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怒裘
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1 数控加工工艺与编程技术实验指导书袁晓明, 沈春根, 黄舒, 李品, 肖爱民编江苏大学工业中心机制实验室编 2009 年 2 月

2 目录实验一数控车床编程与操作 1 实验二数控铣床编程与操作 7 实验三插补原理与伺服控制 16 实验四自动编程与加工 23

3 实验一数控车床编程与操作实验一实验目的和要求 1. 了解 SPINNER 车削中心组成结构和工作原理 2. 了解西门子 840D 数控系统的基本特点 3. 熟悉车铣类零件复合编程和调试基本方法 4. 熟悉 SPINNER 车削中心的基本操作 5. 通过操作加工出尺寸精度和表面质量符合图纸要求的试件要求具备一定的机械制造工艺和数控编程基础知识, 熟悉常见的 G M 代码和刀具补偿指令的含义二实验设备和工具 1.SPINNER 车削加工中心一台 2. 夹持棒料主轴用弹簧夹头, 规格 φ28 和 φ30 3. 外圆刀端面刀割断刀钻头 φ6mm 和立铣刀 φ3mm 各一把 4. 量具 : 游标卡尺千分尺 5. 毛坯 : 铝棒料 φ30 mm 100mm,1 根三实验内容 1. 车削加工中心组成及其特点 (1) 主轴结构高精度支撑轴承良好的动平衡性能和可靠的密封结构, 保证了主轴结构设计符合高速高精密加工要求 ; 根据夹持棒料直径不同, 更换气动夹紧卡盘或者弹簧夹头规格 ; 气动夹紧力可以 CNC 控制 ; 主轴电机变频无级调试, 最高转速 8000rpm; 主轴具备 C 轴功能 (2) 伺服进给装置采用精细加工工艺确保导轨的精度刚度和表面质量 ; 行星滚柱式丝杆和特殊的齿形带传动机构, 配上高精度的直线光栅尺, 确保 X/Z 轴重复定位精度 <0.4 μm (3) 刀具转塔可以安装内外圆车刀端面刀内外螺纹刀镗孔刀割槽刀和钻头, 共 12 个刀位 ; 配置 X Z 两个方向的动力头刀座 ; 动力头刀具最高转速 6000rpm (4) 配置尾座和顶尖, 可以加工长轴类零件 (5) 控制装置电气控制柜带有空调, 保证元器件能长时间正常工作 ; 数控系统采用 Siemens 1

4 840D, 具备样条和多项式插补功能, 分辨率达到 0.1μm, 这是实现精密数控加工的基础 2. 车削加工特点和运用范围车削中心是在普通数控车床的基础上, 将普通刀塔改进为带动力头的可转位刀塔, 并且主轴具有 C 轴功能, 这样除了能完成车镗攻螺纹和钻孔等工序外, 还可以完成铣削, 可见通过一次装夹, 完成的复合工序极大地保证了形位精度要求, 提高了加工效率可见 SPINNER 车削中心适合加工小型精密局部带铣削特征的回转类零件 3. 操作主界面和基本设置简介了解图 1 所示的 Siemens 840D 控制系统的屏幕和键盘和图 2 所示的控制操作面板坐标切削参数显示区 2. 垂直软键区 ( 模式功能选择 ) 3. 数字字符输入区 4. 程序编辑区 5. 回到加工屏幕区 6. 水平软键区 ( 模式功能选择 ) 图 1 Siemens 840D 控制系统的屏幕和键盘 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1. 急停开关 2. MDA 键 3. JOG 键 4. 回参考点 5. 增量键 6. 伺服轴选择区 7. 主轴倍率 8. 进给倍率 9. RESET 键 10. AUTO 键 11. 循环开 12. 驱动键 13. +/- 键 14. 主轴开 15. 进给开图 2 Siemens 840D 控制操作面板示意图 4.

5 急停开关 2. MDA 键 3. JOG 键 4. 回参考点 5. 增量键 6. 伺服轴选择区 7. 主轴倍率 8. 进给倍率 9. RESET 键 10. AUTO 键 11. 循环开 12. 驱动键 13. +/- 键 14. 主轴开 15. 进给开图 2 Siemens 840D 控制操作面板示意图 4.SPINNER 车削中心和西门子 840D 数控编程特点简介 (1) 西门子 840D 内的配置了大量的 CYCLE 循环指令, 包括车削循环车螺纹循环镗削循环钻孔循环和铣削循环, 极大简化了编程效率 (2) 合理地对刀具进行编码, 比如粗车类刀具编码为 500 精车类刀具为 510 切槽类刀具为 520 割断刀为 530 和车螺纹刀为 540 等等 (3) 工作平面 G 代码和对应刀具长度代号如下 : 工作平面 G 代码控制方向指定长度代码加工范围 X - Y G17 移动 Z L1=Z, L3=X 端面加工铣削和钻孔 X - Z G18 移动 Y L1=X, L2=Z 车外园内孔螺纹切槽切断 Y - Z G19 移动 X L1=X, L2=Z 外园加工铣削和钻孔 (4) 车铣编程中常用到的编程代码简介序号代码含义 1 SPOS[1]=1 选择主轴作为 C- 轴, 参考点 C=0 度 2 M3 ; M3= 取消 C- 轴 ( 3 C1=15 主轴旋转 15 度 4 TRAFOOF 取消所有的坐标系变化 5 DIAMON 选择直径编程 6 DIAMOF 取消直径编程 7 TRACYL 选择圆柱插补 ( 在 ZY=G19 平面内加工 ) 8 TRANSMIT 选择 TRANSMIT ( 直径编程 XY=G17 平面 ) 3

6 (5) 采用 C 轴功能进行车铣复合工序编程实例关键程序段示例序号程序段含义 N030 SPOS=0 选择主轴作为 C- 轴, 参考点 C=0 度 N035 G0 X20 Z2 T1 D1 X- 轴和 Z- 轴的移动 N040 M2=3 S2=2000 设定动力刀具的转速 N045 G1 G94 Z-10 F100 以 mm/min 进给铣削 N050 C1=15 F800 以 degrees/min 进给铣削四实验操作步骤 ( 一 ) 准备工作 1. 分析图 3 所示零件几何特征及其尺寸和表面质量要求, 确定加工工艺路线, 确定工序所有刀具和切削用量图 3 加工零件及其要求 2. 参考实验报告中的数控加工工序卡片格式, 编制该试件加工的工艺路线及其相关内容, 分组讨论, 接受指导教师的评价 3. 根据加工几何特征, 确定刀具运动轨迹和相应的位置, 结合西门子 840D 数控系统要求, 编制程序参考见附录 3 4. 经过通讯口, 输入该加工程序至 SPINNER 车削中心内, 调试直到系统通 4

7 过为止 ( 二 ) 操作步骤 1. 按照操作规程正常开机, 必须手动移动 X Z 轴至机床参考点 2. 选 JOG 模式, 点动刀塔回转, 查看其转动是否正常 3. 安装毛坯棒料, 进入 MDA 模式, 输入 M3S500, 查看主轴旋转是否正常 4. 根据工艺路线和工序卡片, 分别选用和安装刀具, 记录刀号 5. 对刀, 确定刀具长度方向补偿值 (Z 方向 ), 并输入系统的补偿表内 6. 对刀, 确定刀具偏置值 (X 方向 ), 并输入系统的补偿表内 7. 通过模拟显示图形, 检查刀具运动轨迹是否安全和合理 8. 进入 MDA 模式, 单步试切, 如果有问题, 重新编辑程序 ( 该操作也可省略 ) 9. 调整合理的主轴和进给轴的倍率, 正式自动切削 ; 10. 加工结束, 测量并打扫机床五实验报告图 4 实验用零件 ( 车铣复合编程, 尺寸参考试件可以自定 ) 现场编写图 4 所示零件的数控加工程序, 填写加工工序卡 ( 下表仅作参考 ) 班级编制人日期工工步内容刀具选用切削用量 5

8 步刀具刀具刀具长度 S F 切深号名称编号偏置补偿 (rpm) (mm/min) (mm) 1 2 六实验注意事项 1. 实验前仔细阅读附录中的车铣中心操作规程, 特别需要熟悉正常开机和关机操作 2. 程序输入后, 必须经过指导老师的核对后, 才能启动自动加工操作 3. 手动和自动加工过程中, 如出现异常情况, 请按急停按钮 4. 关机后需要清理干净机床现场, 导轨表面加注润滑油 6

9 实验二数控铣床编程与操作一实验目的 1. 了解数控铣床的组成与结构 2. 熟悉铣削加工的工艺参数 3. 掌握数控铣床的程序编辑和基本操作二实验要求 1. 根据给定零件图纸, 进行编程 2. 模拟加工轨迹, 并修改程序, 验证所编程序是否正确 3. 上机操作进行给定零件的加工三实验设备 1. 刀具轨迹仿真软件 ( 熊族 ) 2. 数控铣床 (SKYCNC ) 3. 计算机四实验原理 1. 数控铣床结构和编程基础 1) 数控铣床的基本组成主轴箱数控系统滑鞍立柱工作台床身滚珠丝杠伺服装置图 1 数控铣床的基本组成 7

10 数控铣床的基本组成见图 1, 它由床身立柱主轴箱工作台滑鞍滚珠丝杠伺服装置数控系统等组成整个机床的最右边为系统的控制部分, 其由数控系统和伺服装置构成数控系统用于输入零件加工程序和控制机床工作状态, 而伺服装置用于驱动伺服电机床身用于支撑和连接机床各部件主轴箱用于安装主轴, 该机器主轴转速可达 24000r/min, 转速之高可以帮助其完成精密零件的加工主轴下端的锥孔用于安装铣刀当主轴箱内的主轴电机驱动主轴旋转时, 铣刀能够切削工件那么在加工过程中, 机床是怎样实现 X Y Z 三轴的运动呢? 首先主轴箱可沿立柱上的导轨在 Z 向移动, 使刀具上升或下降刀具可沿滑鞍上的导轨在 X 向移动, 工作台可沿床身上的导轨在 Y 向移动无论是 X Y 向, 还是 Z 向的移动都是靠伺服电机驱动滚珠丝杠来实现当然数控铣床还包含了一些辅助功能的系统和装置, 如液压润滑冷却系统及排屑防护等装置 2) 机床坐标系和工件坐标系无论操作数控机床或编程都必须清楚数控机床的坐标系统, 一般来说数控系统有两个坐标系统 : 机床坐标系工件坐标系首先了解数控机床坐标和方向确定的标准 : (1) 由于机床结构不同, 有些是刀具运动工件静止, 有些是刀具固定而工件运动, 为了使编程人员在不需要了解机床的情况下就能根据图纸编程, 一律规定为工件固定而刀具运动, 也就是说无论是工件坐标系还是机床坐标系都遵循刀具相对于工件运动的原则 (2) 标准坐标系的规定必须明确两个要素, 即坐标原点和坐标轴的方向对于坐标系轴的方向, 我们使用的是国际标准的笛卡尔坐标系, 即通常所说的右手定则, 如图 2(a), 拇指为 X 轴, 食指为 Y 轴, 中指为 Z 轴, 指尖指向坐标轴的正方向机床原点即机床坐标系的原点, 它是数控加工时进行坐标计算的基准点, 数控加工时, 机床上有许多移动部件, 必须给这些移动部件设立一基准点才能定标, 这个基准点就是机床原点机床原点一般在机床出厂时就已设定, 通常在各个坐标轴正向加工的最大极限处, 也就是在机床最大加工范围下的右前角, 见图 2(b), 机床零点是通过机床参考点间接确定的机床参考点一般设定在机床最大加工范围的上限平面的左后角机床原点是数控加工时坐标计算的基准点, 那么, 实际机床原点到底在什么位置, 编程人员一般不清楚, 即使已经知道, 如果要将工件上上的所有尺寸都换算到机床原点上, 换算工作十分繁琐且容易出错同时可能出现这样一种情况, 就是当在工件的不同位置加工同一加工轨迹时, 在机床原点下编程, 所编的程序是不一样的, 也就是说所编的程序缺乏通用性在这种情况下, 编程人员很希望在工件上找一个容易计算的点作为编程的原点, 从而大大简化计算量那么这个点就是我们通常所讲的工件原点, 有时也称为编程原点如何建立工件原点和机床原点的尺寸联系, 如果找到这样的关系, 我们就可以直接用工件原点进行编程在实际操作过程中, 我们通过对刀这步操作来建立两个原点之间的尺寸联系, 大家首先要弄懂为什么要对刀, 才能彻底了解我们对刀的这步操作, 对刀实际上就是将工件原点的位置通知给数控机床对刀时, 我们知道很难将刀位点一下子就移动到某个精确的位置, 而是依次沿 X Y Z 三个方向将工件移动到具体位置, 也就是分别对 X Y Z 三个轴进行对刀对刀点由编程人员设定在工件上, 在加工时, 应以操作简单对刀误差小为原则选择对刀点对刀的准确程度直接影响零件加工的位置精度, 对刀方法要与零件的加工精 8

度要求相适应, 生产中常使用百分表中心规及寻边器等工具 (a) (b) 图 2 机床坐标系统 3)G54~G59 坐标参数对好刀后, 我们就可以使用 G54~G59 指令来建立工件原点与机床零点间的尺寸联系零点偏置功能使用 G54~G59 来分别表示相应的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值也就是说, 我们在工件上选择坐标系并不一定只找一点,

11 度要求相适应, 生产中常使用百分表中心规及寻边器等工具 (a) (b) 图 2 机床坐标系统 3)G54~G59 坐标参数对好刀后, 我们就可以使用 G54~G59 指令来建立工件原点与机床零点间的尺寸联系零点偏置功能使用 G54~G59 来分别表示相应的工件坐标原点在机床坐标系中的坐标值也就是说, 我们在工件上选择坐标系并不一定只找一点, 对于复杂的零件我们可以选择多个坐标系统,G54~G59 可以满足同时选择 6 个工件坐标系以 G54 为例, 我们应在机床回零后通过对刀找工件原点, 然后将对应的机床坐标值输入到相应坐标系参数中即可, 当我们的对刀点和工件原点一致时, 直接将对刀点的机床坐标输入 G54 即可, 但有时由于零件较为复杂, 对刀点和工件原点无法重合, 所以我们就在江坐标输入 G54 时要考虑到对刀点和工件原点之间的差值使用零点偏置功能设定工件坐标系非常适于用夹具固定重复加工多个零件的场合, 每次开机后不需重复对刀 G54 指令格式 (G54~G59 均同样 ): G54 G00 X_Y_Z_ 说明 : G54~G59 指令第一次使用时需有运动指令的驱动 ; 如 G54 G00 X0 Y0 Z10 要使用 G54~G59 建立工件坐标系, 在进入系统后, 先回机床原点, 然后建立 G54-G59 的工件坐标系, 否则建立的工件坐标系无效 G54~G59 参照机床原点来设定工件坐标系, 所以机床加工过程中如遇到意外掉电或重新开机时, 工件坐标系的位置不会丢失, 保证了加工的安全性在使用 G54~G59 指令编程加工时, 刀具可机床任意位置启动, 并执行程序 2. 数控加工程序一个完整的数控加工程序一般由程序头若干程序段以及最后的程序结束指令组成其格式如下表所示 : 1) 程序头由字母 O 与数字 ( 程序号 ), 形式如 :O0001; 2) 程序段每个程序段可完成一段机床运动轴的控制, 或者完成一个指定的功能控制将程序段按照实际加工的顺序编入程序, 即可完成一个完整的加工过程每个程序段由若干个指令字的集合构成, 每个指令字包括一个地址字和数字地址字包括 :N G X Y Z A B C U V F S O L Q 等程序段举例 :N1 G01 X50 Y55 Z100 F1500 M08 3) 程序尾 9

12 程序的结束由指令 M02 构成, 单独成行, 切不可用 M30 作为结束语句 M30 表主程序停止 4) 主程序和子程序在一个加工程序中, 如果有几个程序段过程完全相同, 为了缩短程序, 可将这些重复的字段串单独抽出, 按规定的程序格式编成子程序, 并放在主程序后主程序在执行过程中, 经过调用子程序, 可以大大简化编程工作子程序的构成与主程序类似, 是由子程序头程序段和子程序结束构成子程序号由冒号 : 字母 O 与数字组成 ; 子程序结束由指令 M99 构成, 单独成行子程序构成如下 : N 程序号字 G 准备功能指令代码 M 辅助功能指令代码 G90 绝对坐标方式 G91 增量坐标方式 G00 快速定位功能, 以系统设定的速度快速移动到程序指定点, 只定位, 不切削加工, 不需指定速度 G01 直线插补指令, 此代码在程序段中一经指定就一直有效, 直至后续程序段中出现同组的 G 代码时才失效 G02 圆弧插补功能,XYZ 后跟圆弧终点坐标,IJK 后跟圆心相对于圆弧起点的坐标, 由正负之分当然也可用 R 代替 IJK, 当圆弧圆心角大于 180 时, 为负值 O0001; 程序段 ; M99; 在主程序中调用子程序的指令格式如下 : M98 P0045 L2; 执行 2 次子程序 0045 本次实验的主程序和子程序格式如下 : 主程序子程序备注程序头 O0012 O0045 程序号程序段程序段 M03 S6000 M08 G54 常用准备代码加工轨迹和进给速度程序段 M05 M09 常用准备代码程序结束 M02 M99 固定代码 3. 数控加工工艺 1) 粗精加工时切削用量的选择原则 (1) 粗加工时切削用量的选择原则首先选取尽可能大的背吃刀量 ; 其次要根据机床动力和刚性的限制条件等, 选取尽可能大的进给量 : 最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度 (2) 精加工时切削用量的选择原则 10

13 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量 ; 其次根据已加工表面的租糙度要求, 选取较小的进给量 ; 最后在保证加工质量刀具耐用度和机床允许的前提下, 选择大的切削用量, 以提供加工效率 2) 顺铣与逆铣顺铣 : 铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相同逆铣 : 铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相反必须选用顺铣情况 : (1) 工作台丝杠, 螺母传动副有间隙调整机构, 并可调整到足够小 (0.03~ 0.05mm) (2) 铣刀作用于工件进给方向的分力 Ff 小于工作台与导轨之间的摩擦力 (3) 铣削不易夹紧和薄而长的工件顺铣时切削点的切削速度方向在进给方向上的分量与进给速度方向一致顺铣是为获得良好的表面质量而经常采用的加工方法它具有较小的后刀面磨损机床运行平稳等优点, 适用于在较好的切削条件下加工合金钢逆铣时切削点的切削速度方向在进给方向上的分量与进给速度方向相反鉴于采用这种方式会产生一些副作用, 诸如后刀面磨损加快从而降低刀片耐用度, 在加工高合金钢时产生表面硬化, 表面质量不理想等, 所以一般情况不采用逆铣五实验步骤 1. 数控编程根据零件图毛坯材料和加工刀具, 在文本编辑器中编写数控加工程序, 编写完成后以 *.NC( 其中 * 为文件名 ) 保存工件材料 :80 80 铝 ( 有色金属 ); 刀具 :Ф4 立铣刀 ; 零件如图 3 所示 Y R30 R Ø X 程序模拟图 3 零件图点击熊族.exe ( ) 进入如图 4 所示的界面, 点击 Open, 选择待仿真的数控加工程序 (NC 文件 ), 检查刀具路径是否正确, 如程序有错, 则修改后继续仿真, 直到程序完全正确 11

系统,SKY2003 数控系统, 打开紧急停止按钮和机床工作按钮首先打开 SKYCNC2003 数控系统, 即出现如图 5 所示的界面,

14 图 4 程序模拟界面 3. 零件加工确认钥匙开关处于关闭位置, 紧急停止按钮处于按下状态后合上机床总电源, 此时操作面板上的电源指示灯亮为白色, 依次打开钥匙开关, 计算机, WINDOWS 系统,SKY2003 数控系统, 打开紧急停止按钮和机床工作按钮首先打开 SKYCNC2003 数控系统, 即出现如图 5 所示的界面, 然后依次进行机床回零刀具安装对刀找工件坐标零点和自动加工操作图 5 数控系统主界面机床回零 : 点击键盘上的 F4 或鼠标点击主菜单条上的 F4 返参方式进入机床回零界面, 如图 6 所示, 选择 3 机床原点, 按 F6( 注意数控铣床的确认键为 F6), 后使机床的 Z 轴 Y 轴和 X 轴依次移动到机床零点 12

图 6 返参方式界面刀具安装 : 选择加工所需要的刀具和相应的夹套, 安装到主轴上, 本次实验选取 φ4 的立铣刀对刀时, 对刀点是设置在工件坐标系中,

对刀找工件坐标零点 : 点击键盘上的 F2 或鼠标点击主菜单条上的 F2 手轮方式进入手轮方式, 如图 7(a) 所示, 再点击手轮打开, 使手轮方式有效,

随后返回手轮方式点击 6 坐标参数, 进入如图 7(b) 所示的编辑界面, 将该位置下的机床坐标值输入到 G54 参数中 (a) (b) 图 7 手轮方式界面自动加工 :

15 图 6 返参方式界面刀具安装 : 选择加工所需要的刀具和相应的夹套, 安装到主轴上, 本次实验选取 φ4 的立铣刀对刀时, 对刀点是设置在工件坐标系中, 用以确定工件坐标系与机床坐标系空间位置关系的参考点对刀的准确程度直接影响零件加工的位置精度, 对刀方法要与零件的加工精度要求相适应, 生产中常使用百分表中心规及寻边器等工具对刀找工件坐标零点 : 点击键盘上的 F2 或鼠标点击主菜单条上的 F2 手轮方式进入手轮方式, 如图 7(a) 所示, 再点击手轮打开, 使手轮方式有效, 通过手轮将刀尖移动到编程原点, 此时关闭手轮方式, 切换到手动方式, 点键盘上按钮 4, 设定主轴转速, 主轴转速设为 2000r/min, 点击操作面板上主轴正转进行试切随后返回手轮方式点击 6 坐标参数, 进入如图 7(b) 所示的编辑界面, 将该位置下的机床坐标值输入到 G54 参数中 (a) (b) 图 7 手轮方式界面自动加工 : 点击键盘上的 F1 或鼠标点击主菜单条上的 F1 自动方式进入自动加工界面, 如图 8(a) 所示, 再点击 1 加工控制进入如图 8(b) 所示的界面, 选择待数控加工程序 (NC 文件 ), 最后点击 F6 两次后, 便开始自动加工 13

(a) (b) 图 8 自动加工界面在加工过程中如果出现超程的现象, 则手轮方式失效及机床回零等操作失效, 此时只有通过手动方式来调节, 首先切换到手动方式, 按 5 切换所选轴, 按 7 超程的轴正向移动, 按 8 超程的轴反向移动在加工过程中, 可以通过点击 Page Up 和 Page Down 键来调整进给速度, 点击 Insert 和 Delete 键来调整主轴转速

16 (a) (b) 图 8 自动加工界面在加工过程中如果出现超程的现象, 则手轮方式失效及机床回零等操作失效, 此时只有通过手动方式来调节, 首先切换到手动方式, 按 5 切换所选轴, 按 7 超程的轴正向移动, 按 8 超程的轴反向移动在加工过程中, 可以通过点击 Page Up 和 Page Down 键来调整进给速度, 点击 Insert 和 Delete 键来调整主轴转速零件加工过程简要描述打开总电源前, 确认钥匙开关关闭, 紧急停止按钮关闭后, 打开总电源, 启动系统, 此时讲机床结构, 打开数控软件后, 开紧急按钮和机床工作按钮 ; 首先机床回零, 按 F6 确认 ; 介绍手轮按键, 适用手轮移动到加工位置后, 切换到手动方式定义主轴转速, 按主轴正转后切换到手轮方式进行试切, 随后点击 6 坐标参数将对刀点坐标输入 G54 中, 关闭手轮方式进入自动加工, 按加工控制后调出程序, 按两次 F6 后开始加工 ; 加工好后, 退出工件, 进行测量, 将刀具退回适当位置, 按下紧急按钮, 退出程序, 关闭钥匙开关和总电源, 清洗 4. 机床维护实验完成后将零件取下, 机床移动到适当位置, 刀具放回工具箱, 并清理机床后按开机顺序相反的次序关闭系统六实验注意事项 1. 通电前应确认钥匙开关在关闭位置, 急停按钮处于按下状态 2. 机床上电后, 应检查系统状态, 并严格按操作规程进行操作 3. 实验结束后, 应按下机床锁住键和紧急停止旋钮, 再退出 SKY 数控系统和 WINDOWS 系统, 最后将钥匙开关放在关闭位置, 切断电源 4. 加工过程中应关上所有防护门, 加工完毕后方可打开 5. 在机床运行过程中, 如有紧急情况, 请立即按下急停按钮七实验报告要求 1. 实验任务根据图纸, 加工出合格的零件 14

17 2. 实验设备机床型号 : 刀具 : 毛坯尺寸 : 毛坯材料 : 3. 零件图和数控加工程序代码清单 4. 写出上机进行零件加工的操作步骤 5. 根据以下数控加工程序, 画出刀具轨迹 O0100 N0010 T01 S6000 M03 N0020 M08 N0030 G54 G00 X0 Y0 N0040 G90 G00 Z5 N0050 G00 X-20 Y0 N0060 G01 Z-0.5 F1000 N0070 G02 X20 Y0 I20 J0 N0080 G03 X0 Y0 I-10 J0 N0090 G02 X-20 Y0 I-10 J0 N0100 G03 X20 Y0 I20 J0 N0110 G00 Z5 N0120 G00 X0 Y0 N0130 G00 Z0 N0140 M05 M09 N0150 M02 15

实验三数控插补原理与伺服控制实验一实验目的 1. 通过实验, 使学生理解数控插补原理 ; 2. 通过数控插补算法的可视化, 使学生熟悉数控插补原理及其常用插补算法 ; 3. 通过实验, 使学生掌握数控插补算法的简单实现方法二实验内容 1. 学习和使用数控插补教学软件, 熟悉常用的插补算法 ; 2. 通过插补算法编程, 实现逐点比较法的直线插补算法 ; 3.

18 实验三数控插补原理与伺服控制实验一实验目的 1. 通过实验, 使学生理解数控插补原理 ; 2. 通过数控插补算法的可视化, 使学生熟悉数控插补原理及其常用插补算法 ; 3. 通过实验, 使学生掌握数控插补算法的简单实现方法二实验内容 1. 学习和使用数控插补教学软件, 熟悉常用的插补算法 ; 2. 通过插补算法编程, 实现逐点比较法的直线插补算法 ; 3. 利用编写的插补程序, 在运动控制开发平台上实现简单的伺服控制三实验设备 1. 数控插补原理实验教学软件 ; 2. 固高运动控制开发平台 ; 3. 固高 x-y 伺服控制平台 ; 4. 计算机四数控机床插补原理机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨迹, 进而产生基本廓形曲线, 如直线圆弧等其它需要加工的复杂曲线由基本廓形逼近, 这种拟合方式称为插补 (Interpolation) 插补实质是数控系统根据零件轮廓线型的有限信息 ( 如直线的起点终点, 圆弧的起点终点和圆心等 ), 在轮廓的已知点之间确定一些中间点, 完成所谓的数据密化工作五软件界面简介图 1: 软件界面 16

19 双击软件图标后直接启动程序界面, 因为所要实现的功能完全可以在一个界面内实现, 所以本软件不采用菜单式结构, 这样使用者可以在一个界面内完成所有的实验而不用频繁的切换程序界面软件初始界面如图 1 所示参照图 1, 初始界面分为插补类型选择区参数输入区插补方式选择区演示参数选择区插补结果显示区右边的三个功能按钮和软件帮助区下面依次对这些区作一下简单的介绍 : 1. 插补类型选择区本软件可以实现以下六种插补 : 逐点比较法直线插补逐点比较法圆弧插补数字积分 (DDA) 法直线插补数字积分 (DDA) 法圆弧插补数据采样法直线插补和数据采样法圆弧插补, 其中圆弧插补方式中又分为逆圆插补方式和顺圆插补方式在插补类型选择区, 可以选择任意一种插补方式, 但同一时刻只能选择一种插补方式 2. 参数输入区插补前, 需要使用者给定所要求的参数, 这些参数包括 : 直线终点的 X 坐标和 Y 坐标圆弧的任意两点 ( 起点和终点 ) 的 X 坐标和 Y 坐标, 对于圆弧参数, 如果输入的第二点的坐标不在由第一点的坐标所确定的圆弧上, 软件会给出提示并要求重新输入相关参数由于计算机显示器是由一个个的像素成点阵排列组成的, 因此显示的图形不是连续的 3. 插补方式选择区对逐点比较法圆弧插补数字积分 (DDA) 法圆弧插补圆弧插补三种插补, 各有顺圆和逆圆两种插补方法在插补方式选择区里, 可以任意选择顺圆插补和逆圆插补, 但同一时刻只能选择一种, 这样可以防止误操作 4. 演示方式选择区随着微电子技术的迅猛发展, 计算机技术也不断发展和成熟由于目前计算机的主频非常高, 运算速度也非常得快, 这样的话使插补过程在一瞬间就可以完成, 使用者根本看不到插补的实现方式, 为了便于使用者细致的观察理解插补过程, 本软件设立了步进演示的方式, 并且使用者可以任意设定两步插补之间的插补步长和间隔时间 ( 对于数据采样法, 此处的步长和间隔时间实为速度和插补周期 ), 这样有利观察和理解 5. 插补结果显示区这个区域主要把插补的运算结果通过动态图形的方式显示到计算机屏幕上, 最终实现本软件的功能要求为了观察的方便, 这个区域占了整个屏幕很大一部分, 可以使观察者比较容易观察 6. 右边的功能键功能键分别是画线型插补清除和帮助, 这些键供使用者实现各自的功能, 从而完成插补的过程六实验步骤 ( 一 ) 熟悉和使用数控插补教学软件下面以逐点比较法直线插补和逐点比较法圆弧插补为例, 大致的介绍一下本软件的操作方法, 以下各个插补由同学自己完成 1. 逐点比较法直线插补第一步 : 在如图 1 软件初始界面插补类型选择框中选择逐点比较法直线插补第二步 : 在如图 2 中输入所要插补直线的终点参数 X 和 Y 值 ( 要求为演示方 17

20 式中步距的整数倍 ) 图 2 第三步 : 点击画线型按键, 可画出你所给定的直线, 如下图 3 所示第四步 : 此时可以进行插补, 点击插补按键, 可插补出给定的直线, 如图 4 所示第五步 : 改变演示参数中步距的大小, 分析此项参数对插补精度的影响图 3 18

21 图 4 2. 逐点比较法圆弧插补第一步 : 在插补类型选择框里点选逐点比较法圆弧插补, 如图 5 图 5 19

22 第二步 : 输入相应的圆弧参数参数, 选择合适的插补方式和演示方式, 如图 6 所示图 6 第三步 : 点击画线型, 画出给定参数的圆弧, 如图 7 所示图 7 第四步 : 选择好插补方式顺圆插补或逆圆插补, 点击插补按键进行插补, 如下图 8 所示 20

23 图 8 3. 其它插补类型的操作类似, 不再一一细述 ( 二 ) 编写逐点比较法直线插补程序, 理解插补原理图 9 21

24 ( 三 ) 利用完成的插补子程序, 调用运动控制器提供的函数库和动态连接库, 在运动控制开发平台上实现逐点比较法直线插补的伺服控制七思考题 1. 简述常用的插补算法 2. 画出实现逐点比较法直线插补的流程图, 结合流程图说明如何实现任意象限的直线插补? 3. 已知 : 第一象限直线 OA, 起点 O 在原点, 终点 A(4,2), 取被积函数寄存器分别为 JVx JVy,, 余数寄存器器分别为 JRx JRy, 终点计数器 JE, 均为三位二进制寄存器填写插补过程表 1.1, 画出插补轨迹图 10 y 2 A 1 O x 表 1.1 DAA 直线插补过程图 10 累加次数 X 积分器 Y 积分器终点计数器 (Δt) J Vx (x e ) J Rx 溢出 Δx J Vy (y e ) J Ry 溢出 Δy J E 22

北京理工大学珠海学院

北京理工大学珠海学院数控技术 (A) 教学大纲课程编号 :04192520 课程名称 : 数控技术 (A) Numerical Control Technology(A) 课程性质 : 选修课课程类别 : 学科基础教育学分 : 3 学时 :48 ( 其中课内实验学时 : 10 ) 一目的与任务本课程主要学习数控系统的插补原理数控机床 ( 车床铣床加工中心 ) 的结构特点和组成部分及数控车床