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

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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400mm×300mm×70mm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：G43(G44) G00(G01) Z H ；
G49 G00(G01) 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4×φ30H7导柱孔，孔距为300±0.015、200±0.015，孔边距50±0．015，孔轴线对底面A的垂直度公差为φ0.015，表面粗糙度为Ra1.6μm；2×φ40H7孔，孔距为120±0.015，表面粗糙度为Ra1.6μm；4×Ml0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
4×φ30H7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。2×φ40H7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4×φ30H7底孔，2×φ40H7孔钻深到29.8mm，用φ8.7mm钻头钻出4×Ml0螺纹底孔。
3) 粗铣孔 用φ25mm立铣刀粗铣2×φ40H7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4×φ30H7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4×φ30H7底孔，钻2×φ40H7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2×φ40H7孔到39.8mm，深度29.8 mm
T04
φ25mm立铣刀
400
160

5
镗4×φ30H7孔到29.8 mm
T05
φ29.8mm镗刀
300
50

6
精铰4×φ30H7孔到尺寸
T06
φ30H7铰刀
80
30

7
精铣2×φ40H7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170mm×110mm×50mm，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。

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