CNC加工中心
时间：2012-06-18 阅读：431
一、加工中心自动换刀功能是通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令来完成的。
换刀过程：装刀，选刀，换刀
1.换刀过程
（1）装刀：刀具装入刀库
任选刀座装刀方式。刀具安置在任意的刀座内，需将该刀具所在刀座号记下来。
固定刀座装刀方式。刀具安置在设定的刀座内。
（2）选刀
从刀库中选出刀具的操作。
1）顺序选刀：选刀方式要求按工艺过程的顺序（即刀具使用顺序）将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。
2）随意选刀：
①刀座编码选刀： 对刀库各刀座编码，把与刀座编码对应的刀具一一放入的刀座中，编程时用地址T指出刀具所在刀座编码。
②计算机记忆选刀
刀具号和存刀位置或刀座号对应地记忆在计算机的存储器或可编程控制器的存储器内，刀具存放地址改变，计算机记忆也随之改变。在刀库装有位置检测装置，刀具可以任意取出，任意送回。
（3）换刀
1）主轴上的刀具和刀库中的待换刀具都是任选刀座。
刀库→选刀→到换刀位→机械手取出刀具→装入主轴，同时将主轴取下的刀具装入待换刀具的刀座。
2）主轴上的刀具放在固定的刀座中，待换刀 具是任选刀座或固定刀座。
选刀过程同上，换刀时从主轴取下刀具送回刀库时，刀库应事先转动到接收主轴刀具的位置。
3）主轴上的刀具是任选刀座，待换刀具是固定刀座。
选刀同上，从主轴取下的刀具送到zui近的一个空刀位。
2.自动换刀程序的编制
（1）换刀动作（指令）：选刀（T××）；换刀（M06）
（2）选刀和换刀通常分开进行。
（3）为提高机床利用率，选刀动作与机床加工动作重合。
（4）换刀指令M06必须在用新刀具进行切削加工的程序段之前，而下一个选刀指令T常紧跟在这次换刀指令之后。
（5）换刀点：多数加工中心规定在机床Z轴零点（Z0），要求在换刀前用准备功能指令（G28）使主轴自动返回Z0点。
（6）换刀过程:接到T××指令后立即自动选刀，并使选中的刀具处于换刀位置，接到M06指令后机械手动作，一方面将主轴上的刀具取下送回刀库，另一方面又将换刀位置的刀具取出装到主轴上，实现换刀。
（7）换刀程序编制方法
1）主轴返回参考点和刀库选刀同时进行，选好刀具后进行换刀。
…
N02 G28 Z0 T02 Z轴回零，选T02号刀；
N03 M06 换上T02号刀
…
缺点：选刀时间大于回零时间时，需要占机选刀。
2）在Z轴回零换刀前就选好刀
…
N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直线插补，选T02号刀
N11 G28 Z0 M06 Z轴回零，换T02号刀
…
N20 G01 Z_ F_ T03 直线插补，选T03号刀
N30 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 顺圆弧插补
3）有的加工中心（TH5632）换刀程序与上略不同
…
N10 G01 X_ Y_ Z_ F_ T02 直线插补，选T02号刀
…
N30 G28 Z0 T03 M06 Z轴回零，换T02号刀，选T03号刀
N40 G00 Z1
N50 G02 X_ Y_ I_ J_ F_ 圆弧插补
…
注：对卧式加工中心，上面程序的G28 Z0应为G28 Y0 。
二、"数控工艺基础中"“加工坐标系设定”的内容中，已介绍了通过对刀方式设置加工坐标系的方法，这一方法也适用于加工中心。由于加工中心具有多把刀具，并能实现自动换刀，因此需要测量所用各把刀具的基本尺寸，并存入数控系统，以便加工中调用，即进行加工中心的对刀。加工中心通常采用机外对刀仪实现对刀
对刀仪平台7上装有刀柄夹持轴2，用于安装被测刀具，如图5.30所示钻削刀具。通过快速移动单键按钮4 和微调旋钮5或6，可调整刀柄夹持轴2在对刀仪平台7上的位置。当光源发射器8发光，将刀具刀刃放大投影到显示屏幕1上时，即可测得刀具在X（径向尺寸）、Z（刀柄基准面到刀尖的长度尺寸）方向的尺寸。
对刀仪平台7上装有刀柄夹持轴2，用于安装被测刀具，如图5.30所示钻削刀具。通过快速移动单键按钮4 和微调旋钮5或6，可调整刀柄夹持轴2在对刀仪平台7上的位置。当光源发射器8发光，将刀具刀刃放大投影到显示屏幕1上时，即可测得刀具在X（径向尺寸）、Z（刀柄基准面到刀尖的长度尺寸）方向的尺寸。
钻削刀具的对刀操作过程如下：
1.将被测刀具与刀柄联接安装为一体；
2.将刀柄插入对刀仪上的刀柄夹持轴2，并紧固；
3.打开光源发射器8，观察刀刃在显示屏幕1上的投影；
4.通过快速移动单键按钮4和微调旋钮5或6，可调整刀刃在显示屏幕1上的投影位置，使刀具的刀尖对准显示屏幕1上的十字线中心，如图5.31；
5. 测得X为20，即刀具直径为φ20mm，该尺寸可用作刀具半径补偿；
6.测得Z为180.002，即刀具长度尺寸为180.002 mm，该尺寸可用作刀具长度补偿；
7.将测得尺寸输入加工中心的刀具补偿页面；
8.将被测刀具从对刀仪上取下后，即可装上加工中心使用。
1.将被测刀具与刀柄联接安装为一体；
2.将刀柄插入对刀仪上的刀柄夹持轴2，并紧固；
3.打开光源发射器8，观察刀刃在显示屏幕1上的投影；
4.通过快速移动单键按钮4和微调旋钮5或6，可调整刀刃在显示屏幕1上的投影位置，使刀具的刀尖对准显示屏幕1上的十字线中心，如图5.31；
5. 测得X为20，即刀具直径为φ20mm，该尺寸可用作刀具半径补偿；
6.测得Z为180.002，即刀具长度尺寸为180.002 mm，该尺寸可用作刀具长度补偿；
7.将测得尺寸输入加工中心的刀具补偿页面；
8.将被测刀具从对刀仪上取下后，即可装上加工中心使用。
三、数控加工中心换刀程序的方法
由于加工中心的加工特点，在编写加工程序前，首先要注意换刀程序的应用。
不同的加工中心，其换刀过程是不*一样的，通常选刀和换刀可分开进行。换刀完毕启动主轴后，方可进行下面程序段的加工内容。选刀动作可与机床的加工重合起来，即利用切削时间进行选刀。多数加工中心都规定了固定的换刀点位置，各运动部件只有移动到这个位置，才能开始换刀动作。
XH714加工中心装备有盘形刀库，通过主轴与刀库的相互运动，实现换刀。换刀过程用一个子程序描述，习惯上取程序号为O9000。换刀子程序如下：
O9000
N10 G90 //选择方式
N20 G53 Z-124.8 //主轴Z向移动到换刀点位置（即与刀库在Z方向上相应）
N30 M06 //刀库旋转至其上空刀位对准主轴，主轴准停
N40 M28 //刀库前移，使空刀位上刀夹夹住主轴上刀柄
N50 M11 //主轴放松刀柄
N60 G53 Z-9.3 //主轴Z向向上，回设定的安全位置（主轴与刀柄分离）
N70 M32 //刀库旋转，选择将要换上的刀具
N80 G53 Z-124.8 //主轴Z向向下至换刀点位置（刀柄插入主轴孔）
N90 M10 //主轴夹紧刀柄
N100 M29 //刀库向后退回
N110 M99 //换刀子程序结束，返回主程序。
N10 G90 //选择方式
N20 G53 Z-124.8 //主轴Z向移动到换刀点位置（即与刀库在Z方向上相应）
N30 M06 //刀库旋转至其上空刀位对准主轴，主轴准停
N40 M28 //刀库前移，使空刀位上刀夹夹住主轴上刀柄
N50 M11 //主轴放松刀柄
N60 G53 Z-9.3 //主轴Z向向上，回设定的安全位置（主轴与刀柄分离）
N70 M32 //刀库旋转，选择将要换上的刀具
N80 G53 Z-124.8 //主轴Z向向下至换刀点位置（刀柄插入主轴孔）
N90 M10 //主轴夹紧刀柄
N100 M29 //刀库向后退回
N110 M99 //换刀子程序结束，返回主程序。
需要注意的是，为了使换刀子程序不被随意更改，以保证换刀安全，设备管理人员可将该程序隐含。当加工程序中需要换刀时，调用O9000号子程序即可。调用程序段可如下编写：
N～ T～ M98 P9000
N～ T～ M98 P9000
其中：N后为程序顺序号；T后为刀具号，一般取2位；M98为调用换刀子程序；P9000为换刀子程序号。
加工中心的编程方法与数控铣床的编程方法基本相同，加工坐标系的设置方法也一样。
加工中心的编程方法与数控铣床的编程方法基本相同，加工坐标系的设置方法也一样。
四、在卧式加工中心上加工特殊不规则台阶孔的方法及技巧
1 加工深台阶孔
在卧式加工中心上加工如附图所示带空刀孔的深台阶孔?0?1D时，空刀孔部分刀具是快速进给的，但如附图b所示的复杂铸件上，空刀孔的位置及大小可能存在偏差，因此空刀孔的孔壁有可能会与快速进给的刀具发生干涉，还会造成镗刀刀尖损坏，严重时还会因为刀具单边吃刀而造成打刀。如果使用的是绞刀，在绞孔过程中必然会因为绞刀刀刃部分与空刀孔孔壁发生干涉而造成让刀，所加工出来的深台阶孔就不能保证孔的工艺要求。为了解决这个问题，就得增加一道辅助工序来加工空刀孔， 使空刀孔确实能起到空刀的作用。
在卧式加工中心上加工如附图所示带空刀孔的深台阶孔?0?1D时，空刀孔部分刀具是快速进给的，但如附图b所示的复杂铸件上，空刀孔的位置及大小可能存在偏差，因此空刀孔的孔壁有可能会与快速进给的刀具发生干涉，还会造成镗刀刀尖损坏，严重时还会因为刀具单边吃刀而造成打刀。如果使用的是绞刀，在绞孔过程中必然会因为绞刀刀刃部分与空刀孔孔壁发生干涉而造成让刀，所加工出来的深台阶孔就不能保证孔的工艺要求。为了解决这个问题，就得增加一道辅助工序来加工空刀孔， 使空刀孔确实能起到空刀的作用。
2 常规方法加工不规则台阶孔存在的问题
通常我们加工如附图所示的台阶空刀孔，是采用卧式加工中心的精镗固定循环功能来完成。但这仅适用于有规律的台阶孔，对于上述复杂铸件上的台阶空刀孔，由于孔的位置偏差没有规律，而且不规则，这就无法确定镗刀轴向进刀时刀尖的偏转角度，会造成进刀时打刀，即使进刀时不打刀，也会因为孔的位置偏差致使镗孔时单边吃刀而使刀具快速损坏，所以使用卧式加工中心上常规精镗循环的功能来加工上述不规则台阶空刀孔是不适合的。
3 采用新的加工工艺
用半径小于空刀孔半径的单刃镗刀，在主轴刀具旋转的同时，采用软切入螺旋线进给方式镗孔，如附图c所示，镗刀刀尖回转半径为r，主轴镗刀旋转，沿台阶孔中心线快速进给到如附图b所示空刀孔zui右端，然后镗刀以（R-r）/2为半径的半圆为刀具中心运动轨迹径向软切入如附图c所示空刀孔右端孔壁，然后镗刀从zui右端空刀孔壁以（R-r）为半径的半圆为刀具中心运动轨迹，以台阶孔中心线作轴线，作螺旋线插补进给镗孔，也就是在刀具旋转的同时，机床作二轴联动，即刀具旋转的同时作径向和轴向运动，当镗刀螺旋线插补进给到如附图b所示空刀孔zui左端时，刀具又以（R-r）/2为半径的半圆为刀具中心运动轨迹软切出空刀孔壁，使刀具中心轴线又回到台阶孔中心轴线，然后轴向快速退刀，这就完成一个空刀孔的加工过程。这种采用软切入的方法进刀可避免由于孔的位置偏差而造成的打刀现象：而螺旋线插补进给镗孔，既可以避免由于孔的位置偏差造成的单边吃刀打刀现象，又可以实现用小回转半径的镗刀镗大孔的功能。
4 结论
在卧式加工中心上用这种软切入方式进刀，可避免由于铸件上台阶空刀孔的铸造偏差没有规律而造成进刀时刀具损坏或打刀现象：用螺旋线插补镗孔，既可以实现用小回转半径的镗刀镗大孔，也可以避免由于孔的位置偏差造成的单边吃刀而损坏刀和打刀的现象。实践证明，在卧式加工中心上用软切入螺旋线进给方式镗复杂不规则台阶孔，确实有很大的实用价值。
通常我们加工如附图所示的台阶空刀孔，是采用卧式加工中心的精镗固定循环功能来完成。但这仅适用于有规律的台阶孔，对于上述复杂铸件上的台阶空刀孔，由于孔的位置偏差没有规律，而且不规则，这就无法确定镗刀轴向进刀时刀尖的偏转角度，会造成进刀时打刀，即使进刀时不打刀，也会因为孔的位置偏差致使镗孔时单边吃刀而使刀具快速损坏，所以使用卧式加工中心上常规精镗循环的功能来加工上述不规则台阶空刀孔是不适合的。
3 采用新的加工工艺
用半径小于空刀孔半径的单刃镗刀，在主轴刀具旋转的同时，采用软切入螺旋线进给方式镗孔，如附图c所示，镗刀刀尖回转半径为r，主轴镗刀旋转，沿台阶孔中心线快速进给到如附图b所示空刀孔zui右端，然后镗刀以（R-r）/2为半径的半圆为刀具中心运动轨迹径向软切入如附图c所示空刀孔右端孔壁，然后镗刀从zui右端空刀孔壁以（R-r）为半径的半圆为刀具中心运动轨迹，以台阶孔中心线作轴线，作螺旋线插补进给镗孔，也就是在刀具旋转的同时，机床作二轴联动，即刀具旋转的同时作径向和轴向运动，当镗刀螺旋线插补进给到如附图b所示空刀孔zui左端时，刀具又以（R-r）/2为半径的半圆为刀具中心运动轨迹软切出空刀孔壁，使刀具中心轴线又回到台阶孔中心轴线，然后轴向快速退刀，这就完成一个空刀孔的加工过程。这种采用软切入的方法进刀可避免由于孔的位置偏差而造成的打刀现象：而螺旋线插补进给镗孔，既可以避免由于孔的位置偏差造成的单边吃刀打刀现象，又可以实现用小回转半径的镗刀镗大孔的功能。
4 结论
在卧式加工中心上用这种软切入方式进刀，可避免由于铸件上台阶空刀孔的铸造偏差没有规律而造成进刀时刀具损坏或打刀现象：用螺旋线插补镗孔，既可以实现用小回转半径的镗刀镗大孔，也可以避免由于孔的位置偏差造成的单边吃刀而损坏刀和打刀的现象。实践证明，在卧式加工中心上用软切入螺旋线进给方式镗复杂不规则台阶孔，确实有很大的实用价值。