数控加工综合训练

《数控加工综合训练》指导书阳曼广东工业大学机电学院二０一四年二月印刷前言本课程是学生在学完《数控技术》等理论课程后，对数控技术知识，特别是实践知识的进一步学习和巩固提高。主要讲授数控机床的加工技术、手工编程和自动编程方法。课程强调理论联系实际，注重实际动手能力的培养，要求学生能独立完成一般复杂程度的零件绘图、编程以及加工。从而进一步培养学生在机械制造实际工作中分析问题和解决问题的能力。本课程共16学时，主要分为两部分：①数控铣床手工编程与加工（4学时），主要讲述数控铣床手工编程与加工知识，掌握主要编程指令的使用和数控铣床的操作方法等；②数控自动编程与加工（12学时），主要应用MasterCAM软件进行数控自动编程知识的学习（另有配套教材），并在机床上进行加工实践。本指导书仅作为利用华中数控实验台进行数控加工的指导用书。通过本课程的学习与训练，使学生理解数控加工的概念，掌握常见数控加工方法的加工工艺、编程（包括利用软件自动编程）方法与数控机床操作，具有应用数控加工技术的基本技能。目录实验一数控铣床手工编程与加工．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1实验二数控铣床自动编程与加工．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23附录1HED-18SM数控综合实验台编程知识介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．27附录2HED-18SM数控综合实验台操作介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39附录3上机加工图纸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46附录4练习编程图纸．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．47-1-实验一数控铣床手工编程与加工实验项目名称：数控铣床手工编程与加工实验项目性质：普通实验所属课程名称：数控加工综合训练实验计划学时：4学时一、实验目的1.了解数控铣床的基本组成结构及各部分的功能。2.熟悉数控铣削加工的基本过程，掌握主要编程指令的使用方法，能进行一般复杂程度二维零件的手工编程，并能根据需要对程序作调试、修改。3.初步掌握华中数控实验台（世纪星HNC-18xp/M系统）的操作方法，能在机床上加工出符合要求的零件。二、实验内容和要求现代数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测以及精密机械等高新技术的产物，它采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行自动控制与操纵，是一种新型的高效自动化机床。数控机床加工零件时，首先应编制零件的数控程序，-2-然后将数控程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主轴的变速、启停，控制进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。数控机床的核心装置是数控系统，数控系统的核心是CNC（计算机数字控制）装置，其主要功能有：控制功能，包括控制轴和同时控制轴数，多坐标控制（多轴联动）；准备功能（G功能），用指令选择机床的动作方式和功能（基本移动、平面选择、坐标设定、刀具补偿、程序暂停、基准点返回、固定循环等）；插补功能，实现直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补；代码转换（如绝对值/相对值等转换）；固定循环加工功能；进给功能，用F指令直接指定各轴的进给速度；主轴功能，指定主轴转速；辅助功能，用来规定主轴的启、停、转向，冷却泵的接通和断开、刀具的启停等；刀具功能和第二辅助功能；各种补偿功能；字符图形显示功能；故障的自诊断功能；通信功能，常具有RS232C接口；人机对话、手动数据输入、加工程序的输入、编辑及修改。本实验要求重点掌握数控系统的以下功能（指令）：准备功-3-能（快速定位G0/直线插补G1/圆弧插补G2、G3/工件坐标系设定G54/G92等）；刀具半径补偿功能（刀具半径补偿取消G40/左刀补G41/右刀补G42）；钻孔循环指令G81/G83；进给功能（F指令）；主轴功能（启、停、转向）；辅助功能（M2/M3/M5/M30/M8/M9）；通讯功能；加工程序的输入、编辑及修改。实验内容分别为四个程序的手工编制与加工。第一个程序为蜡块铣平加工（铣平整个蜡块，为第二个程序加工作准备，参考尺寸为80*170mm长方形，要求用相对坐标编程，起刀点定在工件左上角处，加工深度为铣平即可，切勿切深过大）；第二个程序要求加工图1-1所示图形；第三/四个程序要求分别使用G81/G83钻孔循环指令编制工件坐标系以下2点的程序指令：X-18Y10、X20Y20(钻孔深度均为10mm；使用G83时，每次向下的钻孔深度设为3mm)。以上程序加工所用刀具均为Φ5mm直柄立铣刀。要求学生必须在课前按编程格式要求（参考本指导书P20-22及P27-38附录1中规定）编写好数控加工程序（要求根据进刀方向作刀具半径左或右补偿，圆弧编程优先采用R方式，也可采用I/J方式，或两者混合编程），所编并按机床操作规程(参考附录2)来操作机床，要注意设备及人身安全。-4-数控加工程序编写好之后，分别将所编程序输入到机床数控系统，之后按机床操作规程对刀、确定工件坐标系等系列操作，试运行(含校验运行)数控程序，若程序不能运行或加工出来的零件轮廓不正确，就必须对程序作相应的修改调试，直至加工出符合要求的零件为止。此部分具体步骤方法可参看后续实验方法部分及附录2的说明。实验过程中，严禁修改机床参数！严禁私自调整实验台屏幕右侧的“功能模拟测试”开关，否则将可能导致实验台不能正常运行！-5-X三、实验主要仪器设备和材料1.HED-18SM数控综合实验台（华中数控世纪星HNC-18xp/M系统）一台2.计算机一台3.切削刀具（Φ5mm直柄立铣刀）一把，辅助工具等加工材料：石蜡Y图1-1加工零件图-6-4.切削材料为石蜡一块（75*170*100mm）四、实验方法、步骤及结果测试1、装夹工件及刀具工件装夹：将工件（石蜡）放置在虎钳开口处，适当夹紧即可。注意调整好石蜡在左右方向（X方向）的位置，保证在有效行程范围内能加工到石蜡，并且不至于浪费材料；尽量使石蜡上表面维持水平。刀具装夹：将直径为5mm的直柄立铣刀按老师示范要求装夹好，刀具伸出长度约25mm,需2人共同完成（1人托住铣刀，另1人用两个扳手夹紧）。注意用手托住刀具，勿使刀具自由掉落，同时注意安全，避免手被刀具划伤。2、上电开机（1）检查机床状态十分正常；（2）检查电源电压十分符合要求，接线十分正确；按下“急停”按钮；（3）机床上电（将面板左侧电源开关扳向上）；（4）检查面板上的指示灯是否亮）。3、返回机床参考点系统接通电源、复位后首先应进行机床各轴回参考点操作。方法如下：-7-（1）按下控制面板上的“回参考点”按键；（2）选择移动“+Z”“+X”“+Y”中的一个(回零方式为回到正向极限点位置，个别机床由于硬件原因设置为回到负向极限点位置)，机床沿所选轴的正方向移动。所有轴回参考点后，即建立了机床坐标系。注意：（1）回参考点时，应先按“+Z”，使Z轴正向移动，并确认Z轴刀具不会碰撞到虎钳、工件等物时，再按“+X”“+Y”轴按键回参考点。（2）在每次电源接通后，必须先完成各轴的返回参考点操作，然后再进入其它运行方式，以确保各轴坐标的正确性。（3）系统各轴回参考点后，在运行过程中除伺服驱动装置报警外，其它报警均不需要重新回零。4、坐标轴移动（1）手动进给按下“手动”按键（指示灯亮），系统处于手动运行方式，可用点动方式移动机床坐标轴（以下以点动移动X轴为例说明）：按下“+X”或“-X”按键（指示灯亮），X轴将产生正向或负向连续移动；松开该按键（指示灯灭），相关运动即减速停止。-8-（2）手动快速移动在手动进给时，若同时按下“快进”按键，则产生相应轴的正向或负向快速运动。（3）手动进给、主轴、快移倍率选择进给修调波段开关，进给修调倍率的范围为0％和120％之间；主轴转速修调波段开关，倍率的范围为50％和120％之间；快速修调倍率上电后的默认值为25%，共有四个档位，分别为0%，25%，50%，100%。例如,在增量方式下,将进给修调倍率设为×1,按一下“+X”(或“－X”)按键（指示灯亮），X轴将正方向(或负方向)移动0.001mm.（4）手摇进给（建议多用此方式）按下“增量”按键（指示灯亮），将工作方式设为“手摇”，旋转手持盒上的倍率修调波段开关，设定手摇倍率，旋转轴选波段开关，顺时针（或逆时针）摇动手轮，机床沿着所选择的轴的正方向（或负方向）移动。手摇进给的增量值由手持单元的增量倍率波段开关控制，两者的对应关系如下表：-9-手摇波段开关位置×1×10×100增量值（mm）0.0010.010.1进给倍率波段开关×1×10×100×1000增量值（mm）0.0010.010.11（5）增量进给按下“增量”按键（指示灯亮），并将手摇波段开关位置置于“OFF”位置，工作方式显示为“步进”，该方式为步进增量进给方式。设定增量修调倍率，进给修调波段开关和增量值的对应关系如下表：5、主轴正反转及停止在手动方式下，(1)按一下“主轴正转”或按键“主轴反转”（指示灯亮），主轴电机以机床参数设定的转速正转或反转；(2)按一下“主轴停止”按键（指示灯亮），主轴电机停止运转。注意：“主轴正转”、“主轴反转”和“主轴停止”这三个按键互锁，即按一下其中一个（指示灯亮），其余键会失效（指示灯灭）。-10-6、设定工件坐标系本实验用G54设定工件坐标系。程序的开头位置需写上“G54”指令。此步骤须在回机床参考点之后进行。该步骤常用来在试切对刀时，分别对X、Y、Z轴建立工件坐标系。按下“设置”主菜单，按下子菜单功能键F1，可以设置自动坐标系G54～G59，输入格式如下：“X10Y10Z10”或“Z10Y10X10”，两者功能相同，均为把X轴坐标值设为10，Y轴坐标值设为10，Z轴坐标值设为10，系统显示如图1-1所示，按下PgDn，还可以设置“当前工件坐标系”和“当前相对值零点”，输入方法相同。图1-2坐标系的设置输入后，按ENTER键确认，新的坐标值立刻生效，并显示出来。在按ENTER键之前，若发现输入错误，可用Del、BS、►◄键进行编辑。-11-其他坐标系的设置请参考以上操作方法。注意：1）机床回参考点方式一般设置为回到正向极限点位置，故一般对刀点的机床坐标值均为负值（个别机床的某个坐标机床坐标值为正值），故上述G54设定值也同为负值。2）选择合适的对刀点，保证加工范围全部在石蜡表面上，且不会超程，不会撞刀。3）每次对刀时，既要保证能在石蜡块上完整切削出工件图形，又要注意不要浪费材料，一般尽可能使加工区域位于石蜡块的最左端或最右端。4）也可以用G92X_Y_Z_方式设定工件坐标系，具体设定方法请参考附录1中相关内容。7、程序的输入与编辑加工程序的来源可以有三种方式：手工输入、U盘读取、网络盘读取。手工输入：按下主菜单功能键“程序”，按下子菜单功能键F2“编辑”，再按下子菜单功能键F1“新建”，系统提示输入新建的文件名(默认为O001)，输入文件名后，按ENTER键确认后，即可使用NCP面板上的字母键和编辑键来编辑新建文件了。U盘读取：将符合要求的U盘插入后，选择读取文件的当-12-前路径为U盘即可。注意：数控实验台读取的U盘文件系统格式为FAT16格式（U盘容量小于等于2G），目前市面上流行的U盘格式多数为FAT32格式，不能使用。网络盘读取：选择读取文件的当前路径为网络盘，即可读取来自服务器上的共享文件（可用普通U盘将程序拷贝至服务器指定目录下，再用此方法读取）。本实验项目建议采用“手工输入”方式录入所编程序。按下NCP面板上的编辑键，对程序进行修改。编辑过程中用到的主要快捷键如下：Del:删除光标后的一个字符，光标位置不变，余下的字符左移一个字符位置；Pgup：使编辑程序向程序头滚动一屏，光标位置不变，如果到了程序头，则光标移到文件首行的第一个字符处；Pgdn：使编辑程序向程序尾滚动一屏，光标位置不变，如果到了程序尾，则光标