1、数控技术实验指导书数控技术实验指导书合肥学院机械工程系2008.12.实验一 数控铣削编程加工实验 1一、实验预习要求 1 二、实验指导 2附一：数控铣床（配FANUC Series 0i Mate-MC数控系统）操作规程4附二：数控铣床（配FANUC Series 0i Mate-MC数控系统）的基本操作4实验二 数控车削编程加工实验 6一、实验预习要求 6二、实验指导 7附一：数控车床（配FANUC Series 0i Mate-TC数控系统）操作规程 9附二：数控车床（配FANUC Series 0i Mate-TC数控系统）的基本操作9实验三 二维插补原理及实现实验 11一、实验预习要
2、求11二、实验指导12实验一 数控铣削编程加工实验一、实验预习要求1、每个同学在进行数控铣削编程加工实验之前，需要认真预习实验指导书，牢固树立安全操作意识；在实验过程中，应有端正的实验态度，积极主动地学习，善于发现问题，不断提高思考能力和动手能力。2、请思考下列问题并写出实验预习报告：（1）数控铣削加工操作的基本步骤应该怎样？ （2）数控铣床坐标系如何确定的；什么是数控铣床参考点；什么是刀具半径补偿；什么是工件坐标系？ （3）在对工件进行轮廓切削加工之前，如果需要首先将工件上表面铣削平整，应该采用什么刀具，怎样编程？ （4）试按要求编写图示实验零件的数控加工程序。二、实验指导1、实验目的（1）
3、了解数控铣床的基本结构、工作原理；（2）了解数控铣削加工的工艺特征；（3）了解数控铣削加工所用铣刀的特征及其用途；（4）熟悉数控铣床的基本操作；（5）熟悉数控铣床的指令系统和手工编程方法，掌握基本的G代码和M代码的使用；2、 实验仪器设备（1）数控铣床（配FANUC Series 0i Mate-MC数控系统）。（2）游标卡尺3、实验要求数控铣削加工是实际生产中最常用和最主要的数控加工方法之一，它的特点是能同时控制多个坐标轴运动，使多个坐标方向的运动之间保持预先确定的关系，从而把工件加工成某一特定形状的零件。数控铣床除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外、槽腔，还能铣削普通铣床不能铣削的，
4、需多坐标联动的各种平面轮廓、立体轮廓和曲面零件。本实验以图示的典型零件为例，要求用150mm80mm40mm的铝板或塑料板进行加工，经过粗铣、精铣等多次走刀，最后得到图示轮廓形状和尺寸的零件。编程时，要求以工件上表面A点为编程原点建立工件坐标系。在自动运行数控程序加工零件之前，首先应熟悉数铣车床的基本组成和各部件的功能；了解操作面板及相关按键的功能；并完成以下数控铣床的基本操作：（1） 数控铣床开机操作、回机床参考点操作、（2） 手动连续进给（JOG进给）操作、（3） 进给倍率调整操作、（4） 手轮进给操作、（5） MDI（手动数据输入）运行、（6） 主轴转动、转速倍率调整操作（7） 程序编辑
5、修改操作；在完成以上基本操作后，经过加工程序轨迹检查校验、对刀操作后，才能自动运行程序切削加工零件；最后对实验结果进行分析总结。4、根据图纸要求确定加工工艺（1） 加工方式：立铣。 （2） 加工刀具：直径10号的立铣刀。为编程方便，并考虑刀具半径对刀具中心轨迹的影响，应采用刀具半径补偿指令，即可直接按工件轮廓的坐标数据编程以加工出合格的工件。刀具半径补偿数值通过数控机床控制面板手工输入。（3） 工艺路线：根据相关的工艺原则合理地确定工艺路线。要求每次粗、精加工时所选的切削深度和切削宽度合理。（4） 切削用量：应根据实际情况，综合考虑工件材料、切削刀具及粗精加工的不同要求，合理选定切削用量。参考
6、值如下：精加工时主轴转速600r/min，进给速度200mm/min；粗加工时主轴转速400r/min，进给速度150mm/min；（5） 定位夹紧：通过机用台钳将工件安装在机床工作台上。5、加工程序的编制 请根据所学的数控编程知识，自行设计编制零件的加工程序。编程时注意工件坐标系的确定、相应的数值计算。6、实验操作和编程加工在教师的指导下，完成实验操作和编程加工等各步骤。7、实验思考题：根据实验过程及实验结果，提交实验报告，并思考回答下列问题：(1) 在铣削加工中，采用相对坐标方式编程和绝对坐标方式编程有何不同？(2) 本次铣削加工时，实际的刀具中心轨迹形状和工件轮廓形状有何异同？(3) 对
7、本次铣削加工的零件，可以通过改变刀具半径补偿量，实现用同一把刀具进行粗、精加工；此时应如何编写数控加工程序以较方便地实现该功能？(4) 若要铣削加工非圆曲线、三维空间曲线、或三维空间曲面等复杂轮廓型面，请考虑用什么方法编写数控加工程序。附一：数控铣床（配FANUC Series 0i Mate-MC数控系统）操作规程：1.启动数控铣系统前必须仔细检查以下各项： a）所有开关应处于非工作的安全位置。 b）机床的润滑系统及冷却系统应处于良好的工作状态。 c）检查工作台区域有无搁放其它杂物，确保运转畅通。 2.启动数控铣系统后，首先应手动操作使机床回参考点。3.程序输入前必须严格检查程序的格式、代码
8、及参数选择是否正确，学生编写的程序必须经指导教师检查同意后，方可进行输入操作。 4.程序输入后必须首先进行加工轨迹的模拟显示，确定程序是否正确后，方可进行加工操作。5.主轴启动前应注意检查以下各项：a）按照程序给定的坐标要求，调整好刀具的工作位置，检查刀具是否拉紧、刀具旋转是否撞击工件等。 b）禁止工件未压紧就启动机床。 c）调整好工作台的运行限位。6.操作数控铣进行加工时应注意以下各项： a）加工过程不得拨动变速手柄，以免打坏齿轮。 b)必须保持精力集中，发现异常要立即停车及时处理，以免损坏设备。 c)装卸工件、刀具时，禁止用重物敲打机床部件。 d)务必在机床停稳后，再进行测量工件、检查刀具
9、、安装工件等项工作。 e)严禁带手套操作机床。 f)操作者离开机床时，必须停止机床的运转。7.操作完毕必须关闭电源开关，清理工具，保养机床和打扫工作场地。附二：数控铣床（配FANUC Series 0i Mate-MC数控系统）的基本操作：1手动连续进给（JOG进给）按下 键，并选择进给修调倍率，再持续按下某个进给轴方向键（如“+Z”或者“-Z”、“+X”、“-X” 、“+Z” 、“-Z”）使刀具沿该进给轴方向连续移动；若同时按压 按键，则产生相应轴的正向或负向快速运动。2手轮进给按下 键， 以X轴为例，将手轮上的坐标轴选择开关置于“X”档，顺时针/逆时针旋转手摇脉冲发生器一格，可控制刀具向X
10、轴向正向或负向移动一个增量值。连续旋转手摇脉冲发生器，则使刀具持续移动。手摇进给的增量值由“1”、“10”、“100”三个增量倍率按键控制。增量倍率按键和增量值的对应关系如表所示。增量倍率按键 1 10 100 增量值(mm) 0.001 0.01 0.1 3手动回参考点操作步骤按下 键后，按“+Z” 键 、 “+X”键及“+Y”键，刀架移动回到机床参考点。4手动数据输入（MDI）操作。按下 键后，通过面板上的字母和数字按键，手动输入较短的程序；在输入时可用编辑键进行修改。完成后按 键运行。适合于简单的测试操作。5程序编辑：按下 键后，按“PROG”键，在编辑状态下，通过面板上的字母和数字按键
11、，输入程序；在输入时可用编辑键进行修改。自动运行：按下 键后，并从存储器中选择要运行的程序，按 键，程序自动运行。在机床自动运行时，可按 按扭临时中止运行；刀具进给速度可以通过进给倍率旋钮来调整。若先按下 键，再按 键，则机床不运动，但数控装置的显示器上能显示刀具位置的变化；这样可进行程序的模拟运行和检查。7超程解除：当刀具在某个方向出现超程时，应先按下 键，按住 键不放，再选择与超程方向相反的进给轴方向键持续按下，主轴或工作台移动，解除超程。实验二 数控车削编程加工实验一、实验预习要求1、每个同学在进行数控车削编程加工实验之前，需要认真预习实验指导书，并牢固树立安全操作意识；在实验过程中，应
12、有端正的实验态度，积极主动地学习，善于发现问题，不断提高思考能力和动手能力。2、请思考下列问题并写出实验预习报告：（1）数控车床加工操作的基本步骤应该怎样？ （2）数控车床坐标系如何确定的；什么是数控车床参考点；什么是刀具偏置补偿；什么是工件坐标系？ （3）工件在精加工之前，必须首先切除大部分加工余量；为简化编程，减少程序段数，应该采用何种编程指令？（4）试按要求编写图示实验零件的数控加工程序。二、实验指导1、实验目的（1）了解数控车床的基本结构、工作原理；（2）了解数控车削加工的工艺特征；（3）了解数控车刀的特征及其用途；（4）熟悉数控车床的基本操作；（5）熟悉数控车床的指令系统和手工编程方
13、法，掌握基本的G代码和M代码的使用；3、 实验仪器设备（1）数控车床（配FANUC Series 0i Mate-TC数控系统）。（2）游标卡尺3、实验要求数控车床主要用于加工轴类和盘类等回转体零件，能根据编制的程序自动完成内外圆柱面、锥面、园弧、切槽、钻孔、扩孔和螺纹加工等各种工序操作。本实验以图示的典型零件为例，要求用直径40mm的铝棒或塑料棒进行加工，经过粗车、精车和切断后，最后得到图示形状和尺寸的零件。编程时，要求以工件右端面中心O点为编程原点，以零件径向为X轴，轴向为Z轴建立工件坐标系，X轴参数设置为直径编程方式。在自动运行数控程序加工零件之前，首先应熟悉数控车床的基本组成和各部件的
14、功能；了解操作面板及相关按键的功能；并完成以下数控车床的基本操作：（1） 数控车床开机操作、回机床参考点操作、（2） 手动连续进给（JOG进给）操作、（3） 进给倍率调整操作、（4） 手轮进给操作、（5） MDI（手动数据输入）运行、（6） 主轴转动、转速倍率调整操作（7） 刀架转动、（8） 程序编辑修改操作；在完成以上基本操作后，经过加工程序轨迹检查校验、对刀操作后，才能自动运行程序切削加工零件；最后对实验结果进行分析总结。4、根据图纸要求确定加工工艺（1） 加工方式：先进行粗车循环，切除大部分加工余量；从右到左精车零件的外轮廓面；切槽；切断（2） 加工刀具：1号外圆车刀车外圆，2号刀切槽刀
15、切槽并切断。注意为保持每把刀的刀尖位置一致，要进行刀具的偏置补偿，补偿数值通过控制面板手工输入。（3） 工艺路线：根据相关的工艺原则确定工艺路线。要求每次所选的背吃刀量合理。（4） 切削用量：应根据实际情况，综合考虑工件材料、切削刀具及粗精加工的不同要求，合理选定切削用量。参考值如下：粗车时主轴转速400r/min，进给速度0.5mm/r；精车时主轴转速600r/min，进给速度0.3mm/r；切槽和切断时主轴转速300r/min，进给速度0.2mm/r。（5） 定位夹紧：通过三爪卡盘将工件夹紧。5、加工程序的编制 请根据所学的数控编程知识，自行设计编制零件的加工程序。编程时注意工件坐标系的确
16、定、相应的数值计算。6、实验操作和编程加工在教师的指导下，完成实验操作和编程加工等各步骤。7、实验思考题：根据实验过程及实验结果，提交实验报告，并思考回答下列问题：（1）如果采用半径编程方式，则和半径编程方式相比数控加工程序有何不同？（2） 本次车削加工编程时，若以工件左端面中心点为编程原点建立工件坐标系是否合适？为什么？(3)车削加工时，为什么要考虑刀具偏置补偿？附一：数控车床（配FANUC Series 0i Mate-TC数控系统）操作规程：1.开机前要检查润滑油是否充裕、冷却是否充足，发现不足应及时补充。2.检查机床导轨以及各主要滑动面，如有障碍物、工具、铁屑、杂物等，必须清理、擦拭干
17、净、上油。检查卡盘夹紧工作的状态，注意将工件夹紧，并在机床启动前一定要将扳手等工具取下。3.打开数控车床电器柜上的电器总开关。4.启动数控车床。5.手动返回数控车床参考点。首先返回+X方向，然后返回+Z方向。6.车刀安装不宜伸出过长，车刀垫片要平整，宽度要与车刀底面宽度一致。7.对刀操作时应选取合适的主轴转速、背吃刀量及进给速度。8.在自动运行程序前，必须认真检查程序，确保程序的正确性。在操作过程中必须集中注意力，谨慎操作，运行前关闭防护门。运行过程中，一旦发生问题，及时按下复位按钮或紧急停止按钮。9.出现报警时，要先进入主菜单的诊断界面，根据报警号和提示文本，查找原因，及时排除警报。10.加
18、工完毕后，应把刀架停放在远离工件的换刀位置。11.一个学生在操作时，旁观的同学禁止按控制面板的任何按钮、旋钮，以免发生意外及事故。12.严禁任意修改、删除机床参数。13.关机前，刀架应移动到距离主轴较远处，清除铁屑，清扫工作现场，认真擦净机床，导轨面处加油保养，将进给速度修调置零。14.车床加工结束后，关闭电器总开关。附二：数控车床（配FANUC Series 0i Mate-TC数控系统）的基本操作：1手动连续进给（JOG进给）将工作方式旋钮置于“手动”，设定进给修调倍率，再持续按下某个进给轴方向键（如“+Z”或者“-Z”、“+X”、“-X”）使刀具沿该进给轴方向连续移动；若同时按压“快进”
19、按键，则产生相应轴的正向或负向快速运动。2手轮进给将工作方式旋钮置于“手轮”， 以X轴为例，将坐标轴选择开关置于“X”档，顺时针/逆时针旋转手摇脉冲发生器一格，可控制刀具向X轴向正向或负向移动一个增量值。连续旋转手摇脉冲发生器，则使刀具持续移动。手摇进给的增量值由“1”、“10”、“100”三个增量倍率按键控制。增量倍率按键和增量值的对应关系如表所示。增量倍率按键 1 10 100 增量值(mm) 0.001 0.01 0.1 3手动回参考点操作步骤将工作方式旋钮置于“手动”， 按下“回参考点”按键，键内指示灯亮之后，按 “+X”键及“+Z”键，刀架移动回到机床参考点。4手动数据输入（MDI）
20、操作。将工作方式旋钮置于“MDI”，通过面板上的字母和数字按键，手动输入较短的程序；在输入时可用编辑键进行修改。完成后按“循环启动”键运行。适合于简单的测试操作。5程序编辑：将工作方式旋钮置于“编辑”，按“PROG”键，在编辑状态下，通过面板上的字母和数字按键，输入程序；在输入时可用编辑键进行修改。自动运行：将工作方式旋钮置于“自动”，并从存储器中选择要运行的程序，按“循环启动”键，程序自动运行。在机床自动运行时，可按“进给暂停”按扭临时中止运行；刀具进给速度可以通过进给倍率旋钮来调整。若先按下“机床锁住”键，再按“循环启动”键，则机床不运动，但数控装置的显示器上能显示刀具位置的变化；这样可进
21、行程序的模拟运行和检查。7手动换刀在手动方式下，按“刀位选择”键，选定刀位后，按“刀位转换”键，转塔刀架转到所选的刀位上。8超程解除：当刀具在某个方向出现超程时，应先将工作方式旋钮置为“手动”或者“手摇”，按住“超程解除”键不放，再选择与超程方向相反的进给轴方向键持续按下，刀架移动，解除超程。实验三 二维插补原理及实现实验一、实验预习要求1、每个同学在本实验之前，需要认真预习实验指导书，了解悉XY运动控制平台的基本组成；了解相关实验要求；在实验过程中，应善于发现和分析问题，培养严肃认真和实事求是的科学态度，不断提高思考能力。2、XY 运动控制平台简介：XY 运动控制平台是许多数控加工设备和电子
22、加工设备（如：数控车床的纵横向进刀装置、数控铣床和数控钻床的XY 工作台、激光加工设备工作台，表面贴装设备等）的基本部件，也是进行相关科学研究和设备开发的理想模型。该平台采用了模块化设计思想和工业化制造标准，集成有多轴运动控制器、电机及其驱动、电控箱、运动平台等部件。各部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组。平台机械部分是一个采用滚珠丝杠传动的模块化 十字工作台，用于实现目标轨迹和动作。为了纪录运动轨迹和动作效果，专门配备了笔架和绘图装置，笔架可抬起或下降，其升降运动由电磁铁通、断电实现，电磁铁的通断电信号由控制卡通过IO 口给出。平台执行装置（电机）根据驱动和控制精度的要求，
23、选用交了流伺服电机。交流伺服电机具有高速，高加速度，无电刷维护，环境要求低等优点，但驱动电路较复杂。由伺服电机和驱动器组成一个速度闭环控制系统，再通过运动控制器构造一个位置（半）闭环控制系统。安装在电机轴上的增量码盘充当位置传感器，用于间接测量机械部分的移动距离；如果要直接测量机械部分移动位移，则必须额外安装光栅尺等直线位移测量装置。平台控制装置由PC 机、GT-400-SV（或GT-400-SG）运动控制卡和相应驱动器等组成。运动控制卡接受PC 机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接受的指令格式，发给伺服驱动器，由伺服驱动器进行处理和放大，输出给执行装置。控制装置和执行
24、装置（电机）之间的连接示意如下图1所示。3、请思考下列问题并写出实验预习报告：（1）逐点比较法直线插补、圆弧插补的基本原理？（2）数据采样法直线插补插补、圆弧插补的基本原理？插补参数中的插补周期与精度、进给速度之间存在什么样的关系？二、实验指导1、实验目的了解和熟悉XY运动控制平台的基本组成和工作特点；通过可视化的插补轨迹调整和显示，加深对插补概念的理解；掌握逐点比较法、数据采样法等常见直线插补、圆弧插补原理和实现方法； 2、实验仪器设备：XY 运动控制平台一套（内配GT-400-SV 卡一块、配套笔架一个）PC 机一台 绘图纸张若干3、软件界面说明及系统测试系统上电后，双击桌面“固高运动控制
25、平台实验软件”图标，将打开运动控制平台软件。点击“确定”按钮后，将进入如图 2 所示软件初始界面；该界面下方浅蓝色按钮为各功能模块选择按钮。点击各选择按钮，即可在不同的功能模块界面中切换。当某功能模块界面处于打开状态时，其相应的按钮将呈深蓝色。在功能按钮区点击“系统测试”按钮，系统将弹出如图3所示的系统测试窗口。该窗口包括轴位置显示区、输入信号显示区、输出信号测试区、轴专用信号测试区、点动控制区、回零控制区以及通用控制区等。各部分功能如下：（1）通用控制区：用于对板卡和轴进行通用控制等操作，各按钮功能如下：“卡初始化”：打开并初始化运动控制板卡。“板卡复位”：将运动控制板卡复位。“轴开启”：使
26、硬件平台上各轴伺服使能。 点击该按钮前，应保证板卡处于开启状态，否则点击该按钮时将弹出警告信息。“轴关闭”：使硬件平台上各轴伺服关闭。“退出”：退出系统测试窗口。图3图3（2）轴位置显示区：显示各轴的当前实际位置（单位为毫米）。只有板卡处于开启状态时，各位置显示值才正确有效。（3）输入信号显示区：显示各输入信号的当前状态。界面中标签号为输入信号的输入端口位号，IN0IN15 依次对应着第0位至第15位输入信号，标签下方的绿色虚拟LED灯对应于各输入信号；检测各输入信号时，应保证板卡处于开启状态，否则将无法正确反映各输入口真实状态。 （4）输出信号测试：测试各输出口的状态；界面中标签号为输出信号
27、的输出端口位号，OUT0OUT15 依次对应着第0位至第15位输出信号，标签下方的单选框用于设置各输出信号的输出状态；如需要将某输出位设置为高电平输出，则勾选对应输出位标签下方的单选框，如需要将某输出位设置为低电平输出，则取消对应输出位标签下方的单选框的勾选记号。测试各输出信号时，应保证板卡处于开启状态，否则将无法正确设置各输出口状态。（5）轴专用信号显示区：测试轴专用I/O口的状态。各圆形显示控件将根据各轴专用 I/O口信号状态实时变化，为绿色时表示信号未触发，为红色表示信号触发。（6）点动控制区：点动各轴。其中，“点动增量”下拉框用于设置点动轴单次的位移量（单位：毫米），“点动速度”下拉框
28、用于设置点动的速度（单位；米/秒）；点击各轴方向按钮，将使相应的轴按照点动速度向相应方向运动一个点动增量。点动各轴前，应保证各轴伺服上电，否则点击按钮时，将弹出警告信息。（6）回零控制区：使硬件平台上各轴按预设的回零方式回零。点击各轴回零按钮前，应保证轴处于伺服开启状态，否则点击该按钮时将弹出警告信息。在系统测试窗口中，可点动控制硬件平台上各轴运动，监测各 I/O 信号，以实现对硬件系统的基本测试。4、实验内容和步骤：在进行以下实验时，应注意 XY平台行程范围。实验前，先将 X轴、Y轴回零或手动调整至合适位置，以避免运动中触发限位信号。如遇到危险紧急情况，快速按下电控箱面板上的红色急停开关。（
29、一）逐点比较法直线插补实验：1)检查实验平台是否正常，打开电控箱面板上的电源开关，使系统上电； 2). 双击桌面“固高运动控制平台实验软件”图标，打开运动控制平台实验软件，点击界面下方功能按钮区中“二维插补实验”按钮，进入如图4所示二维插补实验界面；3).在“插补方式”的下拉列表中选择“XY 直线插补（逐点比较法）”； 4)输入逐点比较法直线插补参数；参考设置：a) 起点为（0，0） ，终点为（40，50），步长为10mm； b) 起点为（0，0） ，终点为（40，50），步长为5mm； c) 起点为（0，0） ，终点为（40，50），步长为2mm；d) 起点为（0，0） ，终点为（-40，-
30、50），步长10mm； e) 起点为（0，0） ，终点为（-40，-50），步长5mm； f) 起点为（0，0） ，终点为（-40，-50），步长2mm；5).点击“开启轴”按钮使伺服上电； 6).将平台 X 轴和 Y 轴回零； 回零方法如下：点击“X轴回零”按钮,X 轴将开始回零动作,待 X 轴回零完成,点击“Y。7)在 XY 平台的工作台面上,固定实验用绘图纸张,点击“笔架落下”按钮,使笔架上的绘图笔下降至纸面；8)确认参数设置无误且 XY平台各轴正确回零后，点击“运行”按钮；9)观察界面中绘制的实际插补轨迹（红色）和理想的直线（绿色）；10)点击“笔架抬起”按钮,将笔架上的绘图笔抬起,更换绘图纸；11)将 X 轴和Y轴回零；12)依次修改（增大或减小）步长。运行后，观察步长增减后对逐点比较法直线插补精度的影响；（二）逐点比较法圆弧插补实验：1)2)开始实验，执行 4（一）实验中第 1 至2 步；3)在“插补方式”的下拉列表中选择“XY
