第六章加工中心编程

1第六章加工中心编程1.教学目的（1）掌握加工中心的的主要功能及工艺特点（2）掌握加工中心的基本编程方法2.教学重点和难点重点：主要功能、换刀方式与编程难点：坐标系与测量、对刀3.板书设计及时间安排第五章加工中心和程序编制6.1加工中心程序编制的基础（10分钟）6.1.1加工中心的主要功能（10分钟）6.1.2加工中心的工艺及工艺装备1、工艺性分析（25分钟）2、工艺过程设计（15分钟）3、零件的装夹（10分钟）4、刀具的选择（10分钟）6.1.3加工中心编程的特点（10分钟）4.教学内容加工中心(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。加工程序的编制，是决定加工质量的重要因素。在本模块的教学内容中，我们将研究影响加工中心应用效果的编程特点、工艺及工装、机床功能等因素。加工中心所配置的数控系统各有不同，各种数控系统程序编制的内容和格式也不尽相同，但是程序编制方法和使用过程是基本相同的。以下所述内容，均以配置FANUC-0i数控系统的XH714加工中心为例展开讨论。6.1加工中心程序编制的基础2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。加工中心所具有的这些丰富的功能，决定了加工中心程序编制的复杂性。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。加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上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，实现多种加工功能。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。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。6.16.26.33图6.4镗削加工1、工艺性分析一般主要考虑以下几个方面：（1）选择加工内容加工中心最适合加工形状复杂、工序较多、要求较高的零件，这类零件常需使用多种类型的通用机床、刀具和夹具，经多次装夹和调整才能完成加工。（2）检查零件图样图6.5零件加工的基准统一零件图样应表达正确，标注齐全。同时要特别注意，图样上应尽量采用统一的设计基准，从而简化编程，保证零件的精度要求。例如图6.5中所示零件图样。在图6.5a中，A、B两面均已在前面工序中加工完毕，在加工中心上只进行所有孔的加工。以A、B两面定位时，由于高度方向没有统一的设计基准，ф48H7孔和上方两个ф25H7孔与B面的尺寸是间接保证的，欲保证32.5±0.1和52.5±0.04尺寸，须在上道工序中对105±0.1尺寸公差进行压缩。若改为图5.5b所示标4注尺寸，各孔位置尺寸都以A面为基准，基准统一，且工艺基准与设计基准重合，各尺寸都容易保证。（3）分析零件的技术要求根据零件在产品中的功能，分析各项几何精度和技术要求是否合理；考虑在加工中心上加工，能否保证其精度和技术要求；选择哪一种加工中心最为合理。（4）审查零件的结构工艺性分析零件的结构刚度是否足够,各加工部位的结构工艺性是否合理等。2、工艺过程设计工艺设计时，主要考虑精度和效率两个方面，一般遵循先面后孔、先基准后其它、先粗后精的原则。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。对位置精度要求较高的孔系加工，要特别注意安排孔的加工顺序，安排不当，就有可能将传动副的反向间隙带入，直接影响位置精度。例如,安排图6.6a所示零件的孔系加工顺序时，若按图6.6b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5.6c所示路线，可避免反向间隙的引入。a)零件图样b)加工路线1c）加工路线2图6.6镗孔加工路线加工过程中，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。3、零件的装夹5图6.7编程原点与定位基准（1）定位基准的选择在加工中心加工时，零件的定位仍应遵循六点定位原则。同时,还应特别注意以下几点：1）进行多工位加工时，定位基准的选择应考虑能完成尽可能多的加工内容，即便于各个表面都能被加工的定位方式。例如，对于箱体零件，尽可能采用一面两销的组合定位方式。2）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。3）编程原点与零件定位基准可以不重合，但两者之间必须要有确定的几何关系。编程原点的选择主要考虑便于编程和测量。例如，图5.7中的零件在加工中心上加工Φ80H7孔和4-Φ25H7孔，其中4-ф25H7都以ф80H7孔为基准，编程原点应选择在ф80H7孔的中心线上。当零件定位基准为A、B两面时，定位基准与编程原点不重合，但同样能保证加工精度。（2）夹具的选用在加工中心上,夹具的任务不仅是装夹零件,而且要以定位基准为参考基准，确定零件的加工原点。因此，定位基准要准确可靠。（3）零件的夹紧在考虑夹紧方案时，应保证夹紧可靠，并尽量减少夹紧变形。4、刀具的选择加工中心对刀具的基本要求是：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。加工中心所使用刀具的刀头部分与数控铣床所使用的刀具基本相同，请参见本教程中关于数控铣削刀具的选用。加工中心所使用刀具的刀柄部分与一般数控铣床用刀柄部分不同，加工中心用刀柄带有夹持槽供机械手夹持。5.1.3加工中心编程的特点由于加工中心的加工特点，在编写加工程序前，首先要注意换刀程序的应用。不同的加工中心，其换刀过程是不完全一样的，通常选刀和换刀可分开进行。换刀完毕启动主轴后，方可进行下面程序段的加工内容。选刀动作可与机床的加工重合起来，即利用切削时间进行选刀。多数加工中心都规定了固定的换刀点位置，各运动部件只有移动到这个位置，才能开始换刀动作。XH714加工中心装备有盘形刀库，通过主轴与刀库的相互运动，实现换刀。换刀过程用一个子程序描述，习惯上取程序号为O9000。换刀子程序如下：O9000N10G90//选择绝对方式N20G53Z-124.8//主轴Z向移动到换刀点位置（即与刀库在Z方向上相应）N30M06//刀库旋转至其上空刀位对准主轴，主轴准停N40M28//刀库前移，使空刀位上刀夹夹住主轴上刀柄N50M11//主轴放松刀柄N60G53Z-9.3//主轴Z向向上，回设定的安全位置（主轴与刀柄分离）N70M32//刀库旋转，选择将要换上的刀具N80G53Z-124.8//主轴Z向向下至换刀点位置（刀柄插入主轴孔）N90M10//主轴夹紧刀柄N100M29//刀库向后退回6N110M99//换刀子程序结束，返回主程序。需要注意的是，为了使换刀子程序不被随意更改，以保证换刀安全，设备管理人员可将该程序隐含。当加工程序中需要换刀时，调用O9000号子程序即可。调用程序段可如下编写：N～T～M98P9000其中：N后为程序顺序号；T后为刀具号，一般取2位；M98为调用换刀子程序；P9000为换刀子程序号。加工中心的编程方法与数控铣床的编程方法基本相同，加工坐标系的设置方法也一样。因而，下面将主要介绍加工中心的加工固定循环功能、B类宏程序应用、对刀方法等内容。6.2~6.3发那科和西门子系统的循环6.2FANUC系统固定循环功能（45分钟）6.2.1高速深孔钻循环指令G736.2.2螺纹加工循环指令（攻螺纹加工）1、G842、G74（左旋螺纹加工循环指令）6.2.3精镗循环指令G766.2.4应用举例6.3SIEMENS系统固定循环功能（45分钟）6.3.1主要参数6.3.2钻削循环6.3.3镗削循环6.3.4线性孔排列钻削6.3.5矩形槽、键槽和圆形凹槽的铣削循环6.2FANUC系统固定循环功能在前面介绍的常用加工指令中，每一个G指令一般都对应机床的一个动作，它需要用一个程序段来实现。为了进一步提高编程工作效率，FANUC-Oi系统设计有固定循环功能，它规定对于一些典型孔加工中的固定、连续的动作，用一个G指令表达，即用固定循环指令来选择孔加工方式。常用的固定循环指令能完成的工作有：钻孔、攻螺纹和镗孔等。这些循环通常包括下列六个基本操作动作：图6.8固定循环的基本动作1、在XY平面定位72、快速移动到R平面3、孔的切削加工4、孔底动作5、返回到R平面6、返回到起始点。图6.8中实线表示切削进给，虚线表示快速运动。R平面为在孔口时，快速运动与进给运动的转换位置。常用的固定循环有高速深孔钻循环、螺纹切削循环、精镗循环等。编程格式G90/G91G98/G99G73～G89X～Y～Z～R～Q～P～F～K～式中：G90/G91--绝对坐标编程或增量坐标编程；G98--返回起始点；G99--返回R平面。G73～G89--孔加工方式，如钻孔加工、高速深孔钻加工、镗孔加工等；X、Y--孔的位置坐标；Z--孔底坐标；R--安全面（R面）的坐标。增量方式时，为起始点到R面的增量距离；在绝对方式时，为R面的绝对坐标；Q--每次切削深度；P--孔底的暂停时间；F--切削进给速度；K--规定重复加工次数。固定循环由G80或01组G代码撤消。6.2.1高速深孔钻循环指令G73G73用于深孔钻削，在钻孔时采取间断进给，有利于断屑和排屑，适合深孔加工。图6.9所示为高速深孔钻加工的工作过程。其中Q为增量值，指定每次切削深度。d为排屑退刀量，由系统参数设定。a)G73(G98)b)G73(G99)图6.9高速深孔钻循环8图6.10应用举例例，对图6.10所示的5-ф8mm深为50mm的孔进行加工。显然，这属于深孔加工。利用G73进行深孔钻加工的程序为：O40N10G56G90G1Z60F2000//选择2号加工坐标系，到Z向起始点N20M03S600//主轴启动N30G98G73X0Y0Z-50R30Q5F50//选择高速深孔钻方式加工1号孔N40G73X40Y0Z-50R30Q5F50//选择高速深孔钻方式加工2号孔N50G73X0Y40Z-50R30Q5F50//选择高速深孔钻方式加工3号孔N60G73X-40Y0Z-50R30Q5F50//选择高速深孔钻方式加工4号孔N70G73X0Y-40Z-50R30Q5F50//选择高速深孔钻方式加工5号孔N80G01Z60F2000//返回Z向起始点N90M05//主轴停N100M30//程序结束并返回起点加工坐标系设置：G56X=-400，Y=-150，Z=-50。上述程序中，选择高速深孔钻加工方式进行孔加工，并以G98确定每一孔加工完后，回到R平面。设定孔口表面的Z向坐标为0，R平面的坐标为30，每次切深量Q为5，系统设定退刀排屑量d为2。6.2.2螺纹加工循环指令（攻螺纹加工）1、G84（右旋螺纹加工循环指令）G84指令用于切削右旋螺纹孔。向下切削时主轴正转，孔底动作是变正转为反转，再退出。F表示导程，