模具数控加工技术教案第 20 次 课- 21 次 课

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     第 二 十 次 课授 课 提 纲 三、加工中心的工步设计 设计加工中心机床的加工工艺实际就是设计各表面的加工工步。在设计加工中心工步时，主要从精度和效率两方面考虑。主要有以下方面。 （1）同一加工表面按粗加工、半精加工、精加工次序完成，或全部加工表面按先粗加工，然后半精加工、精加工分开进行。 （2）对于既要铣面又要镗孔的零件，如各种发动机箱体，可以先铣面后镗孔。 （3）相同工位集中加工，应尽量按就近位置加工，以缩短刀具移动距离，减少空运行时间。 （4）按所用刀具划分工步。 （5）当加工工件批量较大而工序又不太长时，可在工作台上一次装夹多个工件同时加工，以减少换刀次数。 （6）考虑到加工中存在着重复定位误差，对于同轴度要求很高的孔系，就不能采取原则（4），应该在一次定位后，通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该同轴孔系的全部孔后，再加工其它坐标位置孔，以提高孔系同轴度。 （7）在一次定位装夹中，尽可能完成所有能够加工的表面。 四、工件的定位与装夹 （一）加工中心定位基准的选择 加工中心定位基准的选择，主要有以下方面： （1）尽量选择零件上的设计基准作为定位基准。 （2）一次装夹就能够完成全部关键精度部位的加工。 （3）当在加工中心上既加工基准又完成各工位的加工时，其定位基准的选择需考虑完成尽可能多的加工内容。 （4）当零件的定位基准与设计基准难以重合时，应认真分析装配图纸，确定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公差范围，确保加工精度。 （二） 加工中心夹具的选择和使用 加工中心夹具的选择和使用，主要有以下方面： （1）根据加工中心机床特点和加工需要，目前常用的夹具类型有专用夹具、组合夹具、可调夹具、成组夹具以及工件统一基准定位装夹系统。 （2）加工中心的高柔性要求其夹具比普通机床结构更紧凑、简单，夹紧动作更迅速、准确，尽量减少辅助时间，操作更方便、省力、安全，而且要保证足够的刚性，能灵活多变。因此常采用气动、液压夹紧装置。 （3）为保持工件在本次定位装夹中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夹具要尽量开敞，夹紧元件的空间位置能低则低，必须给刀具运动轨迹留有空间。 （4）考虑机床主轴与工作台面之间的最小距离和刀具的装夹长度，夹具在机床工作台上的安装位置应确保在主轴的行程范围内能使工件的加工内容全部完成。 （5）自动换刀和交换工作台时不能与夹具或工件发生干涉。  （6）有些时候，夹具上的定位块是安装工件时使用的，在加工过程中，为满足前后左右各个工位的加工，防止干涉，工件夹紧后即可拆去。对此，要考虑拆除定位元件后，工件定位精度的保持问题。 （7）尽量不要在加工中途更换夹紧点。 （三）确定零件在机床工作台上的最佳位置 五、加工中心刀具的选用 加工中心使用的刀具由刃具和刀柄两部分组成。 1．对刀具的要求 2．刀具的种类 加工中心加工内容的多样性决定了所使用刀具的种类很多，除铣刀以外，加工中心使用比较多的是孔加工刀具，如图5-10所示。 3．刀柄 刀柄可分为整体式与模块式两类。 下面介绍常用的几种。 （1）ER弹簧夹头刀柄 （2）强力夹头刀柄 （3）莫氏锥度刀柄 （4）侧固式刀柄 （5）面铣刀刀柄 （6）钻夹头刀柄 （7）丝锥夹头刀柄 （8）镗刀刀柄 （9）增速刀柄 （10）中心冷却刀柄 （11）转角刀柄 （12）多轴刀柄 4．刀具预调 刀具预调是加工中心使用中一项重要的工艺准备工作，其目的是在工艺设计后根据加工要求，确定各工序所使用的刀具在刀柄上装夹好后的轴向尺寸和径向尺寸，并填写在工艺文件中，供加工时使用。如用于孔精加工的可调镗刀，在加工前必须先准确调整刀刃相对于主轴轴线的径向位置和轴向位置，即快速简单地预调到一个固定的几何尺寸。 刀具预调一般使用机外对刀仪。 总之，配备完善的、先进的刀具系统，是用好加工中心的重要一环。 六、换刀点 由于加工中心采用自动换刀，换刀点应根据机床的加工空间大小，工件的大小及在工作台上的装夹位置、被更换的刀具尺寸以及换刀动作的最大空间范围等进行合理选择。原则上是避免相关部件在换刀时产生干涉，同时使刀具在换刀前后运动的空行程最小。   第 二 十 一 次 课 授 课 提 纲 第三节  加工中心的程序编制 一、加工中心的编程要求 加工中心的编程有如下要求： （1）首先应进行合理的工艺分析和工艺设计。 （2）根据加工批量等情况，确定采用自动换刀或手动换刀。 （3）为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便操作者在运行程序前确定刀具补偿参数。 （4）尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中。 （5）除换刀程序外，加工中心的编程方法与数控铣床基本相同。 二、换刀程序的编制 不同的加工中心，其换刀程序是不同的，通常选刀和换刀分开进行。换刀完毕启动主轴后，方可执行后面的程序段。选刀可与机床加工重合起来，即利用切削时间进行选刀。多数加工中心都规定了换刀点位置。主轴只有运动到这个位置，机械手或刀库才能执行换刀动作。一般立式加工中心规定的换刀点位置在机床Z轴零点处，卧式加工中心规定在机床Y轴零点处。 编制换刀程序一般有两种方法： 方法一：… N10 G91 G28 Z0 T02   N11 M06 … 即一把刀具加工结束，主轴返回机床原点后准停，然后刀库旋转，将需要更换的刀具停在换刀位置，接着进行换刀，再开始加工。选刀和换刀先后进行，机床有一定的等待时间。 方法二：… N10 G01 X—Y—Z—T02   …   N17 G91 G28 Z0 M06   N18 G01 X—Y—Z—T03   … 这种方法的找刀时间和机床的切削时间重合，当主轴返回换刀点后立刻换刀，因此整个换刀过程所用的时间比第一种要短一些。在单机作业时，可以不考虑这两种换刀方法的区别，而在柔性生产线上则有实际的作用。 三、固定循环指令的编程方法 加工中心的编程方法与数控铣床基本相同，在这里主要介绍加工中心的固定循环指令的编程方法。 加工中心配备的固定循环功能主要用于孔的加工，包括钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻丝等，有的加工中心还具有键槽、椭圆、方槽加工等固定循环。 1．固定循环的动作 孔加工固定循环通常由以下六个动作组成： 如图5-27所示，图中用虚线表示快速进给，用实线表示切削进给。 （1）初始平面 （2）R点平面 （3）孔底平面 孔加工循环与平面选择指令（G17、G18、G19）无关，即不管选择了哪个平面，孔加工都是在XY平面上定位并Z在轴方向上钻孔。 2．固定循环的代码及格式 （1）数据形式，如图图5-28所示。 （2）返回点平面G98、G99 （3）固定循环指令的G代码  这里介绍FANUC 0M-C数控系统的固定循环功能，如表5-1所示。 （4）固定循环的格式 G73～G89 X  Y  Z  R  Q  P  F  K 取消孔加工固定循环用G80。 对于加工一般的孔，可以使用G81代码，刀具动作比较简单。在孔中心上方定位后，快速靠近工件表面，然后以切削进给速度加工孔，到达要求的深度时，主轴不停，快速退刀，停留的位置由G98、G99指定，如图图5-29所示。当使用不同的刀具，就可以进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔等加工。 G81的指令格式为：G81 X  Y  Z  R  F  3．固定循环编程实例 【例题5-1】如图5-30所示零件。 对该零件编制加工程序的步骤如下： （1）为方便加工时对刀，设置编程坐标系如图中所示，取零件上表面为Z向零点。 （2）计算孔中心坐标。 （3）设计加工路线。按1→2→…→9的顺序依次钻孔，快进R点距离零件上表面5mm，考虑钻头钻尖的影响，为保证能将孔完整地加工出来，钻孔深度为35mm。 （4）编写程序单。根据加工路线和坐标数据，选择G81钻孔固定循环指令逐条编写加工程序，如表5-2所示。 第四节  加工中心加工实例 【例题5-2】如图5-31所示，为座盒零件图，图5-32为其立体图。零件材料为LY12CZ。 1．工艺分析 2．工艺路线设计 如图5-33所示。 该零件的主要加工内容可安排在一台或两台加工中心上进行。可采取以下加工方案： （1）下料； （2）铣上下平面，保证厚度尺寸25； （3）打2-8工艺孔； （4）铣反面矩形槽，锐边倒圆； （5）铣正面矩形槽、外形，锐边倒圆，钻、铰 8、 10孔； （6）钳工去工艺凸台、毛刺； （7）检验。 3．加工中心加工的工序设计 在加工中心上加工内容为上述2中（4）和（5），即铣正反面矩形槽、外形，锐边倒圆及钻孔。为控制零件的加工变形，外形和矩形槽同时在厚度方向进行分层铣削，最后钻、铰孔。 （1）以正面和 8工艺孔定位装夹，铣反面外形、矩形槽、锐边倒圆，如图5-34所示。 （2）以反面和 8工艺孔定位装夹，铣正面外形、四处矩形槽，锐边倒圆，如图5-35所示。 （3）钻、铰 10和 8的孔，如图5-36所示。 （4）钳工去掉工艺凸台，并修锉毛刺，完成该零件的全部加工。 4．程序编制 （1）程序编制方法 为提高效率、保证程序的准确性，采用自动编程方法更恰当。 （2）编程坐标系和对刀点 考虑零件在机床工作台上的安装位置，取长度方向为X坐标，宽度方向为Y坐标，厚度方向为Z坐标。由于采用工艺凸台和工艺孔定位装夹，为方便对刀操作，编程坐标系原点和对刀点设在同一点，即工件左侧工艺孔的中心，Z向零点设在夹具定位面上。           第五章小结 加工中心是在数控铣床的基础上发展起来的，在单机作业时，其工艺设计与程序编制和数控铣床基本相同。当加工的内容和使用的刀具比较多时，需充分利用加工中心的自动换刀功能，尽量将工序集中，从而提高其加工效率。 加工中心的加工工艺范围比较宽，随着其加工对象的复杂行和多样性，所用的刀具、夹具、量具及辅具等也比较多，在编制工艺规程和数控程序时应全面考虑，注意在工艺文件中表达详细和准确。对于稍微复杂零件的程序编制，应尽量采用数控自动编程方法（将在第七中介绍），以提高编程的效率和准确性。   第 二 十 二 次 课 授 课 提 纲 现场教学 1

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