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1第6章加工中心加工工艺6.1加工中心简介加工中心(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。以下以FANUC数控系统的XH714加工中心为例来讲述。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。26.1.1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。3立式数控加工中心底座横向工作台（Y）纵向工作台（X）操作面板纸带读入装置数控柜刀库主轴箱换刀机械手换刀机械手纸带读入装置数控柜刀库主轴箱底座操作面板纵向工作台(X)横向工作台(Y)4卧式数控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5中小型立式加工中心66.1.2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。7图6.1铣削加工图6.2钻削加工图6.3螺纹加工图6.4镗削加工8了解在加工中心加工中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。对加工中心工艺知识有一个系统的了解，并学会制定加工中心加工工艺和进行工艺分析的方法。教学目的：6.2加工中心加工工艺9内容知识点学习要求建议学时概述加工中心的主要加工对象了解2加工中心的结构及类型加工中心加工工件的安装、对刀与换刀加工中心加工工件的安装掌握加工中心加工定位基准的选择加工中心夹具的确定加工中心加工的对刀与换刀加工中心加工工艺制定加工中心加工工艺重点掌握2典型加工中心加工零件的工艺分析盖板零件结构特点及加工工艺的制定理解4支承套零件结构特点及加工工艺的制定学习内容与知识点：106.2.1加工中心加工工件的安装选择基准的三个基本要求：所选基准应能保证工件定位准确装卸方便方便可靠所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单保证加工精度11选择定位基准6原则：尽量选择设计基准作为定位基准定位基准与设计基准不能统一时，应严格控制定位误差保证加工精度工件需两次以上装夹加工时，所选基准在一次装夹定位能完成全部关键精度部位的加工所选基准要保证完成尽可能多的加工内容批量加工时，零件定位基准应尽可能与建立工件坐标系的对刀基准重合加工中心加工定位基准的选择需要多次装夹时，基准应该前后统一126.2.2加工中心夹具的确定对夹具的基本要求：夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开夹具在机床上能实现定向安装夹具的刚性与稳定性要好13不影响进给的装夹示例加工中心夹具的确定14通用夹具组合夹具专用夹具可调整夹具多工位夹具常用夹具种类成组夹具加工中心夹具的确定15新型数控夹具体加工中心夹具的确定16孔系组合夹具加工中心夹具的确定17槽系组合夹具加工中心夹具的确定18加工中心夹具的选用原则：在保证加工精度和生产效率的前提下，优先选用通用夹具批量加工可考虑采用简单专用夹具大批量加工可考虑采用多工位夹具和高效的气压、液压等专用夹具采用成组工艺时应使用成组夹具加工中心夹具的确定196.3.3制定加工中心加工工艺零件的工艺分析分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求；检查零件图的完整性和正确性；分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心加工时的可行性、经济性、方便性；确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结构和表面；20工艺方案的设计工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。加工方法的选择加工顺序的合理按排制定加工中心加工工艺21工步设计先粗加工，半精加工，再精加工。既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。采用相同设计基准集中加工的原则。相同工位集中加工，邻近工位一起加工可提高加工效率。按所用刀具划分工步。有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。在一次装夹定位中，能加工的形位全部加工完。制定加工中心加工工艺22进给路线的确定孔加工路线的确定：确定XY平面内的进给路线：定位要迅速，保证不发生碰撞的前提下缩短空行程；定位要准确。确定Z向的进给路线制定加工中心加工工艺23加工余量的确定表面粗糙度表面缺陷层深度空间偏差表面几何形状误差装夹误差影响加工余量大小的因素制定加工中心加工工艺24工序尺寸及公差的确定注意定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的确定问题。制定加工中心加工工艺25切削用量的选择选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；坯料种类、硬度；刀具类型、转速、直径大小、刀刃材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际切削的具体情况，确定合适的切削用量。制定加工中心加工工艺266.4.4刀具的选择（1）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。（2）刀具选择指令用地址T及后面两位数或是四位数来表示，用来选择机床上刀库的刀具。一般T代码后面的数字为刀具号。移动指令和T代码写在同一程序段中指令时，执行指令的顺序有两种：1）移动指令和T指令同时开始。2）移动指令结束后，开始T功能指令。27（3）刀具选择方式1）顺序选到把主轴上的刀具使用完后放回原处，再选择新的刀具。刀库中刀座号中的刀具号保持不变（一般无机械手）。指令格式为：T××M06；执行格式为：还刀—找刀—装刀2）预选选刀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。指令格式：……T××；……M06；执行格式：找刀—换刀（结构复杂，但换刀时间短）。在有机械手加工中心多用此方法。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。28①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。③活塞杆推动机械手下行，从主轴和刀库上取出刀具。④机械手回转180°，交换刀具位置。⑤将更换后的刀具装入主轴和刀库。⑥机械手放开主轴和刀库上的刀具后复位。29换刀机械手的换刀过程主轴换刀机械手刀库油缸主轴油缸刀库换刀机械手(a)(b)(c)(d)30主轴移动式换刀过程立柱主轴刀库刀库伸出转位主轴上移主轴退回（a）（b）（c）（d）（e）（f）刀库退回立柱刀库主轴主轴上移主轴退回刀库退回刀库伸出转位(a)(b)(c)(d)(e)(f)316.4.5典型加工中心加工零件工艺分析例一：盖板零件在加工中心的加工工艺盖板是机械加工中常见的零件，加工表面有平面和孔，通常需经铣平面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔及攻螺纹等工步才能完成。下面以右图所示盖板为例介绍其加工中心加工工艺。盖板零件简图32零件工艺分析选择加工中心设计工艺：选择加工方法确定加工顺序确定装夹方案和选择夹具选择刀具制定工艺步骤：确定进给路线选择切削用量典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺331．分析零件图样，选择加工内容该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由零件图可知，盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度为IT7级。从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，将A面作为主要定位基准，并在前道工序中先加工好。典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺342．选择加工中心由于B面及位于B面上的全部孔，只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪、铰及攻螺纹等工步，所需刀具不超过20把。选用国产XH714型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台尺寸为400mm×800mm，x轴行程为600mm，y轴行程为400mm，z轴行程为400mm，主轴端面至工作台台面距离为125～525mm，定位精度和重复定位精度分别为0.02mm和0.01mm,刀库容量为18把,工件一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。盖板零件在加工中心的加工工艺典型加工中心加工零件工艺分析353.设计工艺(1)选择加工方法B平面用铣削方法加工,因其表面粗糙度Ra为6.3μm,故采用粗铣——精铣方案；φ60H7孔为已铸出毛坯孔，为达到IT7级精度和Ra0.8μm的表面粗糙度，需经三次镗削，即采用粗镗——半精镗——精镗方案；对φ12H8孔，为防止钻偏和达到IT8级精度，按钻中心孔——钻孔——扩孔——铰孔方案进行；φ16mm孔在φ12mm孔基础上锪至尺寸即可；M16mm螺纹孔采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法，即按钻中心孔——钻底孔——倒角——攻螺纹方案加工。典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺36(2)确定加工顺序按照先面后孔、先粗后精的原则确定。具体加工顺序为粗、精铣B面——粗、半精、精镗φ60H7孔——钻各光孔和螺纹孔的中心孔——钻、扩、锪、铰φ12H8及φ16mm孔——M16mm螺孔钻底孔、倒角和攻螺纹，详见下表。典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺3.设计工艺37数控加工工序卡片典型加工中心加工零件工艺分析38(3)确定装夹方案和选择夹具该盖板零件形状简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，故可选用通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺3.设计工艺39(4)选择刀具所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀(锪φ16mm孔)及丝锥等，其规格根据加工尺寸选择。B面粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；B面精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径(XH714型加工中心的允许装刀直径：无相邻刀具为φ150mm，有相邻刀具为φ80mm)也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。XH714型加工中心主轴锥孔为ISO40，适用刀柄为BT40(日本标准JISB6339)，故刀柄柄部应选择BT40型式。具体所选刀具及刀柄见下表。典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺3.设计工艺40数控加工刀具编号典型加工中心加工零件工艺分析41(5)确定进给路线B面的粗、精铣削加工进给路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为φ100mm，故安排沿z方向两次进给(见下图)。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，后面所示各图即为各孔加工工步的进给路线。典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺3.设计工艺42(5)确定进给路线铣削B面进给路线典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺43镗φ60H7孔进给路线(5)确定进给路线典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺44钻中心孔进给路线(5)确定进给路线典型加工中心加工零件工艺分析盖板零件在加工中心的加工工艺45钻、扩、铰φ12H8孔进给路线(5)确定进给