数控技术实验指导说明书(修改).doc

实验一CNC数控车床编程实验

一、实验目的

1、 了解并掌握CJK6032型数控车床的使用性能及其操作方法。
2、 了解常用准备功能G指令和辅助功能M指令的作用及其在实际生产中应用。
3、 学会CJK6032型数控车床加工程序的编制技巧及其操作方法。
4、 掌握数控车床加工程序的动态模拟调试。

二、实验器材

1、586微机系统 1台
2、CJK6032型数控车床 2台
3、尼龙棒 2根
4、油标卡尺 1把

三、设备的主要功能及技术参数

（一）、机床主要用途：
CJK6032教学型数控卧式车床是二轴联动的经济型数控车床,机床采用微机控制,四刀位自动回转刀架,通过编程对各种盘类、轴类零件，自动完成内、外圆柱面、圆弧面、螺纹等工序的切削加工。
（二）、机床规格、技术参数：
床身最大工件回转直径：Ф320mm
最大工件长度：500 mm
主轴转速范围：70—2000rpm
主轴通孔直径：Ф35mm
刀架刀位数：4
车刀刀杆最大尺寸（宽×高）：18×18 mm
步进电机最小设定单位：Z向：0.01 mm X向：0.005 mm
刀架快移速度：Z向：3m/min X向：2m/min

四、实验原理

1、 零件在未正式加工之前，首先正确分析零件图，确定零件的加工部位，根据零件图的技术要求，分析零件的形状、基准面、尺寸公差和粗糙度要求，零件加工面的种类、零件的材料、 热处理等其他技术要求，来确定零件加工工艺。
2、完成以上工作以后，就进入程序编程阶段。在编程过程中一律假设工件不动，全部用刀具运动的坐标系来编程。编程时首先进行数学处理，根据零件的几何尺寸、刀具的加工路线和设定的编程坐标来计算刀具运动轨迹的坐标值。对于加工由圆弧和直线组成的简单轮廓的零件，只需计算出相邻几何元素的交点或切点坐标值即可。对于较复杂的零件，计算起来会更复杂，如非圆曲线，需用直线段或圆弧段来逼近。对于自由曲线，曲面等加工，要借助计算机辅助编程来完成。

五、实验内容

学生可根据以下零件图一、二或者根据自己的思路和想法设计出一零件，用G.M．S．T等指令代码进行程序编制，并把编好的程序输入到计算机中。在进行零件加工之前，首先对已编好的程序进行模拟加工，观察其车刀的轨迹是否正确后，方能对其进行加工。

（图 一）

（图 二）

六、实验步骤及编程基本知识

根据机械零件图纸，采用G代码和辅助机能M指令编制相应的程序来实现零件加工的过程，我们称它为数控程序的编制。
在实际编程之前，要求学生能根据零件的实际加工条件，制定好加工的方案，即实验方案，制定加工方案时应该考虑好以下几个方面问题：
1、 件的加工范围；
2、 件的安装方法；
3、 各切削工序的切削顺序：1）、内外径切削 2）、端面切削 3）、螺纹切削；
4、 使用的刀具型号、几何参数和切削条件。
5、车削加工的工艺要求：
（1）切削方法：根据要求使用粗、半精或精加工方法。
（2）切削工具：根据要求选择使用刀具。
（3）切削条件：根据要求选择切削速度及进刀量。
（4）刀具轨迹：根据工艺要求确定刀具的轨迹。
6、坐标系的两种形式：
a、加工图纸上的坐标系：程序的数据采用这个坐标系的坐标值。
b、工件坐标系：编程时一般是选择工件上的某一点作为程序原点，并以这个原点作为坐
原点，建立一个新的坐标系。
c、刀具在工件坐标系上（随着加工图纸上的坐标系的指令程序动作），把工件切削成图纸上的工件形状。
d、坐标系方向的规定：车床坐标系，一般由X轴和Z轴组成。

　　　　　　　　　　　　　　　　Ｚ

　　　Ｘ
e、数控系统编程时，对刀具位移量可采取两种方法：
绝对坐标编程G90 ； 增量（相对）坐标编程 G91
f、数控系统编程时，工件尺寸的两种指定方式：
直径编程或半径编程（可以通过系统参数指明）。
g、程序段及程序的构成：
（1）在一个程序段中，前面有表示NC执行顺序的顺序号由N指明，范围为1－9999（顺序号可省略），末尾有表示其程序段终了的CR（；）代码可以不用写。
（2）程序的最前面必须标明程序号即文件名（以大写字母O后跟四位数字），例：O0001，否则为非法。
（3）程序的最后必须标明程序结束代码M02或M30。

七、机床数控系统操作面板说明

请看实验指导书后面附录一

八、注意事项
1.在编程过程中要注意坐标的正负方向。
2.程序编程完毕，必须先进行运行校验，看看模拟刀具的轨迹是否正确。
3.在程序校验之前必须先将机床的锁紧按钮、MDI和Z轴三按钮按下，再进行校验

九、实验报告

1、 认真阅读实验报告，并写一份预习报告，在实验之前交给指导老师。
2、 思考题
简叙工件坐标系确定的基本方法？
3、 报告完成形式格式

实验名称：数控车床编程实验
班级 学号 姓名 实验日期

1）画出加工零件图

2）编出该零件的加工程序

3）回答第1思考题

实验二、数控铣床设计性实验

§1 设计性实验的任务和意义
数控技术设计性实验是一种介于理论与实验教学和实际生产之间，具有对科学实验全过程进行初步训练特点的教学实验。而且是学生在掌握相关的理论知识与实验内容的基础上，在实验教学中安排的包含实验设计训练内容的课程。内容主要包括：完成实验原理的自学；查阅有关参考资料；实验方案和实验步骤的设计；学生要自主完成实验操作的全过成和实验数据的处理及编程过程。设计性实验的核心是学生自主完成实验任务，从而使学生在实践能力方面有较系统的训练。
目前，数控实验室只开出铣床的设计性，通过这些实验，基本上要达到以下目的：
1、提高理论知识的运用能力。理论知识只是理解而不会应用，就不算真正掌握了它，因为学习的目的是为了应用。
2、强化新知识的接受能力。任何知识都有它的层次属性和发展的阶段属性。在实践过程中，在遇到利用现有知识解释不了的问题时，便会强迫人们去学习更深层次的知识，促使对知识的理解跃向更高的阶段。设计性比基础教学实验用到的知识要多一些，学生利用已有的知识可能无法解决所有问题。因此，要求同学们要在已有知识的基础上，在老师的引导下，通过自学，使自己的知识结构得到调整，使知识向更深层次、更高阶段发展。当今的世界，科学技术的发展日新月异，没有一个极强的新知识接受能力，就难免在未来竟争中相形见拙，难免不被淘汰。
3、训练实验能力。“理论是知识，实践也是知识，而且是更重要的知识。”实践动手能力是人们智能范畴中的一个独立的、重要的分支。一般高等学校，办学目的是为了培养合格的高级工程技术人才。我们所培养的学生是否在将来能成为合格人才，是否能胜任本职工作，衡量的一个标准就是看他们是否有较强的实践能力。因此，开设设计性实验的宗旨是培养、开发同学们的实践动手能力。

§2 实验方案制定的基本方法

1、 设计性实验的基本过程
（1）设计阶段
学生可按任务书指定的实验任务、实验要求或者根据自己的思路和想法设计出一个零件，比如：一个简单的箱体、曲面、汉字、一个英文单词等等，然后确定其相应的工艺尺寸和设计方案后，用G指令代码对其进行编程。同时运用已做的实验基础知识和实验方法，结合实验室现有的设备、仪器对其进行加工。在课外查阅有关资料，更多地了解与实验设备相关的知识，拟定实验方案。方案拟定好之后，可作为作业形式交给指导老师，经审查符合要求后，方可以进入实验实施阶段。
（2）实验实施阶段
根据设计方案，选用仪器、设备，按步骤进行实验。在实验过程中，还可进一步修改完善实验方案，直至把相关程序编好并加工出相应的零件来方可。
（3）实验报告的书写要求
实验报告应记录有实验全过程的技术文件——零件图（学生自己设计）和已编好的程序，它应包括实验目的、实验原理、实验方法的阐述、实验结果的误差分析和实验结论。
2、实验方案制定的要点
在制定实验方案前应仔细阅读实验指导书和任务书。实验方案要有以下几项内容
（1）实验目的
实验目的是实验任务的具体阐述，是整个实验工作的纲领，所有实验工作都是为了达到实验目的而进行的。在实验结果或结论中要能阐明实验目的中所提出的问题。
（2）理论分析
在接受实验任务后，首先要进行理论分析。学生可根据自己所学的基础学知识。对零件的结构、功用、主要技术参数、刀具几何参数、切削条件及其加工工艺过程进行分析，讨论如何通过机械加工来保证零件的制造精度。
（3）测量方案、仪器设备和刀具的选择
测量对象和实验要求明确后，便可确定实验方案和选用仪器、设备和刀具。实验室会提供实验所需要的设备和仪器，但须在指定范围内选择。实验前，学生要仔细阅读设备的性能及操作方法的有关资料，以便正确使用。
§3 数控铣床实验

一、试验目的
1、进一步地熟悉、掌握CJK6032型数控铣床的使用性能及其操作方法。
2、掌握各类常用的G指令代码和辅助功能M指令的使用技巧及其在实际生产中的应用。
3、学会CJK6032型数控铣床加工程序的编制及其加工方法。
4、掌握数控车床加工程序的动态模拟调试。
二、预习要求
1、实验前应该先熟悉数控系统的基本功能，加工程序编制工艺及指令编程方法。
2、回顾前面已做实验的实验方法。
3、根据要求和实验室现有设备条件合理确定零件尺寸与公差，如下图一、二所示：

图 一

图 二
1．学生可按任务书指定的实验任务、实验要求或者根据自己的思路和想法设计一个零件，比如：一个简单的箱体、曲面、汉字、英文单词等等，确定其相应的工艺尺寸和设计方案后,用G指令对其进行编程。同时运用已做的实验基础知识和实验方法，结合实验室现有的设备、仪器对其进行加工。
2．把编好程序输入计算机并模拟，观察其车过的轨迹是否正确。
3．程序验证完毕，先把毛坯料安装好，对完刀，再对其进行加工。
4．要求每组学生设计2—3种不同零件，并对其进行编程、模拟、加工和测量，通过结果看看本组加工出的零件是否符合精度要求。
三、实验设备
1．毛坯板料（长120mm×宽80mm×高15mm）若干块；
2．武汉华中生产的ZJK7532型数控铣床 2台；
3．游标卡尺 1把。
四、实验原理
加工前技术准备工作如下图4-2所示
零件加工图

加工计划

夹具准备
刀具准备
NC程序制作

配置图
刀具柄卡

刀具补偿表

毛 坯
NC机床
合格零件

图4-2 加工前准备框图

五、注意事项
1.在编程过程中要注意坐标的正负方向。
2.程序编程完毕，必须先进行运行校验，看看模拟刀具的轨迹是否正确。
3.在程序校验之前必须先将机床的锁紧按钮、MDI和Z轴三按钮按下，再进行校验
附：机床的基本构造及操作面板说明请看后面的附录一
六、实验报告要求
实验名称：数控铣床设计性实验
班级 学号 姓名 实验日期
1、简述本设计性实验的名称、目的。

2、简述实验原理。

3、按指导书要求设计实验方案和实验步骤（画出加工零件图）。

4、用G指令代码编写出自己设计的零件的加工程序。

5、请简述武汉华中CJK6032型数控系统的主要功能和技术指标？

实验三、直线插补控制程序的设计与调试

一、实验目的

1．熟悉MCS-51单片机实验系统主要操作键的功能和使用。
2．掌握汇编语言编制直线插补的方法。
3．模拟X——Y工作台直线加工或斜线加工过程。
4．学会运用G指令编写一个英文单词或一个方框图 （菱形、长方形等），并X——Y工作台模拟运行。
5．熟悉汇编程序的调试技能。

二、实验器材

1．586微机 一台
2．MCS-51单片机实验系统 一台
3．X——Y工作台 一台
4．驱动电源 一台

三、实验内容

1、程序的编制
实验之前，学生应该先用汇编语言将直线插补的控制程序编制完成，然后再到MCS-51单片机实验系统上调式、运行。 本实验只要求做第一象限的直线插补，其它象限不作要求。第一象限插补运算的教学模型及插补轨迹如下所示：

①数学模型： Fn=

②插补轨迹： Y (Xe,Ye)

X
图 3——1

③编程参考流程图
起始

读参数Xe,Ye
F寄存器清0

计算总步数Xe+Ye

①

①

F≥0

Y N

走一步△Y

走一步△X

F-Ye→F
F+Xe→F

总步数-1=0

N

END

图 3——2
④硬件连接

扩展板 功 放 X-Y绘图仪

X
相

Y
相

X相
输出

Y相
输出

NIC
MCS51
单
片
机

P1.0
P1.1
P1.2

P1.3
P1.4
P1.5

XA
XB
XC

YA
YB
YC

图 3——3
本实验采用的三相六拍步进电机来驱动X——Y工作台，其绕组通电顺序是：
正转：A→AB→B→BC→C→CA→A
反转：A→AC→C→CB→B→BA→A
由于高电平有效，所以正传时，电机的三相分配（环分）值如下图所示：
表 一
三相六拍

C
B
A
环分值
A
0
0
1
01H
AB
0
1
1
03H
B
0
1
0
02H
BC
1
1
0
06H
C
1
0
0
04H
CA
1
0
1
05H
A
0
0
1
01H
反传时，电机的三相分配（环分）值如下图所示：
表 二
三相六拍

C
B
A
环分值
A
0
0
1
01H
AC
1
0
1
05H
C
1
0
0
04H
CB
1
1
0
06H
B
0
1
0
02H
BA
0
1
1
03H
A
0
0
1
01H

⑤实验要求：
a、编程时必需根据实验报告提供的直线插补的数学模型进行。
b、电机的三相绕组通电顺序必须符合要求。
c、电机的步长和每个进给脉冲要求放大200倍（0C8H）16。
⑥MCS51单片机系统键盘操作
MON （换上挡监控键）
MON（换下挡监控键）
STEP（单步执行程序键）
EXEC（连续执行程序键）
PRT（打印键）
RECE（机器码程序下装接收键）
（偏移量计算/存储单元检查键）
（特殊功能寄寸器/常用寄存器检查键）
OOF8/MOV（用户自定义功能/存储块移动键）
SC/BP（访真RAM修改/存储块移动键）
OOF0/PROM（用户自定义功能/信息转存键）

（仿真ROM方式/查上一个单元键）
（仿真RAM方式/查下一个单元键）
本系统主机键盘布置如下：
PRT
MONˊ
MON
STEP
RECE EXEC
⑦复位RESET按钮
该实验系统有两种夏位方法，一是上电复位，即接通电源自动产生复位信号．另一种是按下RESET按钮产生有效信号．复位有效后左边第一位数码管显示“P”，NIC指示灯亮同时完成下列功能；
1．清除用户设置的断点
2．置堆栈指针SP=60H
3．系统处于单板学习机状态
4．中断仿真时的连续执行
以下键盘上键除特别说明外在仿真RAM(SX)、仿真ROM(SROM)．单板学习机工作方式都可以使用．
本实验系统当作仿真机用时，必须处于SX、SC或SROM状态才能对数字键和有关命令键操作．用作单板学习机时必须处于NIC状态．
3.2 十六个数字键
数字键用来向计算机输入十六进制数字，这些数字可以是存储单元或8031内部RAM地址以及数字指令，也可以是寄存器或特殊功能寄存器代号，有关寄存器代号如下：
1.0 表示 R0或DIYTR
2.1 表示 R1或PC
3.2 表示R2或T0
4.3 表示 R3或T1
5.4 表示 R4或IE
6.5 表示 R5或SBUF
7.6 表R6或SCON
8.7 表R7或IP
9.8 表示 P1
10.9表示P2
11.A表示累加器A或P3
12.B表示寄存器B或TMOD
13.C表示PCON
14.D表示TCON
15.E表示PSW
16.F表示SP

⑧MON键
该键用于中止当前键盘操作，返回初始化状态，等待输入新的命令；在单板学习机状态下该键用于中止用户程序执行。保护用户状态，便于用户调试程序，操作如下；

键
显示
说明
MON
P

准备接收命令
8
8

按下8
0
3
0

按下0
MON
P

按下MON，取消前面输入
8000
8
0
0
0

输入四个数字作为数据存储地址
MEM
8
0
0
0
X
X
读8000H单元内容XX
MON
P

退出以上工作方式
50
5
0

按下二个数字作为内部RAM单元
RAM
5
0

读出内部RAM50H单元
MON
P

退出以上工作方式
A
A

按下数字A
REG
A

显示A累加内容
注:XX为原存储单元或寄存器内容,以下类同
对于MON键,需要指出在执行用户程序中,如果执行了关中断指令,则MON键不起作用,只能用RWSET键复位.
⑨MEM存储单元检查键
此键用来检查外部数据存储单元的内容,当显示器显示“P”后，连续输入四个数（先输入为地址高位），然后按下MEM键，则左边两个显示器显示出该存储单元的内容，如没有输完四个数按MEM键，则不起作用。
系统处于SC状态（SC指示灯亮），MEN键可用于修改，检查访真RAM（主机8000开始后单元）
系统处于SC状态（SC指示灯亮），MEN键可用于修改，检查用户机RAM的内容（例：检查0100H单元后内容，须输入地址8100H，既地址A15按“1”考虑）
系统处于单板学习状态（必须拔下访真头），NIC指示灯亮，可修改，检查所有空间的外存储器内容。
操作如下：
键
显示
说明
RESET
P

复位：单板机工作方式
8
8

按数字键“8”
MEM
8

不起作用
0、6
8
0
6

按数字0、6
MEM
8
0
6

按下MEM，不起作用
0
8
0
6
0

按数字“0”
MEM
8
0
6
0
X
X
显示出8060H单元的内容
MONˋ
ˋ

中止当前功能
SX
P

处于SX状态，修改检查用户机RAM的内容
8100
8
1
0
0

按数字键8、1、0、0
MEM
8
1
0
0
X
X
读入用户机RAM0100H单元的内容
MONˋ
ˋ

中止当前功能
SC
P

处于修改，检查访真状态
8100
8
1
0
0

输入数字键8、1、0、0
MEM
8
1
0
0
X
X
读访真RAM8100H单元的内容
MON

中止当前操作，但仍为SC状态

附：程序可参考附录三
2、用G指令编程
如果对汇编语言编程的基本方法不熟悉，也可用G指令再编写一条60mm长的直线、一个英文单词、一个菱形、长方形或者其它图案的程序，并用X——Y工作台模拟运行。比较其运行结果与用汇编语言编制是否一致。
附：G指令编程方法可参考附录四

四、思考题：

实验名称：直线插补控制程序的设计与调式实验
班级 学号 姓名 实验日期
1、 若要实现四个象限的直线插补，该如何简化插补运算，以便使程序更加简单？

2、 编出正确的直线插补控制程序。