图4-15采用寻边器对刀
3.机外对刀仪对刀
加工中心机外对刀仪示意图如图4-16所示。机外对刀仪用来测量刀具的长度、直径和刀具形状、角度。刀库中存放的刀具其主要参数都要有准确的值，这些参数值在编制加工程序时都要加以考虑。使用中因刀具损坏需要更换新刀具时，用机外对刀仪可以测出新刀具的主要参数值，以便掌握与原刀具的偏差，然后通过修改刀补值确保其正常加工。此外，用机外对刀仪还可测量刀具切削刃的角度和形状等参数，有利于提高加工质量。
图4-16 对刀仪示意图
(1)对刀仪的组成 对刀仪由下列三部分组成：
1)刀柄定位机构
对刀仪的刀柄定位机构与标准刀柄相对应，它是测量的基准，所以要有很高的精度，并与加工中心的定位基准要求一样，以保证测量与使用的一致性。定位机构包括：①回转精度很高的主轴；②使主轴回转的传动机构；①使主轴与刀具之间拉紧的预紧机构。
2)测头与测量机构
测头有接触式和非接触式两种。接触式测头直接接触刀刃的主要测量点(最高点和最大外径点)；非接触式主要用光学的方法，把刀尖投影到光屏上进行测量。测量机构提供刀刃的切削点处的Z轴和X轴(半径)尺寸值，即刀具的轴向尺寸和径向尺寸。测量的读数有机械式(如游标刻线尺)，也有数显或光学的。
3)测量数据处理装置
该装置的可以把刀具的测量值自动打印出来，或与上一级管理计算机联网，进行柔性加工，实现自动修正和补偿。
(2)使用对刀仪应注意的问题
1)使用前要用标准对刀心轴进行校准。每台对刀仪都随机带有一件标准的对刀心
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轴。要妥善保护使其不锈蚀和受外力变形。每次使用前要对Z轴和X轴尺寸进行校准和标定。
2)静态测量的刀具尺寸和实际加工出的尺寸之间有一差值。影响这一差值的因素很多，主要有：①刀具和机床的精度和刚度；②加工工件的材料和状况；③冷却状况和冷却介质的性质；④使用对刀仪的技巧熟练程度等。由于以上原因，静态测量的刀具尺寸应大于加工后孔的实际尺寸，因此对刀时要考虑一个修正量，这要由操作者的经验来预选，一般要偏大0.01mm ~0.05mm。
4.刀具Z向对刀 刀具Z向对刀数据与刀具在刀柄上的装夹长度及工件坐标系的Z向零点位置有关，它确定工件坐标系的零点在机床坐标系中的位置。可以采用刀具直接碰刀对刀，也可利用如图4-17所示的Z向设定器进行精确对刀，其工作原理与寻边器相同。
图4-17 Z向设定器
对刀时也是将刀具的端刃与工件表面或Z向设定器的测头接触，利用机床坐标的显示来确定对刀值。当使用Z向设定器对刀时，要将Z向设定器的高度考虑进去。 另外，由于加工中心刀具较多，每把刀具到Z坐标零点的距离都不相同，这些距离的差值就是刀具的长度补偿值，因此需要在机床上或专用对刀仪上测量每把刀具的长度(即刀具预调)，并记录在刀具明细表中，供机床操作人员使用。
加工中心的Z向对刀一般有两种方法：
(1)机上对刀
这种方法是采用Z向设定器依次确定每把刀具与工件在机床坐标系中的相互位置关系，其操作步骤如下：
1)依次将刀具装在主轴上，利用Z向设定器确定每把刀具到工件坐标系Z向零点的距离，如图4-18所示的A、B、C，并记录下来；
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图4-18 刀具长度补偿
2)找出其中最长(或最短)、到工件距离最小(或最大)的刀具，如图中的T03(或T01)，将其对刀值C (或A)作为工件坐标系的Z值，此时T03=0；
3)确定其他刀具的长度补偿值，即T01=±|C-A|，T02=±|C-B|，正负号由程序中的G43或G44来确定。
这种方法对刀效率和精度较高，投资少；但工艺文件编写不便，对生产组织有一定影响。
(2)机外刀具预调+机上对刀 这种方法是先在机床外利用刀具预调仪精确测量每把刀具的轴向和径向尺寸，确定每把刀具的长度补偿值，然后在机床上以主轴轴线与主轴前端面的交点(主轴中心)进行Z向对刀，确定工件坐标系。这种方法对刀精度和效率高，便于工艺文件的编写及生产组织，但投资较大。
4.3 加工中心加工工艺制定
4.3.1 零件的工艺分析
零件的工艺分析是制定加工中心加工工艺的首要工作。其任务是分析零件技术要求，检查零件图的完整性和正确性；分析零件的结构工艺性；选择加工中心加工内容等。
1.分析零件技术要求
(1)各加工表面的尺寸精度要求；
(2)各加工表面的几何形状精度要求；
(3)各加工表面之间的相互位置精度要求；
(4)各加工表面粗糙度要求以及表面质量方面的其他要求；
(5)热处理要求以及其他要求。
首先，须根据零件在产品中的功能，分析零件与部件或产品的关系，从而认识零件的加工质量对整个产品质量的影响，并确定零件的关键加工部位和精度要求较高的加工表面等。认真分析上述各精度和技术要求是否合理，其次要考虑在加工中心上加工能否保证零件的各项精度和技术要求，再具体考虑选择哪种加工中心来进行加工。
2.检查零件图的完整性和正确性
一方面要检查零件图是否正确，尺寸、公差和技术要求是否标注齐全；另一方面要特别注意准备在加工中心上加工的零件，其各个方向上的尺寸是否有一个统一的设计基准，从而简化编程，保证零件图的设计精度要求。当工件已确定在加工中心上加工后，如发现零件图中没有统一的设计基准，则应向设计部门提出，要求修改图纸或考虑选择统一的工艺基准，计算转化各尺寸，并标注在工艺附图上。
3.分析零件结构的工艺性 加工中心上加工的零件的结构工艺性应具备以下几点要求：
(1)零件的加工余量要小，以便减少加工中心的加工时间，降低零件加工成本； (2)零件上光孔和螺纹的尺寸规格尽可能少，减少加工时钻头、绞刀及丝锥等刀具的数量，以防刀库容量不够；
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(3)零件尺寸规格尽量标准化，以便采用标准刀具； (4)零件加工表面应具有加工的可能性和方便性；
(5)零件结构应具有足够的刚性，以减少夹紧变形和切削变形
4.加工中心加工内容的选择 加工中心加工内容选择是指选择零件适合加工中心加工的表面。这种表面有如下几种：
(1)用数学模型描述的复杂曲线或曲面；
(2)难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的表面； (3)尺寸精度要求较高的表面；
(4)零件上不同类型表面之间有较高的位置精度要求，更换机床加工时很难保证位置精度要求，必须在一次装夹中集中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的表面； (5)镜像对称加工的表面等。 对于上述表面，我们可以先不要过多地去考虑生产率与经济上是否合理，而首先应考虑能不能把它们加工出来，要着重考虑可能性问题。只要有可能，都应把加工中心加工作为优选方案。
由于加工中心的台时费用高，在考虑工序负荷时，不仅要考虑机床加工的可能性，还要考虑加工的经济性。例如：用加工中心可以进行复杂的曲面加工，但如果企业数控机床类型较多，有多坐标联动的数控铣床，则在加工复杂的成形表面时，应优先选择数控铣床。因有些成形表面加工时间很长，刀具单一，在加工中心上加工并不是最佳选择，这要视企业拥有的数控设备类型、功能及加工能力，具体分析决定。
4.3.2 加工中心的选用
一般来说，规格相近的加工中心，卧式加工中心的价格要比立式加工中心贵50%～100%。因此，从经济性角度考虑，完成同样工艺内容，宜选用立式加工中心；当立式加工中心不能满足加工要求时才选卧式加工中心。
1.选型程序 正确、全面地认识加工中心是选型订货的基础，要对加工中心的性能、特征、类型、主要参数、功能、适用范围、不足等有全面、详尽的了解和掌握。在充分认识的基础上，可按下述程序进行。
（1）正确选择加工对象 在企业生产的众多零件中选择典型加工对象，即零件族选择。加工中心适宜于多品种、小批量生产。批量的形成不仅按零件的几何尺寸和数量来决定，还应考虑工艺的成组性。采用成组技术，可以有效地增加相似零件的加工批量，以接近大批量生产的效率和效益，实现中、小批量的生产。零件族选择的是否合适，对充分发挥投资效益有着十分重要的影响。
（2）制定工艺方案 对确定的零件族的典型零件(主样件)进行工艺分析，制定工艺方案。选择规格、精度、功能符合要求的机床，并考虑企业今后的发展，决定是否需要功能预留。同时，加工中心的加工工时费用高，在考虑工序负荷时，不仅要考虑机床加工的可能性，还要考虑加工的经济性。
2.加工中心类型的选用
(1)立式加工中心适用于只需单工位加工的零件，如各种平面凸轮、端盖、箱盖等
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板类零件和跨距较小的箱体等。
(2)卧式加工中心适用于加工两工位以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面等。
(3)当工件的位置精度要求较高，如箱体、阀体、泵体等宜采用卧式加工中心，若采用卧式加工中心在一次装夹中不能完成多工位加工以保证位置精度要求时，则可选择五轴加工中心。
(4)当工件尺寸较大，一般立柱式加工中心的工作范围不足时，应选用龙门式加工中心如机床床身、立柱等。
当然，上述各点也不是绝对的。如果企业不具备各种类型的加工中心，则应从如何保证工件的加工质量出发，灵活地选用设备类型。
2.选型内容
（1）类型选择 考虑加工工艺、设备的最佳加工对象、范围和价格等因素，根据所选零件族进行选择。如加工两面以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面的加工，如各种箱体，应选卧式加工中心；单面加工的工件，如各种板类零件等，宜选立式加工中心；加工复杂曲面时，如导风轮、发动机上的整体叶轮等，可选五轴加工中心；工件的位置精度要求较高，采用卧式加工中心。在一次装夹中需完成多面加工时，可选择五面加工中心；当工件尺寸较大时，如机床床身、立柱等，可选龙门式加工中心。当然上述各点不是绝对的，特别是数控机床正朝着复合化方向发展，最终还是要在工艺要求和资金平衡的条件下做出决定。
（2）参数选择 根据确定的零件族的典型零件的结构尺寸与加工要求，加工中心参数选择内容包括：坐标轴的行程、主轴电动机功率与转矩、主轴转速与进给速度以及工作台的尺寸。
坐标行程以卧式加工中心为例：主轴端面到工作台中心距离的最大值为Zmax、最小值为Zmin；主轴中心至工作台台面距离的最大值为Ymax、最小值为Ymin在加工中心上加工的零件，其各加工部位必须在机床各向行程的最大值与最小值之间，即零件通过夹具安装在工作台上后，在各加工部位，刀具的轴向中心线距工作台面的距离不得小于Ymin，也不得大于Ymax。否则将引起Y向超程。其他方向也一样。加工中心工作台台面尺寸与X、Y、Z三坐标行程有一定的比例，如工作台台面为500mm3500mm，则X、Y、Z坐标行程分别为700mm～800 mm、550mm～700mm、500mm～600mm。若工件尺寸大于坐标行程，则加工区域必须在坐标行程以内。另外，工件和夹具的总重量不能大于工作台的额定负载，工件移动轨迹不能与机床防护罩干涉，更换刀具时，不得与工件相碰等。
主轴电动机功率反映了机床的切削效率和切削刚性。加工中心一般都配置功率较大的交流或直流调速电动机，调速范围较宽，可满足高速切削的要求。但在用大直径盘铣刀铣削平面和粗镗大孔时，转速较低，输出功率较小，扭矩受限制。因此，必须对低速转矩进行校核。
（3）精度选择 机床的精度等级主要根据典型零件关键部位精度来确定。主要是定位精度、重复定位精度、铣圆精度，如表4-1所示。数控精度通常用定位精度和重复定位精度来衡量。
表4-1 加工中心精度主要项目
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