基面、加工余量等。2、以充分发挥加工中心效率为目的来安排加工工序。有些工序可选用其它机床。3、对于复杂零件来说，由于加工过程中会产生热变形，淬火后会产生内应力，零件卡压后也会变形等多种原因，故全部工序很难在一次装夹后完成，这时可以考虑两次或多次。4、当加工工件批量较大，工序又不太长时，可在工作台上一次安装多个工件同时加工，以减少换刀次数。（待续）,工艺方案确定原则,5、安排加工工序时应本着由粗渐精的原则。建议参考以下工序顺序：铣大平面、粗镗孔、半粗镗孔、立铣刀加工、打中心孔、钻孔、攻螺纹、精加工、铰、镗、精铣等。6、采用大流量的冷却方式。在机床选用上，应了解各类加工中心的规格、最佳使用范围和功能特点。卧式加工中心最适宜的零件如箱体、泵体、阀体、壳体等，适合多面加工，多次更换夹具和工艺基准的零件。立式加工中心最适宜的是板类零件如箱盖、盖板、壳体、平面凸轮等单面加工零件，适合工件装夹次数较少的零件。,工艺方案确定原则,1、进行合理的工艺分析，安排加工工序。2、根据批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。3、自动换刀要留出足够的换刀空间。4、为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。5、对于编好的程序，应认真检查，并于加工前安排好试运行。6、尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中，或按工序顺序添加程序段号标记。7、尽可能地利用机床数控系统本身所提供的镜像、旋转、固定循环和宏指令编程处理的功能，以简化程序量。8、合理的编写换刀程序。注意第1把刀的编程处理。,编程要点,加工中心的编程除了增加了自动换刀的功能指令外，其它和数控铣床编程基本相同。M06-自动换刀指令。本指令将驱动机械手进行换刀动作，但并不包括刀库转动的选刀动作。M19-主轴准停。本指令将使主轴定向停止，确保主轴停止的方位和装刀标记方位一致。Txx-选刀指令。是用以驱动刀库电机带动刀库转动而实施选刀动作的。T指令后跟的两位数字，是将要更换的刀具地址号。,加工中心的编程,在对加工中心进行换刀动作的编程安排时，应考虑如下问题：1、换刀动作前必须使主轴准停（用M19指令）。2、换刀点的位置应根据所用机床的要求安排，有的机床要求必须将换刀位置安排在参考点处或至少应让Z轴方向返回参考点。（使用G28）3、换刀完毕后，可使用G29指令返回到下一道工序的加工起始位置。4、换刀完毕后，安排重新启动主轴的指令。5、为了节省自动换刀时间，可考虑将选刀动作与机床加工动作在时间上重合起来。,自动换刀程序的编写,零件图如下。分别用40的端面铣刀铣上表面，用20的立铣刀铣四侧面和A、B面，用6的钻头钻6个小孔，14的钻头钻中间的两个大孔。,自动换刀程序实例,%1000G92X0Y0Z100.0G90G00G43Z20.0H01S300M03G00X60.0Y15.0G01Z15.0F100X-60.0Y-15.0X60.0T02G49Z20.0M19G28Z100.0G28X0Y0M06G29X60.0Y25.0Z100.0S200M03,设定工件坐标系，设T01已经装好。Z向下刀到离毛坯上表面一定距离处启动主轴移刀到毛坯右侧外部工进下刀到欲加工上表面高度处加工到左侧（左右移动）移到Y=-15上往回加工到右侧，同时预先选刀T02上表面加工完成，抬刀，主轴准停返回参考点，自动换刀。从参考点回到铣四侧的起始位置启动主轴,程序单（1）,G00G43Z-12.0H02G01G42X36.0D02F80X-36.0T03Y-25.0X36.0Y30.0G00G40Y40.0Z0G01Y-40.0F80X21.0Y40.0X-21.0Y-40.0,下刀到Z=-12高度处，刀径补偿引入，铣四侧开始铣后侧面，同时选刀T03铣左侧面铣前侧面铣右侧面刀补取消，引出抬刀至A、B面高度。工进铣削B面开始（前后移动）。.移到左侧铣削A面开始,程序单（2）,X-36.0Y40.0G49Z20.0M19G28Z100.0G91G28X0Y0M06G90G29X20.0Y30.0Z100.0G00G43Z3.0H03S630M03M98P120L3G00Z20.0X-20.0Y30.0Z3.0M98P120L3G49Z20.0M19,.A面铣削完成，抬刀，主轴准停Z向返回参考点X、Y向返回参考点。自动换刀从参考点返回到右侧三6小孔处下刀到离B面3mm处，启动主轴调用子程序，钻3-6孔抬刀至上表面的上方高度移到左侧3-6小孔钻削起始处下刀至离A面3mm处，启动主轴调用子程序，钻3-6孔抬刀至上表面的上方高度,程序单（3）,G28Z100.0T04G91G28X0Y0M06G90G29X0Y24.0Z100.0G00G43Z20.0H04S450M03M98P130L2G49G28Z0.0T01M19G91G28X0Y0M06G90G00X0Y0Z100.0M30,Z向返回参考点，同时选刀T04X、Y向返回参考点。自动换刀从参考点返回到中间2-14起始处下刀到离上表面5mm处启动主轴调用子程序，钻2-14孔抬刀并返回参考点，主轴准停，同时选刀T01X、Y向返回参考点，自动换刀，为重复加工作准备。移到起始位置程序结束。,程序单（4）,一、加工中心操作要点,1加工中心工作之前的开关机2机床自动加工机床自动加工也称为存储器方式加工。它是利用加工中心内存储的加工程序，使机床对工件进行连续加工，是加工中心运用得最多的操作方式。加工中心在存储器方式下运行时间越长，其机床利用率也就越高。3手动程序输入MDI方式也称为键盘操作方式。它在修整工件个别遗留问题或单件加工时经常用到。MDI方式加工的特点是输入灵活，随时输入指令随时执行，但运行效率较低，且执行完指令以后对指令没有记忆，再次执行时必须重新输入指令，该操作方式一般不用于批量工件的加工。4手动JOG手动工作方式，主要用于工件及夹具相对于机床各坐标的找正、工件加工零点的粗测量以及开机时回参考点。,5手轮操作手轮也即是手摇脉冲发生器。手轮每摇一格发出一个脉冲指挥机床移动相应的坐标。6ATC和APC面板操作加工中心的操作在很大程度上与数控铣床相似，只是在刀具交换和托板交换中与数控铣床不同。加工中心的换刀和交换托板的方法，一种是通过加工程序或用键盘方式输入指令实现的，这是通常使用的方法。另一种是依靠ATC面板和APC面板手动分步操作实现的。由于加工中心机械手的换刀动作和托板交换动作比较复杂，手动操作时前后顺序必须完全正确，并保证每步动作到位，因此在手动操作交换托板和换刀时必须非常小心避免出现事故。于动分步换刀和手动托板交换一般只在机床出现故障需要维修时才使用。,一、加工中心操作要点,二、加工中心的操作步骤及内容,1.开机及原点复位1）开机首先合上机床总电源开关；开稳压器、气源等辅助设备电源开关；开加工中心控制柜总电源；将紧急停止按钮右旋弹出，开操作面板电源，直到机床准备不足报警消失，则开机完成。2）机床回原点开机后首先应回机床原点，将模式选择开关选到回原点上，再选择快速移动倍率开关到合适倍率上，选择各轴依次回原点。3）注意事项在开机之前要先检查机床状况有无异常，润滑油是否足够等，如一切正常，方可开机；回原点前要确保各轴在运动时不与工作台上的夹具或工件发生干涉；回原点时一定要注意各轴运动的先后顺序,2.工件安装根据不同的工件要选用不同的夹具，选用夹具的原则：1）定位可靠；2）夹紧力要足够。安装夹具前，一定要先将工作台和夹具清理干净。夹具装在工作台上，要先将夹具通过量表找正找平后，再用螺钉或压板将夹具压紧在工作台上。安装工件时，也要通过量表找正找平工件。3.刀具装入刀库1）刀具选用加工中心的刀具选用与数控铣床基本类似，在此不再赘述。2）刀具装入刀库的方法及操作a.直接往刀库中手动装入刀具b.通过机械手或主轴装入刀具,二、加工中心的操作步骤及内容,4、对刀与刀具补偿,刀具长度补偿设置,二、加工中心的操作步骤及内容,1）机内设置（1）将所有刀具放入刀库，利用Z向设定器确定每把刀具到工件坐标系Z向零点的距离，如图所示的A、B、C，并记录下来；（2）选择其中一把最长（或最短）即与工件距离最小（或最大）的刀具作为基准刀，如图5.29中的T03（或T01），将其对刀值C（或A）作为工件坐标系的Z值，此时H03=0；（3）确定其它刀具相对基准刀的长度补偿值，即H01=C-A，H02=C-B，正负号由程序中的G43或G44来确定；（4）将获得的刀具长度补偿值对应刀具和刀具号输入到机床中。2）机外设置（1）利用刀具预调仪精确测量每把在刀柄上装夹好的刀具的轴向和径向尺寸；（2）在机床上用其中最长或最短的一把刀具进行Z向对刀，设定工件坐标系；（3）确定每把刀具的长度补偿值，输入机床。3）刀具半径补偿设置进入刀具补偿值的设定页面，移动光标至输入值的位置，根据编程指定的刀具，键入刀具半径补偿值，按INPUT键完成刀具半径补偿值的设定。,二、加工中心的操作步骤及内容,5.程序输入与调试程序的调试可利用机床的程序预演功能或以抬刀运行程序方式进行，依次对每个子程序进行单独调试6.程序运行在程序正式运行之前，要先检查加工前的准备工作是否完全就绪。确认无误后，选择自动加工模式，按下数控启动键运行程序，对工件进行自动加工。6.零件检测将加工好的零件从机床上卸下，根据零件不同尺寸精度、粗糙度、位置度的要求选用不同的检测工具进行检测。7.关机零件加工完成后，清理现场，再按与开机相反的顺序依次关闭电源。,二、加工中心的操作步骤及内容,三、加工中心的零件加工实例,零件加工实例,FANUC系统孔加工编程,例：使用刀具长度补偿功能和固定循环功能加工如图所示零件上的12个孔。,1.分析零件图样，进行工艺处理该零件孔加工中，有通孔、盲孔，需钻、扩和镗加工，故选择钻头T01、扩孔刀T02和镗刀T03，加工坐标系Z向原点在零件上表面处。由于有三种孔径尺寸的加工，按照先小孔后大孔加工的原则，确定加工路线为：从编程原点开始，先加工6个6的孔，再加工4个10的孔，最后加工2个40的孔。T01、T02的主轴转数S=600r/min，进给速度F=120mm/min；T03主轴转数S=300r/min，进给速度F=50mm/min。2.加工调整T01、T02和T03的刀具补偿号分别为H01、H02和H03。对刀时，以T01刀为基准，按图1中的方法确定零件上表面为Z向零点，则H01中刀具长度补偿值设置为零，该点在G53坐标系中的位置为Z-35。对T02，因其刀具长度与T01相比为140-150=-10mm，即缩短了10mm，所以将H02的补偿值设为-10。对T03同样计算，H03的补偿值设置为-50，如图2所示。换刀时，采用O9000子程序实现换刀。根据零件的装夹尺寸，设置加工原点G54：X=-600，Y=-80，Z=-35。3.数学处理在多孔加工时，为了简化程序，采用固定循环指令。这时的数学处理主要是按固定循环指令格式的要求，确定孔位坐标、快进尺寸和工作进给尺寸值等。固定循环中的开始平面为Z=5，R点平面定为零件孔口表面+Z向3mm处。,FANUC系统孔加工编程,N10G54G90G00X0Y0Z30/进入加工坐标系N20T01M98P9000/换用T01号刀具N30G43G00Z5H01/T01号刀具长度补偿N40S600M03/主轴起动N50G99G81X40Y-35Z-63R-27F120/加工#1孔（回R平面）N60Y-75/加工#2孔（回R平面）N70G98Y-115/加工#3孔（回起始平面）N80G99X300/加工#4孔（回R平面）N90Y-75/加工#5孔（回R平面）N100G98Y-35/加工#6孔（回起始平面）N110G49Z20/Z向抬刀，撤消刀补N120G00X500Y0/回换刀点，,N130T02M98P9000/换用T02号刀N140G43Z5H02/T02刀具长度补偿N150S600M03/主轴起动N160G99G81X70Y-55Z-50R-27F120/加工#7孔（回R平面）N170G98Y-95/加工#8孔（回起始平面）N180G99X270/加工#9孔（回R平面）N190G98Y-55/加工#10孔（回起始平面）N200G49Z20/Z向抬刀，撤消刀补N210G00X500Y0/回换刀点T220M98P9000/换用T03号刀具N230G43Z5H03/T03号刀具长度补偿N240S300M03/主轴起动N250G76G99X170Y-35Z-65R3F50/加工#11孔（回R平面）N260G98Y-115/加工#12孔（回起始平面）N270G49Z30/撤消刀补N280M30/程序停参数设置：H01=0，H02=-10，H03=-50；G54：X=-600，Y=-80，Z=-35。,FANUC系统孔加工编程,SIEMENS系统加工中心编程实例,如图所示，轮板零件的加工，毛坯用压板固定在机床工作台面上，材料为铝合金，要求加工外轮廓和内孔，加工深度5mm(粗加工)。,工艺分析及加工路线的确定：(1)上机床前应将工件上、下表面加工平整。(2)零件的外轮廓用的平铣刀加工，孔先用中心钻打窝定中心，后用钻头钻孔。所选刀具尺寸及刀号如表所示。,SIEMENS系统加工中心编程实例,0176N10G55LFN20T01D01M06LFN30G90S1000M03LFN40G00Z50LFN50G41T1D1G00X0Y275Z2LFN60G01Z-5F100lFN70G03X14.18Y34.06I0J20LFN80G02X22.09Y29.84I3.19J-2.89LFN90G03X36.92Y4.2I19.05J-6.09LFN100G02X36.92Y-4.2I-0.92J-4.2LFN110G03X22.09Y-29.8414.22J-19.55LFN120G02X14.81Y-34.06I-4.09J1.33LFN130G03X-14.81Y34.06I-14.81I-13.44LFN140G02X-22.09Y-29.84I-3.19J2.89LF,SIEMENS系统加工中心编程实例,N150G03X-36.92Y-4.2I19.05J6.09LFN160G02X-36.92Y4.2I0.92J4.2LFN170G03X-22.09Y29.84I-4.22J19.55LFN180G02X-14.81Y29.84I4.09J19.55LFN190G03X0Y27.5I14.81J13.44LFN200G00Z100LFN210M05LFN220G40G01X0Y0LFN230T02M06LFN240G90G94G56M6T2S1200M03LFN250G00X20Y0Z50LFN260Z2LFN270G01Z-2F80LFN280G00Z2LFN290X-10Y-17.321F,SIEMENS系统加工中心编程实例,N300G01Z-21FN310G00Z2LFN320X-20Y0LFN330G01Z-2LFN340G00Z21FN350X-10Y17.32LFN360G01X-2LFN370G00Z2LFN380X10Y17.32LFN390G01Z-2LFN400G00Z100LFN410X0Y0LFN420M05LFN430T03M06LFN440G90G94G57M6T3S1000M03LF,N450G00X20Y0Z50LFN460Z2LFN470G01Z-5F80LFN480G00Z2LFN490X10Y-17.32LFN500G01Z-51FN510G00Z2LFN520X-10Y-17.32LFN530G01Z-5LFN540G00Z2LFN550X-20Y0LFN560G01Z-5LFN570G00Z21FN580X-10Y17.32LFN590G01X-5LF,SIEMENS系统加工中心编程实例,N600G00Z2LFN610X10Y17.32LFN620G01Z-5LFN630G00Z100LFN640X0Y0LFN650M05LFN660M02LF,SIEMENS系统加工中心编程实例,加工如图所示的平面凸轮轮廓，毛坯材料为中碳钢，尺寸如图所示。零件图中23mm深的半圆槽和外轮廓不加工，只讨论凸轮内滚子槽轮廓的加工程序。,综合应用实例,1、工艺分析装夹：以45的孔和K面定位在，专用夹具装夹。刀具：用三把25的四刃硬质合金锥柄端铣刀，分别用于粗加工(T03)、半精加工(T04)和精加工(T05)。为保证顺利下刀到要求的槽深，要先用钻头钻出底孔，然后再用键槽铣刀将孔底铣平，因此还要一把25的麻花钻(T01)和一把25的键槽铣刀(T02)。工步：为达到图纸要求的表面粗糙度，分粗铣、半精铣、精铣三个工步完成加工。半精铣和精铣单边余量分别为11.5mm和0.10.2mm。在安排上，根据毛坯材料和机床性能，粗加工分两层加工完成，以避免Z向吃刀过深。半精加工和精加工不分层，一刀完成。刀具加工路线选择顺铣，可避免在粗加工时发生扎刀划伤加工面，而且在精铣时还可以提高表面光洁程度。,综合应用实例,切削参数：根据毛坯材料、刀具材料和机床特性，选择如表所示的切削参数。,综合应用实例,2、数据计算选择45孔的中心为编程原点，考虑到该零件关于Y对称，因此只计算+X一侧的基点坐标即可。计算时使用计算机绘图软件求出。如图所示。,综合应用实例,加工程序,第四节加工中心综合应用实例,O0070(主程序)(钻底孔)N10G91G28Z0T01M06N20G90G00X134.889Y32.072S250N30G43G00Z100.0H01M03N40G01Z2.0F1000M08N50G73Z-25.0R2.0Q2.0F25N60G80G00Z250.0M09,(铣平下刀位)N70G91G28Z0T02M06N80G90G00X134.889Y32.072S250N90G43G00Z100.0H02M03N100G01Z2.0F1000M08N110Z-20.0F100N120Z25.0F20N130G91G01X5.0F20N140G02I-5.0(铣整圆)N150G01X-5.0F100N160G90G00Z250.0M09,(粗铣第一层)N170G91G28Z0T03M06N180G90G00X134.889Y32.072S400N190G43Z100.0H03M03N200G01Z5.0F1000M08N210Z-12.5F100N220G42D03G01X92.025Y57.248F30(半径补偿11.5)N230M98P0001N240G40G01X134.889Y32.072F100N250M01N260G42D03G01X142.151Y15.563F30N270M98P0002N280G40G01Z5.0F1000N290M01,(粗铣第二层)N300G01X134.889Y32.072N310Z-25.0F50N320G42D03G01X92.025Y57.248F30N330M98P0001N340G