加工中心加工工艺赵军华

第6章

加工中心加工工艺

6.1加工中心简介加工中心(MachiningCenter)简称MC，是由机械设备与数控系统组成的适用于加工复杂零件的高效率自动化机床。以下以FANUC数控系统的XH714加工中心为例来讲述。

加工中心是高效、高精度数控机床，工件在一次装夹中便可完成多道工序的加工，同时还备有刀具库，并且有自动换刀功能。

6.1.1加工中心的主要功能加工中心能实现三轴或三轴以上的联动控制，以保证刀具进行复杂表面的加工。加工中心除具有直线插补和圆弧插补功能外，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、离线编程等功能。加工中心从外观上可分为立式、卧式和复合加工中心等。立式加工中心的主轴垂直于工作台，主要适用于加工板材类、壳体类工件，也可用于模具加工。卧式加工中心的主轴轴线与工作台台面平行，它的工作台大多为由伺服电动机控制的数控回转台，在工件一次装夹中，通过工作台旋转可实现多个加工面的加工，适用于箱体类工件加工。复合加工中心主要是指在一台加工中心上有立、卧两个主轴或主轴可90°改变角度，因而可在工件一次装夹中实现五个面的加工。立式数控加工中心卧式数控加工中心中小型立式加工中心

6.1.2加工中心的工艺及工艺装备加工中心是一种工艺范围较广的数控加工机床，能进行铣削、镗削、钻削和螺纹加工等多项工作。加工中心特别适合于箱体类零件和孔系的加工。加工工艺范围如图6.1～图6.4。图6.1铣削加工图6.2钻削加工图6.3螺纹加工图6.4镗削加工

了解在加工中心加工中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。对加工中心工艺知识有一个系统的了解，并学会制定加工中心加工工艺和进行工艺分析的方法。教学目的：6.2加工中心加工工艺内容知识点学习要求建议学时概述加工中心的主要加工对象了解2加工中心的结构及类型加工中心加工工件的安装、对刀与换刀加工中心加工工件的安装掌握加工中心加工定位基准的选择加工中心夹具的确定加工中心加工的对刀与换刀加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺重点掌握2典型加工中心加工零件的工艺分析盖板零件结构特点及加工工艺的制定理解4支承套零件结构特点及加工工艺的制定学习内容与知识点：6.2.1加工中心加工工件的安装选择基准的三个基本要求：

所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单

保证加工精度

选择定位基准准6原则：尽量选择设计计基准作为定定位基准定位基准与设设计基准不能能统一时，应应严格控制定定位误差保证证加工精度工件需两次以以上装夹加工工时，所选基基准在一次装装夹定位能完完成全部关键键精度部位的的加工所选基准要保保证完成尽可可能多的加工工内容批量加工时，，零件定位基基准应尽可能能与建立工件件坐标系的对对刀基准重合合加工中心加工工定位基准的的选择需要多次装夹夹时，基准应应该前后统一一6.2.2加加工中心夹夹具的确定对夹具的基本本要求：夹紧机构不得得影响进给，，加工部位要要敞开夹具在机床上上能实现定向向安装夹具的刚性与与稳定性要好好不影响进给的的装夹示例加工中心夹具具的确定通用夹具组合夹具专用夹具可调整夹具多工位夹具常用夹具种类类成组夹具加工中心夹具具的确定新型数控夹具具体加工中心夹具具的确定孔系组合夹具具加工中心夹具具的确定槽系组合夹具具加工中心夹具具的确定加工中心夹具具的选用原则则：在保证加工精精度和生产效效率的前提下下，优先选用用通用夹具批量加工可考考虑采用简单单专用夹具大批量量加工工可考考虑采采用多多工位位夹具具和高高效的的气压压、液液压等等专用用夹具具采用成成组工工艺时时应使使用成成组夹夹具加工中中心夹夹具的的确定定6.3.3制制定加加工中中心加加工工工艺零件的的工艺艺分析析分析零零件的的技术术要求求：尺尺寸精精度要要求、、几何何形状状精度度要求求、位位置精精度要要求、、表面面粗糙糙度表表面质质量要要求、、热处处理及及其他他技术术要求求；检查零零件图图的完完整性性和正正确性性；分析零零件结结构工工艺性性：主主要分分析零零件的的加工工内容容采用用加工工中心心加工工时的的可行行性、、经济济性、、方便便性；；确定加加工中中心的的加工工内容容：确确定零零件适适合加加工中中心加加工的的部位位、结结构和和表面面；工艺方方案的的设计计工艺设设计包包括完完成加加工任任务所所需要要的设设备、、工装装量夹夹具的的选择择，工工艺路路线加加工方方法的的确定定。加工方方法的的选择择加工顺顺序的的合理理按排排制定加加工中中心加加工工工艺工步设设计先粗加加工，，半精精加工工，再再精加加工。既有孔孔又有有面的的加工工时先先铣面面后镗镗孔。。采用相相同设设计基基准集集中加加工的的原则则。相同工工位集集中加加工，，邻近近工位位一起起加工工可提提高加加工效效率。。按所用用刀具具划分分工步步。有较高高同轴轴度要要求的的孔系系，应应该单单独完完成，，再加加工其其他形形位。。在一次次装夹夹定位位中，，能加加工的的形位位全部部加工工完。。制定加加工中中心加加工工工艺进给路路线的的确定定孔加工工路线线的确确定：：确定XY平平面内内的进进给路路线：：定位位要迅迅速，，保证证不发发生碰碰撞的的前提提下缩缩短空空行程程；定定位要要准确确。确定Z向的的进给给路线线制定加加工中中心加加工工工艺加工余余量的的确定定表面粗粗糙度度表面缺缺陷层层深度度空间偏偏差表面几几何形形状误误差装夹误误差影响加加工余余量大大小的的因素素制定加加工中中心加加工工工艺工序尺尺寸及及公差差的确确定注意定定位基基准与与设计计基准准不重重合时时工序序尺寸寸及公公差的的确定定问题题。制定加加工中中心加加工工工艺切削用用量的的选择择选择加加工中中心切切削用用量时时，应应根据据加工工类型型方式式和加加工工工序（（表面面加工工、孔孔加工工、粗粗、精精加工工等））；坯坯料种种类、、硬度度；刀刀具类类型、、转速速、直直径大大小、、刀刃刃材质质等因因素综综合确确定。。参照照理论论切削削用量量，根根据实实际切切削的的具体体情况况，确确定合合适的的切削削用量量。制定加加工中中心加加工工工艺6.4.4刀具具的选选择（1））加工工中心心对刀刀具的的基本本要求求是：：1）良良好的的切削削性能能：能能承受受高速速切削削和强强力切切削并并且性性能稳稳定；；2）较较高的的精度度：刀刀具的的精度度指刀刀具的的形状状精度度和刀刀具与与装卡卡装置置的位位置精精度；；3）配配备完完善的的工具具系统统：满满足多多刀连连续加加工的的要求求。（2））刀具具选择择指令令用地址址T及及后面面两位位数或或是四四位数数来表表示，，用来来选择择机床床上刀刀库的的刀具具。一一般T代码码后面面的数数字为为刀具具号。。移动指指令和和T代代码写写在同同一程程序段段中指指令时时，执执行指指令的的顺序序有两两种：：1）移移动指指令和和T指指令同同时开开始。。2）移移动指指令结结束后后，开开始T功能能指令令。（3））刀具具选择择方式式1）顺顺序选选到把主轴轴上的的刀具具使用用完后后放回回原处处，再再选择择新的的刀具具。刀刀库中中刀座座号中中的刀刀具号号保持持不变变（一一般无无机械械手））。指令格格式为为：T×××M06；；执行行格式式为：：还刀刀—找找刀——装刀刀2）预预选选选刀任选方方式是是对刀刀具或或刀座座进行行编码码，并并根据据编码码选刀刀。它它可分分为刀刀具编编码和和刀座座编码码两种种方式式。指令格格式：：………T×××；；……M06；执行格格式：：找刀刀—换换刀（（结构构复杂杂，但但换刀刀时间间短））。在在有机机械手手加工工中心心多用用此方方法。。目前应应用最最多的的是计计算机机记忆忆式选选刀。。这种种方式式的特特点是是，刀刀具号号和存存刀位位置或或刀座座号对对应地地记忆忆在计计算机机的存存储器器或可可编程程控制制器内内。①主主轴箱箱回到到最高高处(Z坐坐标零零点)，同同时实实现““主轴轴准停停”。。②机机械手手抓住住主轴轴上和和刀库库上的的刀具具。③③活活塞塞杆推推动机机械手手下行行，从从主轴轴和刀刀库上上取出出刀具具。④机机械手手回转转180°°，交交换刀刀具位位置。。⑤将将更换换后的的刀具具装入入主轴轴和刀刀库。。⑥机机械手手放开开主轴轴和刀刀库上上的刀刀具后后复位位。换刀机机械手手的换换刀过过程主轴移移动式式换刀刀过程程6.4.5典典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析例一：：盖板板零件件在加加工中中心的的加工工工艺艺盖板是是机械械加工工中常常见的的零件件，加加工表表面有有平面面和孔孔，通通常需需经铣铣平面面、钻钻孔、、扩孔孔、镗镗孔、、铰孔孔及攻攻螺纹纹等工工步才才能完完成。。下面面以右右图所所示盖盖板为为例介介绍其其加工工中心心加工工工艺艺。盖板零零件简简图零件工工艺分分析选择加加工中中心设计工工艺：：选择加加工方方法确定加加工顺顺序确定装装夹方方案和和选择择夹具具选择刀刀具制定工工艺步步骤：：确定进进给路路线选择切切削用用量典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析盖板零零件在在加工工中心心的加加工工工艺1．分析零零件图图样，，选择择加工工内容容该盖板板的材材料为为铸铁铁，故故毛坯坯为铸铸件。。由零零件图图可知知，盖盖板的的四个个侧面面为不不加工工表面面，全全部加加工表表面都都集中中在A、B面上。。最高高精度度为IT7级。。从工工序集集中和和便于于定位位两个个方面面考虑虑，选选择B面及及位于于B面面上的的全部部孔在在加工工中心心上加加工，，将A面作作为主主要定定位基基准，，并在在前道道工序序中先先加工工好。。典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析盖板零零件在在加工工中心心的加加工工工艺2．选择加加工中中心由于B面及及位于于B面面上的的全部部孔，，只需需单工工位加加工即即可完完成，，故选选择立立式加加工中中心。。加工工表面面不多多，只只有粗粗铣、、精铣铣、粗粗镗、、半精精镗、、精镗镗、钻钻、扩扩、锪锪、铰铰及攻攻螺纹纹等工工步，，所需需刀具具不超超过20把把。选选用国国产XH714型立立式加加工中中心即即可满满足上上述要要求。。该机机床工工作台台尺寸寸为400mm×800mm，，x轴行程程为600mm，y轴轴行程程为400mm，z轴行行程为为400mm，，主轴轴端面面至工工作台台台面面距离离为125～525mm，定定位精精度和和重复复定位位精度度分别别为0.02mm和和0.01mm,刀库库容量量为18把把,工工件一一次装装夹后后可自自动完完成铣铣、钻钻、镗镗、铰铰及攻攻螺纹纹等工工步的的加工工。盖板零零件在在加工工中心心的加加工工工艺典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析3.设计工工艺(1)选择加加工方方法B平面面用铣铣削方方法加加工,因其其表面面粗糙糙度Ra为为6.3μm,故采用用粗铣铣———精铣铣方案案；φφ60H7孔孔为为已铸铸出毛毛坯孔孔，为为达到到IT7级级精度度和Ra0.8μm的表表面粗粗糙度度，需需经三三次镗镗削，，即采采用粗粗镗———半半精镗镗———精镗镗方案案；对对φ12H8孔孔，为为防止止钻偏偏和达达到IT8级精精度，，按钻钻中心心孔———钻钻孔———扩扩孔———铰铰孔方方案进进行；；φ16mm孔孔在φφ12mm孔基基础上上锪至至尺寸寸即可可；M16mm螺纹纹孔采采用先先钻底底孔后后攻螺螺纹的的加工工方法法，即即按钻钻中心心孔———钻钻底孔孔———倒角角———攻螺螺纹方方案加加工。。典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析盖板零零件在在加工工中心心的加加工工工艺(2)确定加加工顺顺序按照先先面后后孔、、先粗粗后精精的原原则确确定。。具体体加工工顺序序为粗粗、精精铣B面———粗粗、半半精、、精镗镗φ60H7孔孔———钻各各光孔孔和螺螺纹孔孔的中中心孔孔———钻、、扩、、锪、、铰φφ12H8及φφ16mm孔———M16mm螺孔孔钻底底孔、、倒角角和攻攻螺纹纹，详详见下下表。。典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析盖板零零件在在加工工中心心的加加工工工艺3.设计工工艺数控加加工工工序卡卡片典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析(3)确定装装夹方方案和和选择择夹具具该盖板板零件件形状状简单单，四四个侧侧面较较光整整，加加工面面与不不加工工面之之间的的位置置精度度要求求不高高，故故可选选用通通用台台钳，，以盖盖板底底面A和两两个侧侧面定定位，，用台台钳钳钳口从从侧面面夹紧紧。典型加加工中中心加加工零零件工工艺分分析盖板零零件在在加工工中心心的加加工工工艺3.设计工工艺(4)选择刀刀具所需刀刀具有有面铣铣刀、、镗刀刀、中中心钻钻、麻麻花钻钻、铰铰刀、、立铣铣刀(锪φφ16mm孔)及丝丝锥等等，其其规格格根据据加工工尺寸寸选择择。B面粗粗铣铣铣刀直直径应应选小小一些些，以以减小小切削削力矩矩，但但也不不能太太小，，以免免影响响加工工效率率；B面精精铣铣铣刀直直径应应选大大一些些，以以减少少接刀刀痕迹迹，但但要考考虑到到刀库库允许许装刀刀直径径(XH714型加加工中中心的的允许许装刀刀直径径：无无相邻邻刀具具为φφ150mm，，有相相邻刀刀具为为φ80mm)也也不能能太大大。刀刀柄柄柄部根根据主主轴锥锥孔和和拉紧紧机构构选择择。XH714型加加工中中心主主轴锥锥孔为为ISO40，，适用用刀柄柄为BT40(日本本标准准JISB6339)，，故刀刀柄柄柄部应应选择择BT40型式式。具具体所所选刀刀具及及刀柄柄见下下表。。典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺3.设计计工工艺艺数控控加加工工刀刀具具编编号号典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析(5)确定定进进给给路路线线B面面的的粗粗、、精精铣铣削削加加工工进进给给路路线线根根据据铣铣刀刀直直径径确确定定，，因因所所选选铣铣刀刀直直径径为为φφ100mm，，故故安安排排沿沿z方方向向两两次次进进给给(见见下下图图)。。所所有有孔孔加加工工进进给给路路线线均均按按最最短短路路线线确确定定，，因因为为孔孔的的位位置置精精度度要要求求不不高高，，机机床床的的定定位位精精度度完完全全能能保保证证，，后后面面所所示示各各图图即即为为各各孔孔加加工工工工步步的的进进给给路路线线。。典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺3.设计计工工艺艺(5)确定定进进给给路路线线铣削削B面面进进给给路路线线典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺镗φφ60H7孔孔进进给给路路线线(5)确定定进进给给路路线线典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺钻中中心心孔孔进进给给路路线线(5)确定定进进给给路路线线典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺钻、、扩扩、、铰铰φφ12H8孔孔进进给给路路线线(5)确定定进进给给路路线线典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺锪φφ16mm孔孔进进给给路路线线(5)确定定进进给给路路线线典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺钻螺螺纹纹底底孔孔、、攻攻螺螺纹纹进进给给路路线线(5)确定定进进给给路路线线典型型加加工工中中心心加加工工零零件件工工艺艺分分析析盖板板零零件件在在加加工工中中心心的的加加工工工工艺艺例二二、、如图图6.5所所示示，，分分析析零零件件上上的的12个个孔孔加加工工工工艺艺。。1、分析析零件图图样，进进行工艺艺处理该该零零件孔加加工中，，有通孔孔、盲孔孔，需钻钻、扩和和镗加工工，故选选择钻头头T01、扩孔孔刀T02和镗镗刀T03，加加工坐标标系Z向向原点在在零件上上表面处处。由于于有三种种孔径尺尺寸的加加工，按按照先小小孔后大大孔加工工的原则则，确定定加工路路线为：：从编程程原点开开始，先先加工6个φ6的孔，，再加工工4个φφ10的的孔，最最后加工工2个φφ40的的孔。T01、、T02的主轴轴转数S=600r/min，进给给速度F=120mm/min；T03主主轴转数数S=300r/min，进进给速度度F=50mm/min。第5章加工中心心的程序序编制（FANUC））2、加工工调整T01、、T02和T03的刀刀具补偿偿号分别别为H01、H02和和H03。对刀刀时，以以T01刀为基基准，按按图5.4中的的方法确确定零件件上表面面为Z向向零点，，则H01中刀刀具长度度补偿值值设置为为零。对对T02，因其其刀具长长度与T01相相比为140-150=-10mm，即缩缩短了10mm，所以以将H02的补补偿值设设为-10。对对T03同样计计算，H03的的补偿值值设置为为-50，如图图6.6所示。。换刀时时，采用用O9000子子程序实实现换刀刀。3、数学学处理在多孔加加工时，，为了简简化程序序，采用用固定循循环指令令。这时时的数学学处理主主要是按按固定循循环指令令格式的的要求，，确定孔孔位坐标标、快进进尺寸和和工作进进给尺寸寸值等。。固定循循环中的的开始平平面为Z=5，，R点平平面定为为零件孔孔口表面面+Z向向3mm处。图6.5零件件图样图6.6刀具具图9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。20:34:3320:34:3320:3412/28/20228:34:33PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2220:34:3320:34Dec-2228-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。20:34:3320:34:3320:34Wednesday,December28,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2220:34:3320:34:33December28,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。28十十二月20228:34:33下午午20:34:3312月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月228:34下下午12月-2220:34December28,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2820:34:3320:34:3328December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。8:34:33下下午8:34下下午20:34:3312月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。20:34:3320:34:3320:3412/28/20228:34:33PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2220:34:3320:34Dec-2228-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。20:34:3320:34:3320:34Wednesday,December28,202213、不知知香积积寺，，数里里入云云峰。