模具數控加工技術教案第 20 次 課- 21 次 課

     第 二 十 次 課授 課 提 綱 三、加工中心的工步設計 設計加工中心機床的加工工藝實際就是設計各表面的加工工步。在設計加工中心工步時，主要從精度和效率兩方面考慮。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、精加工分開進行。 （2）對于既要銑面又要鏜孔的零件，如各種發動機箱體，可以先銑面后鏜孔。 （3）相同工位集中加工，應盡量按就近位置加工，以縮短刀具移動距離，減少空運行時間。 （4）按所用刀具劃分工步。 （5）當加工工件批量較大而工序又不太長時，可在工作臺上一次裝夾多個工件同時加工，以減少換刀次數。 （6）考慮到加工中存在著重復定位誤差，對于同軸度要求很高的孔系，就不能采取原則（4），應該在一次定位后，通過順序連續換刀，順序連續加工完該同軸孔系的全部孔后，再加工其它坐標位置孔，以提高孔系同軸度。 （7）在一次定位裝夾中，盡可能完成所有能夠加工的表面。 四、工件的定位與裝夾 （一）加工中心定位基準的選擇 加工中心定位基準的選擇，主要有以下方面： （1）盡量選擇零件上的設計基準作為定位基準。 （2）一次裝夾就能夠完成全部關鍵精度部位的加工。 （3）當在加工中心上既加工基準又完成各工位的加工時，其定位基準的選擇需考慮完成盡可能多的加工內容。 （4）當零件的定位基準與設計基準難以重合時，應認真分析裝配圖紙，確定該零件設計基準的設計功能，通過尺寸鏈的計算，嚴格規定定位基準與設計基準間的公差范圍，確保加工精度。 （二） 加工中心夾具的選擇和使用 加工中心夾具的選擇和使用，主要有以下方面： （1）根據加工中心機床特點和加工需要，目前常用的夾具類型有專用夾具、組合夾具、可調夾具、成組夾具以及工件統一基準定位裝夾系統。 （2）加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結構更緊湊、簡單，夾緊動作更迅速、準確，盡量減少輔助時間，操作更方便、省力、安全，而且要保證足夠的剛性，能靈活多變。因此常采用氣動、液壓夾緊裝置。 （3）為保持工件在本次定位裝夾中所有需要完成的待加工面充分暴露在外，夾具要盡量開敞，夾緊元件的空間位置能低則低，必須給刀具運動軌跡留有空間。 （4）考慮機床主軸與工作臺面之間的最小距離和刀具的裝夾長度，夾具在機床工作臺上的安裝位置應確保在主軸的行程范圍內能使工件的加工內容全部完成。 （5）自動換刀和交換工作臺時不能與夾具或工件發生干涉。  （6）有些時候，夾具上的定位塊是安裝工件時使用的，在加工過程中，為滿足前后左右各個工位的加工，防止干涉，工件夾緊后即可拆去。對此，要考慮拆除定位元件后，工件定位精度的保持問題。 （7）盡量不要在加工中途更換夾緊點。 （三）確定零件在機床工作臺上的最佳位置 五、加工中心刀具的選用 加工中心使用的刀具由刃具和刀柄兩部分組成。 1．對刀具的要求 2．刀具的種類 加工中心加工內容的多樣性決定了所使用刀具的種類很多，除銑刀以外，加工中心使用比較多的是孔加工刀具，如圖5-10所示。 3．刀柄 刀柄可分為整體式與模塊式兩類。 下面介紹常用的幾種。 （1）ER彈簧夾頭刀柄 （2）強力夾頭刀柄 （3）莫氏錐度刀柄 （4）側固式刀柄 （5）面銑刀刀柄 （6）鉆夾頭刀柄 （7）絲錐夾頭刀柄 （8）鏜刀刀柄 （9）增速刀柄 （10）中心冷卻刀柄 （11）轉角刀柄 （12）多軸刀柄 4．刀具預調 刀具預調是加工中心使用中一項重要的工藝準備工作，其目的是在工藝設計后根據加工要求，確定各工序所使用的刀具在刀柄上裝夾好后的軸向尺寸和徑向尺寸，并填寫在工藝文件中，供加工時使用。如用于孔精加工的可調鏜刀，在加工前必須先準確調整刀刃相對于主軸軸線的徑向位置和軸向位置，即快速簡單地預調到一個固定的幾何尺寸。 刀具預調一般使用機外對刀儀。 總之，配備完善的、先進的刀具系統，是用好加工中心的重要一環。 六、換刀點 由于加工中心采用自動換刀，換刀點應根據機床的加工空間大小，工件的大小及在工作臺上的裝夾位置、被更換的刀具尺寸以及換刀動作的最大空間范圍等進行合理選擇。原則上是避免相關部件在換刀時產生干涉，同時使刀具在換刀前后運動的空行程最小。   第 二 十 一 次 課 授 課 提 綱 第三節  加工中心的程序編制 一、加工中心的編程要求 加工中心的編程有如下要求： （1）首先應進行合理的工藝分析和工藝設計。 （2）根據加工批量等情況，確定采用自動換刀或手動換刀。 （3）為提高機床利用率，盡量采用刀具機外預調，并將測量尺寸填寫到刀具卡片中，以便操作者在運行程序前確定刀具補償參數。 （4）盡量把不同工序內容的程序，分別安排到不同的子程序中。 （5）除換刀程序外，加工中心的編程方法與數控銑床基本相同。 二、換刀程序的編制 不同的加工中心，其換刀程序是不同的，通常選刀和換刀分開進行。換刀完畢啟動主軸后，方可執行后面的程序段。選刀可與機床加工重合起來，即利用切削時間進行選刀。多數加工中心都規定了換刀點位置。主軸只有運動到這個位置，機械手或刀庫才能執行換刀動作。一般立式加工中心規定的換刀點位置在機床Z軸零點處，臥式加工中心規定在機床Y軸零點處。 編制換刀程序一般有兩種方法： 方法一：… N10 G91 G28 Z0 T02   N11 M06 … 即一把刀具加工結束，主軸返回機床原點后準停，然后刀庫旋轉，將需要更換的刀具停在換刀位置，接著進行換刀，再開始加工。選刀和換刀先后進行，機床有一定的等待時間。 方法二：… N10 G01 X—Y—Z—T02   …   N17 G91 G28 Z0 M06   N18 G01 X—Y—Z—T03   … 這種方法的找刀時間和機床的切削時間重合，當主軸返回換刀點后立刻換刀，因此整個換刀過程所用的時間比第一種要短一些。在單機作業時，可以不考慮這兩種換刀方法的區別，而在柔性生產線上則有實際的作用。 三、固定循環指令的編程方法 加工中心的編程方法與數控銑床基本相同，在這里主要介紹加工中心的固定循環指令的編程方法。 加工中心配備的固定循環功能主要用于孔的加工，包括鉆孔、擴孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻絲等，有的加工中心還具有鍵槽、橢圓、方槽加工等固定循環。 1．固定循環的動作 孔加工固定循環通常由以下六個動作組成： 如圖5-27所示，圖中用虛線表示快速進給，用實線表示切削進給。 （1）初始平面 （2）R點平面 （3）孔底平面 孔加工循環與平面選擇指令（G17、G18、G19）無關，即不管選擇了哪個平面，孔加工都是在XY平面上定位并Z在軸方向上鉆孔。 2．固定循環的代碼及格式 （1）數據形式，如圖圖5-28所示。 （2）返回點平面G98、G99 （3）固定循環指令的G代碼  這里介紹FANUC 0M-C數控系統的固定循環功能，如表5-1所示。 （4）固定循環的格式 G73～G89 X  Y  Z  R  Q  P  F  K 取消孔加工固定循環用G80。 對于加工一般的孔，可以使用G81代碼，刀具動作比較簡單。在孔中心上方定位后，快速靠近工件表面，然后以切削進給速度加工孔，到達要求的深度時，主軸不停，快速退刀，停留的位置由G98、G99指定，如圖圖5-29所示。當使用不同的刀具，就可以進行鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔等加工。 G81的指令格式為：G81 X  Y  Z  R  F  3．固定循環編程實例 【例題5-1】如圖5-30所示零件。 對該零件編制加工程序的步驟如下： （1）為方便加工時對刀，設置編程坐標系如圖中所示，取零件上表面為Z向零點。 （2）計算孔中心坐標。 （3）設計加工路線。按1→2→…→9的順序依次鉆孔，快進R點距離零件上表面5mm，考慮鉆頭鉆尖的影響，為保證能將孔完整地加工出來，鉆孔深度為35mm。 （4）編寫程序單。根據加工路線和坐標數據，選擇G81鉆孔固定循環指令逐條編寫加工程序，如表5-2所示。 第四節  加工中心加工實例 【例題5-2】如圖5-31所示，為座盒零件圖，圖5-32為其立體圖。零件材料為LY12CZ。 1．工藝分析 2．工藝路線設計 如圖5-33所示。 該零件的主要加工內容可安排在一臺或兩臺加工中心上進行。可采取以下加工方案： （1）下料； （2）銑上下平面，保證厚度尺寸25； （3）打2-8工藝孔； （4）銑反面矩形槽，銳邊倒圓； （5）銑正面矩形槽、外形，銳邊倒圓，鉆、鉸 8、 10孔； （6）鉗工去工藝凸臺、毛刺； （7）檢驗。 3．加工中心加工的工序設計 在加工中心上加工內容為上述2中（4）和（5），即銑正反面矩形槽、外形，銳邊倒圓及鉆孔。為控制零件的加工變形，外形和矩形槽同時在厚度方向進行分層銑削，最后鉆、鉸孔。 （1）以正面和 8工藝孔定位裝夾，銑反面外形、矩形槽、銳邊倒圓，如圖5-34所示。 （2）以反面和 8工藝孔定位裝夾，銑正面外形、四處矩形槽，銳邊倒圓，如圖5-35所示。 （3）鉆、鉸 10和 8的孔，如圖5-36所示。 （4）鉗工去掉工藝凸臺，并修銼毛刺，完成該零件的全部加工。 4．程序編制 （1）程序編制方法 為提高效率、保證程序的準確性，采用自動編程方法更恰當。 （2）編程坐標系和對刀點 考慮零件在機床工作臺上的安裝位置，取長度方向為X坐標，寬度方向為Y坐標，厚度方向為Z坐標。由于采用工藝凸臺和工藝孔定位裝夾，為方便對刀操作，編程坐標系原點和對刀點設在同一點，即工件左側工藝孔的中心，Z向零點設在夾具定位面上。           第五章小結 加工中心是在數控銑床的基礎上發展起來的，在單機作業時，其工藝設計與程序編制和數控銑床基本相同。當加工的內容和使用的刀具比較多時，需充分利用加工中心的自動換刀功能，盡量將工序集中，從而提高其加工效率。 加工中心的加工工藝范圍比較寬，隨著其加工對象的復雜行和多樣性，所用的刀具、夾具、量具及輔具等也比較多，在編制工藝規程和數控程序時應全面考慮，注意在工藝文件中表達詳細和準確。對于稍微復雜零件的程序編制，應盡量采用數控自動編程方法（將在第七中介紹），以提高編程的效率和準確性。   第 二 十 二 次 課 授 課 提 綱 現場教學 1

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