【正文】 綜合加工技術(shù) 思考與練習(xí)題 第 4章 加工中心的操作與編程 數(shù)控加工中心及其組成 加工中心的類型及其組成 加工中心是帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，又稱為自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床或多工序數(shù)控機(jī)床。其特點(diǎn)是數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床自動(dòng)地更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件各加工表面自動(dòng)進(jìn)行鉆削、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、攻絲和銑削等多種工序的加工，工序高度集中。適用于加工凸輪、箱體、支架、蓋板和模具等復(fù)雜型面的零件。有一般立式、臥式鏜銑加工中心和龍門式加工中心等種類。適用于多品種小批量的生產(chǎn)方式。它以鉆削為主，刀庫(kù)形式以轉(zhuǎn)塔頭形式為主。 (3) 復(fù)合加工中心。在主軸自動(dòng)回轉(zhuǎn)后，在水平和垂直面實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換。轉(zhuǎn)塔頭加工中心有立式和臥式兩種。 (2) 刀庫(kù) +主軸換刀加工中心。如圖 41所示的臥式加工中心便屬此類。這種加工中心結(jié)構(gòu)多種多樣，由于機(jī)械手卡爪可同時(shí)分別抓住刀庫(kù)上所選的刀和主軸上的刀，換刀時(shí)間短。如圖 42所示的立式加工中心多用此類機(jī)械手式換刀裝置。這種加工中心在主軸上的刀具進(jìn)行切削時(shí)，通過機(jī)械手將下一步所用的刀具換在轉(zhuǎn)塔頭的非切削主軸上。 第 4章 加工中心的操作與編程 圖 42 立式數(shù)控加工中心 底 座橫 向 工 作 臺(tái) （ Y ）縱 向 工 作 臺(tái) （ X ）操 作 面 板紙 帶 讀 入 裝 置數(shù) 控 柜刀 庫(kù)主 軸 箱換 刀 機(jī) 械 手換刀機(jī)械手紙帶讀入裝置數(shù)控柜刀庫(kù)主軸箱底座操作面板縱向工作臺(tái) ( X )橫向工作臺(tái) ( Y ) 第 4章 加工中心的操作與編程 此外，還可按所用工作臺(tái)結(jié)構(gòu)特征分為單、雙工作臺(tái)和多工作臺(tái)式加工中心。 臥式鏜銑加工中心機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成如圖 41所示。 和數(shù)控銑床相比，加工中心主要是增加了刀庫(kù)及換刀裝置。 第 4章 加工中心的操作與編程 圖 43 中小型立式加工中心 第 4章 加工中心的操作與編程 加工中心的自動(dòng)換刀裝置 自動(dòng)換刀裝置的用途是按照加工需要，自動(dòng)地更換裝在主軸上的刀具。 1．自動(dòng)換刀裝置的形式 自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型、工藝、范圍及刀具的種類和數(shù)量等。 回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置的刀具數(shù)量有限，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，如車削中心上的回轉(zhuǎn)刀架。它的整個(gè)換刀過程較復(fù)雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式放入刀庫(kù)。存放刀具的刀庫(kù)具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨(dú)立部件安裝在機(jī)床以外。加工中心常用的刀庫(kù)有鼓輪式刀庫(kù)和鏈?zhǔn)降稁?kù)兩種。一般存放刀具不超過 32把，見圖 44。如圖 43(b)所示加工中心機(jī)床用的就是鏈?zhǔn)降稁?kù)。當(dāng)執(zhí)行到 Txx指令，即選刀指令后，刀庫(kù)自動(dòng)將要用的刀具移動(dòng)到換刀位置，完成選刀過程，為下面換刀做好準(zhǔn)備。 第 4章 加工中心的操作與編程 1) 選刀 選刀方式常有順序選刀方式和任選方式兩種。這種方式的控制及刀庫(kù)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，但刀庫(kù)中刀具排列的順序不能錯(cuò)。它可分為刀具編碼和刀座編碼兩種方式。采用這種方式編碼的刀具可以放在刀庫(kù)的任意刀座中；刀庫(kù)中的刀具不僅可在不同的工序中多次重復(fù)使用，而且換下來的刀具也不必放回原來的刀座中。 第 4章 加工中心的操作與編程 目前應(yīng)用最多的是計(jì)算機(jī)記憶式選刀。不論刀具存放在哪個(gè)地址，都始終記憶著它的蹤跡。這樣刀具可以任意取出，任意送回。在刀庫(kù)上設(shè)有機(jī)械原點(diǎn)，每次選刀運(yùn)動(dòng)正反向都不會(huì)超過 180176。 當(dāng)選刀動(dòng)作完成后，即處于等待狀態(tài)，一旦執(zhí)行到自動(dòng)換刀的指令，即開始換刀動(dòng)作。 對(duì)通過機(jī)械手換刀的立式加工中心 (如 XHK716)，其換刀動(dòng)作可分解如下： ① 主軸箱回到最高處 (Z坐標(biāo)零點(diǎn) )，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“主軸準(zhǔn)?！薄? 第 4章 加工中心的操作與編程 ② 機(jī)械手抓住主軸上和刀庫(kù)上的刀具，如圖 46(a)所示。 ④ 機(jī)械手回轉(zhuǎn) 180176。 ⑤ 將更換后的刀具裝入主軸和刀庫(kù)，如圖 46(d)所示。限位開關(guān)發(fā)出“換刀完畢”的信號(hào)，主軸自由，可以開始加工或使其他程序動(dòng)作。這時(shí)刀庫(kù)上刀位的空擋正對(duì)著交換位置，裝卡刀具的卡爪打開。 ② 主軸箱上升到極限位置，被更換的刀具刀桿進(jìn)入刀庫(kù)空刀位，即被刀具定位卡爪鉗住，與此同時(shí)，主軸內(nèi)刀桿自動(dòng)夾緊裝置放松刀具，如圖 47(b)所示。 第 4章 加工中心的操作與編程 ④ 刀庫(kù)轉(zhuǎn)位，按照程序指令要求，將選好的刀具轉(zhuǎn)到最下面的位置，同時(shí)，壓縮空氣將主軸錐孔吹凈，如圖 47(d)所示。 ⑥ 主軸下降到加工位置并啟動(dòng)，開始下一步的加工，如圖47(f)所示。刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)換刀時(shí)，機(jī)床不工作，因而影響到機(jī)床的生產(chǎn)效率。其換刀過程為： 圖 48 刀庫(kù)移動(dòng) 主軸升降式換刀過程 電 機(jī)主 軸氣 缸刀 庫(kù) 刀 盤直 線 導(dǎo) 軌（ a ） （ b ） （ c ）（ d ） （ e ） （ f ）電機(jī)直線導(dǎo)軌氣缸主軸刀庫(kù)刀盤( a ) ( b ) ( c )( d ) ( e ) ( f ) 第 4章 加工中心的操作與編程 ① 分度：由低速力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)刀盤的分度運(yùn)動(dòng)，將刀盤上接受刀具的空刀座轉(zhuǎn)到換刀所需的預(yù)定位置，如圖 48(a)所示。 ③ 卸刀：主軸松刀，銑頭上移至第一參考點(diǎn)，刀具留在空刀座內(nèi)，如圖 48(c)所示。 ⑤ 裝刀：銑頭下移，主軸夾刀，刀庫(kù)氣缸活塞桿縮回，刀盤復(fù)位，完成換刀動(dòng)作，如圖 48(e)、 (f)所示。A B CS P =+ * /[ ]，H E L PR E S E TP A G EP A G EC U R S O RF A N U C OC R T 字 符 顯 示 器字 符 、 圖 形 顯 示 器彩 色 液 晶 顯 示 器OPNQGR7A8B9CXUYVZW4[5]6SPMISJTK1，23=FLHDEOBE+0*176。用于顯示程序、數(shù)據(jù)輸入顯示和監(jiān)視坐標(biāo)圖形等。圖 410所示為當(dāng)前坐標(biāo)顯示 (按 POS功能鍵時(shí) )的其中兩個(gè)畫頁。若按 ALLEXE鍵則所有軸的相對(duì)坐標(biāo)值被復(fù)位為零。 第 4章 加工中心的操作與編程 ● 工件坐標(biāo)系 (ABSOLUTE)：以 G92或預(yù)置工件坐標(biāo)系G54~G59指定的點(diǎn)為原點(diǎn)，顯示當(dāng)前刀具 (或機(jī)械工作臺(tái) )的位置坐標(biāo)。 ● 剩余移動(dòng)量 (DISTANCE TO GO)：在自動(dòng)、 MDI、 DNC方式加工時(shí)，當(dāng)前程序段中刀具還需要移動(dòng)的距離。 第 4章 加工中心的操作與編程 手動(dòng)操作面板 (1) 方式選擇開關(guān)：選擇操作方式的開關(guān)，有以下幾種方式。可在 0%~150%范圍內(nèi)每隔 10%修調(diào)。各軸的正負(fù)方向遵循標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，即以假定工件不動(dòng)，刀具相對(duì)于工件在運(yùn)動(dòng)來理解，即按編程坐標(biāo)系來看。 (5) 快速倍率旋鈕：選擇快速進(jìn)給速度倍率的開關(guān)。手輪結(jié)構(gòu)參見圖 28，先選擇移動(dòng)軸，再調(diào)節(jié)移動(dòng)量，有 100三種選擇，對(duì)應(yīng)每刻度值為 、 mm。相當(dāng)于 100個(gè)刻度的對(duì)應(yīng)值。 (8) 進(jìn)給保持按鍵：用于自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中臨時(shí)停止的按鈕，一按此按鈕，軸移動(dòng)減速并停止，燈亮。 (再按一下，開關(guān)斷開，燈滅。每運(yùn)行一個(gè)程序段后都會(huì)停止，再按“循環(huán)啟動(dòng)”繼續(xù)執(zhí)行下一程序段，用于程序的校驗(yàn)， (再按一次，開關(guān)斷開，燈滅。 (無視程序指令的進(jìn)給速度，而按照快移速度移動(dòng)，但也受到“手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給速度設(shè)定開關(guān)”設(shè)定的倍率的控制。 (再按一下，開關(guān)斷開，燈滅。 (12) Z軸鎖定按鍵開關(guān)：按下此開關(guān) (燈亮 )，自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，往 Z軸去的控制信號(hào)被截?cái)啵?Z軸不動(dòng)，但數(shù)控運(yùn)算和 CRT顯示正常。 (再按一次，開關(guān)斷開，燈滅。 (14) 選擇停止按鍵開關(guān)：按此開關(guān)至燈亮，可在實(shí)施帶有輔助功能 M01的程序段后，停止程序。 ) (15) 程序再啟動(dòng)鍵開關(guān)：用于機(jī)械鎖定或空運(yùn)行過程中斷電后的接續(xù)運(yùn)行。此前需用 MDI指定執(zhí)行主軸轉(zhuǎn)速和旋向；否則，按當(dāng)前模態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)主軸。 (17) 手動(dòng)冷卻操作按鍵：按下啟動(dòng)鍵，手動(dòng)開啟冷卻液；按下停止鍵，手動(dòng)關(guān)閉冷卻液。按鍵一次，轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀位。一般情況下，系統(tǒng)將自動(dòng)定時(shí)進(jìn)行導(dǎo)軌潤(rùn)滑。 (21) 程序保護(hù)鎖匙：用于提供臨時(shí)離開時(shí)防止其他人員修改程序的保護(hù)措施。關(guān)機(jī)時(shí)，先按下急停鈕，再按電源關(guān)即可。注意，氣壓不足時(shí)，出現(xiàn)氣壓報(bào)警，系統(tǒng)無法正常工作，待氣壓充足時(shí)方可解除。 第 4章 加工中心的操作與編程 2．工作臺(tái)的手動(dòng)調(diào)整 工作臺(tái)拖板的手動(dòng)調(diào)整是采用方向按鍵，通過產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的形式或使用手輪通過產(chǎn)生手搖脈沖的方式來實(shí)施的。 (1) 粗調(diào)：置操作方式開關(guān)為“手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給”方式擋。移動(dòng)速度受快速倍率旋鈕的控制，移動(dòng)距離受按壓軸方向選擇鈕的時(shí)間的控制，即按即動(dòng)，即松即停。 第 4章 加工中心的操作與編程 (2) 微調(diào)：本機(jī)床系統(tǒng)的微調(diào)需使用手輪來操作。再在手輪中選擇移動(dòng)軸和進(jìn)給增量，按“逆正順負(fù)”方向旋動(dòng)手輪手柄，則刀具主軸相對(duì)于工作臺(tái)向相應(yīng)的方向移動(dòng)，移動(dòng)距離視進(jìn)給增量擋值和手輪刻度而定，手輪旋轉(zhuǎn) 360o，相當(dāng)于 100個(gè)刻度的對(duì)應(yīng)值。其基本操作方法如下： (1) 置手動(dòng)操作面板上的方式開關(guān)于 MDI運(yùn)行方式。當(dāng)前各指令模態(tài)也可在此屏中查看出。本系統(tǒng)中 MDI方式可輸入執(zhí)行最多 6行程序指令，而且在 MDI程序指令中可調(diào)用已經(jīng)存儲(chǔ)的子程序或宏程序。若用 M99作結(jié)束，則可重新運(yùn)行該 MDI程序。若光標(biāo)處于某程序行行首時(shí)，按了“循環(huán)啟動(dòng)”鍵，則程序?qū)漠?dāng)前光標(biāo)所在行開始執(zhí)行。但一個(gè)單工作臺(tái)的加工中心，不可能包下一個(gè)零件的全部加工工序，要充分發(fā)揮加工中心的特長(zhǎng)，可把一些工序合理地安排在別的數(shù)控機(jī)床上加工。加工零件孔的尺寸必須小于自動(dòng)換刀裝置允許的尺寸；不然，需要采用手動(dòng)換刀或用棒銑刀圓弧插補(bǔ)銑孔方法加工，此時(shí)孔加工精度將降低。在機(jī)床開動(dòng)前，必須充分準(zhǔn)備好切削刀具，以節(jié)省工時(shí)。選用加工中心作為生產(chǎn)設(shè)備時(shí)，必須采用合理的工藝方案，以實(shí)現(xiàn)高效率加工。 (2) 以充分發(fā)揮加工中心效率為目的來安排加工工序。 (3) 對(duì)于復(fù)雜零件來說，由于加工過程中會(huì)產(chǎn)生熱變形，淬火后會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，零件卡壓后也會(huì)變形等多種原因，故全部工序很難在一次裝夾后完成，這時(shí)可以考慮兩次或多次裝夾。首先安排重切削、粗加工，去掉毛坯上的加工余量；然后安排加工精度要求不高的內(nèi)容，如鉆小孔、攻螺紋等，以使零件在精加工前有較充裕的時(shí)間冷卻以及釋放內(nèi)應(yīng)力。決定工步順序時(shí)應(yīng)考慮相近位置的加工順序，以減少換刀次數(shù)，節(jié)省輔助時(shí)間。 (5) 當(dāng)加工工件批量較大，工序又不太長(zhǎng)時(shí)，可在工作臺(tái)上一次安裝多個(gè)工件同時(shí)加工，以減少換刀次數(shù)。深孔加工的刀具可采用內(nèi)冷裝置。 第 4章 加工中心的操作與編程 在機(jī)床選用上，應(yīng)了解各類加工中心的規(guī)格、最佳使用范圍和功能特點(diǎn)。立式加工中心最適宜的是板類零件如箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪等單面加工零件，適合工件裝夾次數(shù)較少的零件。一般，機(jī)床工作臺(tái)尺寸應(yīng)稍大于工件尺寸，這樣就可給安裝夾具預(yù)留空間。當(dāng)然，還應(yīng)兼顧考慮工件總重負(fù)荷問題、電機(jī)功率問題和換刀空間問題等。一般在普通加工中心上，采用國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)合金刀具粗加工孔時(shí)，選切削速度70 m/min，根據(jù)孔徑大小換算成轉(zhuǎn)速。精加工時(shí)切削速度可取 80 m/min，進(jìn)給速度為 ～。使用高速鋼刀具時(shí)，切削速度在 20~25 m/min左右。粗銑平面的平面度可在 mm、表面粗糙度在 ? m左右。刃具部分包括鉆頭、銑刀、鉸刀和絲錐等，和數(shù)控銑床所用刃具類似。連接刀柄應(yīng)滿足機(jī)床主軸自動(dòng)松開和拉緊定位、準(zhǔn)確安裝各種切削刃具，適應(yīng)機(jī)械手的夾持和搬運(yùn)，適應(yīng)在自動(dòng)化刀庫(kù)中儲(chǔ)存和搬運(yùn)識(shí)別等各種要求。下面主要介紹一下 TSG整體式工具系統(tǒng)。柄部型式為 JT；錐柄為 45號(hào)；前部為彈簧夾頭，最大夾持直徑為 32 mm；刀柄工作長(zhǎng)度 (錐柄大端直徑處到彈簧夾頭前端面的距離 )為 120 mm。TSG工具系統(tǒng)所用刀具見附錄 D。有基準(zhǔn)刀具的對(duì)刀 (確定刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件坐標(biāo)原點(diǎn)或機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)的位置 )和其他各刀具的對(duì)刀 (各刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)刀具刀位點(diǎn)間的位置偏差 )兩方面的內(nèi)容。由于所用的刀柄基本上都是標(biāo)準(zhǔn)尺寸，所以各