课题7：加工中心认识项目

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。

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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 。

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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 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轴图2.1.6 刀具长度补偿实例 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，

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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 序号 1 2 3 4 5 6 刀具号 T01 T02 T03 T04 T05 T06 刀具名称 直径 中心钻 麻花钻 麻花钻 立铣刀 镗刀 铰刀 φ5mm φ29mm φ8.5mm φ25mm φ29.8mm φ30H7 长度 半径 12.6 长度 半径 D04 长度 H01 H02 H03 H04 H05 H06 零件名称 刀 具 补偿值 程序编号 刀补号 产品名称 零件图号

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