《数控加工中心操作与加工》.docx
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《数控加工中心操作与加工》
行业模块《加工中心操作与加工》
项目1加工中心的操作编程
学习单元1加工中心的手动方法
一、FANUC0i—MATE系统加工中心控制面板
FANUC0i—MATE数控系统分为4个部分，分别是CNC操作面板，屏幕显示区，屏幕软键和机床控制面板，如图H.1.1所示。
图H.1.1FANUC数控系统加工中心控制面板
1FANUC数控系统CNC操作面板
FANUC数控系统CNC操作面板各按键功能见表H1.1。
图H.1.2FANUC数控系统CNC操作面板
表H1.1：
FANUC数控系统操作面板各键功能
键
名称
功能说明
0~9
地址、数字键输入
输入字母、数字和符号
SHIFT
上档键
切换字符
EOB
段结束符键
每条语句结束后加“；”
POS
加工操作区域键
显示加工状态
PROG
程序操作区域键
显示程序界面
OFS/SET
参数操作区域键
显示参数和设置界面
SYSTEM
系统参数键
设置系统参数
MESSAGE
报警参数键
显示报警参数
CSTM/GR
图像显示键
显示当前走刀路线
INSERT
插入键
手动编程时插入字符
ALTER
替换键
编程时替换字符
CAN
回退键
编程时回退清除字符
DELETE
删除键
删除程序及字符
INPUT
输入键
输入各种参数
RESET
复位键
复位数控系统
HELP
帮助键
获得帮助信息
翻页键
程序编辑时进行翻页
光标移动键
移动光标
2机床控制面板如图H.1.3所示
图H.1.3FANUC数控系统机床控制面板
FANUC数控系统机床控制面板各按钮说明
类型
按钮/名称
功能说明
模式选择
自动
按此按钮后，进入自动加工
编辑
按此按钮后，进入程序编辑
MDI
按此按钮后，进入MDI，手动输入程序
DNC
按此按钮后，可进行输入输出程序（在线加工）
回原点模式
按此按钮后，机床进入回原点模式
JOG
按此按钮后，进入手动状态
增量
按此按钮后，进入增量模式
手轮
按此按钮后，进入首轮模式，可手轮操作机床
电源开
接通电源
电源关
关闭电源
主轴倍率
调节主轴转速
急停按钮
按下急停按钮机床立即停止所有移动
进给倍率
可调节机床进给速度
手轮键
按此键可用手轮操作机床
转动手轮控制器操作机床移动
改变控制的坐标轴
循环启动
程序运行开始，在自动加工与MDI状态下有效
循环暂停
在自动加工中可暂停程序，再按继续加工
单段
运行程序时每次运行一段程序
跳段
按下此键，会跳过程序段头输入‘/’的程序段
选择性停止
按下此键，会在程序中有M01处停止
辅助功能锁
按下此键，所有辅助功能指令被锁定
空运行
按下此键，机床移动进入空运行状态
机床锁
按下此键，机床所有轴被锁
增量/手轮倍率
调节增量/手轮倍率
主轴吹气
把主轴内异物排出（在主轴没有刀的情况下）
主轴松开
安装刀具
锁住主轴
安装刀具
排屑
按下此键，可将机床内铁屑排出
工作灯
打开机床工作照明灯
主轴正转
主轴正转
主轴反转
主轴反转
主轴停止
主轴停止
超程解除
解除机床各轴超程
刀库正转
在手动状态下刀库正转
刀库反转
在手动状态下刀库反转
冷却液
冷却液开
气冷
气冷开
坐标轴控制键
在手动状态下控制各个轴的正负移动
按住此键加快各轴移动速度
二、开机步骤
1.打开机床电闸；
2.点击”电源开”按钮；
3.打开急停按钮；
4.机床回参考点，按“回零”键,回零键变亮进入机床回零状态，先按“+Z”键，再按“+X”“+Y”键，“+Z”“+X”“+Y”键的指示灯变亮即回原点完成。
或查看屏幕显示机床坐标系各轴是否回零完毕，如图H.1.4所示。
图H.1.4机床坐标系回参考点
注意：
机床回参考点一定要先回Z轴，避免先回其他轴时发生与工件的撞刀
三、对刀方法
数控编程一般按照工件坐标系编程，对刀过程一般就是建立工件坐标系与机床坐标系之间的联系。
下面具体说明立式加工中心对刀方法。
以工件中心为对刀点。
如图H.1.5所示零件加工外轮廓，XY方向以工件中心为基准，对刀步骤如下：
图H.1.5零件加工外轮廓图H.1.6寻边器
1．在”机械回零”使用刀具返回参考点。
2．在主轴上安装寻边器，如图H.1.6所示，然后使主轴正转，转速为300—400r/min。
3.X、Y方向对刀：
用寻边器先轻微接触X正方向到寻边器同轴为止，打开POS界面，将当前相对坐标系清零，抬起主轴，将寻边器移到工件X负方向，将主轴向下，寻边器轻微接触X负方向到寻边器同轴为止，纪录此时坐标值，然后将主轴移到纪录的坐标值的1/2处，按X键，然后按（清零）；按同样方法将刀具Y方向相对坐标系移到坐标系的1/2处，按Y键，然后按（清零）。
打开工件坐标系键，按OFS/SET键显示界面如图，将光标移到G54位置，在键盘上输入X0，然后按屏幕下方软键测量键完成刀具X轴坐标的测量，然后按照同样方法测量出Y轴坐标中点的位置。
图H.1.7建立G54工件坐标系
4.Z方向对刀
Z方向对刀：
考虑到对刀的工艺性，一般将工件的上表面做为工件坐标系的Z方向零点。
Z方向对刀主要有试切对刀法，Z向测量仪对刀等几种方法。
（1）试切对刀法
试切对刀法简单，但是会在工件上留下切痕，对刀精度低，适用于粗加工对刀。
其对刀方法如下：
主轴装上铣刀，主轴正转，用手轮将刀具刀尖轻微接触工件上表面，打开建立工件坐标系界面如图H.1.7所示，在G54Z轴位置输入0，然后按测量键。
Z轴对刀完成。
（2）Z向测量仪对刀
Z向测量仪对刀对精度高，特别是在加工中心进行多把刀对刀的效率较高，对刀操作如下：
1）主轴装上铣刀，主轴不允许转；
2）移动刀具到Z向测量仪上方，用手轮移动刀具到刀尖接触到Z向测量仪上表面，此
时测量仪灯亮，如图H.1.8所示。
3）如对刀仪高度50mm，打开建立工件坐标系界面，在G54Z轴坐标中输入50.0，然后按测量键。
Z向对刀结束。
图H.1.8Z向测量仪对刀
学习单元2加工中心的自动加工
一、加工中心加工前准备工作
1.准备主要内容
加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、刀具及夹具的选择、程序
编制等。
2.操作步骤及内容：
（1）闭合机床电闸；
（2）点击”电源开”按钮；
（3）打开急停按钮。
（4）机床回参考点，按“回零”键,回零键变亮进入机床回零状态，先按“+Z”键，再按“+X”“+Y”键，“+Z”“+X”“+Y”键的指示灯变亮即回原点完成。
或查看屏幕显示机床坐标系各轴是否回零完毕。
3．根据工艺安排合理选择所需刀具。
4．将已装夹好刀具的刀柄采用手动方式放入刀库，即
（1）在MDI模式下输入“T01M06”，执行；
（2）手动将T01刀具装上主轴；
（3）按照以上步骤依次将其他刀具放入刀库；
（4）清洁工作台，安装夹具和工件将平口虎钳清理干净装在干净的工作台上，通过百分表找正平虎钳，再将工件装正在虎钳上；
（5）用对刀仪进行对刀，并将参数输入机床。
二、程序的输入
1．根据工艺安排合理编制出加工程序。
2．将编好的程序输入到数控系统中，先按程序编辑键，再按程序操控键PROG进入程序编辑界面，进入程序编辑界面后首先输入程序号，例如O9001，在键盘上输入O9001，然后按EOB键，程序号输入到机床系统中。
最后将其余程序输入到数控系统中。
如图H.1.9所示。
图H.1.9程序输入面板
三、自动加工
1．程序输入完毕后，不能马上进行加工，应先检查程序输入无误后方可加工。
具体步骤如下：
（1）按自动加工键进入自动加工状态，再按图像显示键CSTM/GR，屏幕进入图像显示界面。
之后将加床锁住，按机床锁键再按空运行键，最后按循环启动键。
程序运行，观察程序是否有误，如果无误将机床锁与空运行键关闭，机床回参考点，最后按下自动加工键与循环启动键，进行工件的加工；
（2）加工完工件后对工件进行测量，合格后取下工件；
（3）清理机床；
（4）关机。
学习单元3加工中心的加工编程
一、常用地址及含义
其中有模态指令和非模态指令之分：
非模态指令：
只在书写了该代码的程序段中有效，下一段程序中无效；如；M30
模态指令：
一组可相互注销的指令，这些指令在被同一组的另一个指令注销前一直有效。
如M05M30等
1．程序字（也称为指令）
程序中，是分行书写的，程序中每一行，称为一个程序段，整个程序有多个程序段组成。
每个程序段由若干个指令组成（如G01X0），指令是数控程序中的基本信息单元，代表机床的一个位置或一个动作。
2．常用地址
每个指令由英文字母和数字组成，其中英文字母成为地址。
各种地址码代表不同功能，加工程序中使用的地址码及其功能。
如：
程序号：
O给程序指定程序号
顺序号：
N程序段的顺序号
准备功能：
G指定移动方式
尺寸字：
XY坐标轴移动指令
进给功能：
F指定每分钟进给速度
辅助功能：
M机床上的开关控制
主轴功能：
S指定主轴转速
准备功能：
G00—G99
辅助功能：
M00—M99
（1）程序号
O0000—O9999
格式：
程序号是数控程序的名称，用英文字母O加四位以内数字构成，在程序的开头指定程序号，每个程序都需要程序号，用来识别存储的程序，在程序目录中检查，调用所需程序
（2）顺序号
N~~~
N0000—N9999
N1G90G54G0X0.....
N2
N3
顺序号：
由地址N和后面的4位数字组成，可组成由O和9999程序段的顺序号，程序段顺序号放在程序段的开头，顺序号可以按任意顺序指定，并且任何号都可以跳过，但是一般情况下为方便起见，按加工步骤的顺序指定顺序号。
（3）G指令：
准备功能指令G~~（ISO国际标准化协会）
常用功能代码：
G00快速移动
G01直线切削进给
G02顺时针圆弧
G03逆时针圆弧
G90绝对编程
G91增量编程
G54工件坐标系原点
G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前的位置快速移动到程序段指令的定位点。
G01指令刀具以联动的方式，按F规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线移动到程序指定的终点。
G02顺时针圆弧插补指令。
G03逆时针圆弧插补指令。
（4）M指令：
辅助功能指令M~~
常用功能代码：
M00程序停止
M01选择停止
M02程序结束
M03主轴正转
M04主轴反转
M05主轴停止
M30程序结束
M00：
指令使正在运行的程序在本段停止运行，不执行下段，同时现场的模态信息，全部被保存下来，相当于程序暂停，使用M00停止程序运行后，当按下控制面板上的循环启动后。
可继续执行下一段。
M01：
与M00相似，不同的是若使该指令有效，必须先按下在机床面板上的“选择停止”键，当程序运行到M01时程序即停止，若不按下“选择停止”键，则M01指令不起作用，程序继续执行。
M02：
该指令表示加工程序全部结束，它使主轴、进给、切削液都停止，机床复位。
该指令必须编在程序的最后。
M30：
该指令是执行完程序段的所有指令后，使主轴、进给停止，冷却液停止，使程序段执行顺序指针返回到程序的开头位置，以便继续执行同一程序，为加工下一个工件做好准备，因此，该指令必须编在最后一个程序段中。
（5）程序
图（b）
O~~~（建立程序号）
N1G90G54G00X0Y0S500M03;（建立G54坐标系，主轴正转，转速500r/mm）
N2Z50.0;（Z向下刀到参考高度）
N3Z5.0;（Z向下刀到安全高度）
N4G1Z-5.0F50;（Z向下刀到工件指定深度）
N5G01X0Y-90.0F100;（开始加工）
N6X100.0Y-90.0;
N7X100.0Y90.0;
N8X-100.0Y90.0;
N9X-100.0Y-90.0;
N10X0Y-90.0;
N11X0Y0;
N12G00Z100.0;（刀具抬到安全高度）
N13M5;（主轴停止）
N14M30;（程序停止）
打孔指令
X__Y__在定位平面上加工孔的位置坐标。
Z__孔底位置。
R__是加工循环中刀具快速进给到工件表面上方的R点位置。
Q__在G73G83啄孔往复进给切削中，每次切削深度。
F__进给速度。
钻孔循环G81G83
格式为G81X__Y__Z__R__F__；
G83X__Y__Z__R__Q__F__
例G90G54G00X0Y0M3S800；
G99G81Z-5.0R5.0F80；
·
·
·
G98·······；
G80；
M05；
M30；
G90G54G00X0Y0M3S800；
G99G83Z-40.0R5.0Q5.0F80；
·
·
·
G98·······；
G80；
M05；
M30；
项目2刀具夹具的选择
学习单元1加工中心常用刀具的选择
一、加工中心刀具基础知识
1．数控刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点。
一般包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。
刀柄要连接刀具并安装到机床主轴上，因此已标准化和系列化。
数控刀具分类有多种方法。
根据刀具结构分为：
整体式、镶嵌式与特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。
按刀具材料分为：
高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、立方氮化硼与陶瓷刀具。
常用铣刀类型如图a所示。
硬质合金立铣刀球头铣刀镶嵌式铣刀
常用铣刀类型图（a）
2.数控刀具的特点
（1）刚性好，精度高
（2）互换性好，便于快速换刀
（3）寿命高，切削性能稳定
（4）刀具尺寸便于调整，减少换刀调整时间
（5）系列化，标准化，便于编程和刀具管理
3.刀具的选择
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。
应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。
刀具选择总的原则是：
安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。
在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
（1）选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
生产中平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀，加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
（2）在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。
而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。
另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
（3）在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和按刀动作。
因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。
编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。
目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。
加工中心常用刀柄如图所示。
图
（4）在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序，一般应遵循以下原则：
1）尽量减少刀具数量；
2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；
3）先铣后钻；
4）先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；
5）在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。
各种刀具功能如所示。
各种刀具功能图
学习单元2 加工中心常用夹具的选择
一、加工中心夹具的基本概述
加工中心的工件装夹一般都是以平面的工作台为安装基准，定位夹具或工件，并通过夹具最终定位加紧工件，使工件在整个加工过程中始终与工作台保持正确的相对位置。
二、工件装夹的基本要求
为适应加工中心对工件进行铣、钻、镗等加工工艺的特点，加工中心加工对工件装夹和夹具通常有如下的基本要求：
1．加工中心夹具应具有足够的夹紧力、刚度和强度。
为了承受较大的铣削力和断续切削所产生的振动，加工中心夹具应具有足够的加紧力、刚度和强度。
2．尽量减小夹紧变形
加工中心有集中工序加工的特点，一般是一次装夹完成粗、精等加工，粗加工时，切削力大，需要的夹紧力也大，但是夹紧力又不能太大，否则加工完取下工件会产生变形。
因此必须谨慎选择夹具的支撑点、定位点和加紧点。
3．定位要求
工件相对夹具一般应完全定位，且工件的基准相对于加工中心坐标系原点应具有严格的确定位置，以满足刀具相对于工件正确运动的要求。
同时，夹具在加工中心上也应完全定位，夹具上的每个定位面相对于数控加工中心的坐标系原点均应有精确的坐标尺寸，以满足数控加工中心简化定位和安装的要求。
4.敞开性要求
数控加工中心加工为刀具自动进给加工。
夹具及工件应为刀具的快速移动和换刀等快速动作提供较为宽敞的运行空间。
尤其对需要多次进出工件的多刀、多工序加工，夹具的结构更应尽量简单、开敞，使刀具容易进入，以防刀具运动中与夹具及装夹在夹具中的工件想碰撞。
此外，夹具的敞开性还应体现排屑通畅、清除切屑方便的特点。
5.快速装夹要求
为适应高效、自动化的加工需要，夹具结构应适应快速装夹的需要，以尽量减少工件装夹辅助时间，提高加工中心切削运转利用率.
三、加工中心常用夹具种类
1.通用夹具：
如平口钳和三爪夹盘等；
用平口钳装夹工件：
加工中心常用夹具是平口钳，先把平口钳固定在工作台上，找正钳口，再把工件装在平口钳上，这种方法装夹方便简单，应用广泛，适用于装夹形状规则的小型零件，在机床上用平口钳装夹工件，如图所示。
工件在平口钳上装夹，应注意下列事项：
装夹工件时，必须将工件的基准面紧贴固定钳口或导轨面；在钳口平行于刀杆的情况下，承受铣削力的钳口必须是固定钳口。
工件的铣削加工余量层必须高出钳口，以免在加工时铣刀接触钳口，导致铣刀或钳口损坏。
如果工件低于钳口平面时，可以在工件下面垫相应的垫铁。
平口钳外形
三爪卡盘的应用：
在需要加紧圆柱表面时，选取三爪卡盘为夹具最为合适。
安装卡盘时应使卡盘的基准面与工作台基准面紧密贴合。
装夹工件不宜过高，如果过高加工时会产生振动，加剧刀具的损害和加工质量，安装卡盘时可以将卡盘直接用螺栓固定在工作台上，如图H.1.14所示。
图H.1.14三爪卡盘的安装
2.组合夹具：
组合夹具由一套结构以标准化、尺寸已经规格化的通用元件组合元件所构成；
组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备。
组合夹具由一套预先制造好的不同形状、不同规格、不同尺寸的标准元件及部件组装而成，组合夹具具有安全的互换性和极高的耐磨性。
由于组合夹具具有很多优点，又特别适用于新产品的试制和多品种小批量生产，所以近年来发展迅速应用广泛。
但是由于组合夹具体积大，刚性差，成本高，使组合夹具的推广受到了一定的限制。
图H.1.15为组合夹具。
图H.1.15组合夹具
3.专用夹具：
专为某一项或类似的几项加工设计制造的夹具；
对于工厂的某些产品批量较大、精度较高的关键性零件，在加工中心上加工时，选用专用夹具是非常必要的。
专用夹具是根据某些零件的结构特点专门设计的夹具，具有结构合理、刚性强、装夹可靠稳定、操作方便，能提高安装精度和装夹速度等特点。
选用这种夹具，一批工件加工后，尺寸比较稳定，互换性较好，可大大提高生产效率。
但是专用夹具只能为一种零件的加工，所专用的狭隘性，和产品品种不断变化的形式不相适应，特别是专用夹具的设计和制造时间较长，花费劳动力较大，不适合加工比较简单的零件。
图H.1.16为专用夹具。
图H.1.16某产品专用夹具
3-2-1加工中心夹具图
4.可调夹具：
组合夹具与专用夹具的结合，既能保证加工的精度，装夹更具灵活性；
可调夹具特点是只要更换或调整个别定位、加紧或导向元件，即可用于形状和工艺相似、尺寸相近的多种工件的加工。
不仅适合多品种、小批量的使用，也能应用在少品种、大批量的生产中，可以大大减少专用夹具的数量，缩短生产准备周期，降低产品成本。
可调夹具是比较先进的夹具。
四、加工中心夹具的选用
加工中心夹具的选择方法是：
在选择夹具时根据产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性可参照下列原则选用。
1.在单件或研制新产品、且零件教简单时，应尽量选用平口钳或三爪卡盘等通用夹具；
2.在生产量小或研制新产品时，应尽量采用组合夹具；
3.成批生产时可选用专用夹具，但应尽量简单。
项目3 加工中心工件加工
学习单元1 较复杂工件的加工
一、学习目标
1.根据零件图纸制定加工工艺
2.根据工艺正确选择夹具、刀具
3.正确编制零件的程序
4.用同一程序完成粗、精加工（通过不同的刀具半径）
二、工艺分析
毛坯为预先处理好的96×96×50的铝制材料，其中五边形外接圆直径为80mm，如图a所示。
图H.1.16加工实例图
1.本例中毛坯较规矩，可选择平口钳为夹具。
使毛坯上表面高出钳口17-20mm，用木锤或橡胶锤敲击工件边加紧钳口。
2.采用以下刀具进行加工：
1号刀为φ20四刃立铣刀（横刃过中心），用于加工外轮廓。
2号刀为φ20键槽铣刀，用于加工φ40孔。
3号刀为φ3中心钻，用于打孔定位。
4号刀为φ10钻头，钻φ10孔。
3.设定工件坐标系，根据工艺分析可将工件坐标系设定在工件的中心，然后对刀。
4.先加工90×90×15的凸台，再加工五边形，然后加工φ40孔，最后加工φ10孔。
三、程序的编制
O0001;
G91G28Z0;（机床回换刀点）
T1M6;（换1号刀φ20mm）
G90G54G00X-60.0Y-60.0M03S500;（主轴转速500r/min）
G43H1Z50.0;（1号刀长度补偿）
Z5.0;
G1Z-15.0F60;
G41X-45.0D01;（建立1号刀具半径补偿，铣削90*90*15）
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