数控加工中心的操作与加工课件

1、第6章数控加工中心的操作与加工 返回总目录 教学提示：本章主要讲述数控加工中心的组成和加工工艺方法;华中世纪星HNC21M系统加工中心的功能特点、控制面板、编程指令；加工中心的程序输入、手动和自动加工的操作；通过实例演示了加工中心使用操作的过程。 教学要求：了解数控加工中心的组成与分类；了解数控加工中心的刀库系统；掌握数控加工中心加工的工艺方法；熟练掌握华中世纪星HNC21M系统控制面板和操作面板的功能；掌握加工中心程序的输入方法；掌握加工中心刀具和工件的装夹，学会正确对刀；熟练掌握手动及自动加工方法，能够独立完成首件试切加工。本章内容 6.1 数控加工中心概述 6.2 数控加工中心的刀库系统

2、 6.3 数控加工中心的工艺处理 6.4 加工中心的基本操作 习 题6.1 数控加工中心概述6.1.1 数控加工中心的组成 加工中心(Machining Center，MC)是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂工件的高效率自动化机床。加工中心是在数控铣床基础上发展起来的，加工中心与数控铣床最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、铣、镗、攻螺纹、切槽等多种加工功能。 世界上第一台加工中心于1958年诞生在美国，美国的卡尼特雷克公司在一台数控镗铣床上增加了换刀装置，这标志着第一台加工中心问世。4

3、0多年来出现了各种类型的加工中心，虽然外形结构各异，但总体上是由以下几大部分组成。 1. 基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成，它们是加工中心结构中的基础部件。这些大件有铸铁件，也有焊接的钢结构件，它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载，因此必须具备极高的刚度，也是加工中心中质量和体积最大的部件。6.1 数控加工中心概述 2. 主轴部件 由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制，并通过装在主轴上的刀具进行切削。主轴部件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件，其结构的好坏，对加工中心的性能有很大的影响。 3. 数控系统 由

4、CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部件组成，是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。 4. 自动换刀装置(ATC) 加工中心与一般机床最大的显著区别是具有对零件进行多工序加工能力，有一套自动换刀装置。6.1 数控加工中心概述6.1.2 数控加工中心的分类 根据加工中心的结构、功能、加工精度的不同，可将加工中心分为以下几类。 1. 主轴在空间所处的状态分类 1) 立式加工中心 立式加工中心(图6.1)的主轴在空间处于垂直状态，它能完成铣、镗、钻、扩、铰、攻螺纹等加工工序，最适合加工Z轴方向尺寸相对较小的工件，一般情况下除底面不能加工外，其余五个面都可以用不同的刀具进行轮

5、廓加工和表面加工。 2) 卧式加工中心 卧式加工中心(图6.2)主轴在空间处于水平状态。一般的卧式加工中心有三至五个坐标轴，常配有一个数控分度回转工作台。其刀库容量一般较大，有的刀库可存放几百把刀具。卧式加工中心的结构较立式加工中心复杂，体积和占地面积较大，价格也较昂贵。卧式加工中心适合于箱体类零件的加工。特别是箱体类零件上的系列组孔和型腔间有位置公差时，通过一次性装夹在回转工作台上，即可对箱体(除底面和顶面之外)的四个面进行铣、镗、钻、攻螺纹等加工。6.1 数控加工中心概述1数控柜 2刀库 3主轴 4工作台 1主轴 2刀库 3数控柜 4工作台6.1 数控加工中心概述 3) 复合加工中心 复合

6、加工中心(图6.3)又称五面加工中心，其主轴在空间可作水平和垂直转换，故又称立卧式加工中心。这种加工中心兼有立式和卧式加工中心的功能，在加工过程中，零件通过一次装夹，即能够完成对五面(除底面外)的加工，并能够保证得到较高的加工精度。但这种加工中心结构复杂，价格昂贵。图6.3 复合加工中心(五面加工中心)1工作台 2主轴 3刀库 4数控柜6.1 数控加工中心概述 2. 按坐标轴数分类 根据加工中心的可控坐标轴数和联动坐标轴数，可将加工中心分为：三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等加工中心。 3. 按工作台的数量和功能分类 1) 单工作台加工中心 单工作台加工中心即机床上只

7、有一个工作台。这种加工中心与其他加工中心相比，结构较简单，价格及加工效率均较低。 2) 双工作台加工中心 双工作台加工中心即机床上有两个工作台，这两个工作台可以相互更换。 一个工作台上的零件在加工时，在另一个工作台上可同时进行零件的装、卸。当一个工作台上的零件加工完毕后，自动交换另一个工作台，并对预先装好的零件紧接着进行加工。因此，这种加工中心比单工作台加工中心的效率高。 3) 多工作台加工中心 多工作台加工中心又称为柔性制造单元(FMC)，有两个以上可更换的工作台，实现多工作台加工。工作台上的零件可以是相同的，也可以是不同的，这些可由程序进行处理。多工作台加工中心结构较复杂，刀库容量大，控制

8、功能多，一般都是采用先进CNC系统，所以其价格昂贵。6.1 数控加工中心概述 4. 按加工精度分类 1) 普通加工中心 一般情况下，普通加工中心的分辨率多为lm，进给速度为1525m/min，定位精度为10m，重复定位精度616m。 2) 高精度加工中心 高精度加工中心的分辨率可达0.1m，最大进给速度可达100m/min以上，定位精度2m以内，重复定位精度一般为5m以内。 6.1.3 数控加工中心的加工对象及特点 数控加工中心具有高度自动化、大功率、高精度、高速度和高可靠性等优点，但是这些优点都是以一定条件为前提的，一台加工中心只有在合适的条件下才能发挥出最佳效益。加工中心最适合加工具有以下

9、特点的零件。 1. 周期性重复投产的零件 有些产品的市场需求具有周期性和季节性，如果采用专门的生产线则得不偿失，用普通设备加工效率又太低，质量还不稳定，而采用加工中心首批(件)试切成功后，程序和相关信息可保留下来，下次产品再生产时，只要很少的准备时间就可开始生产。6.1 数控加工中心概述6.1 数控加工中心概述2. 价格昂贵的高精度零件 有些零件需求甚少，但其价格昂贵，是不允许报废的关键零件，要求精度高且工期短，如果用传统机床加工需多台机床协调工作，并容易受人为因素影响出现废品；采用加工中心进行加工，生产过程完全由程序控制，避免了工艺流程中干扰因素，具有生产效率高质量稳定的特点。 3. 多品种

10、、小批量的零件 加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求零件加工的快速反应上，而且可以快速实现批量生产，迅速占领市场。 4. 结构比较复杂、需多工序多工位加工的零件 有些零件结构复杂，在普通机床上加工需要昂贵的工艺装备，使用数控铣床也需要多次更换刀具和夹具，使用加工中心就可能一次装夹完成钻、铣、镗、攻螺纹、切槽等多工序加工。 5. 难测量零件 加工中心对此类零件加工更有优越性。6.2 数控加工中心的刀库系统6.2.1 数控加工中心的自动换刀装置 加工中心为了能在工件一次安装中完成多种甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减少多次安装刀具和工件带来的误差，必须带有自动换刀装置。 在加工中心上的自动换刀

11、装置是多种多样的，主要由刀库、机械手和驱动结构等部分组成。刀库有盘式、鼓式和链式等形式，刀库可以存放加工过程中要使用的全部刀具，刀位从几个至几百个，刀具由可编程序控制器(PLC)管理，在使用中不需要设置编码和开关，采用任意换刀和最短距离转动的方式。换刀时，根据数控系统的指令，控制机械手(或通过其他方式)将刀具从刀库中取出装入主轴孔中。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置及结构的不同也有多种形式，如单臂式、双臂式、回转式和轨道式等；也有的加工中心不用机械手而是利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。6.2 数控加工中心的刀库系统 数控加工中心的自动换刀是利用刀库和换刀机械手实现的，在许多自动换刀装置中

12、，在刀库和换刀机械手之间有运刀机构。这里只介绍从刀库直接到换刀机械手的换刀形式。以下是为自动换刀装置的换刀全部过程。 第一，通常数控机床在加工过程中，系统会自动检查下一工序段将使用的刀具，刀库旋转，把所指定的刀具运到换刀位置上，等待交换； 第二，加工结束，主轴准停，刀具自动来到换刀位置，数控装置通过位置开关检测双方刀具是否正确到位，如“Y”，运行M06换刀指令，步入换刀动作，换刀过程如下： 机械手按顺时针方向旋转90后抓取双方刀具，主轴放松原来夹紧刀具；机械手向背离主轴端前进，把两刀具从刀库的刀座中和主轴的锥孔中抓出来。 换刀机械手转180，使两把刀具互换位置； 换刀机械手向主轴方向前进，使新

13、刀插入主轴锥孔中，用过的刀具插入刀 库的刀座中，启动夹紧电动机，主轴夹紧新刀具； 换刀机械手逆时针方向旋转90，回到原来位置，完成整个换刀动作(如图6.4 所示)。6.2.2 数控加工中心的自动换刀6.2 数控加工中心的刀库系统图6.4 双臂机械手换刀示意图6.3 数控加工中心的工艺处理 零件加工的工艺处理是一切机械加工的基础，包括对零件毛坯、加工设备、刀具、夹具、量具和辅具的选择以及整个加工工艺路线的安排等环节，其中加工工艺路线是加工中心编程的依据。6.3.1 加工顺序的确定 加工顺序(又称工序)通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排得科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产

14、率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排。 1. 先粗后精 当加工零件精度要求较高时通常都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工的几个阶段。 2. 基准面先行 用作基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工。例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面；箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面6.3 数控加工中心的工艺处理 3. 先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。 4

15、. 先主后次 即先加工主要表面，然后加工次要表面。在加工中心上加工零件，一般都有多个工步，使用多把刀具，因此加工顺序安排得是否合理，直接影响到加工精度、加工效率、刀具使用数量和经济效益。此外还应考虑减少换刀次数，节省辅助时间。一般情况下，每换一把新的刀具后，尽量一次加工完用该刀具加工的所有部位，以减少换刀次数，提高生产率。每道工序尽量减少刀具的空行程移动量，按最短路线安排加工表面的加工顺序。安排加工顺序时可参照采用粗铣大平面粗镗孔半精镗孔，采用立铣刀加工时：平面粗铣加工中心孔钻孔攻螺纹平面和孔精加工(精铣、铰、镗等)的加工顺序。 6.3 数控加工中心的工艺处理6.3.2 走刀路线的确定 在数控

16、加工中，刀具(严格说是刀位点)相对于零件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从起刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。 下面举例分析数控铣加工中心加工零件时常用的加工路线。 1. 轮廓铣削加工路线的分析 对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。如图6.5所示，用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀

17、，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向退出，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成零件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，如图6.6所示，若刀具从零件坐标原点出发，其加工路线为l2345，这样，可提高内孔表面的加工精度和质量。6.3 数控加工中心的工艺处理图6.5 外圆弧加工 图6.6 内圆弧加工6.3 数控加工中心的工艺处理 2. 位置精度要求较高的孔系加工路线的分析 对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。如图6.7所示，图(a)为零件图，在该零件上加工6个尺寸

18、相同的孔，有两种加工路线。当按(b)图所示123456路线加工时，由于5、6孔与1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向上的反向间隙会使定位误差增加，而影响5、6孔与其他孔的位置精度。按图(c)所示路线，加工完1234孔后，往上移动一段距离到P点，然后再折回来加6、5孔，这样方向一致，可避免反向间隙的引入，提高5、6孔与其他孔的位置精度。6.3 数控加工中心的工艺处理 (b) (c)图6.7 孔系的加工 6.3 数控加工中心的工艺处理 3. 铣削曲面的加工路线的分析 铣削曲面时，常用球头铣刀采用行切法进行加工。对于边界敞开的曲面可采用两种加工路线。如图6.8(a)所示为发动机叶片形状，当采用图6.

19、8(a)的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用图6.8(b)加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。(a) (b)图6.8 曲面铣削加工6.3 数控加工中心的工艺处理 在数控加工中心上加工时，为了减少接刀的痕迹，保证轮廓表面的质量，对刀具切入和切出程序段应仔细设计。如在铣削平面零件时，铣刀的切入和切出点应沿零件的周边外延，以保证零件轮廓光滑。如果铣刀沿法向直接切入零件，就会在零件外形上留

20、下明显的刀痕。再如，铣削加工中顺铣和逆铣得到的表面粗糙度是不同的。在精铣时，应尽量采用顺铣，以利于提高零件的表面质量。 为了提高零件的加工精度，可采用多次走刀方法，这样能控制变形误差。在轮廓加工时应避免进给停顿。因为在加工过程中，零件-刀具-夹具-机床工艺系统是平衡在弹性变形的状态下，进给停顿之后，切削力明显减小，系统平衡状态改变，刀具就很有可能在工件表面留下凹疾。 以上几例分析了数控加工中常用的加工路线，实际生产中，加工路线的确定要根据零件的具体结构特点，综合考虑，灵活运用。而确定加工路线的总原则是在保证零件加工精度和表面质量的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产率。6.3 数控加工中心的工

21、艺处理6.3.3 加工工艺参数 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具寿命并充分发挥机床的性能，最大限度地提高生产率，降低成本。 1. 主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和零件(或刀具)的直径来选择。其计算公式为： n = 1000v/D式中：v切削速度(m/min)，由刀具寿命决定； n主轴转速(r/min)； D刀具直径(mm)。 计算主轴转速n后，还要根据机床说明书选取机

22、床具有的或较接近的转速。6.3 数控加工中心的工艺处理 2. 进给速度的确定 进给速度(F)是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、零件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统性能的限制。 在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺 系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。 确定进给速度的原则： (1) 当零件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。对于学生在实验、实习中为了保证安全一般进给速度在100200mm/min范围内选取。 (2) 在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进

23、给速度，一般在2050mm/min范围内选取。 (3) 当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。 (4) 刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。6.3 数控加工中心的工艺处理 3. 背吃刀量确定(切削用量) 背吃刀量(ap)根据机床、零件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般留0.20.5mm。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴

24、转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。6.3 数控加工中心的工艺处理6.3.4 夹具的选择 在加工中心上，夹具的任务不仅是夹紧零件，而且还要以各个方向的定位面为参考基准，确定零件编程的原点。在加工中心上加工的零件一般都比较复杂，零件在一次装夹中，既要粗铣、粗镗，又要精铣、精镗，需要多种多样的刀具，这就要求夹具既能承受大切削力，又要满足定位精度要求。而加工中心的自动换刀功能又决定了在加工中不能使用支架、位置检测等夹具元件。加工中心的高柔性要求其夹具比普通机床结构更紧凑、简单，夹紧动作更迅速、准确，尽量减少辅助时间，操作更方便、省力、安全，而且要保证足够的刚性，能灵活多变。6

25、.3 数控加工中心的工艺处理 在加工中心上，要想合理应用好夹具，首先要对加工中心的加工特点有比较深刻的理解和掌握，同时还要考虑加工零件的精度、批量大小、制造周期和制造成本。 根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具类型有专用夹具、组合夹具、可调夹具和成组夹具。一般的选择顺序是单件生产中尽量用台虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后选用专用夹具和成组夹具。在选择时要综合考虑各种因素，选择最经济、最合理的夹具形式。 在设计、组装加工中心用的夹具时，要注意以下几点： (1) 为了简化定位和安装，夹具的每个定位面相对加工中心的机床原点，都应有精确的坐标尺寸。

26、 (2) 为保证零件安装方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向的一致性，夹具应能保证在机床上实现定向安装。加工中心工作台面上有基准T形槽，中心定位孔，工作台侧面基准等，在设计和组装夹具时，要充分利用这些条件。 (3) 经短时间的拆装，能改成适合新工件使用的夹具。由于加工中心的辅助时间已压缩得很短，配套夹具的装卸不能占用太多时间，设计夹具时应考虑零件尺寸测量基准、零件坐标系测量基准等。6.3 数控加工中心的工艺处理 (4) 夹具应具有尽可能少的元件数和较高的刚度。 (5) 为保持零件在本次定位装夹中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要尽量开敞，夹紧元件的空间位置能低则低，必须给刀具

27、运动轨迹留有空间。安装夹具不能和各工序刀具轨迹发生干涉。例如，使用端铣刀加工零件时，在进刀轨迹和出刀轨迹处不能和夹具的压紧螺栓及压板发生干涉。由于钻夹头和镗刀杆等很容易与夹具发生干涉，因此有些箱体零件利用内部空间来安排夹紧装置。 (6) 考虑机床主轴与工作台面之间的最小距离和刀具的装夹长度，夹具应确保在主轴的行程范围内能使零件的加工内容全部完成。当在工作台上直接装夹比较薄的零件，而所用的刀具又比较短时，应事先核对刀具轴向的相关尺寸。 (7) 由于交换工作台有移动、上托、下沉和旋转等动作，因此夹具设计时须防止夹具与机床的空间干涉。 (8) 有些时候夹具上的定位块是安装工件时使用的，在加工过程中，

28、为满足前后左右各个工位的加工，防止干涉，零件夹紧后即可拆去。对此，要考虑拆除定位元件后，零件定位精度的保持问题。6.3 数控加工中心的工艺处理 (9) 尽量不要在加工中途更换夹紧点。当非要更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏定位精度，必要时应在工艺文件中注明。 (10) 夹具底面与工作台面接触时，夹具的底面平面度必须保证在0.01 0.02mm以内，表面粗糙度不大于Ra3.2m。 在考虑夹紧方案时，应注意机床及工件的稳定性。防止出现由于机床、 夹具和零件的刚度不够产生的自激振动，使加工后尺寸发生偏差。在考虑夹紧方案时，夹紧力应力求靠近主要支撑点，或在支撑点所组成的三角形内，并靠近切削

29、部位及刚性好的地方，尽量不要在被加工孔的上方，同时考虑各个夹压部件不要与加工部位和刀具发生干涉。 夹具在机床上的安装误差和零件在夹具上的定位、安装误差对加工精度将产生直接影响。即使在程序原点与零件本身的基准点相符合的场合，也要求零件对机床坐标轴线上的角度进行准确的调整。如果编程原点不是根据零件本身，而是按夹具的基准来测量，则在编制工艺文件时，应根据零件的加工精度对装夹提出特殊要求。夹具上零件定位面的任何磨损以及任何污秽都会引起加工误差，因此，操作者在装夹零件时一定要将定位面擦干净，并按工艺文件上的要求找正定位面，使其在一定的精度范围内。 6.3 数控加工中心的工艺处理 夹具必须保证最小的夹紧变

30、形。零件在粗加工时，切削力大，需要夹紧力大，但又不能使零件夹压变形，因此必须慎重选择夹具的支撑点、定位点和夹紧点。压板的夹紧点要尽量接近支撑点，避免将夹紧力加在零件无支撑的区域。如采用这些措施后仍不能控制零件变形，只能将粗、精加工工序分开，或者粗加工程序仅考虑粗加工过程，在粗加工后编一个停止指令，操作者松开压板，使零件消除变形后，再继续进行精加工。6.3 数控加工中心的工艺处理6.4 加工中心的基本操作 加工中心是在数控铣床的基础上发展起来的，在机床操作方法上，如控制面板的使用、对刀、工件的装夹、程序的输入及编辑等方面与铣床都有相同或相似之处，在这里主要以华中世纪星(HNC-21M)数控系统为

31、主，对加工中心的 使用方法进行介绍。 华中世纪星(HNC-21M)数控系统是在华中I型、华中2000系列数控系统的基础上，满足用户对低价格、高性能、简单、可靠的要求而开发的数控系统。该系统适用于各种车、铣及加工中心等机床的控制，该系统采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容，结构牢靠，造型美观，体积小巧，具有极高的性能价格比，在国产数控系统中，市场占有率较高。目前已广泛用于车、铣、磨、锻、齿轮、仿形、激光加工、纺织以及医疗等设备。 华中世纪星数控系统主要特点： (1) 最大联动轴数为4。 (2) 可选配各种类型的伺服驱动单元。 (3) 除标准机床控制面板外，配置40路

32、开关量输入和32路开关量输出接口、手持单元接口、主轴控制与编码器接口。还可扩展远程128路输入/128路输出端子板。 (4) 采用7.7英寸彩色液晶显示器(分辨率为640480)，全汉字操作界面、故障诊断与报警、加工轨迹图形显示和仿真，操作简便，易于掌握和使用。 (5) 采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容。 (6) 小线段加工功能，特别适合于CAD/CAM设计的复杂模具零件加工。 (7) 加工断点保存/恢复功能，方便用户使用。 (8) 反向间隙和单、双向螺距误差补偿功能。 (9) 巨量程序加工能力。不需DNC，配置硬盘可直接加工单个高达2GB的G代码程序。 (1

33、0) 内置RS-232通信接口，轻松实现机床数据通信。6.4 加工中心的基本操作6.4.1 操作面板与基本操作 HNC-21M数控系统适合于数控铣床及加工中心机床的控制。标准机床控制面板的大部分按键位于操作台的下部，急停按钮位于操作台的右上角。HNC-21M数控系统操作面板如图6.9所示。它主要由液晶显示器、MDI键盘、功能键及机床控制面板几部分组成。6.4 加工中心的基本操作图6.9 华中世纪星HNC21M数控系统操作面板6.4 加工中心的基本操作 1. 开、关机与返回参考点操作 1) 开机操作 打开电源，数控装置上电，HNC21M自检并自动运行系统软件。此时，液晶显示器显示系统上电屏幕软件

34、操作界面，工作方式为急停。 2) 复位 系统上电进入软件操作界面时，系统的工作方式为“急停”，为了使控制系统运行，需左旋并拔起操作台右上角的急停按钮，使系统复位，并接通伺服电源。系统默认进入回参考点方式，软件操作界面的工作方式变为“回零”。 3) 返回机床参考点 (1) 按控制面板上面的“回零”键，确保系统处于回零方式。 (2) 根据机床参数回参考点方向，按下+Z或-Z键，Z轴回到参考点后，+Z或-Z键内的指示灯亮。 (3) 用同样的方法使X、Y轴回参考点，所有轴回参考点后即建立了机床坐标系。 在机床处于以下三种状况时，机床必须回零，否则数控系统会因推动机床零点记忆而发生故障：6.4 加工中心

35、的基本操作 机床关机后重新接通电源； 机床解除急停状态后； 机床超程报警解除后。 4) 急停操作 机床运行过程中，在危险或紧急情况下，按下急停按钮，CNC即进入急停 状态，伺服进给及主轴运转立即停止。工作控制柜内的进给驱动电源被切断。对于初学者在操作机床时应随时把一只手放在急停按钮上，一旦有紧急情况，可以立即停止机床运动。松开急停按钮，左旋此按钮可以自动跳起，CNC进入复位状态。解除紧急停止前，先确认故障原因是否排除，紧急停止解除后，应重新执行回参考点操作以确保坐标位置的正确性。注意在上电和关机之前应按下急停按钮以减少设备电冲击。 5) 超程解除 在伺服轴行程的两端各有一个极限开关，作用是防止

36、伺服机构碰撞而损坏。每当伺服机构碰到行程极限开关时，就会出现超程。当某轴出现超程时，机床就紧急停止。要退出超程状态时，必须松开急停按钮，然后按住超程解除开关，把工作方式转为手动或手摇方式，按点动按钮，使该轴向相反方向退出超程状态。6.4 加工中心的基本操作 6) 关机 (1) 按下控制面板上的急停按钮，断开伺服电源。 (2) 断开数控电源。 (3) 断开机床电源。 2. 机床手动操作 机床的手动操作主要包括手动移动机床坐标轴(点动方式、增量方式、手摇)，手动控制主轴(制动、启停、定向)，机床锁住，Z轴锁住，刀具松紧，冷却液启停及手动数据输入(MDI)运行等。机床手动操作主要由机床控制面板(图6

37、.10)完成。图6.10 机床控制面板6.4 加工中心的基本操作 l) 坐标轴移动 手动移动机床坐标轴的操作由机床控制面板上的方式选择、轴手动、增量倍率、进给修调、快速修调等按键共同完成。 (1) 点动进给 按 “手动”键，指示灯亮，系统处于点动运行方式，可点动移动机床坐标轴，按+X或-X键，指示灯亮，X轴将产生正向或负向连续移动,松开+X或-X按键，指示灯灭，X轴即减速停止。用同样的操作方法，按相应的坐标正、负键，可以使Y、Z、4THZ轴产生正向和负向点动。 同时按多个方向轴手动按键，每次能手动连续移动多个坐标轴。 (2) 在点动进给时，若同时按“快进”键，则产生相应轴的正或负向快速运动。

38、2) 主轴控制主轴控制由机床控制面板上的主轴控制按键完成。 (1) 主轴制动 在手动方式下，主轴处于停止状态时按“主轴制动”键，相应指示灯亮，主电动机被锁定在当前位置。 (2) 主轴正反转及停止 在手动方式下，当主轴制动无效时(指示灯灭)，按“主轴正转”键，相应指示灯亮，主电动机以机床参数设定的转速正转；按“主轴反转”键，主电动机以机床参数设定的转速反转；按主轴停止按键，指示灯亮，主电动机停止运转。6.4 加工中心的基本操作 (3) 主轴定向 在机床换刀时，需要主轴有定向功能，这是因为换刀时主轴上的刀具必须完成定位，否则会损坏刀具或刀爪。在手动方式下，当“主轴制动”无效时，按“主轴定向”键，主

39、轴立即执行主轴定向功能，定向完成后，按键内指示灯亮，主轴准确停止在某一固定位置。 (4) 主轴速度修调 主轴正转及反转的速度可通过主轴修调调节，按主轴修调右侧的100%键，主轴修调倍率被置为100%，按“+”键，主轴修调倍率递增5%，按“”键主轴修调倍率递减5%，机械齿轮换挡时主轴速度不能修调。 3) 机床锁住与Z轴锁住机床锁住与Z轴锁住，由机床控制面板上的“机床锁住”与“Z轴锁住”键完成。 (1) 机床锁住 在手动状态下，按“机床锁住”键，相应指示灯亮，再进行手动操作，系统继续执行，显示屏上的坐标轴位置信息变化，但不输出伺服轴的移动指令，所以机床停止不动。 (2) Z轴锁住 在手动状态下，按

40、“Z轴锁住”键，相应指示灯亮，再手动移动Z轴，Z轴坐标位置信息变化，但Z轴实际不运动。6.4 加工中心的基本操作 3. 手动数据输入(MDI)运行 在主操作界面下，按F4键进入MDI功能。子菜单命令行与菜单条的显示如图6.11所示。在MDI功能子菜单下，按F6键进入MDI运行方式，这时可以从NC键盘输入并执行一个G代码指令段即 MDI运行。MDI输入的最小单位是一个有效指令字，MDI输入可以一次输入也可多次输入。在输入完一个MDI指令段后，按一下操作面板上的“循环启动”键，系统即开始运行所输入的MDI指令。图6.11 MDI运行6.4 加工中心的基本操作 4. 坐标系参数输入 如果在加工程序中

41、，用G54G59指令设置坐标系，必须在运行程序前在MDI功能子菜单下按F3键(坐标系)进行坐标系设置，按F10键退出。具体操作 步骤如下： (1) 按F3键图形显示窗口将显示G54坐标系参数，如图6.12所示。图6.12 坐标系设置界面6.4 加工中心的基本操作 (2) 按PageDown键，窗口将依次切换到G54、G55、G56、G57、G58、G59坐标系状态；按PageUp键，窗口将返回。 (3) 在命令行输入所设工件坐标系原点相对于机床零点的值并按回车(Enter)键。 5. 刀具及刀库参数输入 1) 刀具参数输入 在MDI功能子菜单下按F2键(刀具表)进行刀具参数设置，按F10键退出

42、。 操作步骤如下： (1) 按F2键(刀具表)，图形显示窗口将显示刀具表，如图6.13所示。6.4 加工中心的基本操作图6.13 刀具表6.4 加工中心的基本操作 (2) 可用 、PageUp和PageDown键移动蓝色的亮条选择要编辑的选项，按回车键(Enter)确认选项。 (3) 可用、PageUp、PageDown、Home、End和Backspace键进行编辑修改相应参数，按Esc键退出编辑。 (4) 修改完毕，按回车键(Enter)确认。 2) 刀库参数输入 在MDI功能子菜单下按F1键(刀库表)进行刀库参数设置，按F10键退出。 操作步骤如下： (l) 按F1键(刀库表)，图形显示

43、窗口将显示刀库表(图6.14)。图6.14 刀库表6.4 加工中心的基本操作 (2) 用、PageUp和PageDown键移动蓝色的亮条选择要编辑的选项，按回车(Enter)键确认选项。 (3) 可用、PageUp、PageDown、Home、End和Backspace键进行编辑修改相应参数，按Esc键退出编辑。 (4) 修改完毕，接回车(Enter)键确认。 6. 程序的输入 输入 G代码程序的菜单命令位于“自动加工”子菜单下。 操作步骤如下： (1) 在机床主操作界面下按F1键(自动加工)进入自动加工子菜单。 (2) 在自动加工子菜单下，按F1键(程序选择)，系统在显示窗口会弹出一个小窗口

44、,如图6.15所示。图6.15 选择编辑程序6.4 加工中心的基本操作 (3) 选择“磁盘程序”项，按Enter键确认，按()键选择“正在编辑的程序”项。 (4) 蓝色亮条在“搜寻”框时，按“”键选择输入程序所在磁盘。 (5) 按“Tab”键，蓝色亮条进入文件列表框，连续按“”键选取应输入的G代码文件(如O0076)，按Enter键确认，或按两次“Tab”键在“文件名”框直接输入要输入的G代码文件，按Enter键确认。完成G代码文件输入后，在命令行应提示“程序开始”，否则，G代码文件程序号有错，应进行修改，重新执行输入操作。按操作面板上的“循环启动”键，机床便开始运行G代码程序了。 7. 程序

45、的读入 在“在选择编辑程序”菜单中选“串口程序”。按Enter键，系统提示“正在和发送串口数据的计算机联络”。在上位计算机上执行DNC程序，弹出主菜单。按Alt+F键，弹出文件子菜单，选择发送DNC文件选项，按Enter键，在要发送的文件的对话框中选择选择要发送的文件。按Enter键，系统提示“正在和接收数据的NC装置联络”，联络成功后，开始传输文件，HNC21M的命令行提示“正在接收串口文件”。传输完毕，计算机上弹出对话框，提示文件发送完毕，HNC21M的命令行提示“接收串口文件完毕”，编辑器将调入的串口程序到编辑缓冲区。6.4 加工中心的基本操作8. 自动加工 当方式选择开关置于自动方式时

46、，机床控制由CNC自动完成。在主菜单下按F1键进入自动加工功能子菜单，按F1键(程序选择)选择要运行的加工程序如图6.16所示。按下“循环启动”按钮，自动加工开始。自动加工期间，“循环启动”按钮内指示灯亮。图6.16 程序选择对话框6.4 加工中心的基本操作 1) 单段运行 当方式选择开关置于单段方式时，CNC系统控制加工程序逐段执行：一段程序运行完成后机床加工停止，再按“循环启动”按钮，CNC系统控制执行下一程序段；每一段程序执行完成后，必须按“循环启动”按钮，方可执行下一程序段。 2) 自动运行暂停进给保持 自动运行暂停。在自动运行过程中，按“进给保持”键，暂停执行程序，机床运动轴减速停止

47、，刀具、主轴电动机停止运行。在暂停期间按钮内指示灯亮。 在自动运行暂停状态下，按“循环启动”键，系统将重新启动，以暂停前的状态继续运行。 3) 进给速度修调 在自动方式下，当进给速度偏高或偏低时，可用操作面板上的进给修调开关调整程序中编制的进给速度，此开关可提供10%160%的修调范围。6.4 加工中心的基本操作6.4.2 零件加工实例 1. 凸轮加工(在立式加工中心上加工) 如图6.17所示的平面凸轮，材料为铝合金。由一段R50mm的圆弧、两段R20mm的圆弧、一段R30mm的圆弧和两段直线构成了凸轮的轮廓，凸轮厚6mm。零件毛坯是一个圆形毛坯，在普通车床已粗车外圆至 l00mm，并已完成上

48、下平面及 20mm中心的孔加工。图6.17 平面凸轮6.4 加工中心的基本操作1) 工艺分析该凸轮的材料为硬铝合金，毛坯直径为l00mm，材料的切削量不大，铣刀沿凸轮的轮廓铣削一圈即可完成加工，加工时用两道工序，第一道工序是粗铣凸轮轮廓，第二道工序是精铣，精铣时凸轮的径向切削余量为0.5mm。编程时只用一个程序，只不过在粗加工时设刀具的半径比实际半径值大0.5mm，精加工时再改为实际值。2) 零件的装夹方式与夹具 对于此类小型凸轮，一般用心轴定位、压紧即可。根据图6.17所示凸轮的结构特点，用一个定位芯轴对零件毛坯进行定位；用螺柱压紧零件，零件毛坯下有一垫铁将零件托起与台面平行，并用百分表检查

49、，最后用压铁固定，如图6.18所示。6.4 加工中心的基本操作 图6.18 凸轮装夹 3) 刀具与切削用量 因为加工材料为铝合金，硬度不高，因而刀具选择普通高速钢刀具；零件表面粗糙度没有特别要求，根据机床性能和加工经验，刀具与切削用量的选择见表6-1。6.4 加工中心的基本操作表6-1 刀具与切削用量刀 具刀 号 (刀具直径)/ mm转速/(r/min)进给量/( mm/min)立铣刀T1121200150中心钻T221000100麻花钻T38800 80 4) 编程坐标系与走刀路线 编程坐标系零点设在凸轮毛坯轴心上表面处。经查询各点坐标如下：A(18.856，36.667)、B(28.284

50、，10.00)、C(28.284，10)、D(18.856，36.667)。 走刀路线从零件毛坯上方35mm处的S(50，80，35)点起刀，垂直进刀到(58，80，7)进刀点，(50，10，7)抬刀点。走刀路线 起刀点FEDCBAF抬刀点换刀钻中心孔换刀钻4 10mm孔。6.4 加工中心的基本操作5) 编写加工程序O1000 N01 G92 Y0 Z35 M06 T1; 零件坐标系建立N02 G90 G00 X50 Y80;N03 G01 Z-7 M03 F150 S1000;Z向进刀N04 G01 G42 X0 Y50 D01 F150 D01;进刀至F点，刀具半径右补偿N05 G03 Y

51、-50 I0 J-50; 切削至E点N06 G03 X18856 Y-36667 R20;切削至D点N07 G0l X28284 Y-10;切削至C点N08 G03 X28284 Y10 R30;切削至B点N09 G01 X18856 Y36667;切削至A点N10 G03 X0 Y50 R20;切削至F点N11 G01 X-10;退刀至G点N12 Z35 F500;抬刀N13 G00 X50 Y80;精加工6.4 加工中心的基本操作N14 G01 Z-7 M03 F150 S1200;Z向进刀N15 G01 G42 X0 Y50 D01 F150 D02进刀至F点，刀具半径右补偿N16 G0

52、3 Y-50 I0 J-50; 切削至E点N17 G03 X18856 Y-36667 R20;切削至D点N18 G0l X28284 Y-10;切削至C点N19 G03 X28284 Y10 R30;切削至B点N20 G01 X18856 Y36667; 切削至A点N21 G03 X0 Y50 R20;切削至F点N22 G01 X-10;退刀至G点N23 Z35 F500;抬刀N24 G40 Y0 M05;撤消刀补N25 M06 T2;换中心钻N26 M03 S1000;主轴正转N27 G00 X20 Y0;快速移动N28 G00 Z3;N29 G01 Z-2 F100;钻中心孔N30 G0

53、0 Z30;快速抬刀6.4 加工中心的基本操作N31 G00 X0 Y20;N32 G00 Z3;N33 G01 Z-2 F200;钻中心孔N34 G00 Z30;快速抬刀N35 G00 X20 Y0; N36 G00 Z3;N37 G01 Z-2 F200;钻中心孔N38 G00 Z30;N39 G00 X0 Y-20; N40 G00 Z3;N41 G01 Z-2 F200;钻中心孔N42 G00 Z30 M05;快速抬刀N43 M06 T3;换钻头N44 M03 S800;N45 G00 X20 Y0; 快速移动N46 G00 Z3;6.4 加工中心的基本操作N47 G01 Z-7 F8

54、0;钻孔N48 G01 Z30;抬刀N49 G00 X0 Y20;快速移动N50 G00 Z3;N51 G01 Z-7 F80;钻孔N52 G01 Z30;抬刀N53 G00 X20 Y0; 快速移动N54 G00 Z3;N55 G01 Z-7 F80;钻孔N56 G00 Z30;N57 G00 X0 Y-20; N58 G00 Z3;N59 G01 Z-7 F80;钻孔N60 G01 Z30;抬刀N61 M30; 程序结束6.4 加工中心的基本操作 2. 凸轮槽加工(在卧式加工中心上加工) 图6.19所示为平面凸轮槽，在普通机床上加工该零件，不仅效率低，而且很难保证零件的加工质量，而在仿形机

55、床上加工时需要一套相应的模具。在加工中心上加工时只须编制一套加工程序即可进行加工，其效率和质量都会令人十分满意。下面介绍的就是该零件的加工程序的编制步骤。(a) (b)图6.19 平面凸轮槽零件坐标系6.4 加工中心的基本操作1) 根据图样的要求确定加工工艺(1) 将零件安装在弯板上，并找正，使被加工面平行于X轴，如图6.19(b)所示。(2) 在凸轮曲线上，程序加工起点处钻 12.5的孔，作为铣刀引入用。(3) 锪 12.5孔至 13.5，孔底留余量0.5mm。(4) 用 14的立铣刀铣 槽。(5) 选择刀辅具及切削用量，见表6-2。表6-2 切削用量刀 具刀 辅 具切削用量/mmT 码种

56、类SFT01 12.5钻头JT40M13570060T02 13.5平顶钻JT40M13560040T03 14立铣刀JT40MW255400606.4 加工中心的基本操作 2) 加工程序的编制 (1) 确定零件坐标系 选择凸轮圆心为X、Y轴的零点，离零件表面30mm处为Z轴的零点(见图6.19(b)。 (2) 按工艺要求编制加工程序 在编程之前要事先计算每一圆弧的起点坐标和终点坐标值，有了坐标值才能进行编程。坐标值的计算这里就不一一介绍了。 (3) 加工程序：O0001 ；N01 G92 X0 Y0 Z0 ；N02 G30 Y0 M06 T01 ；N03 G90 G00 X36.12 Y0

57、；N04 G43 Z0 H01 S700 M03 ；N05 G98 G81 Z-39.0 R-25.0 F60 ；N06 G00 G49 Z0 M05 ；N07 G30 Y0 M06 T02 ；N08 X36.12 Y0 ；6.4 加工中心的基本操作N09 G43 Z0 H02 S600 M03 ；N10 G98 G81 Z-39.5 R-25.0 F40 ；N11 G00 G49 Z0 M05 ；N12 G30 Y0 M06 T03 ；N13 X36.12 Y0 ；N14 G43 Z-25.0 H03 S400 M03 ；N15 G91 G01 Z-15.0 F60 ；N16 G02 X1.

58、71 Y5.6 R10.0 ；N17 G03 X-14.96 Y72.84 R52.0 ；N18 G03 X-10.72 Y0.61 R10.0 ；N19 G01 X-13.7 Y-6.54 ；N20 G02 X-10.42 Y-3.23 R38.0 ；N21 G03 X-41.57 Y-115.76 R70.15 ；N22 X3.95 Y-2.72 R10.0 ；N23 X55.68 Y12.32 R52.0 ；6.4 加工中心的基本操作N24 G02 X4.07 Y2.52 R10.0 ；N25 G03 X24.96 Y34.35 R36.12 ；N26 G01 Z15.0 F40 ；N2

59、7 G00 G90 G49 Z0 M05 ；N28 G28 Z0 ；N29 G28 X0 Y0 ；N30 M30； 3. 机油泵体加工 图6.20所示为机油泵的壳体，泵腔有两个半圆孔，用镗削加工时，会由于让刀等原因很难保证与之同轴孔的同轴度，而且孔底接刀也达不到要求。在加工中心上进行加工时，可以用圆弧插补的方法加工半圆，这样可以保证孔底的平面度和孔的同轴度，现将其程序介绍如下。6.4 加工中心的基本操作(a) 机油泵体I、III工位零件坐标系6.4 加工中心的基本操作(b) 机油泵体II工位零件坐标系图6.20 机油泵的壳体6.4 加工中心的基本操作1) 根据图样要求确定工艺方案及加工路线(1

60、) 工艺分析(略)。(2) 安装方法(略)。(3) 工艺路线：打、孔的中心孔；钻、孔至 17；粗镗、孔至 17.8；精镗、孔至图样要求；打孔中心孔，钻孔至图样要求；转位、铣A面、打、中心孔；钻、孔至图样要求；转位、粗铣2 44.5F9孔及底面，精铣2 44.5F9孔及底面至图样要求。(4) 刀具选择、切削用量选择(略)。(5) 刀辅具选择(略)。6.4 加工中心的基本操作(5) 刀辅具选择(略)。2) 确定工件坐标系图6.20(a)为、工位零件坐标系。图6.20(b)为工位零件坐标系(计算略)。3) 加工程序O0002 ；N01 G92 X0 Y0 Z0 ；建立零件坐标系N02 G30 Y0