第六章 加工中心程序编制

• 一、加工中心简介• 加工中心是高效、高精度数控机床 , 工件

在一次装夹中便可自动完成多道工序的加工 .

• 是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计和制造业的水平，成为现代机床发展的主流和方向。

• 1 、加工中心组成• 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。

第一节 概述

x-y 数控拖板

变频主轴

机床本体

数控系统及其操作面板

斗笠式刀库

Z 轴伺服电机

活动防护门

进给 Z轴

护线架

冷却液箱

1 、 加工中心及其组成

XH713A 立式加工中心

• 2 、加工中心的特点： 具有自动换刀装置 , 能自动地更换刀具，在一

次装夹中完成铣削、镗孔、钻削、扩孔、铰孔、攻丝等加工，工序高度集中。

带有自动摆角的主轴或回转工作台的加工中心，在一次装夹后，自动完成多个面和多个角度的加工。

带有可交换工作台的加工中心，可同时进行一个加工，一个装夹工件，具有极高的加工效率。

3 、加工中心的主要加工对象

• 加工中心适用于形状复杂、工序多、精度要求高、需要多种类型普通机床经过多次安装才能完成加工的零件。其主要加工对象为：

箱体类零件 复杂曲面类零件 异形件 板、套、盘类零件

特殊加工

• 4 、加工中心的分类： 立式加工中心 : 板材类、壳体类、凸轮、模具卧式加工中心 : 箱体类、模具龙门式加工中心 : 大型、重型和形状复杂零件复合加工中心（五面体加工中心）

第二节、加工中心自动换刀装置

• 1 、自动换刀装置 (ATC)

• 自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。

自动换刀装置的形式回转刀架：结构简单、刀具数 量有限、车削中心

带刀库的自动换刀装置（应用广泛）

鼓轮式刀库：结构简单、紧凑、应用广

链式刀库：刀库容量大刀库形式

• 2 、刀库的形式

盘式刀库

a ） b ）

c） d ）

a ）径向取刀形式 b ）轴向取刀形式 c ）径向布置形式 d ）角度布置形式

链式刀库

链式刀库

链 条

链 轮

刀 座导 轨

张 紧 板

3 、换刀过程 自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组

成。

选刀 : 是刀库按照选刀指令 ( Txx 指令 ) 自动将要用的刀具移动到换刀位置 , 完成选刀过程，为下面换刀做好准备。

换刀 : 是把主轴上用过的刀具取下，将选好的刀具安装在主轴上。

选刀方式

顺序选刀方式 ( 早期 )

任选方式：记忆式 , 跟踪刀具就近换刀

( 现在 )

换刀方式机械手换刀

刀库—主轴运动换刀

选刀和换刀方式：

油 缸刀 库

换 刀 机 械 手

主 轴

（ b）（ a）

1 、主轴箱回参考点，主轴准停。

2 、机械手抓刀（主轴上和刀库上）

3 、取刀： 活塞杆推动机械手下行。

4 、交换刀具位置：机械手回转 180° 。

5 、装刀：活塞杆上行，将更换后的刀具装入主轴和刀库。

4、机械手换刀动作过程

电 机

主 轴

气 缸

刀库刀盘

直线导 轨

（ a ） （ b） （ c ）

（ d） （ e ） （ f ）

刀库移动 - 主轴升降式换刀过程

(a) 分度：将刀盘上接收刀具的空刀座转到换刀所需的预定位置。

(b) (b) 接刀：活塞杆推出，将空刀座送至主轴下方，并卡住刀柄定位槽。

(c) (c) 卸刀：主轴松刀，铣头上移至参考点。

(d) (d) 再分度：再次分度回转，将预选刀具转到主轴正下方。

(e) (e)+(f): 装刀：铣头下移，主轴抓刀，活塞杆缩回，刀盘复位。

第三节、 加工中心的工艺准备

一、加工中心的工艺特点 由于加工中心工序集中和具有自动换刀的特点，故零件的

加工工艺应尽可能符合这些特点，尽可能地在一次装夹情况下完成铣、钻、镗、铰、攻丝等多工序加工。

由于加工中心具备了高刚度和高功率的特点，故在工艺上可采用大的切削用量，以便在满足加工精度条件下尽量节省加工工时。

选用加工中心作为生产设备时，必须采用合理的工艺方案，以实现高效率加工。

• 二、工艺方案确定原则• 1 、确定采用加工中心的加工内容，确定工件的安装基面、

加工基面、加工余量等。

• 2 、以充分发挥加工中心效率为目的来安排加工工序。有些工序可选用其它机床。

• 3 、对于复杂零件来说，由于加工过程中会产生热变形，淬火后会产生内应力，零件卡压后也会变形等多种原因，故全部工序很难在一次装夹后完成，这时可以考虑两次或多次。

• 4 、当加工工件批量较大，工序又不太长时，可在工作台上一次安装多个工件同时加工，以减少换刀次数。

• 5 、安排加工工序时应本着由粗渐精的原则。• 建议参考以下工序顺序：铣大平面、粗镗孔、半粗镗

孔、立铣刀加工、打中心孔、钻孔、攻螺纹、精加工、铰、镗、精铣等。

• 6 、采用大流量的冷却方式 。提高刀具寿命 , 减少切削热量对加工精度的影响 .

• 在机床选用上，应了解各类加工中心的规格、最佳使用范围和功能特点。

第四节、加工中心刀具系统

• 1 、加工中心对刀具的要求 :良好的切削性能 :• 能承受高速切削和强力切削并且性能稳定。较高精度：• 刀具的精度指刀具的尺寸精度和刀具与装卡装

置的位置精度。完善的工具系统：满足各种及连续加工要求。

•2 、加工中心的刀具系统• 加工中心上使用的刀具分刃具部分和连接刀

柄部分。• 刃具部分与数控铣所使用的刀具基本相同。• 刀柄部分与一般数控铣床用刀炳部分不同。• 加工中心用刀柄带有夹持槽供机械手夹持。

• 刀具系统已经系列化、标准化。

•如： TSG 整体式工具系统。• TSG 工具系统中的刀柄，其代号由四部分

组成，各部分的含义如下：

工具柄部型式代号代 号 工 具 柄 部 型 式

JTBTSTMTMWZB

自动换刀机床用 7 ： 24 圆锥工具柄 GB10944-89自动换刀机床用 7 ： 24 圆锥 BT 型工具柄 JIS B6339手动换刀机床用 7 ： 24 圆锥工具柄 GB3837.3-83带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB1443-85带扁尾莫氏圆锥工具柄 GB1443-85直柄工具柄 GB6131-85

第五节 加工中心编程实例

例 1： 加工如图所示的平面凸轮轮廓，毛坯材料为中碳钢，尺寸如图 7.5所示。零件图中 23mm深的半圆槽和外轮廓不加

工，只讨论凸轮内滚子槽轮廓的加工程序。

凸轮毛坯

1、工艺分析 装夹：以 ф45㎜的孔和 K 面定位在，专用夹具装夹。 刀具：用三把 ф25㎜的四刃硬质合金锥柄端铣刀，分别用于粗加工 (T03) 、半精加工 (T04) 和精加工 (T05) 。为保证顺利下刀到要求的槽深，要先用钻头钻出底孔，然后再用键槽铣刀将孔底铣平，因此还要一把 ф25㎜的麻花钻 (T01) 和一把 ф25㎜的键槽铣刀 (T02) 。 工步：为达到图纸要求的表面粗糙度，分粗铣、半精铣、精铣三个工步完成加工。半精铣和精铣单边余量分别为 1 ～ 1.5mm和 0.1 ～ 0.2mm 。在安排上，根据毛坯材料和机床性能，粗加工分两层加工完成，以避免 Z 向吃刀过深。半精加工和精加工不分层，一刀完成。刀具加工路线选择顺铣，可避免在粗加工时发生扎刀划伤加工面，而且在精铣时还可以提高表面光洁程度。

第五节 加工中心编程实例

切削参数：根据毛坯材料、刀具材料和机床特性，选择如表 7.1 所示的切削参数。

表 7.1 切削参数

加工要求 主轴转速 (r/min)

进给速度(mm/min)

粗加工 400 ～ 450 20 ～ 30

半精加工 450 ～ 500 30 ～ 40

精加工 600 50

第五节 加工中心编程实例

2、数据计算 选择ф45㎜孔的中心为编程原点，考虑到该零件关于 Y 对称，因此只计算 +X 一侧的基点坐标即可。计算时使用计算机绘图软件求出。如图所示。

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序O0070 ( 主程序 )

( 钻底孔 )

N10 G91 G28 Z0 T01 M06

N20 G90 G00 X134.889 Y32.072 S250

N30 G43 G00 Z100.0 H01 M03

N40 G01 Z2.0 F1000 M08

N50 G73 Z-25.0 R2.0 Q2.0 F25

N60 G80 G00 Z250.0 M09

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序( 铣平下刀位 )N70 G91 G28 Z0 T02 M06N80 G90 G00 X134.889 Y32.072 S250N90 G43 G00 Z100.0 H02 M03N100 G01 Z2.0 F1000 M08N110 Z-20.0 F100N120 Z25.0 F20N130 G91 G01 X5.0 F20N140 G02 I-5.0 ( 铣整圆 )N150 G01 X-5.0 F100N160 G90 G00 Z250.0 M09

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序(粗铣第一层 )N170 G91 G28 Z0 T03 M06N180 G90 G00 X134.889 Y32.072 S400N190 G43 Z100.0 H03 M03N200 G01 Z5.0 F1000 M08N210 Z-12.5 F100N220 G42 D03 G01 X92.025 Y57.248 F30 (半径补偿 11.5㎜ )N230 M98 P0001N240 G40 G01 X134.889 Y32.072 F100N250 M01N260 G42 D03 G01 X142.151 Y15.563 F30N270 M98 P0002N280 G40 G01 Z5.0 F1000N290 M01

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序

(粗铣第二层 )N300 G01 X134.889 Y32.072 N310 Z-25.0 F50N320 G42 D03 G01 X92.025 Y57.248 F30N330 M98 P0001N340 G40 G01 X134.889 Y32.072 F100N350 M01N360 G42 D03 G01 X142.151 Y15.563 F30N370 M98 P0002N380 G40 G01 Z5.0 F1000N390 M01

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序(半精铣 )N400 G91 G28 Z0 T04 M06N410 G90 G00 X134.889 Y32.072 S400N420 G43 G00 Z100.0 H04 M03N430 G01 Z5.0 F1000 M08N440 Z-25.0 F100N450 G42 D04 G01 X92.025 Y57.248 F30 (半径补偿 12.35㎜ )N460 M98 P0001N470 G40 G01 X134.889 Y32.072 F100N480 M01N490 G42 D04 G01 X142.151 Y15.563 F30N500 M98 P0002N510 G40 G01 Z5.0 F1000N520 G00 Z200.0 M09

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序( 精铣 )N530 G91 G28 Z0 T05 M06N540 G90 G00 X134.889 Y32.072 S400N550 G43 G00 Z100.0 H05 M03N560 G01 Z5.0 F1000 M08N570 Z-25.0 F100N580 G42 D05 G01 X92.025 Y57.248 F30 (半径补偿 12.35㎜ )N590 M98 P0001N600 G40 G01 X134.889 Y32.072 F100N610 M01N620 G42 D05 G01 X142.151 Y15.563 F30N630 M98 P0002N640 G40 G01 Z5.0 F1000N650 G00 Z200.0 M09N660 M30

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序

O0001 (外侧轮廓逆时针子程序 )N10 G02 X75.795 Y66.755 R30N20 G03 X-75.795 Y66.755 R101N30 G02 X-92.025 Y57.248 R30N40 G03 X-134.889 Y32.072 R79N50 G03 X-142.151 Y15.563 R30N60 G03 X142.151 Y15.563 R-143N70 G03 X134.889 Y32.072 R30N80 G03 X92.025 Y57.248 R79N90 M99

第五节 加工中心编程实例

3、加工程序O0002 ( 内侧轮廓顺时针子程序 )N10 G03 X-142.151 Y15.563 R-143N20 G03 X-134.889 Y32.072 R30N30 G02 X-92.025 Y57.248 R79N40 G03 X-75.795 Y66.755 R30N50 G02 X75.795 Y66.755 R101N60 G03 X92.025 Y57.248 R30N70 G03 X134.889 Y32.072 R79N80 G03 X142.151 Y15.563 R30N90 M99

第五节 加工中心编程实例