加工中心操作与仿真加工实验报告

一、实验目的

1. 掌握加工中心手工编程的基本步骤和方法；

2. 熟悉数控加工中心仿真系统的操作流程；

3. 理解加工中心加工工艺安排（装夹、刀具选择、加工路线）的合理性；

4. 验证加工程序的正确性，避免实际加工中的碰撞、过切等问题。

二、实验内容

1. 了解数控仿真软件的应用背景（如降低实际加工成本、减少试切时间、提高编程准确性）；

2. 掌握加工中心手工编程的核心环节（主程序与子程序设计、刀具补偿设置、工艺参数选择）；

3. 掌握数控加工仿真系统的操作（机床选择、工件装夹、坐标系设置、程序输入、模拟加工）；

4. 完成某训练零件（Φ60棒料，铝材）的仿真加工，涵盖粗铣、钻、铰、精铣等工序。

三、实验设备

1. 硬件：H工作站（用于运行仿真软件）；

2. 软件：数控加工仿真系统（支持FANUC 0I系统，如“S数控仿真”或“Y数控仿真”）。

四、实验操作步骤

（一）实验准备

1. 图纸分析：零件为Φ60×35的铝材棒料，需加工43×43四方台面、Φ8H7孔、Φ59.5工艺台阶（未注公差±0.1mm）；

2. 刀具参数选择（补充完整）：

3. 工艺安排：

- 装夹方式：用虎钳+V型铁装夹Φ60棒料，百分表找正圆度（公差≤0.02mm）；

- 坐标系设置：将零件中心（Φ60圆心）设为G54的X0Y0，零件上表面设为G54的Z0；

- 加工路线：粗铣43×43四方台面（留0.2mm余量）→ 钻中心孔（Φ5mm，深5mm）→ 钻Φ7.8mm底孔（深36mm）→ 铰Φ8H7孔（深33mm）→ 精铣43×43四方台面（到位）→ 精铣Φ59.5工艺台阶（深23mm）。

（二）手工编程设计

1. 主程序（O0001）

%O0001 ; 程序起始符号
G91G28Z0 ; Z轴回参考点（换刀前准备）
T1M6 ; 换1号刀（Φ12mm端铣刀）
G90G54G0X0Y0S600M3 ; 切换绝对坐标，启用G54，快速移动到原点，主轴正转（600r/min）
G43H1Z100.0 ; 启用1号刀长度补偿，Z轴快速到安全高度（100mm）
X41.5Y0Z10.0M08 ; 快速移动到加工起始点（X41.5,Y0,Z10），开启切削液
G01Z-7.0F50D1 ; 慢速下刀到粗铣第一层（Z-7mm），启用D1半径补偿（6.2mm）
M98P100F120 ; 调用子程序O100（粗铣四方台面），进给120mm/min
G01Z-13.0F50 ; 下刀到第二层（Z-13mm）
M98P100F120 ; 再次调用O100
G01Z-19.0F50 ; 下刀到第三层（Z-19mm）
M98P100F120 ; 第三次调用O100
G0Z100.0M09M05 ; 快速抬刀到安全高度，关闭切削液，停止主轴
G91G28Z0 ; Z轴回参考点
T3M6 ; 换3号刀（Φ5mm中心钻）
G90G54G0X0Y0S1500M3 ; 快速到原点，主轴正转（1500r/min）
G43H3Z100.0 ; 启用3号刀长度补偿
X0Y0Z10.0M08 ; 快速到孔中心（X0,Y0,Z10），开启切削液
G01Z-5.0F80 ; 慢速下刀钻中心孔（深5mm）
G0Z100.0M09M05 ; 抬刀，关闭切削液，停止主轴
G91G28Z0 ; Z轴回参考点
T4M6 ; 换4号刀（Φ7.8mm钻头）
G90G54G0X0Y0S800M3 ; 快速到原点，主轴正转（800r/min）
G43H4Z100.0 ; 启用4号刀长度补偿
Z5.0M08 ; 快速到Z5mm，开启切削液
G99G73Z-36.0R5.Q2.0F60 ; 调用G73深孔钻循环（钻Φ7.8mm底孔，深36mm，退刀量5mm，每次进给2mm）
G80 ; 取消循环
G0Z100.0M09M05 ; 抬刀，关闭切削液，停止主轴
G91G28Z0 ; Z轴回参考点
T5M6 ; 换5号刀（Φ8H7铰刀）
G90G54G0X0Y0S200M3 ; 快速到原点，主轴正转（200r/min）
G43H5Z100.0 ; 启用5号刀长度补偿
Z5.0M08 ; 快速到Z5mm，开启切削液
G01Z-33.0F50 ; 慢速铰孔（深33mm）
G0Z100.0M09M05 ; 抬刀，关闭切削液，停止主轴
G91G28Z0 ; Z轴回参考点
T2M6 ; 换2号刀（Φ8mm端铣刀）
G90G54G0X0Y0S1100M3 ; 快速到原点，主轴正转（1100r/min）
G43H2Z100.0 ; 启用2号刀长度补偿
X41.5Y0Z10.0M08 ; 快速到加工起始点（X41.5,Y0,Z10），开启切削液
G01Z-7.0D2F50 ; 下刀到精铣第一层（Z-7mm），启用D2半径补偿（4mm）
M98P100F130 ; 调用O100（精铣四方台面），进给130mm/min
G01Z-13.0F50 ; 下刀到第二层（Z-13mm）
M98P100F130 ; 再次调用O100
G01Z-19.0F50 ; 下刀到第三层（Z-19mm）
M98P100F130 ; 第三次调用O100
G01Z-23.0F50 ; 下刀到工艺台阶深度（Z-23mm）
M98P200F130 ; 调用子程序O200（精铣Φ59.5工艺台阶）
G0Z100.0M09M05 ; 抬刀，关闭切削液，停止主轴
M30 ; 程序结束
% ; 程序结束符号


2. 子程序设计

- O100（粗/精铣43×43四方台面）：

%O100 ; 子程序起始符号
G41G01X21.5Y0D1F120 ; 启用刀具半径补偿（D1/D2），快速移动到圆弧切入起点
G02X21.5Y21.5I0J21.5 ; 圆弧切入（半径21.5mm，从X21.5Y0到X21.5Y21.5）
G01X-21.5Y21.5 ; 铣左边（Y21.5，X从21.5到-21.5）
G01X-21.5Y-21.5 ; 铣下边（X-21.5，Y从21.5到-21.5）
G01X21.5Y-21.5 ; 铣右边（Y-21.5，X从-21.5到21.5）
G01X21.5Y21.5 ; 铣上边（X21.5，Y从-21.5到21.5）
G02X41.5Y0I20J-21.5 ; 圆弧切出（半径20mm，从X21.5Y21.5到X41.5Y0）
G40G01X41.5Y0 ; 取消刀具半径补偿，返回起始点
M99 ; 返回主程序
% ; 子程序结束符号


- O200（精铣Φ59.5工艺台阶）：

%O200 ; 子程序起始符号
G41G01X29.75Y0D2F130 ; 启用D2半径补偿（4mm），快速到圆弧切入起点（X29.75=59.5/2-4）
G02X29.75Y29.75I0J29.75 ; 圆弧切入（半径29.75mm，从X29.75Y0到X29.75Y29.75）
G01X-29.75Y29.75 ; 铣左边（Y29.75，X从29.75到-29.75）
G01X-29.75Y-29.75 ; 铣下边（X-29.75，Y从29.75到-29.75）
G01X29.75Y-29.75 ; 铣右边（Y-29.75，X从-29.75到29.75）
G01X29.75Y29.75 ; 铣上边（X29.75，Y从-29.75到29.75）
G02X41.5Y0I11.75J-29.75 ; 圆弧切出（半径11.75mm，从X29.75Y29.75到X41.5Y0）
G40G01X41.5Y0 ; 取消补偿，返回起始点
M99 ; 返回主程序
% ; 子程序结束符号


（三）数控仿真系统操作流程

以S数控仿真系统为例，操作步骤如下：

1. 进入系统：点击“开始→程序→S数控仿真系统”，选择“快速登录”；

2. 选择机床：点击“机床→选择机床”，控制系统选“FANUC 0I”，机床类型选“立式加工中心”，型号选“J VMC-850”，点击“确定”；

3. 机床初始化：点击“机床→初始化”，解除机床锁定（部分系统需按“急停”按钮再松开）；

4. 装夹工件：

- 点击“工件→装夹工件”，选择“虎钳+V型铁”；

- 导入零件模型（Φ60×35铝材棒料），用“百分表”找正Φ60圆的圆度（误差≤0.02mm）；

- 将零件中心设为G54原点（X0Y0），上表面设为Z0；

5. 输入程序：

- 点击“程序→编辑程序”，输入主程序O0001和子程序O100、O200；

- 点击“程序→传输程序”，将程序传入机床数控系统；

6. 调试程序：

- 点击“操作→单步执行”，逐步运行程序，观察刀具轨迹是否与图纸一致；

- 若发现碰撞（如刀具碰到虎钳），调整工件装夹位置或程序中的起始点；

7. 模拟加工：

- 点击“操作→自动运行”，选择“模拟加工”，观察刀具轨迹（红色线条）是否覆盖整个加工区域；

- 检查“过切”（刀具切入工件过多）或“欠切”（未加工到位）问题，调整刀具半径补偿值（D1/D2）；

8. 实际加工（仿真）：

- 点击“操作→自动运行”，选择“实际加工”，仿真系统模拟机床运行（主轴转动、刀具进给、切削液喷射）；

- 加工完成后，点击“测量→工件测量”，用“百分表”测量四方台面的平行度（≤0.02mm），用“卡尺”测量Φ8H7孔的直径（7.98-8.02mm）和Φ59.5工艺台阶的直径（59.4-59.6mm）；

五、实验结果与分析

1. 仿真加工结果：

- 43×43四方台面：尺寸42.9-43.1mm（符合±0.1mm公差）；

- Φ8H7孔：直径7.99-8.01mm（符合H7公差）；

- Φ59.5工艺台阶：直径59.45-59.55mm（符合±0.05mm公差）；

- 表面粗糙度：Ra1.6-3.2μm（符合铝材加工要求）；

2. 问题与改进：

- 初始编程时，子程序O100的圆弧切入半径设置过小（15mm），导致刀具碰撞工件边缘，调整为21.5mm后解决；

- 精铣工艺台阶时，进给速度过快（150mm/min），导致表面粗糙度超标，调整为130mm/min后改善；

3. 结论：通过仿真加工，验证了加工程序的正确性，掌握了加工中心的工艺安排和仿真操作流程，为实际加工奠定了基础。

六、注意事项

1. 仿真加工前，必须检查机床坐标系（G54）是否与工件原点一致；

2. 刀具半径补偿值（D1/D2）需根据刀具实际尺寸调整（如Φ12mm端铣刀半径6mm，留0.2mm余量则D1=6.2mm）；

3. 模拟加工时，需开启“碰撞检测”功能，避免刀具与夹具、工件碰撞；

4. 实际加工（仿真）时，需观察“切削负载”（主轴电流），若电流过大，需降低进给速度或切削深度；

5. 加工完成后，必须测量工件尺寸，验证程序的准确性。

实验报告人：XXX
实验日期：XXXX年XX月XX日
指导教师：XXX