如图5.1所示零件，型孔较多，形状复杂，如果用前面介绍的数控铣床加工，则加工过程中要用到多种刀具，要进行多工位、多工序加工；在改变工位的过程中，还需要重新装夹工件，这就存在一个定位误差的问题。采用加工中心进行加工即可以解决这一些问题。

图5.1  复杂零件图

加工中心(machining center，简称MC)是指配有刀库和自动换刀装置，在一次装卡工件后可实现多工序(甚至全部工序)加工的数控机床。目前主要有铣镗类加工中心(简称加工中心)和车削加工中心(简称车削中心)两大类。

铣镗类加工中心把铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能集中于一台设备。为加工出所需的零件形状至少要有3个坐标运动，一般由3个直线运动坐标x、y、z和3个转动坐标A、B、C适当组合而成，可组合成三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等，多者可达十几个运动坐标。铣镗类加工中心一般具有多种辅助功能：各种加工的固定循环、刀具半径补偿、刀具长度补偿、刀具破损报警、刀具寿命管理、过载自动保护、丝杠螺距误差补偿、丝杠间隙补偿、故障自动诊断、工件与加工过程显示、工件在线检测和加工自动补偿、切削力控制或切削功率控制、直接数控接口的提供等，这些辅助功能使加工中心的自动化水平、效率及精度不断提高。

车削中心是在数控车床的基础上配以刀库和自动换刀装置而构成的，分为立式和卧式两种。与数控车床单机相比，其自动选择和使用刀具的数量大大增加，具有回转面车削、铣槽、钻横孔等多种功能。

加工中心是从数控铣床发展而来的，但它的制造工艺与传统工艺及普通数控加工都有很大的差别。加工中心自动化程度的不断提高和工具系统的发展使其工艺范围不断扩展，且更大程度地实现了工件一次装夹后的多表面、多工位连续加工。

按照加工中心的外观及功能可将其分为以下3种。

1.立式加工中心

立式加工中心的主轴与工作台垂直，主要适用于加工板材类、壳体类工件，也可用于模具加工。它的优点是工件装夹方便、操作方便、找正容易、便于观察切削情况、程序调试容易、占地面积小等，所以得到广泛的应用。但它受立柱高度及ATC的限制，不能加工太高的零件，也不适于加工箱体类工件。

2.卧式加工中心

卧式加工中心的主轴线与工作台平面方向平行。它的工作台大多为可分度的回转台或由伺服电动机控制的数控回转台，在工件的一次装夹中通过旋转工作台可实现多加工面加工。如果工作台为数控回转台，还可参与机床各坐标轴的联动，实现螺旋线加工。卧式加工中心适于加工箱体类零件及小型模具型腔，是加工中心中种类最多、规格最全、应用范围最广的一种。其缺点是占地面积大，结构复杂，调试程序及试切时不易观察，生产时不易监视，装夹及测量不方便，加工深孔时切削液不易到位(若没有内冷却钻孔装置)。卧式加工中心的加工准备时间比立式的长，但加工件数越多，其多工位加工、主轴转速高、机床精度高等优势就越明显，因此适用于批量加工。

3.复合加工中心

复合加工中心主要是指在一台加工中心上有立、卧两个主轴，或主轴可改变90°的角度，或工作台可带动工件一起旋转90°的情况。这样可在一次装夹中完成除安装面外的所有5个面的加工，适于加工复杂箱体类零件和具有复杂曲线的工件(如螺旋桨叶片及各种复杂模具)。

(1)适合加工中心工艺特点的零件

①高效、高精度工件。有些零件为机器中的关键部件，精度要求高且工期短，若用传统工艺加工则需多台机床协调工作，且周期长，效率低，受人为影响多。如用加工中心加工，生产由程序自动控制，装夹工序少(最少的为一次装夹)，所加工工件精度的一致性好，质量稳定。

②形状复杂，需多工位、多工序集中加工的零件。加工中心通过多轴联动可以实现几乎是任意轨迹运动加工和任何形状的空间面加工，尤其是CAD/CAM技术的应用，使复杂零件的加工大为简单化。

③重复投产或经常需要局部改进的零件。汽车、摩托车等行业所需的零件虽然工艺不复杂，但要求生产批量较大，精度一致性高，且市场需求具有一定的周期性，产品经常需要更新换代，零件往往需要进行局部尺寸调整。用加工中心加工这种零件，相关的生产信息会保留下来，在以后的改进中只需修改相关程序便可继续生产，节省了时间，缩短了加工周期。

④加工中心的经济批量为：

式中K为修正系数，考虑成本因素，一般取K≥2。加工中心的时间包括准备时间和加工时间。加工中心的准备工时包括工艺准备、程序准备、现场调试(机床调试、零件程序试运行、试切削等)工时，这个时间很长，成本很高，因此只有适当的批量才能把准备时间缩短(即平均分配到每一个零件上)，否则造成浪费，使成本增加。加工批量大于经济批量的零件可以考虑采用加工中心加工，但对一些复杂的零件，5～10件批量即可考虑采用加工中心，有时单件的复杂零件也可考虑。

(2)加工中心的加工准备

加工中心加工前的准备工序和加工后的精化工序尽量安排由其他设备完成。要选用材质均匀的毛坯，且使之在加工前只留少量的加工裕量，这样使多个工序后工件的变形最小。

(3)选择合适的刀具和夹具

由于加工中心的刚性好、功率大，因此在加工工序中要尽可能选用较大的切削用量，这样可节省加工工时。但在这种条件下产生的温升会影响零件的加工精度，因此必须要选择合适的刀具和夹具。

(4)合理安排加工工序

主要考虑以下几方面：

①确定零件的加工基面、基准孔、加工裕量等。

②确定一次装夹完成的工序内容时应考虑零件{zh1}的精度要求和热处理要求。对某些复杂零件，由于加工过程中产生的热变形、内应力、零件夹压变形等原因，不得不分两次或多次装夹来完成加工。

③对每一个加工工序均应按照“由粗渐精”的原则，即先进行重切削、粗加工，去除零件毛坯上的大部分加工裕量，然后安排发热量小、加工要求不高的加工工序，使零件在精加工前有充分的时间进行冷却，{zh1}再进行精加工。每个工序应尽量减少空行程移动量，减少刀具交换次数。

建议采取的加工顺序为：铣大平面(粗精分开)——粗镗孔、半精镗孔——立铣刀加工——打中心孔——钻孔——攻螺纹——孔、面精加工(铰、镗、精铣等)。

1.机床的用途及组成

图5.2所示为TH6940卧式加工中心的示意图，主要由床身、滑座、工作台、主轴箱、立柱、刀库、换刀机械手、数控柜、操纵盘、润滑系统、冷却系统、气动系统等组成。

TH6940卧式加工中心具有刀具自动更换、工作台自动更换和自动回转分度等功能。工件一次装夹后可自动、连续地对多个平面进行铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等加工，最适合加工孔系精度要求高的箱体，既可单机使用也可组成柔性加工线。其产品型号中：T代表镗床类，H代表自动换刀，69代表工作台固定，40代表工作台面积为400 mm × 400 mm。TH6940卧式加工中心主要由床身、滑座、工作台、主轴箱、立柱、刀库、换刀机械手、数控柜、操纵盘、润滑系统、冷却系统、气动系统等组成。

1-床身； 2-工作台； 3-数控柜； 4-主轴箱； 5-刀库

图5.2  TH6940卧式加工中心

2.主要技术参数

此加工中心可根据用户要求配多种数控系统，如德国SINUMERIK 802D、810D，日本FANUC 0MD、0iM、西班牙FAGOR8025、8055等。FANUC 0MD系统的主要功能见表5.1。

表5.1  数控系统的主要功能（FANUC 0MD系统）

为了实现多工序加工，无论是卧式加工中心还是立式加工中心，都具有一套自动换刀装置。

大多数加工中心都带有“机械手一刀库”的自动换刀装置。这样，在加工中心的加工程序编制中就有换刀程序，不同的加工中心其换刀程序的编制方法不同，具体可参看机床说明书。

加工中心是在数控铣镗床的基础上发展起来的，其编程方法与数控铣床基本相同。前面几章对绝大部分G代码、M代码已经加以说明，下面仅介绍几个与加工中心有关的代码。

1．G30

这个指令的意义为返回第二、三、四参考点。加工中心{dy}参考点一般为机床各坐标的机械零点，而机床通常还设有第二、三、四参考点，用于机床换刀、托板(工作台)交换等。机床第二、三、四参考点的实际位置是在机床安装调试时实际测量出来的，预先由机床参数设定，它实际上是与{dy}参考点之间的一个固定距离。利用G30指令可使被指令轴自动经指令位置返回第二、三或四参考点。执行完返回操作后，各参考点返回指示灯亮。

G30指令的形式如下：

G30 P2（P3，P4） Xα Yβ Zγ；

该指令用法与G28指令基本相同，只是它返回的不是机床零点。其中P2指第二参考点，P3．P4指第三、四参考点，α、β、γ为中间点的坐标值。G30后不写P2 (P3，P4)时，表示返回第二参考点。一般换刀点设为第二参考点，所以自动换刀时，如果主轴上的刀具位置不在换刀点上，则拱行G30 G91 Y0 Z0(卧式加工中心)或G30 G91 Z0(立式加工中心)。使用G30指令前，在接通电后必须进行一次返回{dy}参考点的动作(即建立机床坐标系)。

2．T功能

T功能字用来选择机床上的刀具(如T2表示第二把刀具)，在一些加工中心中刀具号与刀具在刀库中的位置是对应的，即T2表示刀具在刀库2号位置上，在程序中T2的含义是把刀库中号刀位上的刀具放到换刀位置做换刀准备。也有的加工中心刀具在刀库中随机放置，由计算机记忆刀具在刀库中的实际存放位置。

T指令除上述选择刀具功能外，还有刀具寿命管理功能。该功能可以对刀具进行编组，指定各组的刀具寿命(使用次数或者使用时间)，并在使用时对其寿命进行累积计算。在同一组刀具内则按预先排好的顺序更换下一把刀具。

3．F，S，H/D功能

F，S功能与数控铣床大致相同，主要用于机床主轴转速和各坐标切削的进给量控制。

H／D功能：由于每把刀具的长度和半径各不相同，需要在刀具交换到主轴以后通过指令自动读取刀具长度。H代码后面加2位数字即表示当前主轴刀具的实际长度，存储于相应存储器中D指令为读取刀具半径数据的指令，其用法与H指令相同。

4．M指令

M指令绝大部分与数控铣床相同，仅个别M指令为加工中心所特有。

M06指令是加工中心的换刀指令。在机床各相关坐标到达换刀参考点后，执行该指令可以自动, 更换刀具。例如：

N30  G9l G00 G30 Y0 Z0 T5；

N40      G28 X0    M06；

N30程序段中机床Y、Z坐标返回第二参考点(换刀点)，同时刀库运动到指定位置，机械手将T5从刀库抓到机械手中。N40程序中机床X坐标返回{dy}参考点(X返回{dy}参考点是为了换刀时躲开加工工件，以免发生干涉)，X坐标到位后，将机械手上的刀具与主轴上的刀具进行对调，使主轴装上T5，继续进行加工，再将从主轴卸下的刀具装到刀库中的相应位置。

加工中心上应用的标准循环(固定循环)和宏程序与数控铣床的基本相同。不同的数控系统其标准循环使用时所需要给定的参数不同，可根据系统操作说明书使用。下面介绍德国西门子公司SINUMERIK 810D的几个标准循环指令。

西门子公司给出的标准循环指令有CYCLE8l(钻削、钻中心孔)，CYCLE82(钻削、顺时针镗孔)，CYCLE83(深孔钻削)，CYCLE84(刚性攻螺纹)，CYCLE840(带起锥器的攻螺纹切削)，CYCLE85～CYCLE 89(镗孔1～5)，HOLES1(线性孔排列)，HOLES2(圆弧孔排列)，CYCLE90(螺纹铣)等。在调用一个循环之前，该循环中的传递参数必须已经赋值(系统变量为R0~R99，其他可设字符变量，如RTP，RFP等)。在调用循环之前必须在调用程序中回到钻削位置，而且必须设定进给率、主轴转速和方向等。调用钻削循环和铣削循环的前提条件是首先选择平面G17，G18或G19，xx编程的坐标转换(零点偏置、旋转)，从而定义目前加工的实际坐标系。循环结束之后具有补偿值的刀具一直保持有效。

1．钻削、顺时针镗孔——CYCLE82(RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，DTB)

(1)功能刀具以编程给定的主轴速度和进给速度钻孔，直至到达给定的最终钻削深度。可在编程中在到达最终钻削深度时给定一个停留时间，退刀时以快速移动速度进行，如图5.3所示。

(2)前提条件  必须在调用程序中规定主轴的速度值和方向以及钻削轴的进给率。在调用循环前必须在调用程序中回到钻孔位置，必须选择带补偿值的相应刀具。

图5.3  钻削加工顺序

(3)参数

RTP退回平面({jd1}平面)    确定了循环结束后钻削轴的位置

SDIS安全间隙             只对参考平面而言，参考平面由于此间隙被提前了一个

距离，循环可自动确定安全间隙的方向

RFP参考平面({jd1}平面)    图纸中所标的钻削起始点

DP{zh1}钻深({jd1}值)       取决于工件零点，它可确定钻削深度

DTB钻深停留时间          用它给定钻削深处(断层)的停留时间(单位s)

DPR切削面孔底距离        与RFP一起可确定DP

(4)时序过程循环开始之前的位置是调用程序中{zh1}的钻削位置。循环过程如下：

①用GO回到被提前了一个安全间隙量的参考平面处；

②按照调用程序中的进给率以G1进行钻削，直到最终钻削深度；

③执行钻深停留时间；

④以GO退刀，回到退回平面。

例5.1  如图5.4所示零件，在x y平面上 x =24，y =15的位置处加工深度为27 mm的孔。利用CYCLE82循环，钻孔时在孔底停留2 s，钻孔坐标轴方向安全间隙为4 mm，循环结束后刀具处于X24 Y15 Z110处。

图5.4 钻削零件图

程序如下：

    DEF REAL RFP=102 DP=75 RTP=110 SDIS=4 DTB=2    设定直线孔参数

 N10 G90 F300 S500 M4 T2 D1；                      规定工艺参数值

 N20 G17 GO X24 Y15 Z105；                         回到钻孔位

 N30 CYCLE82；                                     调用循环

 N40 M2；                                          程序结束

2．螺纹插补加工——CYCLE84(RTP，RFP，SDIS，DP，DPR，DTB，SDAC，MPIT，PIT，POSS，SST，SSTl)

(1)功能  此循环仅用在专为钻削设计的主轴上，且能够在点位控制方式下工作，加工中不需使用起锥器。刀具以编程给定的主轴转速和方向钻削，直至给定的螺纹深度，切削轴的进给率由主轴转速导出。在循环中旋转方向自动转换，退刀可以另一个速度进行，如图5.5所示。

图5.5  循环时序过程及参数

(2)前提条件  主轴必须是位置控制主轴(带实际值编码器)时才可以应用此循环。在调用循环之前必须在调用程序中回到钻削位置。

(3)参数

(4)时序过程循环开始前的位置是调用程序中{zh1}的钻削位置。循环的过程如下：

①用G0回到被提前了一个安全间隙量的参考平面处；

②主轴停止时主轴转换为坐标轴运行；

③用螺纹插补指令和SST确定的转速加工螺纹，旋转方向由螺距(PIT)的符号确定；

④在螺纹最终深度执行停留时间；

⑤用螺纹插补退刀指令和SSTl确定的转速退刀至参考平面处；

⑥用GO退回平面，取消主轴坐标轴运行。

例5.2  如图5.6所示零件，在xy平面上x=30，y=35处进行不带起锥器的螺纹切削，切削轴为z轴。没有编程停留时间，负螺距编程(即轴左转)。

图5.6 螺纹切削零件图

程序如下：

3．线性孔排列钻削——HOLESI(SPCA，SPCO，FDIS，NUM，STAI．，DBH)

(1)功能  用此循环可加工线性排列的孔(螺纹孔)，孔(螺纹孔)的类型由MCALL指令调用。加工顺序如图5.7所示。

图5.7  线性孔加工顺序

(2)前提条件  在调用程序中，必须按照设定参数的钻孔循环和切内螺纹循环的要求编写主轴的转速和方向以及主轴的进给率。调用循环前必须对所选择的钻削循环和切内螺纹循环设定参数，必须选择带刀具补偿的相应刀具。

（3）参数

如图5.8所示。

图5.8 线性孔钻削参数                     图 5.9 矩阵孔零件图

(4)时序过程  出发点的位置是任意的，但需保证从该位置出发可以无碰撞地回到{dy}个钻孔位。循环执行时首先回到{dy}个钻孔位，并按MCALL指令调用的循环进行加工，然后快速回到其他钻削位，按照所设定的参数进行后续加工。

例5.3  如图5.9所示零件，加工x y平面上按5行5列矩阵排列的孔，孔间距为10 mm。参考点坐标为x=30，y=20，使用循环CYCLE85(镗孔)切削。在调用程序中确定主轴转速和方向，进给率由参数给定。   

程序如下：   

加工中心子程序的使用非常灵活，可以大量压缩程序篇幅，减少程序占用的内存，使程序变得简单明了。同时也可以把一些特殊功能编写成子程序，如换刀子程序、工件零点自动换算子程序、托板(工件台)交换子程序等，需要时只需调用即可。

例如TH6940卧式加工中心，其换刀过程需要多步操作。应用子程序后，在程序中编入N××T××，程序即被读入内存，自动调用O9000子程序，实现任意选刀；在程序中编入N×× M06便自动调用O9001子程序进行换刀。内部子程序如下：

下面是两个换刀子程序，可实现刀库中当前换刀位置上的刀具与主轴上的刀具进行交换。

此程序适用于立式加工中心。 

程序编制的内容和格式因数控系统的不同而有所不同，但其编制过程和加工中心的使用过程基本相同。图5.10为加工中心的编程过程。

图5.10  加工中心的编程过程

编程工作必须合理而有序地进行，机床操作者应能xx理解程序并能正确操作机床。本节以图5.11所示零件为例说明加工中心的加工过程。

图 5.11  零件尺寸及加工要求

主要从精度和效率两方面对加工中心的加工工艺进行分析，理论上的加工精度必须达到图纸的要求，同时又能充分合理地发挥机床的功能。

(1)在加工同一表面时，应按粗加工一半精加工一精加工的次序完成。对整个零件的加工也可以按先粗加工，后半精加工，{zh1}精加工的次序进行。

(2)当设计基准和孔加工的位置精度与机床的定位精度和重复定位精度相接近时，可采用按同一尺寸基准进行集中加工的原则，这样可以解决多个工位设计尺寸基准的加工精度问题。

(3)对于复合加工(既有铣削又有镗孔的零件)的零件，可以先铣后镗。因为铣削的切削力大，工件易变形，采用先铣后镗孔的方法，可使工件有一段时间的恢复，减少变形对精度的影响。相反，如果先镗孔再进行铣削，会在孔口处产生毛刺、飞边，从而影响孔的精度。对于图5.11所示零件，先铣阶梯面，后铰?20的6个孔。

(4)当所加工孔系的位置精度要求较高时，要特别注意安排孔的加工顺序，如安排不当，就可能带入坐标轴的反向间隙，直接影响位置精度。在图5.11中，如按P1一P2一P3一P4一P5一P6的路线加工，y向的反向间隙会使定位误差增加，从而影响P5、P6孔与其他孔的位置精度。正确的加工路线应为P1一P2一P3一P4，刀具退回到P1点，然后折回来加工P6一P5，这样是为了加工方向一致，避免反向间隙的引入。本例中6个孔的位置精度要求不高，因此按{dy}种方案加工。   

(5)加工中存在重复定位误差时，必须一次定好位，通过顺序而连续地换刀连续加工完同轴的孔后，再加工其他坐标位置的孔，以提高孔系的同轴度。   

(6)应采取相同工位集中加工的方法，尽量就近加工，以缩短刀具的移动距离，减少空运行时间。   

(7)按刀具划分工步。在不影响精度的前提下，为了减少换刀次数、空行程时间、不重要的定位误差等，要尽可能用同一把刀完成同一个工位的加工。   

(8)在一次装夹中要尽可能完成较多表面的加工。   

夹具对加工中心来说是非常重要的，加工中心的加工范围、加工时间、装夹时间、加工精度等都与之有关。对夹具的基本要求是能保证正确定位与夹紧，保证工件的尺寸精度、表面质量及加工效率。立式加工中心的通用夹具为虎钳和压板。图5.11零件可在卧式加工中心上加工其装夹方式如图5.12所示。   

图 5.12  零件的装夹及工件坐标系的选择

编程时一般选择工件或夹具上某一点作为程序的原点，此点称为编程原点。通过编程原点建立的新坐标系称为工件坐标系(编程坐标系)。

选择编程原点的原则是：①编程原点{zh0}与图纸上的尺寸基准相重合；②在进行数值计算时能使运算简单；③使加工误差达最小；④编程原点应该是容易找正且便于测量的位置。编程原点确定后，相对于编程坐标系的对刀位置及对刀方法也就定了下来。根据以上原则，图5.11所示零件的编程原点可以定在零件的中心处。

1．工艺路线与刀具运动方向

根据图5.11所示工件的实际情况，其工艺路线为：①铣阶梯平面；②铣φ60内圆；③钻孔系底孔；④钻螺纹孔底孔(4一M10)；⑤攻丝；⑥钻底孔6一φ20至φ18；⑦铰孔6一φ20至φ20。

刀具的运动方向、轨迹是指加工过程中刀具的走势，铣削加工时有顺铣和逆铣两种，它们对刀具的耐用度、已加工表面的质量和铣削的平稳性等有重要影响。

逆铣(图5.13a)时铣刀在切削区的切削速度v的方向与工件进给速度f的方向相反。顺铣(图5．13b)时铣刀在切削区的切削速度v的方向与工件进给速度f的方向相同。逆铣、顺铣的比较如下：①逆铣时，由于刀齿开始切削工件时的切削厚度小，导致刀具易磨损，并影响已加工表面。顺铣时刀具的耐用度比逆铣时提高2～3倍，这是因为刀齿切削的路程较短，路线较陡，比逆铣时的平均切削厚度大，而且切削变形较小，节省机床的功率消耗。但是顺铣不宜加工带硬皮的工件。②由于工件所受切削力的方向不同，粗加工时逆铣比顺铣要平稳。

图5.13 逆铣和顺铣

2．加工余量的确定

确定加工余量的基本原则是在保证后续加工要求的前提下，尽量减少加工余量。最小加工余量应该保证能将具有各种缺陷和误差的金属层切除。最小加工余量的大小取决于下列因素：①表面粗糙度(Ra)；②表面缺陷层深度；③空间偏差；④表面几何形状误差；⑤装夹误差。

在具体确定工序间的加工余量时，应根据下列条件选择加工余量的大小：①对于{zh1}的工序，加工余量要能保证加工精度等要求；②考虑加工方法、设备、工件的刚性以及零件可能发生的变形；③考虑零件热处理时的变形；④考虑被加工零件的大小和材质。

由上述原则确定图5.11所示零件的精加工余量为0.2 mm。

3．确定走刀次数(或确定是否要分层铣)及进退刀方式

可以根据毛坯的厚度和刀具直径的大小确定走刀次数。

进退刀方式在铣削加工中也是非常重要的。铣削加工中最常见的进退刀方式有直线进退刀和圆弧进退刀两种。通常在粗加工中为了节省时间采用直线进退刀，在精加工中为了得到较好的加工表面采用圆弧进退刀。如图5.14所示，铣削内轮廓时常用圆弧进刀(A—B—C)、圆弧退刀(D—B—E)；铣削外轮廓时常在轮廓延长线上用直线进刀(F—G—H)、直线退刀(I一G—K)。本例采用圆弧进退刀方式进行精加工。

图5.14 进退刀方式

加工中所用的各种工艺参数可通过工艺规程卡及刀具调整卡等表示出来，再根据它们编制程序。表5.2为图5.11所示零件工序卡的主要内容。

表5.2 工序卡

切削条件的好坏直接影响加工的效率和经济性，应根据工件的材料、性质及刚性，刀具的材料及形状，刀柄的刚性，切深及余量，加工位置，工件的安装及夹具的刚性，刀具寿命的估计，加工情度，表面质量以及冷却条件等确定。

先确定可直接从图纸给出的条件算出的基点坐标，再计算待定节点的坐标(如图纸上一般不注明的切点、圆心或交点等)。在计算各基点的坐标时，{zh0}按编程坐标系算出{jd1}坐标值，这样使编程更方便且不易出错。此外，注意要边计算边将数值填人编程草图的相应基点处，如果计算时建立了直线或圆的方程，{zh0}也注在编程草图上相应几何元素轮廓线的附近，以便查错及修改。

根据前面介绍的内容，可以根据工序卡逐段编写加工程序。编写时应注意所用代码与格式要符合机床控制系统的功能及用户编程手册的要求，不要遗漏必要的指令或程序段，数值填写要准确无误。

下面是图5.11所示零件的加工程序：

在填写程序时往往会有错误或遗漏，按程序单向机床控制面板或磁盘输入程序时也不制证xx正确，所以未经检验的程序不能直接加工零件。

1．程序单的检验

首先检查功能指令代码是否有错误或遗漏；其次检查刀具代号是否有错误或遗漏，以防曲工时刀具半径补偿值有差错；{zh1}验算数据的计算是否有误，正负号对不对，程序单上填的数捧是否与编程草图上标注的坐标值一样，走刀路线是否为封闭回路(可以用各坐标运动位移量的代数和是否为零来校验)等。

2．磁盘中程序的校验

(1)人工检查法(方法与程序单的检验一样)。

(2)用计算机校验，或从机床控制面板中用图形显示校验。现代数控加工中有许多自动程软件(如国内的CAXA、美国的Master CAM等)可以进行反读(即通过G代码直接在屏幕上画出刀具轨迹路线)，这种检查方法既快又方便，但对程序细节部分不能很准确地检查。

(3)在机床上进行试切检查。这是最直接xxx的检查方法。试切削材料可采用较易自削、费用低的塑料或石蜡，但不能反映出加工程序的工艺性问题(如切削用量是否合适等)，而且对大型或复杂的工件也不太适用，因此有时也可以直接对正式毛坯进行切削。根据工件的具体情况，有时可以采用分层试切削(即抬高刀具，放大刀具半径补偿值等)，这样做的实际效果较好。

刀具安装于刀柄上后，刀具的直径和长度必须要测量，这种测量可在刀具预调仪上完成。量时由于使用方法错误等原因会产生误差，这就要求测量次数不能少于1次，测量结果要填入具表中。

除了在MEMORY，TAPE及MDI模式下，只要电源键打开或急停键打开，任何时候都可以进行手动回原点操作。但当某个坐标轴距离原点(机床原点)很近(＜100 mm)时，应先使此轴远离机床原点(＞100 mm)，然后再进行回原点操作。

加工中心的自动换刀装置使用软件随机系统，刀具放入刀库后，通过手动数据输入（MDI)或编制程序，使刀座号及相应的刀具号存储在机床控制器的内存中。有两种方法可以注册刀号：一种是按顺序从刀座号01开始使刀具号与刀座号相对应；另一种是为特别的刀座及主轴上的刀具安排刀号。

1．按刀座号从01开始依次注册刀具号

(1)注册刀具号。程序如下：

M57；刀具注册模式

T01；T01放在01号刀座内

T02；T02放在02号刀座内

T03；T03放在03号刀座内

T04；T04放在04号刀座内

…………

    M30；

要注意以下事项：①重复出现的刀具号不能记录；②输入T00的刀具号相当于空刀座，则刀座不记录；③若刀库的刀座比要记录的刀具号多，不要求记录的刀具号被记录为T00；④若刀库的刀座比要记录的刀具号少，机床将报警。

(2)重新注册刀具号。必须提前删除以前的注册，使用如下程序；

M57；刀具注册模式

T00；删除所有刀座上的刀号

M30；

这两种方式都在MEMORY，TAPE，MDI模式下执行。

下例中的程序产生右表所示刀座号与刀具号的对应关系：

O0020

M57；

T00；

M02；

M57；

T01；

T02；

T00；

T03；

T52；

T00；

M30；

2．对特别的刀座及主轴上的刀具安排刀号可在操作面板或ATC操作面板上进行操作。

3．刀具交换

(1)MDI方式的刀具自动交换

操作如下：①z轴回到机床原点；②置于MDI方式；③输入刀号；④执行M06命令。

(2)在程序中使用ATC

程序如下：

0××××                 程序号

T××；                   {dy}把刀

M06；                     刀具交换命令

T××；                   第二把刀(为换刀做准备)

……                      用{dy}把刀加工的程序

G91 G28 Z0；              z轴返回机床原点

M06；                     刀具交换命令

T××；                   第三把刀(为换刀做准备)

…………                  用第二把刀加工的程序

G91 G28 Z0：

M06；

T00；

除以上程序外，还可调用换刀子程序进行换刀(参见5.2.3一节)。

根据上面介绍的内容，图5.11所示零件的加工中刀具的登录程序如下：

装夹工件时要注意机床工作台的大小，被加工零件的加工范围以及工作台上同时装夹工件的数量等。工件安放好后轻轻拧上夹紧螺钉，然后用百分表给毛坯(外形尺寸已加工完成)找正。

此操作在手动模式下用手动键完成。找正后拧紧夹紧螺母，再校核一次。

工件找正并装夹后，必须正确测出工件坐标系，并输入到机床的内存。测定工件坐标系的璃关坐标值就是设置工件的编程零点。

1．工件编程零点的设置

可通过程序中的指令(一般该指令编在加工程序的首段)设置工件零点，也可通过面板操作设置。以下是两种常用的指令设置方法：

(1)设置工件零点相对机床坐标系的坐标值   如图5.15所示，将工件装到工作台上，机床坐标系为Oxyz，工件坐标系为Opxpypzp，两者不重合。若已知工件零点在机床坐标系中的坐标值为(α，β，γ)，则执行程序段G52 Xα Yβ Zγ；后即建立了以工件零点Op为坐标原点的工件标系。

(2)设置刀具起点相对工件坐标系的坐标值   如图5.16所示，先使刀位点位于刀具起点A，若已知刀具起点相对工件坐标系的坐标值为(α，β，γ)，则执行程序段G92 Xα YβZγ；后即建立了以工件零点Op为坐标原点的工件坐标系。

图5.15 工件零点设置方法一             图5.16 工件零点设置方法二

 2．工件编程零点的偏置

在编程过程中有时为避免尺寸换算，需多次把工件坐标系进行平移，将工件的零点平移至工艺基准处，这称为工件零点的偏置。指令如下：

G53                       撤消零点偏置

G54 X Y Z                 {jd1}零点偏置

G55 X Y Z                 增量零点偏置

G56                       当前点偏置

其中G53用于取消G54，G55，G56的零点偏置，恢复最初设定的编程零点。如图5.17所示，程序开始设定的工件坐标系是Oxyz，G54指令使坐标系平移到O/x/y/z/，G54格式中的X，Y，Z是新坐标系原点O/在旧坐标系Oxyz中的{jd1}坐标值。x，y，z三坐标轴可全部平移，也可部分平移，不编入程序的坐标不平移。如G54 X30 Y10表示z轴不平移，z/= z。G54，G55，G56为非移动指令，若要使刀具运行至偏置点，必须再使用G00，G01指令。G55将坐标原点相对刀具当前点位置偏移一个增量x，y，z值，形成新的坐标系。所以G55格式中的X，Y，Z是新原点相对刀具当前点的增量值。G56将刀具当前点定为坐标系的新原点。

图5.17 工件的{jd1}零点偏置

程序输入有三种形式：①通过操作面板把程序输入机床；②用磁盘通过计算机把程序输入机床；③用DNC方法，即用一台或多台计算机对多台数控机床实施综合数字控制，由计算机直接进行程序输入。

试运行是为了检查程序是否有误，具体步骤为：①在EDIT，PROG程序编辑模式下，按下RESET键；②按下MEMORY键，将屏幕切换到工作坐标屏幕显示，把EXT坐标中的Z值改为100.00 mm(或者更大)，即把G56指令的坐标向+z方向平移了100.00 mm；③按下试运行键，若按下单步运行键可实现单步运行程序，注意在单步运行下运行完一段程序后就自动停止，且在试运行过程中进给速率倍率钮无效。

当试运行结束后即可进行工件的加工：①回到EDIT，PROG程序编辑状态；②按RESET键，关闭试运行键；③屏幕切换到工作坐标屏幕显示，把EXT坐标中的Z值改为0.0 mm，使G56指令的坐标还原；④按下MEMORY键；⑤按下程序启动钮。  

  TH6940卧式铣镗加工中心采用FANUC-OMD数控系统，其操作面板如图5.18所示，具体操作如下。   

图5.18  TH6940加工中心的操作面板

(1)将电气柜内的所有开关合上，锁好两个电气柜门；   

(2)通过电气柜上的门电联锁开关合上总空气开关；  

(3)启动按钮站(操作面板)上的NC启动按钮，点亮CRT，并顺序返回参考点。若无任何报警及故障信息，说明机床已进入正常开机状态。   

若要断开电源，必须确认机床不处于自动运行状态，且机床的各运动部件已停止运动，并到达正确位置。然后按NC停止按钮，切断CRT电源，{zh1}断开电气柜的总空气开关。  

TH6940操作面板上各按钮及指示灯的说明如下：

1．主轴功能

(1)主轴变速

此机床主轴转速分为二档，即xx与低档。低档主轴转速为45～1 500 r/min，xx主轴转速为l 501～6 000 r/min。主轴变速时可直接用S××× M3或S××× M4指令，数控系统根据读入S值的大小自动变到相应的档位。也可以用手动变档，按xx按钮即变到xx，按低档钮则变为低档。

(2)主轴定向

此机床采用主轴外装编码器，用M19代码实现主轴定向。

(3)主轴旋转与停止

用S××× M3或S××× M4指令可使主轴正转或反转，M05则使主轴停止。

2．刀库操作说明

此机床刀库可安装16把刀，加工时可根据T指令任意调用刀库中的刀具，也可用子程序实现刀具交换。

(1)刀具的交换过程如图5.19所示，具体如下：

①主轴定向，Z轴到达换刀点。

②刀套垂直(M60)，正常情况下刀库中刀具的轴线与主轴垂直。为确保钩手机械手抓刀、换刀，需将刀套垂直翻转90°，使待换刀具的轴线与主轴平行。

③机械手90°抓刀启动(M61)。

④主轴刀具松开(M62)。机械手分别抓住主轴刀具和刀库上待换刀具的刀柄后，两者的刀具自动夹紧机构同时松开。

⑤机械手拔刀，并转180°交换刀具(M63)。机械手拔刀时同时拔出两把刀，然后带着两把刀具逆时针旋转180°。

⑥机械手插刀。机械手退回，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。

⑦主轴刀具夹紧(M64)。刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。

⑧机械手回原位(M65)。机械手反转90°回到原始位置。

⑨{zh1}刀套恢复水平(M66)，刀套上转90°。

图5.19  自动换刀过程示意图

(2)刀具号的存储

此机床刀库中的刀具号存放于数据表里，D450 ~ D466代表刀套号，里面所装的数据为刀具号。D402中的存储值为换刀位刀套号(十进制)，R600中的存储值为目标位刀套号(二进制),D450里的数据为主轴上的刀具号(十进制)。

(3)刀具号的输入步骤

刀号的输入步骤为：

①按机床锁住键，使其指示灯点亮；

②按操作面板上的软键菜单“诊断”键；

③按NO.键，输入45l，按。INPUT键；

④输入以下内容：

    D451       1

    D452       2

    D465       15

    D466       16

    D450       17(主轴刀号)

变量#500输入主轴刀号为17，#500=D450。

(4)Z轴换刀点的输入

调整好Z轴换刀点后，把Z轴数值输入到子程序。

3．工作台部分动作的说明

此机床工作台由工作台Ⅰ和工作台Ⅱ组成，两个工作台可随时进行交换。工作台在工作位置I可转任意角度(1°的整数倍)，这部分所用的M代码有：M10，M11，M20，M2l，M75，M76，M88，M89；工作台在Ⅱ位置时旋转为B轴。具体应用如下：

(1)回零

手动方式下按回零方式键，再按+B键，B轴即可回零。回零后转台自动落下。

(2)交换工作台

①在自动或MDI方式下交换工作台，用M88或M89来完成。M88为转台在Ⅱ工作位，M89为转台在I工作位。

②手动方式下交换工作台

先让交换台浮起，再按I工作位键或Ⅱ工作位键来完成。为保证安全，当运行M88或M89时，交换台并不交换，此时再按面板上的交换台放行键才能进行交换。

(3)转台的调试

调试转台时若让交换台浮起，首先用M75使工作台抬起，再用M20抬起交换台。落下时先用M21使交换台落下，再用M76使工作台落下。必须这样依次动作，否则不运行。要注意当交换台、工作台浮起时不能断电，否则会损坏工作台的夹紧机构。

M10，M1l为B轴松开、夹紧指令。在自动方式下转B轴时，应先用M10使B轴松开，抬起到位后再落下，再用M11夹紧。

5-1 加工中心适合加工何种零件？怎样安排加工中心的加工工序？

5-2 机床型号TH6940中各字母及数字的含义是什么？

5-3在某加工中心上加工图示零件，其数控装置的程序段格式为N2 G2 X(U)±31 Y(V)±3 Z(W)±31 I±31 J±31 K±31 F3 S3 T2 M2；，试编制精加工程序。

题5-3图

5-4 在加工中心上加工图示零件，试编制精加工程序。

a）

b）

题5-4图