第5章加工中心编程与操作详解

1、第5章加工中心编程与操作详解5.1 加工中心的主要功能加工中心的主要功能 自动换刀功能，包括了选刀和换刀两部分的内容。 直线插补和圆弧插补功能，能实现三轴或三轴以上的联动控制。 另外加工中心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、故障自动诊断以及离线编程等功能 。 加工中心是配有自动换刀装置和刀库并能在加工过加工中心是配有自动换刀装置和刀库并能在加工过程实现自动换刀的高效率自动化数控机床程实现自动换刀的高效率自动化数控机床 5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析（1）所能加工的零件大小由加工中心的行程决定。（2）所能加工的零件的精度要低

2、于加工中心自身的精度。（3）机床的最大钻孔直径、攻丝直径以及单位时间内的金属切削率由加工中的主轴功率决定。（4）有些内容不适合在加工中心上加工，例如直径小的深孔或需要清铰的方槽等。（5）根据毛坯的精度来选择是否安排在加工中心上进行粗加工。 1、选择零件的加工内容、选择零件的加工内容5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析 加工中心在一次装夹中，尽可能完成所有能够加工表面的加工。当零件的定位基准与设计基准难以重合时,应认真分析装配图样，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。在考虑夹紧方案时，应考虑加工中心功率大的特点

3、，夹紧力要大些，保证夹紧可靠，并尽量减少夹紧变形。为了充分发挥加工中心生产效率高的特点，夹具的设计应充分考虑工件装卸的方便，能使辅助时间压缩的更短。 2、确定零件的装夹方式5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析（1）工件坐标系原点的选择应便于编程和测量。（2）工件坐标系的原点应尽可能与设计基准相重合。如果不重合，两者之间必须有确定的几何关系。更短。 3、确定零件的工件坐标系5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析先面后孔、先基准后其它、先粗后精 4、确定零件的加工顺序 粗加工时先安排一些发热量大的加工内容，去除大部分加工余量，再安排一些发热量小、要求不高的加工内容，使零件在精

4、加工前有充分的散热时间，最后进行精加工。加工过程中，为了减少换刀次数，可采用刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完，再换第二把刀具继续加工。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，不能采取这种方法。 5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析（1）应保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。 5、选择合理的走刀路线（b）加工路线1 例如，安排如图（a）所示零件的孔系加工顺序时，若按图（b）的路线加工，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（c）

5、所示路线，可避免反向间隙的引入。 （a）零件图样 （b）加工路线1 （c）加工路线2 图51 镗孔加工路线 5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析（2）为了发挥加工中心的作用，尽可能缩短走刀路线，提高机床的利用率。 4、确定零件的加工顺序（3）合理选择切入切出方向。 考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。方法。 5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析 选刀时要考虑加工中心对刀具的基本要

6、求： （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状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，满足多刀连续加工的要求。 6、合理选择刀具5.2 加工中心加工工艺分析加工中心加工工艺分析 切削用量包括主轴转速、进给速度和切削深度，切削用量的选择与零件的材料、材质、零件的加工要求以及工艺系统的刚度有关。在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择，也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。合理的切削用量应保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，

7、最大限度提高生产率，降低成本。 7、确定合理的切削用量 5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 1、刀库容量适当。、刀库容量适当。 2、换刀时间短。、换刀时间短。 3、换刀空间小。、换刀空间小。 4、动作可靠、使用稳定。、动作可靠、使用稳定。 5、刀具重复定位精度高。、刀具重复定位精度高。 6、刀具识别准确。、刀具识别准确。 5.3.1 对自动换刀装置的要求5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 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。 5.3.2 刀库5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 1、无机械手换刀 无机械手换刀是由刀架和机床主轴的相对运动来实现刀具的

8、交换的，它在换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后从刀库中取出新刀具。 5.3.3 换刀方式5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 2、机械手换刀 采用机械手进行刀具交换是目前应用最广泛的刀具交换方式，这是因为机械手换刀允许刀库的布置更加灵活，而且可以减少换刀时间。机械手的结构有很多种，其中以双臂机械手最为常用。 5.3.3 换刀方式5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 TH5632立式加工中心的机械手换刀过程 5.3.3 换刀方式主轴刀库机械手（b） 机械手旋转75（c） 机械手下移（d） 机械手旋转180（e） 机械手上移（f） 机械手复位（a） 刀具旋转到位5.3 加工中心换刀实

9、训加工中心换刀实训 BEIJINGFANUC 0iMB系统的系统的XH713型加工中心介绍换刀操作过程型加工中心介绍换刀操作过程 5.3.4 加工中心换刀操作练习1、正确开启机床，并使机床回零。2、选择几把不同的刀具，正确安装到标准刀柄上。3、查看刀库和主轴上有无刀具，若当确认刀库和主轴上无刀具后可以开始准备装刀，装刀步骤如下：（1）将方式选择旋钮转到MDI位置（如图5-6所示），按一下键盘区的“PROG”键（如图5-7所示），将屏幕切换到MDI程式模式。5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 BEIJINGFANUC 0iMB系统的XH713型加工中心介绍换刀操作过程 5.3.4 加工中心

10、换刀操作练习（2）在此模式下输入换刀程序（如图58所示）： G91 G28 Z0；T01 M06；5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 BEIJINGFANUC 0iMB系统的XH713型加工中心介绍换刀操作过程 5.3.4 加工中心换刀操作练习（3）按循环启动键运行程序，这时加工中心的主轴、刀库和机械手就会按照一定的顺序，相互配合自动完成一次换刀动作。（4）挑选一把预先装好的刀具，通过主轴上的松刀开关，将刀具装到主轴上，在后面的使用中这把刀具就被系统记忆为T01号刀。 （5）如图59，依次将MDI程式里的T01改为T02、TO3，重复（3)、（4）步骤，直至所有的刀具装完，这样机床就会依

11、次将刀具放入刀库，并在系统中记下每把刀的刀号，为后面的准确换刀做准备。5.3 加工中心换刀实训加工中心换刀实训 BEIJINGBEIJINGFANUC 0iFANUC 0iMBMB系统的系统的XH713XH713型加工中心介绍换刀操作过程型加工中心介绍换刀操作过程 5.3.4 加工中心换刀操作练习4、当所有的刀具都装好后，就可以通过执行以上（1）、（2）、（3）的步骤来进行任意换刀，换刀时注意观察所输入的刀具号和换到主轴上的刀具是否一致。 若刀库或主轴上一开始就有刀具，则可先全部取出刀具（取刀过程与装刀过程相类似）5.4 刀具长度补偿刀具长度补偿 5.4.1 刀具长度补偿的作用 加工中心完成一

12、次加工使用的刀具很多，而每把刀具的长度均不一样，这给编程和加工带来麻烦。使用刀具长度补偿指令，在编程时就不必考虑刀具的实际长度及各把刀具不同的长度尺寸。加工时，用MDI方式输入刀具的长度尺寸，即可正确加工。当由于刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时，只要修正刀具长度补偿量，而不必调整程序或刀具。 5.4 刀具长度补偿刀具长度补偿 5.4.2 刀具长度补偿指令的编程格式编程格式为：G01 G43/G44 Z H ； （建立补偿程序段） （切削加工程序段）G49； （补偿撤消程序段） G43 为正补偿，即将Z坐标尺寸字与H代码中长度补偿的量相加，按其结果 进行Z轴运动。G44 为负补偿，

13、即将Z坐标尺寸字与H中长度补偿的量相减，按其结果进行Z轴运动。G49为撤消补偿。 5.4 刀具长度补偿刀具长度补偿 5.4.3 刀具长度补偿量设置1、计算求得每把刀的长度补偿值、计算求得每把刀的长度补偿值 （1）直接利用机床测量（2）采用机外对刀仪测量 图511 对刀仪的基本结构 图512 钻削刀具5.4 刀具长度补偿刀具长度补偿 5.4.3 刀具长度补偿量设置2、刀具长度补偿值的输入（1）按一下“OFFSET SETTING” 键，再按屏幕下方“补正”软键，进入工具补正界面 .（2）通过光标移动键移动光标到相应的番号的形状（H）位置.（3）输入刀具长度补偿值即可完成（如图514所示）. 图5

14、13 工具补正界面 图5-14 输入刀具长度补偿值5.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.5.1 X、Y坐标对刀1、加工中心开机后，三坐标依次回零。2、在工作台上安装好平口钳，找正后装夹好工件。3、将装有寻边器（寻边器有光电式和机械偏心式两种，这里以光电式为例，钢球半径5mm）的标准刀柄装入主轴。4、移动主轴，使寻边器端部钢球处于工件上表面下方，并与工件左边缘保留一定的距离，准备进行X坐标的对刀，X坐标对刀步骤如下：5.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.5.1 X、Y坐标对刀（1）采用手轮脉冲进给操作，先用“l00”档慢慢移动主轴(快接近时手轮要一格一格转动)，使寻边

15、器的钢球接触工件左边缘并亮起红灯即停止。（2）将手轮与刚才方向相反转动一格，此时灯灭了。用“10”档按原来方向再慢慢移动主轴(同样，手轮要一格一格转动)，使寻边器的钢球接触工件左边缘并再次亮起红灯即停止。（3）将手轮与刚才方向相反转动一格，此时灯又灭了。用“1”档按原来方向再慢慢移动主轴(同样，手轮要一格一格转动)，使寻边器的钢球接触工件左边缘并再次亮起红灯即停止。（4）按一下“OFFSET SETTING” 键，再按屏幕下方“坐标系”软键，进入坐标系设定界面（如图515所示），并将光标移至G54坐标系的X坐标值设定处。（5）在此界面下输入“X5”（钢球半径5mm，因X方向编程零点在工件左边缘

16、上，此时主轴中心轴线位于欲设置的工件坐标系中的X坐标值等于5mm），如图516所示。 5.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.5.1 X、Y坐标对刀图515 坐标系设定界面1 图516 坐标系设定界面2 图517 坐标系设定界面3（6）按“测量”软键，完成X方向的对刀，如图517所示。5、重新移动主轴，使寻边器端部钢球处于工件上表面下方，并与工件前边缘保留一定的距离。参照以上X坐标的对刀步骤进行Y坐标的对刀，在步骤（5）中输入的数值是“Y5”，其他步骤基本相同。5.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.5.2 Z坐标对刀1、采用机外对刀仪 （1）将所用刀具一一装入标准刀柄

17、，在对刀仪上测出每把刀具的长度尺寸，确定其中最短的一把刀为基准刀，将其定为1号刀，则基准刀的长度补偿值H1=0，计算其它刀具的长度补偿值（其它刀具的长度补偿值等于该刀长度尺寸减去基准刀长度尺寸，以后编程采用G43指令），定好其它刀具的刀号，并按刀号记录好长度补偿值。（2）将刀具按顺序依次装入刀库（参照本章单元三中的装刀步骤进行），并将记录好的长度补偿值按照刀号输入系统中（参照本章单元四中的刀具长度补偿值的输入步骤进行），（3）调出基准刀，移动主轴，使基准刀的下端面和对刀基准面（工件的上表面）正好相接触。（4）进入坐标系设定界面，移动光标至G54坐标系的Z坐标设定值处，输入Z0，按测量键，完成Z

18、坐标的对刀。如果第3）步是采用对刀块的方式进行对刀，则输入的Z值应该等于对刀块的高度。 5.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.5.2 Z坐标对刀2、直接利用机床测量对刀（1）Z轴回到机床零点，进入坐标系设定界面，将G54坐标系的Z坐标设定值设为0。如图518所示图518 设定G54坐标系（2）将所有刀具按顺序依次装入刀库，调出01好刀。（3）切换到手轮模式，移动主轴，使该刀的下端面和对刀基准面（工件的上表面）正好相接触。（4）如图519所示，切换到刀具长度补偿值的输入界面，将光标移至01号刀的长度补偿值设定处，并输入Z0。图518 设定G54坐标系 5.5 加工中心对刀方法实训加

19、工中心对刀方法实训5.5.2 Z坐标对刀（5）按“测量”菜单所对应的菜单键，完成01号刀长度补偿值的设定，如图520所示。（6）依次调出剩下的刀具，重复上述（3）、（4）、（5）步骤，即可 依次完成每把刀具的Z方向对刀。 图519 长度补偿值设定1 图520 长度补偿值设定25.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.6 加工中心编程与加工实训例例52 加工零件如图521所示，毛坯为60mmX60mmX20mm的铝件，要求加工外轮廓（500.1 ）mm，内腔（280.1 ）mm以及10的通孔。5.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.6 加工中心编程与加工实训加工中心编程与加

20、工实训1、工艺分析及处理（1）工艺性分析该零件毛坯材料为铝，材料硬度不高，切削性能较好。从零件图分析可知，该加工件尺寸精度和粗糙度的要求均不高，三个加工处的加工余量均不大，所以加工时可以不进行粗加工，直接精加工到位。考虑外轮廓的一次加工，可选用一把直径为16mm的立铣刀铣外轮廓。考虑内腔有半径为5mm的圆角，故选用一把直径为10mm的键槽铣刀进行加工，可直接铣出R5的圆角。选用一把直径为10mm钻头，加工10的通孔（2）工件装夹方式工件为方形，底面和侧面均不用加工，底面为设计基准，且中心有一通孔，故采用平口钳装夹即可，工件底部有两块高度的一致的垫块垫起，垫块的间隙应该保证通孔的加工。5.5 加

21、工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.6 加工中心编程与加工实训加工中心编程与加工实训表5-1数控加工工序卡零件号零件名称编制审核程序编号O0001日期日期工步号工步内容刀具号刀长补偿半径补偿主轴转速进给速度切削深度1精加工外轮廓（500.1 ）mmT1H01D01S1200F1205mm2精加内腔（280.1 ）mmT2H02S1500F1005mm3钻10的通孔T3H03S800F505.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.6 加工中心编程与加工实训加工中心编程与加工实训2、程序编制O0001；N10 T01 M06; （调用1号刀，加工外轮廓）N20 G90 G54 G0

22、0 X-45 Y-45;N30 G43 Z5 H01 M03 S1200;N40 G01 Z-5 F100 M08;N50 G41X-30 Y-40 D01 F120; N60 Y25;N70 X25;N80 Y-25;N90 X-40;N100 G40 G00 X-45 Y-45;N110 Z100 M05 M09;N120 G91 G28 Z0；N130 T02 M06; （换2号刀，加工内腔）N140 G00 X0 Y0;N150 G43 Z5 H02 M03 S1500;5.5 加工中心对刀方法实训加工中心对刀方法实训5.6 加工中心编程与加工实训加工中心编程与加工实训2、程序编制N160 G01 Z-5 F50 M08;N170 X5 F100;N180 Y5;N190 X-5;N200 Y-5;N210 X5;N220 Y0;N230 X9；N240 Y9;N250 X-9;N260 Y-9;N270 X9;N280 Y0;N290 X0;N300 G00 Z100 M05 M09； N310 G91 G28 Z0;N320 T03 M06; （换3号刀，钻孔）N330 G43 Z50 H03 M03 S800 M08;N