数控技术实验讲义及实验报告.docx
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数控技术实验讲义及实验报告
数控技术实验讲义及实验报告
袁荣娟王志勇
机制实验室
1999年3月
实验一数控车床的调整、手工编程及加工实验…………………………(3)
实验二图形自动编程实验…………………………………………………(28)
实验一数控车床的调整、手工编程及加工实验
一、实验目的
1、了解数控车床的组成、基本结构及。
2、了解数控车床的基本运动、加工对象及其用途。
3、了解数控车床操作面板各按键(CNC界面)的功用。
4、掌握数控车床的调整及加工前的准备工作。
5、掌握手工编程的指令及编程方法,并能够对给出零件图形进行编程。
6、掌握CNC系统的运行过程,加工出零件图形中指定的零件。
二、实验原理
数控加工在制造业中占有非常重要的地位,数控机床是一种高效的自动化设备,它可以按照预先编制好的零件数控加工程序自动地对工件进行加工。
理想的加工程序不仅应能加工出符合图纸要求的合格零件,同时还应使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥。
以使数控机床安全可靠且高效地工作。
程序编制是数控加工的重要组成部分,加工的零件形状简单时,可以直接根据图纸用手工编写程序。
如果零件形状复杂和三坐标以上切削加工时就需要采用应用计算机的自动编程手法。
本实验通过仪表数控车床KG100-T数控系统,用手工编程的方法对零件进行编程,调整KG100-T系统及机床,达到加工出所给零件图形的零件目的。
三、实验仪器
仪表数控车床KG100——T数控系统。
微机一台
硬件要求:
CPU300;4G以上硬盘;128M内存;15吋显示器;
软件要求:
DOS操作系统;WIN98操作系统;
卡尺
零件毛坯
四、实验内容及步骤
本数控车床主要由KG100——T系统及机床的控制面板的手动部分来操纵。
首先熟悉一下系统的界面和操作面板。
(一)、系统界面
进入系统后出现如图所示主界面,主要由文件功能、手动方式、自动方式、系统参数、磨损参数、刀尖参数、诊断功能、PLC七部分组成。
在主界面下用户可以在编辑区输入零件的加工程序,也可以按右边的功能键进入相应的子功能区。
如图下所示:
系统主界面
1、文件功能
文件功能包括打开文件、保存文件、另存文件和删除文件四个子功能,每一子功能可由TAB键或其热键来执行,通过界面对话来进行对文件的操作。
文件功能
1、手动方式
手动方式
在主界面下选定手动方式热键进入手动工作方式。
在手动方式下可通过方向键或面板上的手摇轮和方向键来控制机床的运动。
在手动方式下界面如下图所示,有如下功能:
2.1手轮进给手动方式下按手轮进给热键,然后再按轴向选择热键来切换当前手轮对应的移动轴,通过坐标值显示区中亮显的轴标来确定当前手轮对应的移动。
2.2步长选择步长选择分为:
×1、×10、×1000、×10000四档,单位为微米。
可由步长选择的热键来改变单步的移动步长。
2.3回参考点对于数控车床执行了回参考点操作后,相当于建立了机床坐标系,即当前刀具的刀尖位置对应于系统的参考点坐标。
在手动方式下按回参考点的热键便自动回参考点(将工作台移动到参考点位置的范围内才可进行回参考点的操作)。
2.4系统复位当系统在运行过程中,出现紧急情况而急停后,伺服都会被关断。
在控制器要继续控制机床运转时,必须进行系统复位以打开伺服。
注意:
在系统复位后必须执行回参考点的操作,才能正确执行对机床的控制。
2.5其他功能在手动方式下还可以设置手动速度、主轴速度和刀具偏置号等。
具
体操作如下:
按Esc或F10键可弹出快捷菜单,通过其对应的热键或上下方向键来选择,按回车键确认以后将弹出与之对应的对话框。
3、自动方式
自动方式在主界面中按自动方式热键即进入该功能界面如上图所示。
它包括图形仿真、刀路检查、加工启动、加工复位、显示切换、单步连续、暂停加工、返回编辑八种功能。
在自动方式下可按键盘上或面板上的方向键来控制机床的移动。
(移动步长在手动方式下设定。
右侧的功能菜单区中所有的亮显均处于激活状态,各界面都如此)
:
自动方式主界面
3.1图形仿真该功能用于仿真当前加工程序对应的工件轮廓,可确定编制的加工
程序是否正确。
图形仿真
3.2刀路检查该功能显示出加工刀具的实际轨迹。
(当图形仿真操作执行后该功能才有效)它能进一步检查零件加工程序的正误。
3.3开始加工当确定加工程序正确无误后,可按加工启动的热键或面板上的循环启动按键开始进行加工。
(开始加工每次都是从程序的开头进行加工的)如上图所示,十字线的焦点便是刀尖加工时的所在位置。
此时加工到圆弧处。
刀路检查和启动加工
3.4加工复位该功能用于从中断处继续加工,在加工过程中暂停后,或返回编辑方式后,零件程序不作任何改动而再次进入自动方式时或在单段加工模式下,每一个程序段加工完成后,按加工启动的热键或面板上的循环启动按键就可从中断处继续向下加工。
3.5显示切换该功能用于图形显示和坐标显示之间的切换。
该功能在执行图形仿真操作执行后才有效。
3.6单步连续在单步模式下,系统每执行一个程序段后就停下来,并弹出一个信息提示窗,提示用户当前段执行完成,按任意键确认后等待用户的下一步指令。
连续模式下系统可连续输出,直到程序的结束。
3.7暂停加工执行该功能后,刀具停止在当前的位置,等待用户的下一步指令。
暂停加工后,可按加工启动热键从中断处继续加工。
3.8返回编辑执行该功能后,系统除执行与暂停加工相同的动作外,同时返回到编辑状态,如果没有修改程序并再次进入自动方式下时,可按启动加工键从中断点处继续加工。
如修改了程序,按下启动加工键时将弹出一个提示窗口,提示用户是否可以继续加工。
3.9其他功能在自动方式下,系统除实时跟踪图形和坐标位置外,也对加工代码实时跟踪,在编辑区中的大光条跟踪的代码与当前加工段一一对应。
4、系统参数
按下系统参数设计对应的热键将弹出参数对话框,可通过一些参数的设置来修改系统状态,例如加工时的快进速度、X轴编程方式等。
如下图所示,可进行参数配置。
按相应的热键可分别进入刀具参数、刀尖参数、磨损参数的设计,可通过相应的对话框进行修改。
系统参数主界面
4.1刀尖参数即刀具几何补偿参数,在铸功能区功能中按下对应热键即可弹出如下图所示参数框。
刀具几何补偿包括补偿号、X向偏置、Z向偏置、刀尖R补偿及刀尖方位。
X、Z向偏置量就是刀具刀尖到基准点沿X、Z向的方向和大小。
刀尖
R补偿量就是刀尖的圆弧半径。
刀尖共有9种方位。
刀尖参数设定
4.2刀具磨损即刀具磨损参数,在铸功能区中按下对应热键,即可弹出下图刀具所示的对话框。
刀具磨损补偿参数包括补偿号、X向磨损、Z向磨损、刀尖R磨损
补偿以及刀尖方位。
X、Z向磨损偏置量就是当前刀具刀尖和磨损前的刀具刀尖之间沿X、Z向的距离。
刀尖R补偿量就是刀尖的圆弧半径磨损量。
刀尖方位共有9种方位。
当该参数表中的刀尖方位与刀具几何补偿参数表中的刀尖位置不一致时,以刀具参数表中的刀尖方位为准。
磨损参数
5、诊断功能诊断功能包括输入诊断、输出诊断、轴诊断、主轴诊断和螺距补偿五部分。
通常机床在出厂后不允许修改诊断参数,只有维护人员才能修改,否则会导
致系统不正常运行,甚至产生严重后果。
在按下诊断功能进入该功能界面后,按相
诊断功能
应的功能热键便可进入相应的功能区。
5.1输入诊断按下输入诊断对应的热键,便得到如图所示的用户界面,用户可在以输入量参数框中浏览各个输入参数对应的端口地址、位地址以及有效电平,如何伺服报警、紧急停止等输入参数。
这些参数在机床出厂前已经设置好,用户不得更改,只有维护人员可根据实际情况加以修改。
输入诊断
5.2输出诊断按下输出诊断对应的热键,便可得到如图所示的用户界面,用户可以在输出量参数框中浏览各个输出参数对应的端口地址、位地址以及有效电平,如报警解除、主轴正转等输出参数。
这些参数在机床出厂前已经设置好,用户不得更改,只有维护人员可根据实际情况加以修改。
输出诊断
5.3轴诊断按下轴诊断对应的热键后便可进入如下图所示的用户界面。
轴诊断功能可以诊断X、Z轴的所有参数,诸如每个轴所对应的端口地址、PID调节参数等,维护人员可以通过修改参数来改变每个轴对应的通道,以及机床的动态特性等很多
与轴运动有关的状态。
轴诊断界面
主轴诊断按下主轴诊断的对应热键,便得到如下用户界面,可以浏览与主轴有关的各种配置参数。
(二)、编程基础知识
1、程序编制的主要内容:
主要包括分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写程序清单、制备控制介质及程序校验。
2、编程的基础知识
2.1轴定义:
KG100——T系统可在X轴、Z轴组成的直角坐标系中进行定位和插补运动。
其中X轴为水平面的前后方向(横向),Z轴为水平面的左右方向(纵向)。
X轴、Z轴均规定远离工件方向为正向。
2.2加工坐标系与编程坐标系
2.2.1参考点在数控机床中,一般设有一个特定的换刀或进行坐标系设定的位置,称参考点。
2.2.2坐标系在编制程序和实际加工时都有立自的坐标系。
(1)编程坐标系:
该坐标系建立在零件图纸上,零件图纸尺寸作为编程的数据。
(2)工件坐标:
该坐标系在实际加工时,通过程序来建立程序指令,数值就是当前刀具的坐标位置。
为了能按照给定的图纸正确地加工出零件,必须使两个坐标重合。
车床一般选用以下坐标系:
a、在卡盘上面设定坐标原点。
b、在工作端面上设定坐标原点。
坐标原点
3、编程坐标用来指定刀具的移动位置。
系统可用绝对值和增量值表示坐标值,分别用X、Z和U、W地址来表示。
二者亦可混合使用,但U、W始终表示为增量值,不管是G90或G91方式。
4、直径指定和半径指定
直径指定:
X轴的指令为图纸上给出的直径。
半径指定:
X轴的指令为图纸上给出的半径。
5、坐标单位及范围
本系统的最小单位为:
X轴:
最小设定单位0.001mm,最小移动单位0.0005mm(直径编程)。
最小设定单位0.001mm,最小移动单位0.001mm(半径编程)。
Z轴:
最小设定单位0.001mm,最小移动单位0.001mm
编程的最大范围是±9999.99mm
(三)、程序的构成
加工程序必须以KG100——T能接受的格式输入。
一个程序由若干个程序段组成,程序段的段号必须从小到大编号,每个程序段有以下几部分组成:
N:
程序段号F:
进给速度
G:
准备功能S:
主轴速度
T:
刀具号M:
辅助功能
X(U)、Z(W)坐标值;:
程序段结束符
其中不一定每个程序段都必须具有这些指令。
在本系统中每个程序段中的T、M、F、S指令先于移动指令进行。
在系统中如果要跳过某一段程序,则在该程序段前加“″”即可,使系统不执行该程序段。
本系统中以“%”表示程序段开始,“;”表示程序段结束。
在程序的最后用“M30;”表示程序结束,“M99”表示子程序结束。
(四)、手工编程举例
下面列举一个具体的实例进行说明
N001%;程序开始
N050G00X35.Z130.;刀具快速进给到X=35、Z=130
N010T0100;选01号刀取消刀具补偿
N015S400.M04;主轴速度为400mm/min,反转
N020G73U1.W1.R3;成型粗加工复式循环x为1,z为1,R3为循环3次
N025G73P030Q050U0.2W0.2F80;精加工参数x为0.2(直径指定)z为0.2切削速度80
N030N01G00X13.Z125;刀具快速进刀到X=13、Z=125
N035W-10F100;外圆加工z负方向加工10mm进给速度100
N040G03X23.Z105.R10.F100;圆弧加工弧终点X=23、Z=105半径为10进给速度100
N045G01U10.W-10.F100;直线插补加工到X=33、Z=95进给F为100mm/min
N050G01U3.;退刀
N055G00X80.Z190.;快速直线插补回到参考点位置X=80、Z=190
N060M05;主轴停止
N065M30;程序结束并且CNC返回到程序开始的第一段
实际加工的坐标和走刀路线如图所示:
程序中,总加工余量为x=1+0.1,z=1+0.2(注意其直径指定和半径指定),粗加工余量1mm分三次走刀完成。
精加工完成后,刀具不按图中虚线退刀,而直接回参考点。
注意:
该系统具有记忆功能,功能参数不设系统默认为上次设的参数。
在加工循环中复式循环程序中间包含的F、S、T指令无效,在G71指令行中的F、S、T指令才有效。
在粗加工时余量为半径指定,精加工时为直径指定。
(五)、操作
熟悉上述指令功能后便可进行操作练习。
1、接通
接通电源总开关,然后接通机床电源、伺服电源和计算机电源,使得机床和控制器上电。
2、回参考点
主轴诊断
机床和控制器上电后,进入车床主控系统,按下手动方式对应的热键进入手动方式后,按回参考点热键进行参考点的练习。
3、刀具
在刀架上安装好加工时需要的各种刀具。
在加工和运行过程中可在面板手动进行主轴调整和进给调整,刻度的百分比为程序设计速度的百分比。
在执行螺纹加工时,速度倍率开关无效,机床以F编程的100%工作。
4、操作顺序
1)、程序输入
2)、图形仿真
3)、刀路检查
4)、毛坯安装
5)、设置刀具补偿值
6)、加工
其他操作
1、加工中断后再启动。
2、在自动运行途中插入手动操作。
3、紧急停止。
实验报告
实验名称:
班级:
学号:
姓名:
日期:
思考题
1、数控机床与普通机床在性能上有什么不同?
2、数控机床为了保证达到高性能在结构上采取了那些措施?
3、数控机床与普通机床相比较机构上有那些不同?
4、数控车床传动系统与普通车床有什么区别?
5、数控机床适合加工什么样的工件和多大的批量?
6、数控机床开启后为什么要进行回参考点?
7、数控车床的加工精度是由那些因素决定的?
8、机床上工件的实际坐标系与程序中的坐标系是如何有机地联系起来的?
9、G00与G01指令有何不同?
10、数控系统编程时应注意哪些问题?
11、自己编一零件加工程序并画出工件坐标及刀路图。
附录
指令地址与功能
功能
指令地址
意义
程序号
O
程序号
顺序号
N
顺序号
准备号
G
指定的动作方式(直线、圆弧等)
尺寸
X、Z、U、W
坐标的移动指令
R
圆弧的半径
I、K
圆弧中心与圆弧起点之间的偏移量
进给功能
F
进给速度的指定,螺纹导程的指定
主轴功能
S
主轴速度的指定
刀具功能
T
刀具号、刀具补偿号的指定
辅助功能
M
机床侧的ON/OFF控制的指定
暂停
P、U、X
暂停时间的指定
程序号的指定
P
子程序的指定
顺序号指定
P、Q
程序重复部分的顺序号指定
子程序调用
L
子程序的次数
KG100——TG功能表
G代码
组别
功能
G00
01
定位(快速进给)
G01
直线插补(切削进给)
G02
圆弧插补CW(顺时针)
G03
圆弧插补CCW(逆时针)
G04
00
暂停
G20﹡
06
英制输入
G21
公制输入
G28
00
返回参考点
G29
从参考点返回
G33
01
螺纹切削
G40﹡
07
取消刀尖R补偿
G41
刀尖R补偿(左)
G42
刀尖R补偿(右)
G70
00
精加工循环
G71
外园/内径粗车复式循环
G72
端面粗车复式循环
G73
成型加工复式循环
G74
端面啄孔复式循环
G75
外园/内径啄孔复式循环
G76
螺纹加工复式循环
G77
01
外径/内径车削加工
G78
螺纹切削加工
G79
端面车削加工
G90﹡
03
绝对编程
G91
增量编程
G92
00
设定坐标
G94﹡
05
每分进给
G95
每转进给
注意:
1、除00组外的指令为模态指令,即当该G功能被编程后,就一直有效,直至被同一组其它不相容的G功能代替。
2、在G功能后标有“﹡”号的指令是开机时CNC所具有的工作状态。
3、00组的指令为一次指令,即只在其指令的程序段中有效。
4、如果不相容的G功能被编在同一程序段中,则CNC认为后编入的那个G功能有效。
T刀具编程
T指令用于选择加工时使用的刀具,其后的数值前两位表示刀具选择号,后两位表示刀具补偿号。
T后跟一位数时,数值表示选择的刀具号,补偿号继承前一次。
T后跟两位数时,前一位数值表示选择的刀具号,后一位表示补偿号。
T后跟三位数时,前一位数值表示选择的刀具号,后两位表示补偿号。
M辅助功能
M01有条件停止
M02、M30程序结束且返回到程序开始
M03/M04/M05起动主轴正传/反转/停止
M08/M09冷却液开/关
M98子程序调用
M99子程序结束
S主轴速度,CNC面板上有主轴修调按键,可以用它来改变主轴速度,变化范围为50%~120%。
F为进给速度编程
工作在直线插补(G01)或园弧插补时,编程的进给速度有效。
工作在快速定位(G00)时刀具以定位速度运动,与编程的进给速度无关。
借助于CNC面板上的进给速度倍率开关,已编程的进给速度可以在0%~150%。
之间修调。
在执行螺纹加工时,速度倍率开关无效,机床以F编程值的100%工作。
实验二图形自动编程实验
一、实验目的
通过图形自动编程系统使同学们了解其系统的组成及自动编程的全过程,为开发数控加工系统打基础。
二、实验原理
图形交互式自动编程是数控自动编程系统的发展趋势。
本系统是一个用BorlandC++开发的一套基于DOS操作系统的,集图形输入、刀位数据生成和后处理于一体的图形编程软件。
由于目前大多数数控系统都是基于DOS操作系统的,所以该软件可以作为切割类数控系统的编程模块实现在线的图形编程,也可以用做独立的轮廓加工类机床的编程工具。
图形自动编程是以图形要素为输入参数,从再现零件图形,生成走刀轨迹,直到生成数控加工指令的全过程,都通过屏幕菜单驱动,图形交互式得到的。
将过去枯燥烦琐的编程过程变得形象、直观、高效、又令人兴趣盎然。
本实验以线切割自动编程系统为例,让学生编制一段线切割加工的数控程序,使同学们在实际编程过程中了解图形自动编程的全过程及图形自动编程系统的组成,为从事数控加工和系统开发打下基础。
三、实验仪器
微机5台
硬件配置:
软件配置:
四、实验内容及步骤
(一)、实验内容:
GWCAD—1型线切割图形自动编程系统是机制研究所近期开发的一套用于线切割机床的图形自动编程系统,系统流程如下:
零件
图纸
图形
输入
生成加
工路线
刀位
文件
后置
处理
代码
输出
系统主菜单:
文件功能
图形编程
手动功能
自动功能
远程通讯
退出系统
在文件功能中,可新建、读入、保存、删除文件。
1、文件功能:
建新文件
读入文件
保存文件
删除文件
返回
2、编辑功能(图形元素的输入):
图形元素的输入功能用于定义工件轮廓中包含的几何元素,可
以输入直线、圆、圆弧,每一种图形元素设计了不同的输入方式,用鼠标和数值输入相结合的方法进行。
输入过程中每一步,在提示栏中会提示用户下一步应该进行的操作。
如有操作错误,则会给出错误提示,用户可按ESC键或鼠标右键,返回上一步,重新输入。
图形编程功能:
画直线
画圆弧
画圆功能
宏功能
编辑功能
加工路线
数控代码
返回
2.1画直线
1)、指定直线的起点和终
点;(两点画线)
2)、直线上一点,输入
直线的斜率;(点斜线)
3)、定直线上一点和与
之平行的直线(平行线);
4)、直线上一点和与之垂
直的直线(垂直线)。
5)、返回
2.2画弧功能
1)、选定圆弧起点、终点和
圆弧上的一点;(三点—两点半径)
2)、指定圆心、圆弧起点和
终点。
(圆心夹角)
3)、返回
2.3画圆功能
1)、定圆心,输入半径值(圆
心半径);
2)、选定圆周上的三个点
(三点画圆)。
3)、返回。
2.4编辑功能
1)、将已经画好的线段延
长或缩短(延长)。
2)、将图形上多余的线段删除(剪裁)。
(a)选定被剪切元素;(所选线段变色)
(b)选定剪切元素;(所选线段变色)
(c)回车确认。
3)、将画错的线段或多余元素删除
4)、返回
利用图形编辑功能将无序的,长短不齐的几何元素编辑成首尾衔接的工件轮廓,对其进行加工路线的确定。
2.5加工路线
1)、选择起刀点和切入元素如果工件轮廓是内轮廓,应
将起刀点选在轮廓之内,反之应选在轮廓之外。
起刀点的选择原
则见手工编程一节(本实验在图
形内选择一点)。
切入元素是指工件轮廓上最先加工的几何元素(本实验选对应的;一条边为切入元素)。
选择了起刀点和切入元素后,系统
按最短路径原则生成起刀点到切入
元素间的直线段并将该直线段加入到图形元素数据中去。
2)、加工方向同样的轮廓
有顺时针和逆时针两种不同的切削方式,不同的加工方向会影响工件的加工精度和表面质量。
选定了加工方向以后,系统自动将图形元素按加工路径排序,并将排序后的图形元素存入数据库。
3)、返回
2.6宏指令功能
系统设计了宏指令
功能,主要有以下两方面的
用途:
1)、用户可以将自己编程
中经常用到的几何元素作为一个几
何元素组存储起来,整体地使用,
可以使编程更加灵活,加快编程
速度。
2)、工路线相当
于刀位数据,加工路线编辑完成后也将作为宏存储,因为加工路线是通用的,这样便于在后处理过程中用同一加工路线生成不同机器的数控程序。
(1)、读入宏:
将已经保存过的图形文件打开。
编辑完成的图形文件保存后要通过读入宏重新确定。
(2)、保存宏:
将编辑
完成的几何文件保存起来。
(3)、删除宏:
将不用
的图形文件删除。
(4)、返回。
2.7数控代码
生成数控代码之前,需要设定机床和工艺参数。
本系统将经常用到
的参数保存在数据库中,用户通过
浏览数据库可以很方便地用填表的方式设定自己需要的参数。
(1)、参数设定:
点击参数设定键,出现参数设定窗口,进行切削参数的设定(切丝直径、刀补方向、机床类型)。
(2)、柱/锥面:
点击此键,选定生成的文件名,点击鼠标左键,确定图形位置,在提示栏内输入生成的数控代码文件名。
(3)、上下异面。
(4)、返回。
3、打开生成的数控代码文档
在WINDOWS系统中的记事本中打开CNC目录下的数控代码文档—TEST文件。
将此代码输入到线切割
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