课题7：加工中心认识项目.doc

课题7加工中心认识项目 理论1.掌握加工中心的概念、分类； 2.掌握换刀、长度补偿指令； 3.掌握自动回零方式； 技能1.能熟练使用数控加工中心仿真软件； 2.能编制加工中心程序 编制加工中心程序 编制加工中心仿真软件的对加工操作 专业课（理实一体） 讲授法、案例教学法、示范法、练习法 多媒体、网络或投影仪 6/52 杨丰 回顾数控铣床换刀过程。 1.任务加工要求、零件图 2.相关知识（1）工艺知识 （2）编程知识 3.项目实施 4.练习 课题7加工中心认识项目 7.1任务定位孔板的加工 定位孔板零件如图2.1.1所示，在400mm300mm70mm板料上加工4个φ30H7通孔、2个φ40H7盲孔、4个M10的螺纹孔，零件上下表面和台阶面已加工至尺寸。 图2.1.1 定位孔板零件图 7.2 加工中心加工对象 加工中心是在数控铣床的基础上发展起来的。它和数控铣床有很多相似之处，主要区别在于增加了刀库和自动换刀装置，能自动更换刀具对工件进行多工序加工。通过在刀库上安装不同用途的刀具，加工中心可在一次装夹中实现零件的铣、钻、镗、铰、攻螺纹等多工序加工。随着工业的发展，加工中心将逐渐取代数控铣床，成为一种主要的加工机床。 7.3换刀相关指令与长度补偿指令 1．自动返回参考点G28指令 机床参考点（R）,是机床上一个特殊的固定点，一般位于机床坐标系原点的位置，可用G28指令移动刀具到这个位置。在加工中心上，机床参考点一般为主轴换刀点，使用自动返回参考点G28指令主要用来进行刀具交换准备。 格式G28 X__Y__Z__； 式中，X、Y、Z为中间点在工件坐标系中的坐标值。 该指令将刀具以快速移动速度向中间点X Y Z 定位，然后从中间点以快速移动的速度移动到原点。如G90 G28 X100.0 Y100.0,执行该程序段时，刀具从当前点移动到参考点的路线如图2.1.5所示。 在立式加工中心编程中，G91 G28 Z0比较常见，该程序段表示主轴由当前Z坐标（中间点，X、Y坐标保持不变）快速移动到机床坐标系的Z轴零点。G90 G28 Z0则表示主轴快速移动到工件坐标系的Z轴零点（中间点，X、Y坐标保持不变），然后快速移动到机床坐标系的Z轴零点。 在G28中指定的坐标值（中间点）会被记忆，如果在其他的G28指令中，没有指定坐标值，就以前G28指令中指定的坐标值为中间点。 3．换刀功能及应用 （1）T指令 T指令用来选择机床上的刀具，如T02表示选2号刀，执行该指令时刀库将2号刀具放到换刀位置做换刀准备。 （2）M06 指令 M06 指令实施换刀，即将当前刀具与T指令选择的刀具进行交换。 （3）自动换刀程序的编写 ① 无机械手的加工中心换刀程序 T02 M06或M06 T02； 换刀程序的含义将2号刀具安装到主轴上。 换刀过程先把主轴上的旧刀具送回到它原来所在的刀座上去，刀库回转寻刀，将2号刀转换到当前换刀位置，再将2号刀装入主轴。无机械手换刀中，刀库选刀时，机床必须等待，因此换刀将浪费一定时间。 ② 带机械手的加工中心换刀程序 T02； 刀库选刀选2号刀 使用当前主轴上的刀具切削 M06； 实际换刀，将当前刀具与2号刀进行位置交换（2号刀到主轴） 使用当前主轴上的刀具切削 T05； 下一把刀准备选5号刀 使用当前主轴上的刀具切削 这种换刀方法，选刀动作可与前一把刀具的加工动作相重合，换刀时间不受选刀时间长短的影响，因此换刀时间较短。 4．刀具长度补偿 （1）长度补偿的目的 刀具长度补偿功能用于在Z轴方向的刀具补偿，它可使刀具在Z轴方向的实际位移量大于或小于编程给定位移量。 有了刀具长度补偿功能，当加工中刀具因磨损、重磨、换新刀而长度发生变化时，可不必修改程序中的坐标值，只要修改存放在寄存器中刀具长度补偿值即可。 其次，若加工一个零件需用几把刀，各刀的长度不同，编程时不必考虑刀具长短对坐标值的影响，只要把其中一把刀设为标准刀，其余各刀相对标准刀设置长度补偿值即。 （2）长度补偿指令 格式G43G44 G00G01 Z H ； G49 G00G01 Z ； G43为刀具长度正补偿，G44为刀具长度负补偿，G49为取消刀具长度补偿指令，均为模态G代码。格式中，Z值是属于G00或G01的程序指令值。H为刀具长度补偿寄存器的地址字，它后面的两位数字是刀具补偿寄存器的地址号，如H01是指01号寄存器，在该寄存器中存放刀具长度的补偿值。在G17的情况下，刀具长度补偿G43、G44只用于Z轴的补偿，而对X轴和Y轴无效。 执行G43时，Z基准刀＝Z指令值H ；执行G44时，Z基准刀＝Z指令值-H 。 例钻图2.1.6所示的孔，设在编程时以主轴端部中心作为基准刀的刀位点。钻头安装在主轴上后，测得刀尖到主轴端部的距离为100mm，刀具起始位置如图中所示。 钻头比基准刀长100mm，将100mm作为长度偏置量存入H01地址单元中。加工程序为 N10 G92 X0 Y0 Z0； 坐标原点设在主轴端面中心 N20 S300 M03； 主轴正转 N30 G90 G43 G00 Z-245 H01；钻头快速移到离工件表面5mm处 N40 G01 Z-270 F60； 钻头钻孔并超出工件下表面5mm N50 G49 G00 Z0； 取消长度补偿，快速退回 图2.1.6 刀具长度补偿实例 在N30程序段中，通过G43建立了刀具长度补偿。由于是正补偿，基准刀刀位点（主轴端部中心）到达的Z轴终点坐标值为（-245（H01））mm-145mm，从而确保钻头刀尖到达-245mm处。同样，在N40程序段中，确保了钻头刀尖到达-270mm处。在N50中，通过G49取消了刀具长度补偿，基准刀刀位点（主轴端部中心）回到Z轴原点，钻头刀尖位于-100mm处。 （3）刀具长度补偿量的确定 方法一 ① 依次将刀具装在主轴上，利用Z向设定器确定每把刀具Z轴返回机床参考点时刀位点相对工件坐标系Z向零点的距离，如图2.1.7所示的A、B、C（A、B、C均为负值，即各刀具刀位点刚接触工件坐标系Z向零点处时显示的机床坐标系Z坐标），并记录下来。 图2.1.7 刀具长度补偿量的确定 ② 选择一把刀作为基准刀（通常为最长的刀具），如图中的T03，将其对刀值C作为工件坐标系中Z向偏置值，并将长度补偿值H03设为0。 ③ 确定其他刀具的长度补偿值，即H01│A-C│，H02│B-C│。当用G43时，若该刀具比基准刀长则取正号，比基准刀短取负号；用G44时则相反。 方法二 ① 工件坐标系中（如G54）Z向偏置值设定为0，即基准刀为假想的刀具且足够长，刀位点接触工件坐标系Z向零点处时显示的机床坐标系Z值为零。 ② 通过机内对刀，确定每把刀具刀位点刚接触工件坐标系Z向零点处时显示的机床坐标系Z坐标（为负值），G43时就将该值输入到相应长度补偿号中即可，G44时则需要将Z坐标值取反后再设定为刀具长度补偿值。 7.4任务决策和执行 1．图样分析 根据图样需加工4φ30H7导柱孔，孔距为3000.015、2000.015，孔边距500．015，孔轴线对底面A的垂直度公差为φ0.015，表面粗糙度为Ra1.6μm；2φ40H7孔，孔距为1200.015，表面粗糙度为Ra1.6μm；4Ml0螺纹孔，深25。零件上下表面和台阶面已加工至尺寸。 2．工艺分析与设计 4φ30H7导柱孔为7级精度孔，垂直度要求为0.015mm，底孔可钻削完成，考虑其垂直度要求，采用镗孔加工消除钻孔时产生的轴线偏斜影响，最后用铰刀完成孔的精加工。2φ40H7孔为盲孔，孔底为平面，精度为7级，可采用钻孔、粗铣、精铣孔方式完成。螺纹孔钻底孔，然后攻螺纹完成。工艺过程如下 1 钻中心孔 因钻头定位性不好，先采用中心钻钻出中心孔。 2 钻底孔 用φ29mm钻头钻出4φ30H7底孔，2φ40H7孔钻深到29.8mm，用φ8.7mm钻头钻出4Ml0螺纹底孔。 3 粗铣孔 用φ25mm立铣刀粗铣2φ40H7到φ39.8mm，切削深度分两层完成。 4 镗孔 用φ29.8mm镗刀对φ30H7孔进行镗孔，纠正钻孔时轴线的偏斜，并且保证铰孔时加工余量。 5 铰孔 用铰刀铰4φ30H7到尺寸。 6 精铣孔 用φ25mm立铣刀精铣φ40H7孔到尺寸。 7 攻螺纹孔 用M10mm丝锥攻螺纹到尺寸。 3．装夹方案 用精密平口钳装夹工件，保证工件下表面水平，基准面与X向平行，夹紧时注意工件是否产生上浮。 4．刀具与工艺参数 见表2-1、表2-2。 表2-1 数控加工刀具卡 单 位 数控加工刀具卡片 产品名称 零件图号 零件名称 程序编号 序号 刀具号 刀具名称 刀 具 补偿值 刀补号 直径 长度 半径 长度 半径 长度 1 T01 中心钻 φ5mm H01 2 T02 麻花钻 φ29mm H02 3 T03 麻花钻 φ8.5mm H03 4 T04 立铣刀 φ25mm 12.6 D04 H04 5 T05 镗刀 φ29.8mm H05 6 T06 铰刀 φ30H7 H06 7 T07 丝锥 M10 H07 T04 立铣刀 φ25mm 12.5（根据测量值定） D05 H04 表5-2 数控加工工序卡 单 位 数控加工工序卡片 产品名称 零件名称 材 料 零件图号 工序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 设备名称 编制 审核 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格 主轴转速 /（r/min） 进给速度 /（mm/min） 背吃刀量 /mm 1 钻所有孔的中心孔 T01 φ5mm中心钻 1250 30 2 钻4φ30H7底孔，钻2φ40H7底孔深度到29.8mm T02 φ29mm麻花钻 300 30 3 钻M10螺纹底孔 T03 φ8.5mm麻花钻 600 60 4 粗铣2φ40H7孔到39.8mm，深度29.8 mm T04 φ25mm立铣刀 400 160 5 镗4φ30H7孔到29.8 mm T05 φ29.8mm镗刀 300 50 6 精铰4φ30H7孔到尺寸 T06 φ30H7铰刀 80 30 7 精铣2φ40H7孔到尺寸 T04 φ25mm立铣刀 600 160 8 攻M10螺纹 T07 M10丝锥 60 90 （4）程序编制 工件坐标系X、Y轴原点设置在工件右下角，Z轴原点设在零件最高表面上。程序如下（立式加工中心，无机械手换刀）。 O0010； 主程序名 N10 G17 G21 G40 G54 G80 G90 G94 ； 程序初始化 N20 G28 G91 Z0； 回换刀点 N30 G00 G90 G54 X-50.0 Y50.0 M03 S400； 建立工件坐标系，快速定位到点 N40 G43 Z10.0 H01； 长度补偿 N50 G98 G81 Z-16.0 R-5.0 F100； 中心钻孔循环 N60 Y250.0； N70 X-350.0； N80 Y50.0； N90 G99 X-140.0 Z-6.0 R5.0； N100 Y250.0； N110 X-260.0； N120 Y50.0； N130 Y150.0； N140 X-140.0； N150 G80 M05； N160 G28 G91 Z0； 回换刀点 N170 G28 X0 Y0； N180 T02 M06； 换2号刀 N190 G00 G90 G54 X-50.0 Y50.0 M03 S300； N200 G43 Z10.0 H02； N210 G99 G83 Z-79.0 R15.0 Q5.0 F30； 钻φ30底孔 N220 Y250.0； N230 X-350.0； N240 Y50.0； N250 G80； N260 G00 X-140.0 Y150.0； N270 G99 G83 Z-29.8 R5.0 Q5.0 F30； 钻φ40底孔 N280 X-260.0； N290 G80 M05； N300 G28 G91 Z0； N310 G28 X0 Y0； N320 T03 M06； 换3号刀 N330 G00 G90 G54 X-140.0 Y50.0 M03 S600； N340 G43 Z10.0 H03； N350 G99 G83 Z-28.0 R5.0 Q5.0 F60； 钻M10螺纹底孔 N360 Y250.0； N370 X-260.0； N380 Y50.0； N390 G80 M05 N400 G28 G91 Z0； N410 G28 X0 Y0； N420 T04 M06； 换4号刀 N430 G00 G90 G54 X-140.0 Y150.0 M03 S400； 定位在第一个φ40孔上 N440 G43 Z50 H04； 铣刀长度补偿 N450 Z5.0； N460 G01 Z-15.0 F160； 第一次铣削深度下刀 N470 G91 G41 X5.0 Y-15.0 D04； N480 M98 P0001； 调用铣削子程序 N490 G90 Z-29.8 F160； 第二次铣削深度下刀 N500 G01 G91 G41 X5.0 Y-15.0 D04； N510 M98 P0001； 调用铣削子程序 N520 G90 G00 X-260.0 Y150.0； 定位在第二个φ40孔上 N530 G01 Z-15.0 F160； 第一次铣削深度下刀 N540 G91 G41 X5.0 Y-15.0 D04； N550 M98 P0001； 调用铣削子程序 N560 G90 G01 Z-29.8 F160； 第二次铣削深度下刀 N570 G91 G41 X5.0 Y-15.0 D04； N580 M98 P0001； 调用铣削子程序 N590 M05； N600 G28 G91 Z0； N610 G28 X0 Y0； N620 T05 M06； 换5号刀 N630 G00 G90 G54 X-50.0 Y50.0 M03 S300； N640 G43 Z10.0 H05； N650 G98 G85 Z-75.0 R-5.0 F50； 粗镗φ30孔 N660 Y250.0； N670 X-350.0； N680 Y50.0； N690 G80 M05； N700 G28 G91 Z0； N710 G28 X0 Y0； N720 T06 M06； 换6号刀 N730 G00 G90 G54 X-50.0 Y50.0 M03 S80； 铰φ30孔 N740 G43 Z10.0 H06； N750 G98 G85 Z-75.0 R-5.0 F30； N760 Y250.0； N770 X-350.0； N780 Y50.0； N790 G28 G91 Z0； N800 G80 M05； N810 G28 G91 Z0； N820 G28 X0 Y0； N830 T04 M06； 换4号刀 N840 G00 G90 G54 X-140.0 Y150.0 M03 S400； 定位在第一个φ40孔上 N850 G43 Z50.0 H04； N860 Z10.0； N870 G01 Z-30.0 F160； N880 G91 G41 X5.0 Y-15.0 D05； 半径补偿D05 N890 M98 P0001； 调用铣削子程序，精铣孔 N900 G00 X-260.0 Y150.0； 定位在第二个φ40孔上 N910 G90 Z-30.0； N920 G01 G91 G41 X5.0 Y-15.0 D05； 半径补偿D05 N930 M98 P0001； 调用铣削子程序，精铣孔 N940 M05； N950 G28 G91 Z0； N960 G28 X0 Y0； N970 T07 M06； 换7号刀 N980 G00 G90 G54 X-140.0 Y50.0 M03 S60； 定位在第一个螺纹孔上 N990 G43 Z10.0 H07； N1000 G99 G84 Z-25.0 R5.0 F90； 攻螺纹 N1010 Y250.0； N1020 X-260.0； N1030 Y50.0； N1040 G80 M05； N1050 G28 G91 Z0； N1060 G28 X0 Y0； N1070 M30； 程序结束 铣削子程序 O0001； N10 G91 G03 X15.0 Y15.0 R15.0 F160； N20 I-20.0 J0； N30 X-15.0 Y15.0 R15.0； N40 G40 X-5.0 Y-15.0； N50 G90 G00 Z10.0； N230 M99； 练习 加工图示端盖零件，单件。材料为HT200，毛坯尺寸为170mm110mm50mm，分析该零件加工中心加工工艺（如零件图分析、装夹方案、加工顺序、刀具卡、工艺卡等），进行程序编写和调试，完成零件加工或仿真加工。 16