第九章 FANUC 0i 系统加工中心操作
第一节 加工中心机床结构简介
一、加工中心的结构
加工中心按主轴加工时的空间位置的不同，分为卧式、立式和万能加工中心。这里只介绍立式加工中心，即主轴的轴线为垂直设置，其结构多为固定立柱式，工作台为十字滑台，如图9-1-1所示。
主轴
刀库
控制柜
床身 伺服电机 工作台 控制面板 排屑器
图9-1-1加工中心
1、基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成，它们是加工中心结构中的基础部件。它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负荷，因此要求具备更高的静动刚度，也是加工中心中质量和体积最大的部件。汉川机床XH715D的工作台面尺寸为520*1100毫米。
2、主轴部件 有主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。主轴部件是切削加工的功率输出部件，是加工中心的关键部件。
3、数控系统 由CNC装置、伺服驱动装置以及伺服电机等部分组成，是加工中心执
行顺序控制动作和控制加工过程的核心装置。汉川机床XH715D采用FANUC 0i MA数控系统。
4、自动换刀装置（ATC） 加工中心执行选刀和换刀的装置，主要组成部分是刀库、机械手和驱动机构等。图9-1-2是汉川XH715D自动换刀装置示意图，其刀库容量为24、刀具型式为BT40。
图9-1-2刀库
二、加工中心的结构、性能
加工中心主要用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和车螺纹等功能集中在一台设备上。因为它具有多种换刀或选刀功能，可自动完成或接近完成工件个面的所有加工工序，从而使生产效率和自动化程度大大提高。
1、高度自动化 加工中心按照数控系统的指令自动的读进给速度、切削深度、主轴回转速度、选刀、换刀以及其他辅助功能进行控制，无需操作者进行中间操作，实现了加工自动化。
2、大功率和高精度 加工中心在加工时能在一次装夹中进行粗、精加工。即能保证高效率进行大切削的粗加工，又能进行半精加工和精加工，并把批量生产工件的质量分散度控制在一定范围内。通常，加工中心的主传动电机功率比普通机床高50-100%，而主要部件和基础件的精度也比普通机床高。如我校购买的汉川机床XH715D加工中心，主轴功率高达11KW，主轴最大扭矩68N.m，机床定位精度±0.005mm/300mm，重复定位精度±0.002mm。
3、高速度和高可靠性 加工中心的主轴转速和进给速度也远高于普通机床，能在高负荷下长时间工作。汉川机床XH715D最高转速8000r/min，快速移动速度20m/min。
三、加工中心常用刀具
工序集中的特点决定了加工中心在一次装夹中要经过多次换刀完成多工序加工，所以加工中心对零件个各加工部位要选用不同的刀具。加工中心使用的刀具按加工方式不同可分为钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具、螺纹加工刀具、铰削刀具等。表9-1为常用刀具种类及典型应用。
表9-1 立铣刀种类及其典型应用 直柄普通立铣刀一般做成整 体式，锥柄普通立铣刀一般做成焊接式；键槽立铣刀与通用立铣刀的区别在于键槽立铣刀根据键槽选用的配合不同有正负公差之分；右图从左至右依次为：通用立铣刀铣槽，通用立铣刀铣轮廓，球头铣刀铣圆弧槽，球头铣刀铣曲面 普通立铣刀与球头立铣刀 铣台阶用立铣刀 此铣刀做成可转位式，刀片为硬质合金并可更换，加工效率高；主偏角为90°，能加工直角台阶；右图从左至右依次为：铣削浅槽，铣削台阶，铣削平面 此铣刀可转位刀片分布在铣刀螺旋槽上，个螺旋槽上的刀片交错排列，并有一定的搭接量，一个刀片只切除余量的一部分，所有刀片通过配合能切除所有余量；适合于粗加工；右图从左至右依次为：粗铣槽，粗铣轮廓；另外，它也可加工台阶和平面 可转位螺旋立铣刀 多功能立铣刀 多功能立铣刀可转位刀片为 八角形，能一把刀完成多表面加工，节省了刀库空间及换刀时间；右图从左至右依次为：加工浅槽，加工台阶，加工平面，加工倒角 圆角立铣刀可转位刀片为圆形，可进行零件底面与侧面过渡原角的加工；右图从左至右依次为：加工槽，加工平面，加工曲圆角立铣刀 面，通用立铣刀的刀尖也能制成同样形状，进行曲面等部位的加工，而且刚性比相同圆角半径的球头铣刀高 倒角立铣刀刀片为四边形，适合于加工45°的倒角；右图从倒角立铣刀 左至右依次为：加工侧面槽，加工倒角，加工台阶和平面 右图为可转位硬质合金立铣刀，右图从左至右依次为：加工T形槽立铣刀 T形槽，加工台阶，锪孔；高速钢T形槽立铣刀一般为焊接式，但一般只用于切削T形槽 加工中心使用的刀具繁多，而每种刀具与加工中心的连接由工具系统实现。它主要由工作头、刀柄、拉钉、接长杆等组成，起到固定刀具及传动切削动力的作用，如图9-1-3所示。
图9-1-3 工具系统
四、切削用量的选择
加工中心切削用量的选择原则与普通机床相同，可根据机床性能参数，在刀具使用寿命许可范围内根据刀具厂商推荐切削量选用，并通过实践检验来确定。表9-2可供参考。
表9-2 切削用量的选择(高速钢立铣刀、粗铣) 工件材料 刀具直径（mm） 铸铁 切削速度 齿数 每齿进给量 28 8 2 0.05 28 10 2 0.06 0.06 0.05 0.05 129 0.05 26 铝 切削速度 每齿进给量 126 钢 切削速度 每齿进给量 25 切削深度的选择ａp（mm）：粗加工时在机床刚度和主轴功率允许的情况下，尽可能一次切除粗加工全部加工余量，以减小进给次数，提高切削加工效率。粗加工时轴向切削深度一般为刀具直径的1到1.5倍，同时留有足够的精加工余量，在精加工时应在一次行程中切除全部加工余量，切削深度可等于切削刃的长度。
进给速度的选择Ｖf（mm/min）：应依据被加工工件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具材料、工件材料选取。在内轮廓加工中，拐角处应适当降低进给量，以免切削量过大导致刀具损坏和切坏工件。
计算公式 Ｖf = fz * z * n
( fz每齿进给量 z齿数 n转速 )
切削速度的选择Ｖc（m/min）：切削速度应当根据刀具经济使用寿命，对应最低加工成本适当选择。为提高刀具寿命在切削过程中合理使用切削液是必要的，同时可提高加工表面质量和加工精度。
转速的确定n（r/min）：n =（Ｖc * 1000）/（d * ∏） 五、加工程序的编制 1、刀具长度偏置指令
加工中心运行时要经常交换刀具，而每把刀具长度的不同，为了使加工同一个面是不造成过切需要对每把刀的长度进行补偿。为此需要在机床中设定刀具长度补偿量，使每把刀的刀尖正好在工件表面上，如图9-1-4所示。
图9-1-4刀具长度补偿原理
刀具补偿指令及格式：
G43正向偏置，即把刀具向上抬起 G44负向偏置，即把刀具向下补偿
G49取消刀具补偿（回参考点后使用较安全）
G43 G00 Z H G44 G01 H及其后的数字为刀具长度补偿值所存放的地址，在加工前将测量每把刀的补偿值预先存在数控系统中。进行刀具长度补偿时，刀具要有Z向移动。
2、换刀指令
在加工中心换刀时，要用到选刀指令（T代码）和换刀指令（M06）。多数加工中心都给定了换刀位置，主轴只有运动到换刀点，机械手才能执行换刀动作。换刀时应有回参考点的准备功能G28指令，当系统遇到选刀指令T代码时，自动按照刀号选刀，被选中的刀具处于刀库中的换刀位置上。接到换刀指令M06后，机械手执行换刀动作。 换刀程序格式：
。。。。。； M05 M09； G80；
G91 G28 Z0； T ； G49 M06； 。。。。。。；
3、固定循环
在数控加工中，有些典型的加工工序，是由刀具固定的动作完成的，这样用单一程序段的指令即可完成加工，此种指令称为固定循环指令。 固定循环指令格式：
G90 G98 G X Y R Z P Q F L G91 G99 其中 G98——返回平面为初始平面； G99——返回平面为安全平面（R 平面）； L ——固定循环的重复次数。 G ——固定循环指令； X、Y ——孔位置； R ——安全平面高度； Z ——孔深；
P ——在孔底停留时间，ms； Q ——每次进刀深度； F ——进给速度； 固定循环指令分类：
钻孔循环：G73，G81，G83；
攻螺纹循环：G74，G84（切换至攻螺纹模式）；
镗孔循环：G76，G81，G82，G85，G86，G87，G88，G89 取消固定循环：G80（G00，G01，G02，G03）。
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