第四章数控加工中心的操作与编程

第4章加工中心的操作与编程【教学目标】通过本章节的理论教学：了解数控加工中心及其组成；掌握数控加工中心机床控制面板及其操作；加工中心的工艺准备；加工中心编程与上机调试；钻、镗固定循环的实现；综合加工技术。【教学重点】数控加工中心机床控制面板及其操作；加工中心编程与上机调试；钻、镗固定循环的实现【教学难点】数控加工中心机床控制面板及其操作；钻、镗固定循环的实现；综合加工技术。4.1数控加工中心及其组成4.1.1加工中心的类型及其组成加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称为自动换刀数控机床或多工序数控机床。其特点是数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝和铣削等多种工序的加工，工序高度集中。1．按功能特征分类(1)镗铣加工中心。(2)钻削加工中心。(3)复合加工中心。2．按所用自动换刀装置分类(1)转塔头加工中心。(2)刀库+主轴换刀加工中心。(3)刀库+机械手+主轴换刀加工中心。刀库主轴底座光电读带机操作面板横向工作台（Z）纵向工作台（X）1234567910刀库主轴纵向工作台(X)横向工作台(Z)底座光电读带机操作面板(4)刀库+机械手+双主轴转塔头加工中心。这种加工中心在主轴上的刀具进行切削时，通过机械手将下一步所用的刀具换在转塔头的非切削主轴上。当主轴上的刀具切削完毕后，转塔头即回转，完成换刀工作，换刀时间短。此外，还可按所用工作台结构特征分为单、双工作台和多工作台式加工中心。按主轴种类分为单轴、双轴、三轴和可换主轴箱的加工中心等。4.1.2加工中心的自动换刀装置自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。1．自动换刀装置的形式自动换刀装置的结构取决于机床的类型、工艺、范围及刀具的种类和数量等。自动换刀装置主要有回转刀架和带刀库的自动换刀装置两种形式。带刀库的自动换刀装置是镗铣加工中心上应用最广的换刀装置，主要有机械手换刀和刀库换刀两种方式。2．刀库的形式刀库的形式很多，结构各异。加工中心常用的刀库有鼓轮式刀库和链式刀库两种。（b）（c）（a）（d）(c)(d)（b）（c）（a）（d）(b)(a)图4-4鼓轮式刀库(a)径向取刀形式；(b)轴向取刀形式；(c)径向布置形式；(d)角度布置形式3．换刀过程自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。当执行到Txx指令，即选刀指令后，刀库自动将要用的刀具移动到换刀位置，完成选刀过程，为下面换刀做好准备。1)选刀选刀方式常有顺序选刀方式和任选方式两种。●顺序选刀方式是将加工所需要的刀具，按照预先确定的加工顺序依次安装在刀座中；换刀时，刀库按顺序转位。●任选方式是对刀具或刀座进行编码，并根据编码选刀。它可分为刀具编码和刀座编码两种方式。目前应用最多的是计算机记忆式选刀。这种方式的特点是，刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器内。2)换刀有通过机械手换刀和通过刀库?主轴运动换刀两种方式。对通过机械手换刀的立式加工中心(如XHK716)，其换刀动作可分解如下：①主轴箱回到最高处(Z坐标零点)，同时实现“主轴准停”。②机械手抓住主轴上和刀库上的刀具，如图4-6(a)所示。③活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具，如图4-6(b)所示。④机械手回转180°，交换刀具位置，如图4-6(c)所示。⑤将更换后的刀具装入主轴和刀库，如图4-6(d)所示。⑥机械手放开主轴和刀库上的刀具后复位。限位开关发出“换刀完毕”的信号，主轴自由，可以开始加工或使其他程序动作。对如XH754型的卧式加工中心，换刀采用的是主轴移动式，其换刀动作可分解为：①主轴准停，主轴箱沿Y轴上升。这时刀库上刀位的空挡正对着交换位置，装卡刀具的卡爪打开。如图4-7(a)所示。②主轴箱上升到极限位置，被更换的刀具刀杆进入刀库空刀位，即被刀具定位卡爪钳住，与此同时，主轴内刀杆自动夹紧装置放松刀具，如图4-7(b)所示。③刀库伸出，从主轴锥孔中将刀拔出，如图4-7(c)所示。④刀库转位，按照程序指令要求，将选好的刀具转到最下面的位置，同时，压缩空气将主轴锥孔吹净，如图4-7(d)所示。⑤刀库退回，同时将新刀插入主轴锥孔，主轴内刀具夹紧装置将刀杆拉紧，如图4-7(e)所示。⑥主轴下降到加工位置并启动，开始下一步的加工，如图4-7(f)所示。图4-8所示是目前在XH713、XH714、XH715等中小型立式加工中心上广泛采用的刀库移动-主轴升降式换刀方式。其换刀过程为：①分度：②接刀：③卸刀：④再分度：⑤装刀：4.2机床控制面板及其操作4.2.1数控操作面板表4-2数控操作功能键键类别英文键名功能说明键类别英文键名功能说明光标键CURSOR光标移动用POS位置坐标显示页面键PAGE翻页用PROG程序显示地址数字键地址字母键数字符号键OFFSETSETTING刀补、设置和预置工件坐标系的显示和设定SHIFT换挡键SYSTEM系统参数、诊断等显示CAN取消键MESSAGE报警信息等显示INPUT数据输入键ALTER改写键功能键CUSTOMGRAPH轨迹图形显示用户宏程序显示INSERT插入键复位键RESET解除报警、复位等编辑键DELETE删除键帮助键HELPMDI操作帮助面板左方为CRT显示器。用于显示程序、数据输入显示和监视坐标图形等。不同的功能方式下有不同的显示内容，有的功能方式下还有多个屏幕显示页，可用翻页键切换。图4-10所示为当前坐标显示(按POS功能键时)的其中两个画页。现在位置(绝对)01130N00260X213.000Y231.424Z508.500JOGF2000运转时间15H0M加工产品数切削时间0H0M0S142ACT.F0mm/分0S100%L0%JOG*********10：03：04[绝对][相对][综合][HNDL][操作]现在位置(综合)01130N00260X0.000Y0.000Z0.000JOGF2000运转时间15H0M加工产品数切削时间0H0M0S142ACT.F0mm/分0S100%L0%JOG*********10：03：04[绝对][相对][综合][HNDL][操作]相对坐标X213.000Y231.424Z508.500绝对坐标X0.000Y0.000Z0.000余移动量X－412.997Y－91.202Z－20.702机械坐标当前位置坐标显示时，共有几组坐标显示，它们分别是：●相对坐标系(RELATIVE)：若需要将某坐标轴位置置为相对零点时，可在3倍文字显示画页下，先按坐标轴地址键，这时所按的地址闪动；然后，再按原点[起源]软键ORIGIN，则该轴相对坐标就被复位为零。●工件坐标系(ABSOLUTE)：以G92或预置工件坐标系G54~G59指定的点为原点，显示当前刀具(或机械工作台)的位置坐标。●机床坐标系(MACHINE)：以机床原点为原点的机械现在位置的坐标。●剩余移动量(DISTANCETOGO)：在自动、MDI、DNC方式加工时，当前程序段中刀具还需要移动的距离。4.2.2手动操作面板(1)方式选择开关：选择操作方式的开关，有以下几种方式。①编辑(EDIT)编缉方式②自动(MEM或AUTO)存储运转方式(或称自动加工)③MDIMDI手动数据输入方式④手动(JOG)手动连续进给方式⑤手轮手轮增量进给方式⑥快速快速进给方式⑦回零(REF或ZRN)手动返回参考点方式⑧DNC联机通信、计算机直接加工控制方式⑨示教示教方式润滑正转反转刀库1201101009080706050XYZⅣ1501401301201101009080706050403020100示教DNC回零快速手轮手动MDI自动编辑电源关电源开方式选择进给速度修调%手动轴选择主轴转速修调%电源准备好机床电源控制器控制器主轴润滑气压换刀报警XYZⅣ回零＋－手动停止启动主轴手动润滑停止启动冷却跳步单步空运行Z轴锁定机床锁定选择停程序再启动快速倍率F02550100工作灯进给保持循环启动程序保护机床复位急停图4-11手动操作面板(2)进给速度修调旋钮：根据程序指定的进给速度，选择修调倍率的旋钮。可在0%~150%范围内每隔10%修调。(3)手动轴选择旋钮：选择移动轴，再按下方的轴移动方向钮。各轴的正负方向遵循标准设定，即以假定工件不动，刀具相对于工件在运动来理解，即按编程坐标系来看。(4)主轴速度修调旋钮：调节主轴转速，可在50%~120%范围内每隔10%修调。(5)快速倍率旋钮：选择快速进给速度倍率的开关。(6)手轮进给调节：置方式开关为手轮方式后，可由手轮进行增量调节。(7)循环启动按键：用于自动运转开始的按钮，也用于解除临时停止，自动运转中按钮灯亮。(8)进给保持按键：用于自动运转中临时停止的按钮，一按此按钮，轴移动减速并停止，灯亮。(9)跳步按键开关：需跳过带有“/”(斜线号)的程序段时按下此开关(灯亮)，置接通状态，此开关对于在“/”号后标有番号的选择程序段跳跃无效。(10)单步按键开关：按下此开关(灯亮)，程序运行处于单段方式。(11)空运行按键开关：按下此开关(灯亮)，自动运转时进行空运转。(12)Z轴锁定按键开关：按下此开关(灯亮)，自动运转时，往Z轴去的控制信号被截断，Z轴不动，但数控运算和CRT显示正常。(13)机床锁定按键开关：按此开关(灯亮)，机械不动，仅让位置显示动作，用于机械不动而要校验程序时。(14)选择停止按键开关：按此开关至灯亮，可在实施带有辅助功能M01的程序段后，停止程序。(15)程序再启动键开关：(16)手动启停主轴操作按键：手动、手轮方式下，按下启动键，开启主轴；(17)手动冷却操作按键：按下启动键，手动开启冷却液；按下停止键，手动关闭冷却液。(18)手动选刀操作按键：按下正、反转键，开始正、反方向转动刀库，进行手动选刀操作。按键一次，转动一个刀位。(19)冲屑和手动润滑按键：(20)急停按钮：机床操作过程中若出现紧急情况时，按下此按钮，进给及主轴运行立即停止。(21)程序保护锁匙：(22)电源开关和机床复位按钮：(23)各种状态及报警指示灯：4.2.3基本操作方法1．手动回参考点手动回机床原点(参考点)：将手动操作面板上的操作方式开关置“回零”挡位，先将手动轴选择为Z轴，再按下“+”移动方向键，则Z轴将向参考点方向移动，一直至回零指示灯亮；然后，分别选择Y、X轴进行同样的操作。2．工作台的手动调整工作台拖板的手动调整是采用方向按键，通过产生触发脉冲的形式或使用手轮通过产生手摇脉冲的方式来实施的。和手柄的粗调、微调一样，其手动调整也有两种方式。(1)粗调：置操作方式开关为“手动连续进给”方式挡。(2)微调：本机床系统的微调需使用手轮来操作。将方式开关置为“手轮”方式挡。3．MDI程序运行所谓MDI方式是指临时从数控面板上输入一个或几个程序段的指令并立即实施的运行方式。4.3加工中心的工艺准备4.3.1加工中心的工艺特点加工中心加工的零件尺寸必须与机床工作台、各向行程相适应。由于加工中心具备了高刚度和高功率的特点，故在工艺上可采用大的切削用量，以便在满足加工精度条件下尽量节省加工工时。(1)确定采用加工中心的加工内容，确定工件的安装基面、加工基面和加工余量等。(2)以充分发挥加工中心效率为目的来安排加工工序。有些箱体大平面加工采用龙门铣床、数控铣床更为合适。(3)对于复杂零件来说，由于加工过程中会产生热变形，淬火后会产生内应力，零件卡压后也会变形等多种原因，故全部工序很难在一次装夹后完成，这时可以考虑两次或多次装夹。(4)安排加工工序时应本着由粗渐精的原则。(5)当加工工件批量较大，工序又不太长时，可在工作台上一次安装多个工件同时加工，以减少换刀次数。(6)采用大流量的冷却方式，为减少加工时产生的大量热量对加工精度的影响，并提高刀具耐用度，需积极采用大流量的冷却方式。4.3.2刀具及刀库数据设置1．刀具规格型式加工中心上使用的刀具分刃具部分和连接刀柄部分。刃具部分包括钻头、铣刀、铰刀和丝锥等，和数控铣床所用刃具类似。2．对刀与刀