通常数控镗铣床和加工中心MC和数控机床编程及加工

通常数控镗铣床和加工中心(MC，MachineCenter)在结构、工艺和编程等方面有许多相似之处。特别是全功能型数控镗铣床与加工中心相比，区别主要在于数控镗铣床没有自动刀具交换装置(ATC,AutomaticToosChanger)及刀具库，只能用手动方式换刀，而加工中心因具备ATC及刀具库，故可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时再通过换刀指令，由ATC自动换刀。数控镗铣床和加工中心都能够进行铣削、钻削、镗削及攻螺纹等加工。第四章数控镗铣/加工中心的程序编制1数控镗铣、加工中心的工艺特点数控镗铣、加工中心加工的典型零件数控镗铣、加工中心加工工艺的制定数控镗铣、加工中心所使用的刀具类型及其特点数控镗铣、加工中心机床的类型2立式龙门式卧式主要技术参数主要技术参数主要技术参数主要技术参数高速加工中心第一节数控镗铣、加工中心机床的类型3立式加工中心主要技术参数项目

\

型号VMC-850工作台面积1000x500mm左右行程(X轴)800mm前后行程(Y轴)500mm上下行程(Z轴)610mm主轴锥度BT-40CAT-40,HSKA63(选配)主轴转速60~8000rpm

7.5/5kW

X-Y-Z快速进给30/30/20m/min切削进给率1~12023mm/min刀具选择模式双向任意式，最短距离选刀储刀数圆盘式24机械手式24/32(选配)

最大刀具直径

100mm最大刀具长度

300mm最大刀具重量10kg工作台荷重

600kg机床净重5500kg机床尺寸(LxWxH)

2350x3200x2698mm4卧式加工中心主要技术参数项目

\型号VHMC-630工作台面积

630x630mm工作台最大负载

1200kgX轴行程

1000mmY轴行程

800mmZ轴行程

950mm主轴锥度BT-50/CAT-50主轴转速20～6000rpmX-Y-Z切削进给率1～12023mm/minX-Y-Z快速进给18/10/18m/min储刀数60(80,120选配)最大刀具直径x长度Ø75x320最大刀具重量

10kg刀具选择模式双向任意式,最短距离选刀换刀时间9sec主轴电动机15kW工作台旋转分度1°(0.001°选配)工作台数目2(6,12选配)交换时间(自动交换工作台)15sec机床尺寸(LxWxH)

5305x3200x3550mm机床重量

21000kg5龙门式加工中心主要技术参数项目

/

型号定柱式DMC-3000工作台尺寸

3200x2200mmX轴行程

3000mmY轴行程

2650mmZ轴行程

800mm,1066mm选配主轴锥度BT-50/CAT-50主轴直径

Ø90mm主轴转速6000rpm自动高低档主轴马达26/22kWX-Y-Z快速进给12

x12

x10m/minX-Y-Z切削进给1-10000mm/min自动换刀系统储刀数40刀

(60,80,120选配)最大直径

Ø200mm最大刀长

350mm最大刀重

20kg刀具选择模式双向任意，最短距离选刀工作台荷重

6000kgto20230kg机床尺寸(LxWxH)8870x5935x4900机床重量

58500kg6高速加工中心主要技术参数工作范围纵向长度:

X400mm

横向长度:

Y450mm

垂直高度:

Z350mm工作主轴

30'000min-1S612.5kW

S110.0kW工作主轴42'000min-1S613.0kW

S110.0kW工作主轴

60'000min-1S68.5kW

S16.5kW进给驱动进给速度X,Y,Z

40

m/分

加速度

X,Y,Z

17m/秒²工作台工作台面积

320x320

工作台承重

200kg自动控制系统刀库位置18-76

机上激光对刀仪

标准

工件托盘转换装置位置7,20,48

红外工件测头

可选重量包括工件托盘交换装置

6500kg7

三坐标数控镗铣床与加工中心的共同特点是除具有普通铣床的工艺性能外，还具有加工形状复杂的二维以至三维复杂轮廓的能力。这些复杂轮廓零件的加工有的只需二轴联动(如二维曲线、二维轮廓和二维区域加工)，有的则需三轴联动(如三维曲面加工)，它们所对应的加工一般相应称为二轴(或轴)加工与三轴加工。对于三坐标加工中心(无论是立式还是卧式)，由于具有自动换刀功能，适于多工序加工，如箱体等需要铣、钻、铰及攻螺纹等多工序加工的零件。一、三坐标数控镗铣床/加工中心的工艺特点第二节数控镗铣、加工中心的工艺特点8三轴加工实例加工模具示意图技术数据粗加工半精加工

精加工

工步使用刀具rpm进给率加工

时间粗加工Ø66XR885020058min半精加工Ø32xR0.51850252032min精加工Ø10球头65002023130min9

四坐标是指在X、Y和Z三个平动坐标轴基础上增加一个转动坐标轴(A或B)，且四个轴一般可以联动。其中，转动轴既可以作用于刀具(刀具摆动型)，也可以作用于工件(工作台回转／摆动型)；机床既可以是立式的也可以是卧式的；此外，转动轴既可以是A轴(绕X轴转动)也可以是B轴(绕Y轴转动)。由此可以看出，四坐标数控机床可具有多种结构类型，但除大型龙门式机床上采用刀具摆动外，实际中多以工作台旋转／摆动的结构居多。但不管是哪种类型，其共同特点是相对于静止的工件来说，刀具的运动位置不仅是任意可控的，而且刀具轴线的方向在刀具摆动平面内也是可以控制的，从而可根据加工对象的几何特征按保持有效切削状态或根据避免刀具干涉等需要来调整刀具相对零件表面的姿态。因此，四坐标加工可以获得比三坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果。四坐标卧式加工中心二、四坐标数控镗铣床/加工中心的工艺特点10

对于五坐标机床，都具有两个回转坐标。相对于静止的工件来说，其运动合成可使刀具轴线的方向在一定的空间内(受机构结构限制)任意控制，从而具有保持最佳切削状态及有效避免刀具干涉的能力。因此，五坐标加工又可以获得比四坐标加工更广的工艺范围和更好的加工效果，特别适宜于三维曲面零件的高效高质量加工以及异型复杂零件的加工。采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅加工表面粗糙度低，而且效率也大幅度提高。一般认为，一台五轴联动机床的效率可以等于两台三轴联动机床。五坐标卧式加工中心三、五坐标数控镗铣床/加工中心的工艺特点11主轴头旋转型复合型——主轴和工作台旋转型五坐标机床的类型及加工实例实例1实例212课堂讨论

对于如图所示形状零件上三个直槽，比较分别采用三坐标和五坐标加工中心加工对零件加工的影响（从装夹、加工精度和效率等方面比较）。13

高速加工技术是当代先进制造技术的重要组成部分，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。有关高速加工的含义，通常有如下几种观点：切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5-10倍；机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000-20230r/min以上定为高速切削；进给速度很高，通常达15-50m/min，最高可达90m/min；对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同。其优点在于：加工时间短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常规的3～5倍。刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力均小。切削力降低大概30%~90%，提高了加工质量。刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。工件表面质量好。ap小，切削线速度高，工件粗糙度好。四、高速加工的工艺特点14高速加工实例毛坯材料使用刀具主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)NAK80(HRC40)Ø4球头140002200加工零件示意图高速加工切削条件15

一、平面类零件：加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。第三节数控镗铣/加工中心加工的典型零件16

二、直纹曲面类零件：由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。17

三、立体曲面类零件:加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件，这类零件的加工面不能展成平面。工艺分析18

四、箱体类零件：一般是指具有孔系和平面，内部有一定型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。

19

五、异型件：外形不规则的零件，大多要点、线、面多工位混合加工。

20一、工件的装夹数控夹具设计及组装时应注意的问题为保证零件装夹方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向一致性，及定向装夹；夹具应具有尽可能少的元件和较高的刚度；夹具要尽量敞开，夹紧元件的空间位置能低则低，夹具不能和工步刀具轨迹发生干涉；保证在主轴的行程范围内使工件的加工内容全部完成；对于有交互工作台的加工中心，由于工作台的移动、上托、下托和旋转等动作，夹具设计必须防止夹具和机床的空间干涉；尽量在一次装夹中完成所有的加工内容。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，必要时在工艺文件中说明；夹具底面与工作台的接触，夹具的底面平面度必须保证在以内，表面粗糙度不大于。第四节数控镗铣、加工中心加工工艺的制定21三维效果图零件图样工件的装夹实例122工件装夹时必须使工件在机床上占有正确位置工件装夹时找正过程工作台工作台23工作台工作台定位销低于加工面定位销（3个）装夹方案1：找正法装夹方案2：用夹具装夹24工件的装夹实例2——组合夹具装夹应用工步1装夹示意图工步2装夹示意图工步1加工完成工步2加工完成表面1表面2表面2表面125二、常用对刀方式偏心式寻边器对刀X、Y向对刀过程：10mm的直柄可安装于弹簧夹头刀柄或钻夹头刀柄上；使其以400-600rpm的速度转动；如图2所示使测头与工件的端面接近，未接触之前，测头不会振动，如图2所示；一旦与工件端面相接触，测头就会如图3所示，测头后退0.01，即可恢复如图2所示。工件端面所在的位置，就是加上测头半径5mm的坐标位置。图1图2图326

Z轴设定器刀具长度方向的对刀：Z轴设定器：是用以对刀具长度补偿的一种测量装置。对刀准确、效率高等特点；缩短了加工准备时间。采用手动方式工作，即：对刀时，机床的运动由操作者手动控制，特别适合单件、小批量生产；对刀仪：用于机外对刀，在使用前就可测量出刀具的准确尺寸数据。

对刀仪刀具直径测量27三、加工工艺分析数控镗铣或加工中心加工零件的表面不外乎平面、轮廓、曲面、孔和螺纹等，主要要考虑到所选加工方法要与零件的表面特征、所要求达到的精度及表面粗糙度相适应。在数控镗铣床及加工中心上可铣削平面、平面轮廓及曲面，也可进行孔和螺纹的加工。孔加工的方法有钻削、铰削、铣削和镗削等；螺纹的加工可采用攻螺纹、铣螺纹等方法。整体观念、综合考虑281）平面轮廓加工铣削平面类零件周边轮廓一般采用立铣刀。刀具的尺寸应满足：刀具半径R小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径ρmin，一般可取～0.9)ρmin；如果ρmin过小，为提高加工效率，可先采用大直径刀具进行粗加工，然后按上述要求选择刀具对轮廓上残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工。（1）刀具的选择注意刀具悬长不得大于刀具直径的5倍29（2）切入切出路径注意：对于平面轮廓的铣削，无论是外轮廓或内轮廓，要安排刀具从切向进入轮廓进行加工，当轮廓加工完毕之后，要安排一段沿切线方向继续运动的距离退刀，这样可以避免刀具在工件上的切人点和退出点处留下接刀痕。302）型腔加工（1）型腔三种走刀路线环切法行切法行切+环切法31（2）开始切削型腔的方法主要有以下三种方法：预钻削起始孔。不推荐这种方法，这需要增加一种刀具。较佳的方法之一是使用X/Y和Z方向的线性坡走切削，以达到全部轴向深度的切削；可以以螺旋形式进行圆插补铣。这是一种非常好的方法，因为它可产生光滑的切削作用，而只要求很小的开始空间。坡走铣螺旋插补铣323）曲面加工走刀路线的选择2轴半联动加工3轴联动加工5轴联动加工刀具轴线补偿平面实际刀具轨迹编程轨迹加工工件334）孔加工孔加工的常用方法选择：对于直径大于φ30mm的已铸出或锻出的毛坯孔的孔加工，一般采用粗镗——半精镗——孔口倒角——精镗的加工方案；孔径较大的可采用立铣刀粗铣——精铣加工方案；对于直径小于φ30mm无底孔的孔加工，通常采用锪平端面——打中心孔——钻——扩——孔口倒角——铰加工方案，对有同轴度要求的小孔，需采用锪平端面——打中心孔——钻——半精镗——孔口倒角——精镗(或铰)加工方案（特别是加工台阶孔）。

孔加工主要方法：钻削、扩削、铰削、铣削和镗削

345）螺纹加工螺纹加工方法选择：内螺纹的加工根据孔径的大小，一般情况下，M6～M20之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。因为加工中心上攻小直径螺纹丝锥容易折断，M6以下的螺纹，可在加工中心上完成底孔加工再通过其他手段攻螺纹。对于外螺纹或M20以上的内螺纹，一般采用铣削加工方法。

螺纹加工主要方法：攻螺纹、铣螺纹与数控车进行比较学习35四、顺铣与逆铣顺铣逆铣在顺铣加工中，铣刀受冲击负荷较大；发热量少；表面质量好，精加工采用。在逆铣加工中，铣刀受冲击负荷较少；发热量大；表面质量不好，粗加工采用。36

数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。第五节数控刀具的类型与特点37

1）数控刀具的分类按照刀具结构分：整体式：钻头、立铣刀等镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%~40%，金属切除率占总数的80%~90%38

按照切削工艺分：铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等39常用铣刀40方肩铣刀41多功能圆刀片铣刀42球头立铣刀43各种整体硬质合金铣刀44铰刀钻头丝锥钻削刀具45粗镗刀精镗刀镗削刀具46镗铣类整体式工具系统工具系统是针对数控机床要求与之配套的刀具必须可快换和高效切削而发展起来的，是刀具与机床的接口。镗式铣工类具模系块统模块式刀柄通过将基本刀柄、接杆和加长杆（如需要）进行组合，可以用很少的组件组装成非常多种类的刀柄。整体式刀柄用于刀具装配中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄的场合。2）工具系统分类47

(1)常用刀柄ER弹簧夹头刀柄ER弹簧夹头侧压式立铣刀柄48

整体钻夹头刀柄钻夹头刀柄面铣刀刀柄镗刀柄49ISO7388及DIN69871

的A型拉钉

ISO7388及DIN69871

的B型拉钉

MASBT的拉钉

拉钉是带螺纹的零件，常固定在各种工具柄的尾端。机床主轴内的拉紧机构借助它把刀柄拉紧在主轴中。数控机床刀柄有不同的标准，机床刀柄拉紧机构也不统一，故拉钉有多种型号和规格。拉钉的选择：根据数控机床说明书选择；对机床自带的拉钉进行测量后来确定。

注意：如果拉钉选择不当，装在刀柄上使用可能会造成事故。(2)拉钉的种类及选择50机械工程实验教学中心数控机床编程及加工机械工程实验教学中心实验目的通过数控机床的加工程序编制，掌握编程的方法及技巧；将在计算机上用OpenSoftCNC软件模拟显示加工过程校验程序，然后在数控机床上对工件进行加工；结合机械加工工艺，实现最优化编程，提高加工质量和生产效率。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的目的；数控编程的内容；编程步骤。机械工程实验教学中心数控编程的基本原理所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。这样编制的程序还必须按规定把程序单制备成控制介质如程序纸带、磁带等，变成数控系统能读懂的信息，再送入数控机床，数控机床的CNC装置对程序经过处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出指令信息，驱动机床完成相应的运动。数控编程的目的机械工程实验教学中心数控编程的基本原理①分析零件图纸，确定加工工艺过程；②计算走刀轨迹，得出刀位数据；③编写零件加工程序；④制作控制介质；⑤校对程序及首件试加工。数控编程的内容机械工程实验教学中心数控编程的基本原理数控编程的步骤零件图纸分析零件图纸制定工艺规程数学处理编写程序文件制作控制介质程序校验及试切数控机床机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍OpenSoftCNC软件包括数控车床模拟仿真和数控铣床模拟仿真系统，由软件+标准硬件系统构成，不要求专用硬件或运动控制卡，所有数控功能和逻辑控制功能均由软件完成，操作界面由系统操作和机床控制两大部分组成。机械工程实验教学中心OpenSoftCNC软件介绍为例，软件提供下列指令：以数控车床模拟仿真系统（OpenSoftCNC01T）组别指令功能编程格式模态

1G00快速线性移动G00X(U)_Z(W)_√G01直线插补G01X(U)_Z(W)_√G02顺时针圆弧插补G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆时针圆弧插补G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺纹插补G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺纹插补G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X轴返回程序零点G27

G28Z轴返回程序零点G28

G92定义绝对坐标系G92X_Z_√2G04延时G04E_

3M00暂停M00

M02程序结束M02

4M03主轴正转M03√M04主轴反转M04√M05主轴停M05√5M08开冷却液M08√M09关冷却液M09√

6M97程序跳转M97P_

M98子程序调用M98P_L_

M99子程序返回M99