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说明书

徐州工程学院

数控技术课程设计说明书

题目：

拐臂的数控加工

姓名

班级

06机本2班

学号

200606

指导教师

崔增柱李清伟

2010年1月20日

徐州工程学院

工艺工装设计任务书

机电学院机械专业06机本1班姓名

一、设计题目

拐臂的数控加工

二、设计任务

根据提供的零件图及相关的技术要求，用自选数控系统（车削数控系统和铣削系统）的编程指令编程相应的数控加工程序

设计内容及步骤

1根据零件图要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线；

2选择机床设备；

3选择刀具；

4确定切削用量；

5确定工件坐标系、对刀点和换到点；

6编写程序

完成的工作量

绘制零件图一份，设计说明书一份

三、设计时间

2010年1月1日至2010年01.月20日

指导教师崔增柱李清伟

教研室主任李志

目录

一．实验5

实验一系统的接线5

实验二开机11

实验三数控机床的基本操作与基本概念13

实验四数控系统调试15

实验五数控系统调试（NC部分）18

实验六数控系统调试（PLC部分）23

实验七变频器的使用30

实验八换刀36

实验九故障设置与诊断、排除37

实验十对刀41

实验十一编程操作与加工实例45

二．加工工艺过程分析46

刀具选择46

加工余量的确定46

三．定位及程序编写47

参考书目51

总结52

一．实验

实验一系统的接线

1．1实验目的：

了解NNC-RTF数控车床调试维修实验台的组成和电缆连接；掌握FANUC0IMATETC系统的构成。

1．2实验装置：

NNC-RTF数控车床调试维修实验台由八块控制演示板组成。

其控制板各部分的组成如下：

1）电器模块

2）系统模块

3）主轴模块

4）换刀模块

5）I/O模块

6）进给模块

7）进给模块

8）电源模块

1.3实验步骤：

1）FANUC0IMATETC系统构成见图1-1。

FANUC0IMATETC系统可控制3个伺服电机轴（X轴、Y轴和Z轴）和一个开环主轴（轴SP）。

伺服电机由动力和编码器反馈构成，其动力和反馈均接到相应的伺服放大器。

本试验台的X轴采用的是光栅尺反馈；而主轴采用三菱变频器控制，主轴电机连接了一个编码器，用于主轴转速的检测。

FANUC0IMATETC由下列各部分组成：

①显示器和MDI键盘

②机床面板（自制）

③控制单元（NC）

④输入/输出单元（I/O）

图1-1FANUC0IMATETC系统构成

2）掌握FANUC0IMATETC系统的接线

系统连线.见图1-2：

图1-2FANUC0IMATETC系统的接线

①数控系统工作电源CP1

插头1脚接直流24V,2脚接24V地。

DC.24V由外部提供。

演示板上的电源已连接好。

当合上电源总开关QS1、变频器电源开关QS2,伺服驱动电源开关QS3,开关电源开关QS4,按下小面板上的NCON，数控系统得电。

JA7A为主轴编码器输入（20芯）。

其各脚号定义见表一。

表一：

来自主轴编码器的信号接入演示板下方的20芯插座JA7A上，接至JA7A蓝色框中的相应检测端子，再接入系统。

见图1-3：

编码器20芯针插座检测端子系统

图1-3编码器的输入

③JA40为模拟主轴接口。

其各脚号定义见表二：

表二：

④JD1A1为I/O接口。

其各脚号定义见表三：

表三：

实验二开机

2．1实验目的：

连接并检查硬件接线；接通实验台和机床电源

2．2实验装置：

综合实验台和数控机床

2．3实验步骤：

1）将系统演示板下方的X7连接至进给演示板的X7；将系统演示板的X6和X20插头插上。

2）将I/O模块演示板左下方的X100插头插上。

3）将电器模块演示板的RDY1与RDY2用接插件分别连接到系统演示板X20的RDY1与RDY2上。

电器模块演示板的上方有一些器件组成

4个空气开关（QS1~QS4）；

1个接触器（KM0）

1个直流24V小型继电器（KA0）。

24V开关电源:

AC220/DC24V

电器模块板后方有：

变压器：

AC220/AC40V

电桥：

整流滤波电路

4）连接并检查系统模块演示板与主轴演示板的连接：

虚线为连接线。

5）

系统模块主轴模块

+/-10V-----------------------2

G------------------------5

6）连接并检查I/O模块演示板与主轴模块演示板的连接：

I/O模块主轴模块I/O模块主轴模块

Q0.0STFQ0.1STR

SDSD

7）为了给I/O模块提供24V电源，将电源模块演示板上的24V电源连接至I/O模块演示板的相应端子。

8）检查I/O模块演示板与换刀模块演示板的连接：

虚线为连接线。

换刀板I/O板换刀板I/O板

CWQ0.4CCWQ0.5

（X200）（X200）

9）将电源总开关合上后，交流220V电源进入实验台，电压表和电流表将有显示，插座上有220V电压,可供外部测试仪器通电使用。

10）将电器模块演示板上的QS2、QS3、QS4合上。

11）合上直流24V电源开关。

数控系统得电，大约等待30秒，数控系统自检完毕，数控系统内的继电器触点RDY1,RDY2闭合。

12）将机床上的钥匙打到ON，按下驱动开。

电器模块上KMO，KAO动作，驱动和变频器得电。

系统引导以后进入“加工”操作区手动Ref运行方式。

出现“回参考点”窗口。

说明：

当有紧急情况时，可按下实验台电源模块上急停按钮，交流220V电源被切断，此时须将故障排除后，才能再次上电。

如果有故障使总电源跳闸，排除故障后，须按下电源总开关上的兰色按钮，使其复位，才能再次上电。

实验三数控机床的基本操作与基本概念

3.1实验目的：

熟悉操作区域及最重要的软件功能和简单的操作

3.2实验装置：

数控实验台及机床

3.3实验步骤：

1）熟悉操作区域

控制器中的基本功能可以划分为以下几个操作区域：

图3－1SINUMERIK802SBaseline操作区域

操作区域更换

操作加工显示键可以直接进入加工操作区；

使用“区域转换”键可从任何操作区域返回主菜单；

连续按两次后又回到以前的操作；

系统开机后首先进入“加工”操作区；

保护级可以通过设定口令字对系统资料的输入和修改进行保护；

用户可以在菜单“显示机床资料”诊断操作区修改保护级；

缺省设定：

保护级3（操作员）；默认设置密码：

customer

在下面的菜单中，输入和修改资料取决于所设定的保护级；

●刀具补偿

●零点偏置

●设定资料

●RS232设定

2）熟悉重要的软件功能

3）简单操作（回参考点）：

①、按机床控制面板上的“参考点”键，启动回参考点运行。

在回参考点窗口（图2-1）中显示该坐标轴是否必须回参考点

参考点灯灭坐标轴未回参考点

参考点灯亮坐标轴已经到达参考点

②、按机床控制面板上的坐标轴方向键“+X”，使X轴回参考点。

③、按机床控制面板上的坐标轴方向键“+Z”，使Z轴回参考点。

如果选择了错误的回参考点方向（例如-X，-Z），不会产生运动。

4）简单操作（对刀）：

（见实验十）

G54～G57可设定的零点偏置

G518可编程的零点偏置

G500取消可设定的零点偏置

5）简单操作（输入新程序）

6）简单操作（编程加工）

实验四数控系统调试

4.1实验目的：

在“诊断”操作区用诊断功能；设定口令

4.2试验装置：

数控实验台和机床

4.3实验步骤：

1）按软键“诊断”，显示诊断状态图（图4-1）

图4-1

2）按软键“报警”

在窗口中显示所有报警，从高级别开始逐行显示。

显示内容包括：

“报警号”“报警内容”及“删除条件”。

图形说明：

①﹑报警号

在该项下显示报警号，报警按时间顺序显示。

②﹑删除条件

在删除条件栏下显示删除该报警所用到的键。

系统断电再通电（解除外部式CNC硬件故障和严重的软件故障）

按“复位”键（可解决大部分故障）

按“报警”键（可解决因操作错误的故障）

用数控启动键（解决编程操作中的轻级故障）

③﹑报警内容

在该项下显示相应的报警文本。

更详细的内容可以参见《802S/CBaseline故障诊断手册》

对于重新启动系统后仍不能解决的故障可以将报警号告诉生产厂家，以便解决。

3）按软键“调试”进行参数的修改

开机调试功能分以下几个软键:

（图4-2）

图4-2

4）①﹑按软键“诊断”“调试”“口令设定”。

（图4-3）

②﹑输入口令字“EVENING”。

（机床制造商默认口令）

③﹑按下软键“确认”,接收所设定的口令字。

如果按返回键，则没有确认直接返回开机调试主菜单。

实验五数控系统调试（NC部分）

5.1实验目的：

通过坐标参数调试使机床的坐标轴运动符合精度与速度要求

5.2试验装置：

数控实验台和机床

5.3实验步骤：

1）802SBaseline坐标参数调试最重要的三个参数

设定：

30130=2,30240=3,34200=2

1按下软键“诊断”→“机床数据”，出现图5-1所示

2按下软键“轴数据”，打开轴数据窗口。

按“〉“，出现图5-2。

3用软键“轴+”“轴-”选择相应的坐标轴。

首先选X轴。

4按动操作面板上的“光标向上”或“光标向下”键，将光标移至30130，输入数值2，按黄色的“回车/输入键”。

5按动“光标向下”键，移动光标至30240，输入数值3，按黄色的“回车/输入键”。

6按下软键“搜索”,出现图5-3

7输入要查询的机床数据号“34200”，按下“确认”。

光标立即定位到所要查询的机床数据34200上。

输入设定值2，按下黄色的“回车/输入键”。

8按软键“轴+”，选择Z轴。

重复④-⑦。

机床数据的生效条件是:

P0（PowerOn）系统上电时参数生效；

RE（Reset）系统复位时参数生效；

CF（Configguration）按“数据生效”软菜单键参数生效；

IM（Immediate）立即生效。

因为30130﹑30240﹑24200的生效条件都是P0，因此，要重新上电。

9按软键“调试”→“调试开关”→“NC”（选择正常上电启动）→“确认”。

系统重新上电。

说明：

30240=0模拟

=2标准编码器

=3用步进电机控制的编码器

30130=0模拟

=1方波编码器

=2步进电机控制

如果设定30240=0，30130=0，则移动坐标轴时，仅屏幕坐标数值变化，而实际坐标轴不动。

2）设定传动系统的机械参数（X轴﹑Z轴）

1设定下列参数：

31020=1600；同时设定31400。

步进电机步距角1.8度，建议采用8细分，则：

360/1.8*8（16细分同理则：

360/1.8*16,31020和31400应设为3200）

31400=1600；电机每转的步数，单位是：

每转脉冲数IPR。

31030=4；丝杠螺距，单位：

mm。

31050=1；31060=1；即31050/31060=1/1,减速比为1.

说明：

以上设定的操作步骤，参考实验4.3先设定X轴参数，再设定Z轴参数。

下面其它参数设定的操作步骤与此相同，不再赘述。

2设定相关的速度（X轴﹑Z轴）

32000=1000；最大轴转速G00；

32010=1000；点动快速；

32020=600；点动速度；

32260=1500；电机额定转速；

36200=2200；坐标速度极限。

3系统重新上电。

按软键“调试”→”“调试开关”→“NC”（选择正常上电启动）→“确认”。

系统重新上电。

系统上电时自动计算：

（1500/60）转/秒*1600脉冲/每转=40000脉冲/秒

④检查31350，参数为40000.

⑤输入监控频率（X轴﹑Z轴）

36300=120000；步进频率极限。

3）坐标动态特性调试

系统的另一独特功能是对坐标的动态特性进行优化。

利用点动方式测试进给轴的动态特性，设定各坐标的最高速度，并选择合适的加速度曲线。

设定动态调整参数（X轴﹑Z轴）

32300=0.4；最大加速度；

35220=0.3；速度转折点；

35230=0.4；速度衰减系数。

4）调试参考点逻辑

802SBaseline系统的很多功能都建立在参考点的基础上。

自动方式和MDA方式只有在机床返回参考点后才能进行操作。

方向间隙补偿和丝杠螺距误差补偿也只有在返回参考点后才生效。

综合实验台上回参考点配置如图5-5所示：

在坐标轴侧有减速开关，在丝杠端有一接近开关（丝杠每转产生一个脉冲）。

减速开关接到I/O的输入，接近开关接到系统的高速输入口（X20）。

该方式可高速寻找减速开关，然后低速寻找接近开关。

图5-6为减速开关，且接近开关在减速开关之前。

（34050=0）

其中：

Vc-寻找减速挡块速度（34020）

Vm-寻找接近开关信号速度（34040）

Vp-参考点定位速度（34070）

Rv-参考点偏移（34080,34090）

Rk-参考点坐标（34100）

5）①设定回参考点参数（X轴﹑Z轴）

34000=1；减速开关有效

34020=800；寻找减速开关速度；

34060=20；寻找接近开关的最大距离；

34040=300；寻找零脉冲速度；

34070=200；参考点定位速度；

34010=0；减速开关方向正；

34050=0；接近开关方向正。

②系统重新上电。

③按“+X”使X轴回参考点。

④按“+Z”使Z轴回参考点。

为进一步理解所设定参数，可以做以下实验：

实验步骤：

①设定34000=0；减速开关无效。

②按“复位”键，使设定的所有参数有效。

③回参考点操作，观察现在是如何回参考点的，为何不正确。

④将34000恢复为1.

6）设定坐标的软限位。

①设定

36100=-1；轴负向软限位值；

36110=200；轴正向软限位值；

②按“复位”键，使设定参数有效

为进一步理解所设参数，可选做以下实验：

实验步骤：

①设定34100=0；参考点位置值；

36100=-5；轴负向软限位值；

36110=5；轴正向软限位值；

③手动方式。

移动坐标轴。

出现010621报警号

④按软键“诊断”，阅读故障说明。

⑤恢复34100=50，36100=-1，36110=200.

7）主轴参数调试

①设定：

30130=1，有±10V模拟量输出；

30200=1，主轴有编码器反馈；

②因为主轴安装了编码器，因而下列主轴参数应设定；

30240=2，主轴带测量系统；

31020=1000，编码器每转脉冲数；

32260=2800，主轴额定转速；

36200=2600，最大主轴监控速度。

③设定：

36300=500000，主轴监控频率。

④系统重新上电，使设定参数有效。

按软键“调试”→”“调试开关”→“NC”→“确认”。

系统重新上电。

8）数据保护

在各项机床资料调试完毕后，必须关闭口令进行资料存储。

这样在数控系统参数被破坏时，可迅速恢复资料。

1关闭口令：

按软键“调试”→‘〉’→“关闭口令”

2机内资料存储

．在各项机床资料调试完毕后，必须关闭口令并进行资料存储！

这样在数控系统参数被破坏时，可迅速恢复资料。

操作过程：

．机床数据﹑设定数据﹑加工程序﹑丝杠螺距补偿数据等被储存于永久内存中，通过选择调试开关中位置3即选择软菜单项的“按存储数据上电启动”可恢复资料。

3机外数据保护

．通过RS232接口（利用WINPCIN通讯软件）将系统各种资料备份到外部计算机中，是最可靠的数据保护措施。

必要时可通过计算机重新加载各项资料。

．将系统的“试车资料”备份文件到光盘中提供给最终用户（机床或设备的使用者）以便在极端情况下迅速恢复出厂时的资料。

注意:

只有机床制造厂可使用调试开关位置1或软菜单的“按缺省数据上电启动”。

机床制造商一定告知最终用户千万不要改变调试开关的位置，否则会将机床制造商设定的数据清除！

实验六数控系统调试（PLC部分）

6.1实验目的：

了解PLC的操作对象

6.2试验装置：

数控实验台

6.3实验步骤：

1）PMC的规格

2）PMC执行的优先顺序

3）子程序的构成

4）地址的分类

5）固定的地址

X8.4急停X9.0X轴减速；X9.1Z轴减速

6）状态显示

7）梯形图的显示

8）搜索指定的触点和线圈

9）机床I/O点分配表（见电器原理图）

实验七变频器的使用

7.1实验目的：

变频器基本操作

7.2实验装置：

变频器

7.3实验步骤：

1）①将主轴模块（端子2、5）与系统模块（SVC1、ES1）的连接线断开。

②熟悉变频器前面板操作键的基本作用。

③端子接线图

④操作面板的基本本操作

⑤参数设定举例

把Pr.7的设定值从5秒变到10秒

参数的详细说明请参照使用手册。

⑥基本功能参数一览表

2）用数控系统控制变频器运行

1将主轴模块（端子2、5）与系统模块（SVC1、ES1）的连接线接通

2在机床控制面板上选择MDI方式

3键入”M03S500”→”回车/输入”→”数控启动”,观察Y0.0,Y0.1和变频器的LED的显示

4键入”M04S800”→”回车/输入”→”数控启动”,观察Y0.0,Y0.1和变频器的LED的显示

3）用电位器控制变频器运行

1将主轴模块（端子2、5）与系统模块（SVC1、ES1）的连接线断开

2将主轴模块（端子2）与电位器的抽头接通

3将电位器调至所需的频率（通过变频器上LED的显示）

4将主轴模块端子STF拨至ON,观察主轴的旋转

5将主轴模块端子STR拨至ON,观察主轴的旋转

6STF和STR同时接通或同时断开主轴,观察主轴的旋转

4）用变频器内部速度（参数设定）控制变频器运行

1分别将主轴模块上端子RH,RM,RL接通

2将主轴模块端子STF拨至ON,观察主轴的旋转

3将主轴模块端子STR拨至ON,观察主轴的旋转

4STF和STR同时接通或同时断开主轴,观察主轴的旋转

5）用操作面板控制变频器运行

1按PU/EXT键,选择PU方式

2拨动旋钮设定所需要的频率

3按SET键,频率设定完成,F和所设频率交替闪烁

4按RUN键启动主轴电机,观察主轴的旋转

5按STOP键停止主轴

6）主轴的正反转和速度也可用两种方式同时控制

1正反转由系统控制,速度由电位器控制

2正反转由系统控制,速度由RH,RM,RL控制

3正反转由SFT,STR控制,速度由系统控制

实验八换刀

8.1实验目的：

熟悉到刀库的换刀原理

8.2实验装置：

数控实验台和机床

8.3实验步骤：

1）连接并检查换刀模块演示板与I/O模块演示板的连接：

（虚线为连接线）

换刀模块I/O模块

1-------------------------X4.0

2-------------------------X4.1

3-------------------------X4.2

4-------------------------X4.3

5-------------------------X4.4

6-------------------------X4.5

CWY0.4

CCWY0.5

24V-------------------------24V

GND-------------------------GND

实验台提供了两种换刀实验方法:

一,模拟刀架,可以观察到刀架的控制过程；二,机床刀架,通过刀架板上的开关可以切换对两种刀架的控制.

2）自动换刀

①按切换到MDI工作方式

i.键入“T0101”并按“EOB”键。

③按“INSERT”键。

④按“数控启动”键，刀盘旋转至“1”号刀。

⑤键入“T0303”。

⑥重复步骤③、④。

实验九故障设置与诊断、排除

9.1实验目的：

电器演示板的相关故障设置

故障现象：

主轴与进给轴驱动器不得电。

9.2试验装置:

数控实验台和机床

9.3实验步骤：

1）①数控系统上电。

即：

合上电源开关→按机床的启动开关NCON。

②从电器模块演示板上的原理图可知：

NCON不按，KAO不得电、KMO不得电，NC不得电,主轴驱动器与进给驱动器不得电。

按NCON能听到继电器与接触器的动作的声音。

③此时主轴驱动器与进给驱动器仍然不得电。

因为QS2与QS3没有合上。

④合上QS2，主轴变频器得电。

⑤合上QS3，进给驱动器得电。

2）主轴编码器的硬件故障

①A-对应的故障设上。

即断开编码器A相。

②按“MDA”→键入“M03S500”→按“回车/输入”键→按“数控启动”键。

屏幕显示转速与给定相差很大”

③检查主轴编码器的信号会发现A-断路，找出故障。

④按软键“调试”→“调试开关”→“NC”→“确认”。

系统重新上电。

系统模块的故障码及所对应的故障内容

A------编码器A相

B------编码器B相

Z------编码器零脉冲信号

3）主轴模拟量硬件故障

实验准备：

将对应主轴模块演示板的故障拨码开关2设为故障，即断开模拟电压+/-10V端

①在MDI方式下→键入“M03S500”→按“回车/输入”键→按“数控启动”键。

②主轴不运转，观察I/O模块演示板的Y0.0（主轴正转信号）的红色指示灯是否亮，亮着表示正转有效。

③检查主轴模块演示板的拨码开关2是否为有输出，如果没有，按动开关，改变使其接通。

④重复步骤①，主轴运转。

实验准备：

变频器的P79=1，设为变频器内部控制方式。

①在MDI方式下→键入“M03S500”→按“回车/输入”键→按“数控启动”键。

②主轴不运转，观察I/O模块演示板的Y0.0（主轴正转信号）的红色指示灯是否亮，亮着表示正转有效。

③检查主轴模块演示板的拨码开关2，STF，STR是否为接通，如果不是，按动开关，改变开关的通断，使其接通。

重复步骤①。

④如果主轴模块演示板