數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)指導(dǎo)書

西南科技大學(xué)實驗指導(dǎo)書西南科技大學(xué)實驗指導(dǎo)書制造科學(xué)與工程學(xué)院制造科學(xué)與工程學(xué)院《數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)》實驗指導(dǎo)書主編要小鵬西南科技大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院2006年11月實驗一數(shù)控機床結(jié)構(gòu)實驗一、實驗?zāi)康?、通過數(shù)控機床的剖析及示教，掌握數(shù)控機床的一些基本概念。2、了解數(shù)控機床的組成、分類，數(shù)控機床的工作原理，數(shù)控機床的坐標(biāo)系統(tǒng)等。二、實驗要求1、預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書。2、熟悉實驗安全規(guī)程。3、認(rèn)真完成實驗報告。4、實驗結(jié)束后做好設(shè)備清理工作。三、實驗原理數(shù)控機床采用數(shù)字化信息技術(shù)對機床的運動及其加工過程進行自動控制與操作運行。它解決了傳統(tǒng)方式難以解決的復(fù)雜零件的制造問題； 其準(zhǔn)確性與高效性改變了以往機械工業(yè)中周期長、效率低的局面；其柔性的工作方式，能充分適應(yīng)多品種、小批量的現(xiàn)代化生產(chǎn)需要。現(xiàn)在的數(shù)控機床一般由CNCg置、伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動及機床本體等圖1-1數(shù)控機床的總體結(jié)構(gòu)布局應(yīng)按要求既滿足從機床性能、 加工適應(yīng)范圍等內(nèi)部因素考慮確定各構(gòu)件間位置，同時亦滿足從外觀、操作、管理到人機關(guān)系等外部因素考慮安排機床總布局。數(shù)控機床不同的布局形式給機床工作帶來了不同的影響， 從而形成不同的特點，其影響主要表現(xiàn)在如下幾個方面：1、不同布局適應(yīng)不同的工件形狀、尺寸及重量如圖1-2所示均為數(shù)控銃床，但四種布局方案適應(yīng)的工件重量、尺寸卻不同。其中，（a）適應(yīng)較輕工件，（b）適應(yīng)較大尺寸工件，（c）適應(yīng)較重工件，（d）適應(yīng)更重

更大工件。2、不同布局有不同的運動分配及工藝范圍如圖1-3所示為數(shù)控鏈銃床的三種布局方案。其中，（a）主軸立式布置，上下運動，對工件頂面進行加工； （b）主軸臥式布置，加工工作臺上分度工作臺的配合，可加工工件多個側(cè)面；（c）在（如圖1-3所示為數(shù)控鏈銃床的三種布局方案。其中，（a）主軸立式布置，上下運動，對工件頂面進行加工； （b）主軸臥式布置，加工工作臺上分度工作臺的配合，可加工工件多個側(cè)面；（c）在（b）基礎(chǔ)上再增加一個數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可完成工件上更多內(nèi)容的加工。圖1-3數(shù)控鍵銃床的布局圖3、不同布局有不同的機床結(jié)構(gòu)性能臺支承于床身，剛度好，工作臺承載能力強； （c）、（d）工作臺為十字形布局，其中稱布局，受力后變形小，有利于提高加工精度。圖1—2數(shù)控銃床的布局如圖1-4所示為幾種數(shù)控臥式鍵銃床。其中（a）、（b）為T形床身布局，工作（c）主軸箱懸掛于單立柱一側(cè)，使立柱受偏載,（d）主軸箱裝在框式立柱中間，對圖1-4 數(shù)控臥式鏈銃床四、實驗儀器和設(shè)備.數(shù)控車銃機床各一臺華中數(shù)控車床 CJK6032,華中數(shù)控銃床ZJK7532。.加工中心一臺五、實驗步驟.通過直觀觀察了解數(shù)控車銃床的結(jié)構(gòu)特點；.接通電源，啟動計算機進入軟件系統(tǒng)；.在機床數(shù)控系統(tǒng)上學(xué)習(xí)各個菜單功能。.學(xué)習(xí)機床工作坐標(biāo)系設(shè)定，刀補的設(shè)定，程序編輯等操作。.學(xué)習(xí)手動、MDI、回零等操作六、實驗報告.及時編寫實驗報告書。.關(guān)于實驗報告具體內(nèi)容的特殊要求。七、預(yù)習(xí)要求.復(fù)習(xí)數(shù)控機床結(jié)構(gòu)的有關(guān)內(nèi)容.復(fù)習(xí)數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容.復(fù)習(xí)數(shù)控機床驅(qū)動部件和傳動部件的有關(guān)內(nèi)容八、注意事項.按各自的編號分組，不得擅自調(diào)換。.各小組負(fù)責(zé)人認(rèn)真填寫設(shè)備管理登記薄。.加工后的工件不得帶出培訓(xùn)中心；各小組負(fù)責(zé)人每項工作完畢后應(yīng)將實驗工具和機床臺面整理、清掃好，經(jīng)指導(dǎo)老師認(rèn)可后方可 離開。.實驗（實習(xí)）中如有異常情況發(fā)生，應(yīng)及時報告指導(dǎo)老師，否則，如造成不良后果,追究當(dāng)事人的責(zé)任，并做相應(yīng)處理。.沒有按要求熟悉實驗（實習(xí)）指導(dǎo)書的有關(guān)步驟及正確操作方法，造成人身傷害和設(shè)備損壞，追究當(dāng)事人應(yīng)負(fù)的責(zé)任。九、思考題.怎樣完成加工對刀？.數(shù)控機床如何解除超程？實驗二手工編程實驗一、實驗?zāi)康?、掌握數(shù)控機床加工指令、工藝基礎(chǔ)。2、熟悉G代碼編程。3、通過這一簡單零件的實際編程加工操作，掌握基本的數(shù)控語言的使用、刀具補償及加工園的方法二、實驗要求1、預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書。2、熟悉實驗安全規(guī)程。3、認(rèn)真完成實驗報告4、實驗結(jié)束后做好設(shè)備清理工作三、實驗儀器和設(shè)備.數(shù)控車銃機床各一臺.加工中心一臺.PC機一臺四、實驗簡介.實驗原理手工編寫G代碼，通過指令的方式來控制運算器與輸出裝置，運算器接受控制器的指令，將輸入裝置送來的數(shù)據(jù)信息做進一步的處理，并將處理結(jié)果不斷送到輸出裝置，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求得運動，以實現(xiàn)對機床的各種操作，所完成完成數(shù)控加工。.實驗方法通過CAXA的2維繪圖功能進行簡單的圖形設(shè)計， 分析加工工藝之后，手工編寫G代碼,進行數(shù)控加工。加工零件圖：

.實驗流程四、實驗步驟(1)根據(jù)零件圖樣，設(shè)計編寫數(shù)控車床、數(shù)控銃床加工程序;(2)數(shù)控加工工藝參數(shù)設(shè)定；計算機仿真演示；(3)程序校驗及空運行；(4)實際切削(包括對刀)，加工試件；五、實驗報告.及時編寫實驗報告書。.關(guān)于實驗報告具體內(nèi)容的特殊要求。六、預(yù)習(xí)要求.復(fù)習(xí)數(shù)控機床加工工藝.復(fù)習(xí)數(shù)控機床編程指令.熟悉華中數(shù)控銃床的操作七、注意事項.按各自的編號分組，不得擅自調(diào)換。.各小組負(fù)責(zé)人認(rèn)真填寫設(shè)備管理登記薄。.加工后的工件不得帶出培訓(xùn)中心；各小組負(fù)責(zé)人每項工作完畢后應(yīng)將實驗工具和機床臺面整理、清掃好，經(jīng)指導(dǎo)老師認(rèn)可后方可離開。.實驗（實習(xí)）中如有異常情況發(fā)生，應(yīng)及時報告指導(dǎo)老師，否則，如造成不良后果,追究當(dāng)事人的責(zé)任，并做相應(yīng)處理。.沒有按要求熟悉實驗（實習(xí)）指導(dǎo)書的有關(guān)步驟及正確操作方法，造成人身傷害和設(shè)備損壞，追究當(dāng)事人應(yīng)負(fù)的責(zé)任。八、思考題.怎樣確定加工零件的工藝參數(shù)？.編程時應(yīng)注意那些方面，以免工件與刀具干涉？實驗三數(shù)控自動編程實驗一、實驗?zāi)康?、通過數(shù)控自動編程實驗，掌握先進的CAD/CAM自動編程方法和步驟。2、培養(yǎng)能應(yīng)用計算機直接將零件的實體造型自動轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工程序的能力。二、實驗要求1、預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書。2、熟悉實驗安全規(guī)程。3、認(rèn)真完成實驗報告4、實驗結(jié)束后做好設(shè)備清理工作三、實驗儀器和設(shè)備.數(shù)控車銃機床各一臺.加工中心一臺.CAXA程造工程師一XP軟件三、實驗簡介.實驗原理通過CAXA勺CAMT能自動編寫G代碼，通過指令的方式來控制運算器與輸出裝置，運算器接受控制器的指令，將輸入裝置送來的數(shù)據(jù)信息做進一步的處理，并將處理結(jié)果不斷送到輸出裝置，使伺服系統(tǒng)執(zhí)行所要求得運動，以實現(xiàn)對機床的各種操作，所完成完成數(shù)控加工。.實驗方法本實驗的主要原理是通過CAXA造造工程師一XP軟件進行三維實體造型，然后通過CAXA的CAMT程。造型工藝的確定：.造型的方式屬于曲面造型。.有多個空間面組成，在構(gòu)造實體時首先應(yīng)使用空間曲線構(gòu)造實體的空間線架，然后利用直紋面生成曲面，可以逐個生成也可以將生成的一個角的曲面進行圓形均布陣列，最終生成所有的曲面。.采用平面輪廓和參數(shù)線方式對曲面進行加工。加工零件圖

3.實驗流程四、實驗步驟.接通電源，啟動計算機進入軟件系統(tǒng)，進入 CAXA^造工程師軟件界面；.確定造型工藝，依操作步驟進行，完成零件曲面造型；.應(yīng)用平面輪廓和參數(shù)線方式對曲面進彳T加工，生成加工軌跡和生成 G代碼程序;.軌跡仿真；.五角星的整體形狀是較為平坦，整體加工時選擇等高粗加工，精加工時采用曲面區(qū)域加工，生成加工軌跡和生成G代碼程序五、實驗報告.及時編寫實驗報告書。.關(guān)于實驗報告具體內(nèi)容的特殊要求。六、預(yù)習(xí)要求.復(fù)習(xí)CAXA制造工程師軟件.復(fù)習(xí)機床加工工藝學(xué).熟悉加工仿真軟件七、注意事項.按各自的編號分組，不得擅自調(diào)換。.各小組負(fù)責(zé)人認(rèn)真填寫設(shè)備管理登記薄。.加工后的工件不得帶出培訓(xùn)中心； 各小組負(fù)責(zé)人每項工作完畢后應(yīng)將實驗工具和機床臺面整理、清掃好，經(jīng)指導(dǎo)老師認(rèn)可后方可離開。.實驗（實習(xí)）中如有異常情況發(fā)生，應(yīng)及時報告指導(dǎo)老師，否則，如造成不良后果，追究當(dāng)事人的責(zé)任，并做相應(yīng)處理。.沒有按要求熟悉實驗（實習(xí)）指導(dǎo)書的有關(guān)步驟及正確操作方法，造成人身傷害和設(shè)備損壞，追究當(dāng)事人應(yīng)負(fù)的責(zé)任。八、思考題.怎樣完成自動換刀？.對圓柱類零件如何完成對刀并保證不影響加工精度？實驗四數(shù)控雕刻編程實驗實驗-、實驗?zāi)康?、通過數(shù)控雕刻編程實驗，學(xué)生用二維圖像技術(shù)，自選某一對象設(shè)計平面三維模型。2、應(yīng)用CAM軟件產(chǎn)生多重刀具路徑供粗加工、精加工和雕刻加工使用。刀具路徑仿真在正式加工前能絕對直觀地看到加工過程的實際情況。3、設(shè)計好的模型可用多種光源、光形、材質(zhì)和顏色進行著色、陰影和渲染。、實驗要求1、預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書。2、熟悉實驗安全規(guī)程。3、認(rèn)真完成實驗報告4、實驗結(jié)束后做好設(shè)備清理工作三、實驗儀器和設(shè)備.三維數(shù)控雕刻機一臺.PC機一臺三、實驗簡介1.實驗原理本實驗的主要原理是通過PC機進行三維雕刻模型的造型， 在通過CAM功能生成G代碼，通過加工仿真后，檢驗代碼的正確性，然后在進行實際加工。圖 4-1是固高雕刻機的操作界面。固高GEN-G雕刻機控制系統(tǒng)是基于固高公高性能運動控制器和標(biāo)準(zhǔn) CNC系統(tǒng)平臺的開放式系統(tǒng)。固高運動控制器應(yīng)用高速 DSP芯片實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能、高速度和高精度。而CNC系統(tǒng)平臺提供對標(biāo)準(zhǔn)NC程序代碼的編譯，并最終形成運動控制器的控制指令。固高GEN-G雕刻機控制系統(tǒng)軟件提供 NC程序自動執(zhí)行、手動連續(xù)、手動增量、MDI、自動鉆孔等功能，并能實時顯示當(dāng)前坐標(biāo)、進給速度和當(dāng)前執(zhí)行程序段等系統(tǒng)狀態(tài)， 使用戶輕松完成對雕刻機的精確控制。.電機驅(qū)動器及專用輸入連接方法一般的步進電機驅(qū)動器與運動控制器連接，包括三個部分：脈沖輸出、專用輸出、專用輸入。運動控制器的任何控制軸，都可以根據(jù)用戶的要求設(shè)置成脈沖控制信號輸出的形式，用來控制步進電機或脈沖方式控制的伺服電機。脈沖輸出、專用輸出通過端子板 CN5、CN6、CN7、CN8與電機馬區(qū)動器連接。專用輸入通過端子板 CN5、CN6、CN7、CN8、CN12與電機驅(qū)動器及外部開關(guān)相連，連接方法見圖 3。驅(qū)動器報警輸入信號為常閉狀態(tài)， （用戶不用時，請將該輸入對地短接）。根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的限位開關(guān)須接成常閉狀態(tài)。當(dāng)工作

臺的運動超過其物理有效行程將使限位開關(guān)打開。限位開關(guān)輸入信號的有效電平可以通過主機命令進行選擇。原點開關(guān)為常開狀態(tài)。.通用數(shù)字量輸入/輸出連接方法通用數(shù)字量輸出由端子板CN14輸出。當(dāng)輸出接感性負(fù)載時，應(yīng)考慮反電勢的泄放。通用數(shù)字量輸入由端子板CN13、CN12輸入。. RS-232連接方法運動控制器提供串行通訊方式與主機交換信息的方法，通訊通過接口端子板 CN4實現(xiàn)。.模擬輸入連接方法運動控制器提供可選的模擬輸入信號，通過端子板 CN11實現(xiàn)。標(biāo)理欄 豪維快旋揍fll區(qū)施工圈感IXX4-TM M孫標(biāo)理欄 豪維快旋揍fll區(qū)施工圈感IXX4-TM M孫四、實驗步驟.接通電源，啟動計算機進入軟件系統(tǒng);.三維雕刻模型的造型；.加工軌跡的后置G代碼處理；.軌跡仿真；.設(shè)置三維雕刻機的系統(tǒng)加工參數(shù)；.實際加工；五、實驗報告.及時編寫實驗報告書。.關(guān)于實驗報告具體內(nèi)容的特殊要求。六、預(yù)習(xí)要求.復(fù)習(xí)數(shù)控編程G代碼.熟悉固高三維數(shù)控雕刻機的操作軟件.熟悉三維造型軟件七、注意事項.按各自的編號分組，不得擅自調(diào)換。.各小組負(fù)責(zé)人認(rèn)真填寫設(shè)備管理登記薄。.加工后的工件不得帶出培訓(xùn)中心；各小組負(fù)責(zé)人每項工作完畢后應(yīng)將實驗工具和機床臺面整理、清掃好，經(jīng)指導(dǎo)老師認(rèn)可后方可離開。.實驗（實習(xí)）中如有異常情況發(fā)生，應(yīng)及時報告指導(dǎo)老師，否則 ，如造成不良后果,追究當(dāng)事人的責(zé)任，并做相應(yīng)處理。.沒有按要求熟悉實驗（實習(xí)）指導(dǎo)書的有關(guān)步驟及正確操作方法，造成人身傷害和設(shè)備損壞，追究當(dāng)事人應(yīng)負(fù)的責(zé)任。八、思考題.三維雕刻機的工作原理是什么？2.三維雕刻機的插補是如何完成的？實驗五 數(shù)控機床插補原理實驗、實驗?zāi)康?、了解直線插補、圓弧插補原理和實現(xiàn)方法。2、通過利用運動控制器基本控制指令實現(xiàn)直線插補和圓弧插補，掌握運動控制卡的編程方法。、實驗要求1、預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書。2、熟悉實驗安全規(guī)程。3、認(rèn)真完成實驗報告4、實驗結(jié)束后做好設(shè)備清理工作三、實驗儀器和設(shè)備.二維數(shù)控運動平臺一臺.加工中心一臺三、實驗簡介1.實驗原理數(shù)控系統(tǒng)加工零件的輪廓或運動軌跡一般是由直線、 圓弧等組成，對于一些非圓弧輪廓則用直線或圓弧去逼近。 插補計算就是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)， 通過計算，將工件的輪廓或運動軌跡描述出來，邊計算邊根據(jù)計算結(jié)果向各坐標(biāo)發(fā)出進給指令。數(shù)控系統(tǒng)常用的插補計算方法有：逐點比較法，數(shù)字積分法，時間分割法，樣條插補法等。下面就以逐點比較法為例，闡述插補的原理。逐點比較法，即每進給一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進行比較，判斷該點在 圖5-1直線插補原理給定軌跡的上方或下方，或在給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進給方向， 使之趨近給定軌跡。直線插補偏差計算公式：以第一象限為例，取直線起點為坐標(biāo)原點，如圖 5-1所示。圖中m為動點，有下面關(guān)系： Xm/Ym=Xe/Ye。取Fm=Ym*Xe—Xm*Ye作為偏差判別式。若Fm=0,表明m點在OA直線上；若Fm>0,表明m點在OA直線上方的m'處；若Fm<0,表明m點在OA直線下方的m”處。當(dāng)偏差Fm0時，沿+X方向移動一個單位長度A,則Xm+1=Xm+A,Ym+1=Ym,新的偏差為:FmYFmYmi XeXmi Ye Ym XeXm YeYe Fm Ye當(dāng)偏差Fm<0時，沿+Y方向移動一個單位長度A,則 Xm+1=Xm,Ym+1=Ym+A,新的偏差為：Fm1Ymi Fm1Ymi XeXmi Ye Ym XeXeXm Ye FmXe當(dāng)兩方向所走的步數(shù)與終點坐標(biāo) （Xe,Ye）相等時，停止插補。其它三個象限的計算方法，可以用相同的原理獲得，表5-2為四個象限插補時，其偏差計算公式和進給脈沖方向，計算時， Xe,Ye均為絕對值。Fm孑口Fm<0L2 J1LlFm<0y加工指令進蠟方向加工指告進給方向Ll+aXLl+A￥LZ-fiXL2*aY川/LA13—iXIJ-AY/1L4+AXL4-AYL3Fm+1=Frn-AYeFm*i=Fm+aXe表5-2直線插補插補過程分為四個步驟:1）偏差判別：根據(jù)偏差值判斷刀具當(dāng)前位置與理想線段間的相對位置，以確定刀具的下一步走向。2）坐標(biāo)進給：根據(jù)判別結(jié)果使刀具向 X、Y方向移動一步。3）偏差計算：當(dāng)?shù)毒咭苿拥叫挛恢脮r，再計算當(dāng)前位置與理想線段間的偏差，以確定刀具的下一步走向。4）終點判別：判斷刀具是否已達到終點。若未達到終點，則繼續(xù)插補；若達到終點，則結(jié)束插補。終點判別的方法如：.設(shè)置兩個計數(shù)器分別存入Xe,Ye坐標(biāo)值，在X坐標(biāo)（Y坐標(biāo)）進給一步，就在相應(yīng)的X（Y）計數(shù)器減1,直到兩個計數(shù)器都減到零時，就到達終點。圖5-3圓弧插補原理.用一個終點計數(shù)器，寄存X、Y圖5-3圓弧插補原理終點的總步數(shù)，X、Y坐標(biāo)每走一步，減1,直到為零時，就到了終點。圓弧插補偏差計算公式：偏差計算公式：以第一象PM逆圓為例，如圖5-3所示。圖b圓弧圓心在坐標(biāo)原點，A為起點，B為終點，半徑為R,假設(shè)運動瞬時點為 m,它與圓心的距離為 Rm,以Rm和R平方差

作為偏差值，則偏差判別式為：若Fm=0,表明m點在圓弧上；若作為偏差值，則偏差判別式為：若Fm=0,表明m點在圓弧上；若Fm>0,表明m點在圓弧下；若Fm<0,表明m點在圓弧內(nèi)。當(dāng)Fm涮時，為了逼近圓弧，應(yīng)沿一Xm+1=Xm-S,Ym+1=Ym,新偏差值為：2 2Fm1Xm1Ym1當(dāng)Fm<0時，為了逼近圓弧，應(yīng)沿十Xm+1=Xm,Ym+1=Ym+ 新偏差值為：F.X，Y2m1 m1 m1方向進給單位距離8,到m+1點，其坐標(biāo)值為R2R22Fm2Xm+ 2方向進給單位距離8,到m+1點，其坐標(biāo)值為Fm+2 Ym+ 2Fm=0是5-4為四個象限的順5-4為四個象限的順/逆圓弧插補的進給方向和偏差計算的歸納。 圓弧插補的終點判別和插補計算過程和直線插補基本相同，但在偏差計算的同時，還要進行動點瞬時坐標(biāo)值的計算， 以便為下一點的偏差計算作好準(zhǔn)備。Fm<0iSR4VFm加 FmkR；?s0]—―VI;Ii]<0LNR1Fm占O,00\Fin^OFw0、卜J，*/Fm<0srNthJYFm^SR2 SrXr 1<0 Emd FiZNR2i]之0線形Fm可Fm<0力向偏差計算力向偏差計算SR1Y— L - 、， 2Fm1 Fm 2 YmX— L - 、， 2Fm1 Fm 2 XmSR2X— L - 、， 2Fm1 Fm 2 XmY— L - 、， 2Fm1 Fm 2 XmSR3YF,F2Y2m1 m mXF,F2Y2m1 m