加工中心(数控铣床)实训 第8单元多轴加工及生产加工
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第1单元 第2单元 第3单元 第4单元 第5单元 第6单元 第7单元
第8单元 第9单元
加工中心、数控铣床操作基础 简单零件铣削 轮廓铣削 规则轮廓铣削 孔加工 中级工模拟考核 复杂零件的铣削 多轴加工及生产加工 高级工模拟考核
第8单元 多轴加工及生产加工
8.1四轴加工
【预备知识】 1.多轴加工机床的概念
所谓多轴加工机床是指在一台机床上至少具备第4轴。
如四轴数控机床有3个直线坐标轴和1个旋转坐标轴， 并且4个坐标轴可以在计算机数控（CNC）系统的控 制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床具有3个直 线坐标轴和2个旋转坐标轴，并且可以同时控制、联动 加工。与3轴联动数控机床相比较，利用多轴联动数控 机床进行加工的主要优点如下。
8.1四轴加工
1）可以一次装夹完成多面多方位加工，从而提高零件
的加工精度和加工效率。 2）由于多轴机床的刀轴可以相对于工件状态而改变， 刀具或工件的姿态角可以随时调整，所以可以加工更 加复杂的零件。 3）由于刀具或工件的姿态角可调，所以可以避免刀具 干涉、欠切和过切现象的发生，从而获得更高的切削 速度和切削宽度，使切削效率和加工表面质量得以改 善。
8.1四轴加工
由于增加了旋转轴，所以与三轴数控机床相比，多轴
机床的刀具或工件的运动形式更为复杂，主要有以下 几种形式。 1）三轴立式加工中心附加数控转台的四轴联动机床。 2）三轴立式加工中心附加可倾斜式数控转台的五轴联 动机床。 3）四轴立式加工中心附加数控转台的五轴联动机床。 4）具有B轴功能的卧式加工中心。 5）五轴联动加工中心。
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5
四轴加工 五轴加工 数控加工工艺设计 生产加工的组织管理 综合训练
8.1四轴加工
【教学指导】 ①使学生了解多轴加工机床的特点、类型、坐标轴的
名称及正方向。 ②使学生了解附加数控转台立式加工中心的特点及编 程方法。 ③使学生了解附加数控转台卧式加工中心的特点及编 程方法。
8.1四轴加工
8.1四轴加工
8.1四轴加工
4.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的特
点 这类机床是在三轴立式数控铣床或加工中心上，附加 具有一个旋转轴的数控转台来实现四轴联动加工，即 所谓3+1形式的四轴联动机床。由于以立式铣床或加 工中心作为主要加工形式，所以数控转台只能算作是 机床的一个附件。这类机床的优点有以下几点。 1）价格相对便宜。 2）装夹方式灵活。 3）拆卸方便。
8.1四轴加工
3.多轴加工机床的坐标系 多轴机床与标准机床一样，其坐标系中X、Y、Z坐标轴的
相互关系用右手笛卡儿直角坐标系决定。 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大 拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。 2）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标 的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。 3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表 示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中 任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、 C的正向，见图8-1-1。
8.1四轴加工
5.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的坐
标系设定 1）设定回转轴的Y向坐标。 2）设定回转轴的Z向坐标。 3）接下来即可装夹工件，设定X向坐标。 4）设定回转轴的工件坐标系。
8.1四轴加工
6.卧式加工中心的类型及特点
卧式加工中心的主轴处于水平状态，通常带有可进行
8.1四轴加工
2.多轴加工的特点 1）减少零件装夹次数，减少了定位误差，缩短辅助时
间。 2）可以加工3轴铣加工无法加工的区域。 3）可以用更短的刀具实现零件的加工，这样可以增加 刀具的刚性，减少振动。 4）可以用锥度刀来代替圆柱刀，进行零件的加工。 5）改善切削条件。 6）可以利用柱面铣刀代替球头铣刀，减少切削路径， 提高加工效率。
3.程序详解
8.1四轴加工
【训练内容】 在卧式加工中心上完成如图8-1-6所示的轴承盖的孔加
工。 1.工艺分析 2.程序详解
8.1四轴加工
8.1四轴加工
【讨论与总结】 ①四轴加工有何特点？
②如何进行四轴加工编程？
8.2五轴加工
【教学指导】 ①使学生了解五轴加工中心的特点和结构。
②使学生了解多轴加工的编程方法。
8.2五轴加工
【预备知识】 1.五轴加工中心的类型与特点
五轴联动机床是在三个线性轴的基础上再增加两个旋
分度回转运动的正方形工作台。一般具有3～5个运动 坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐 标，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面 以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。
8.1四轴加工
一般具有分度工作台或数控转换工作台，可加工工件
的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工 复杂的空间曲面。 卧式加工中心按立柱是否运动分为固定立柱型和移动 立柱型。 （1）固定立柱型 （2）移动立柱型
8.1四轴加工
4）多轴机床的应用可以简化刀具形状，从而降低刀具
成本。同时还可以改善刀具的长径比，使刀具的刚性、 切削速度、进给速度得以大大提高。
5）在多轴机床上进行加工时，工件夹具较为简单。由
于有了坐标转换和倾斜面加工功能，使得有些复杂型 面加工转变为二维平面的加工。由于有了刀具轴控制 功能Baidu Nhomakorabea斜面上孔加工的编程和操作也变得更加方便。
8.1四轴加工
【讲解知识】 在立式四轴加工中心上完成图8-1-4所示圆柱凸轮的加
工。
8.1四轴加工
8.1四轴加工
1.制作工装夹具 工件可采用图8-1-5所示方式装夹。
8.1四轴加工
2.工艺分析 在加工凸轮的螺旋槽前应完成零件的圆柱面、内孔及
键槽的加工。加工时只需考虑根据螺旋槽的运动轨迹 图完成零件的加工。由于加工的深度为15mm，必须 分层加工，每次的下切量为0.5mm。
第1单元 第2单元 第3单元 第4单元 第5单元 第6单元 第7单元
第8单元 第9单元
加工中心、数控铣床操作基础 简单零件铣削 轮廓铣削 规则轮廓铣削 孔加工 中级工模拟考核 复杂零件的铣削 多轴加工及生产加工 高级工模拟考核
第8单元 多轴加工及生产加工
8.1四轴加工
【预备知识】 1.多轴加工机床的概念
所谓多轴加工机床是指在一台机床上至少具备第4轴。
如四轴数控机床有3个直线坐标轴和1个旋转坐标轴， 并且4个坐标轴可以在计算机数控（CNC）系统的控 制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床具有3个直 线坐标轴和2个旋转坐标轴，并且可以同时控制、联动 加工。与3轴联动数控机床相比较，利用多轴联动数控 机床进行加工的主要优点如下。
8.1四轴加工
1）可以一次装夹完成多面多方位加工，从而提高零件
的加工精度和加工效率。 2）由于多轴机床的刀轴可以相对于工件状态而改变， 刀具或工件的姿态角可以随时调整，所以可以加工更 加复杂的零件。 3）由于刀具或工件的姿态角可调，所以可以避免刀具 干涉、欠切和过切现象的发生，从而获得更高的切削 速度和切削宽度，使切削效率和加工表面质量得以改 善。
8.1四轴加工
由于增加了旋转轴，所以与三轴数控机床相比，多轴
机床的刀具或工件的运动形式更为复杂，主要有以下 几种形式。 1）三轴立式加工中心附加数控转台的四轴联动机床。 2）三轴立式加工中心附加可倾斜式数控转台的五轴联 动机床。 3）四轴立式加工中心附加数控转台的五轴联动机床。 4）具有B轴功能的卧式加工中心。 5）五轴联动加工中心。
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5
四轴加工 五轴加工 数控加工工艺设计 生产加工的组织管理 综合训练
8.1四轴加工
【教学指导】 ①使学生了解多轴加工机床的特点、类型、坐标轴的
名称及正方向。 ②使学生了解附加数控转台立式加工中心的特点及编 程方法。 ③使学生了解附加数控转台卧式加工中心的特点及编 程方法。
8.1四轴加工
8.1四轴加工
8.1四轴加工
4.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的特
点 这类机床是在三轴立式数控铣床或加工中心上，附加 具有一个旋转轴的数控转台来实现四轴联动加工，即 所谓3+1形式的四轴联动机床。由于以立式铣床或加 工中心作为主要加工形式，所以数控转台只能算作是 机床的一个附件。这类机床的优点有以下几点。 1）价格相对便宜。 2）装夹方式灵活。 3）拆卸方便。
8.1四轴加工
3.多轴加工机床的坐标系 多轴机床与标准机床一样，其坐标系中X、Y、Z坐标轴的
相互关系用右手笛卡儿直角坐标系决定。 1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大 拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。 2）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标 的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。 3）围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表 示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中 任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、 C的正向，见图8-1-1。
8.1四轴加工
5.三轴立式加工中心附加数控转台四轴联动机床的坐
标系设定 1）设定回转轴的Y向坐标。 2）设定回转轴的Z向坐标。 3）接下来即可装夹工件，设定X向坐标。 4）设定回转轴的工件坐标系。
8.1四轴加工
6.卧式加工中心的类型及特点
卧式加工中心的主轴处于水平状态，通常带有可进行
8.1四轴加工
2.多轴加工的特点 1）减少零件装夹次数，减少了定位误差，缩短辅助时
间。 2）可以加工3轴铣加工无法加工的区域。 3）可以用更短的刀具实现零件的加工，这样可以增加 刀具的刚性，减少振动。 4）可以用锥度刀来代替圆柱刀，进行零件的加工。 5）改善切削条件。 6）可以利用柱面铣刀代替球头铣刀，减少切削路径， 提高加工效率。
3.程序详解
8.1四轴加工
【训练内容】 在卧式加工中心上完成如图8-1-6所示的轴承盖的孔加
工。 1.工艺分析 2.程序详解
8.1四轴加工
8.1四轴加工
【讨论与总结】 ①四轴加工有何特点？
②如何进行四轴加工编程？
8.2五轴加工
【教学指导】 ①使学生了解五轴加工中心的特点和结构。
②使学生了解多轴加工的编程方法。
8.2五轴加工
【预备知识】 1.五轴加工中心的类型与特点
五轴联动机床是在三个线性轴的基础上再增加两个旋
分度回转运动的正方形工作台。一般具有3～5个运动 坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐 标，它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面 以外的其余四个面的加工，最适合加工箱体类零件。
8.1四轴加工
一般具有分度工作台或数控转换工作台，可加工工件
的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工 复杂的空间曲面。 卧式加工中心按立柱是否运动分为固定立柱型和移动 立柱型。 （1）固定立柱型 （2）移动立柱型
8.1四轴加工
4）多轴机床的应用可以简化刀具形状，从而降低刀具
成本。同时还可以改善刀具的长径比，使刀具的刚性、 切削速度、进给速度得以大大提高。
5）在多轴机床上进行加工时，工件夹具较为简单。由
于有了坐标转换和倾斜面加工功能，使得有些复杂型 面加工转变为二维平面的加工。由于有了刀具轴控制 功能Baidu Nhomakorabea斜面上孔加工的编程和操作也变得更加方便。
8.1四轴加工
【讲解知识】 在立式四轴加工中心上完成图8-1-4所示圆柱凸轮的加
工。
8.1四轴加工
8.1四轴加工
1.制作工装夹具 工件可采用图8-1-5所示方式装夹。
8.1四轴加工
2.工艺分析 在加工凸轮的螺旋槽前应完成零件的圆柱面、内孔及
键槽的加工。加工时只需考虑根据螺旋槽的运动轨迹 图完成零件的加工。由于加工的深度为15mm，必须 分层加工，每次的下切量为0.5mm。