数控技术A实验指导书.doc

数控技术（A）实验指导书机械与车辆学院机电教研室2023.2实验一 逐点比较法插补原理及实现实验一、实验目的运用逐点比较法的插补原理，编写直角坐标系下的直线、圆弧插补程序，观测其运动轨迹，设计直线和圆弧插补图样，在机电一体化综合测试平台上通过插补过程通过笔架打印出来。二、实验设备机电一体化综合测试平台（共6台，交流伺服、直流伺服、步进电机各2台）三、实验原理逐点比较法：就是每走一步控制系统都要将加工点与给定的图形轨迹相比较，以决定下一步进给的方向，使之逼近加工轨迹。逐点比较法以折线来逼近直线或圆弧，其最大的偏差不超过一个最小设定单位。插补过程：每走一步要进行以下四个环节：(1) 位置判别 根据偏差值拟定当前加工点的位置。 (2) 坐标进给 根据判别的结果，拟定沿哪个坐标进给一步以接近曲线。 (3) 偏差计算 根据递推公式算出新加工点的偏差值，作为下一步偏差判别的依据。(4) 终点判别 判别加工点是否到达终点，未到过终点则返回第一步继续插补，到终点则停止。四、实验规定 (1) 实验前复习逐点比较法插补算法原理； (2) 实验时一方面设计插补图样，运营已编辑好的插补程序，理解程序中各参数的含义，再按照预编程序的编程格式，根据插补各点坐标，编辑并修改插补程序运营程序，观测笔架的运动是否与设计一致。 (3) 实验后提交实验报告。五、实验特点在数控机床的实际加工中，运用逐点比较法加工一条直线或圆弧，由于脉冲当量比较小（一般为0.01mm），刀具的运动轨迹用肉眼观测还是直线或圆弧，不能观测到刀具的实际，本实验中，机电一体化综合测试平台上的笔架相称于刀具，笔架每步的移动距离（相称于脉冲当量）可以变化，修改程序中的步长参数就可以实现。通过加大步长参数，笔架的实际运动轨迹就会直观地显示出来，实验者能很容易理解逐点比较法的插补原理和刀具的实际运动轨迹。 六、实验环节(1) 接线，关掉电源，根据电气连接图搭建交流伺服运动控制系统；(2) 调整笔架位置，按“回零”键将X、Y轴回至原点； (3) 根据设计图样，设计插补程序和坐标；(4) 编辑和修改程序； (5) 观测笔架的运动轨迹，打印图样。 七、实验报告规定： 实验报告每人一份，内容涉及： （1） 实验所用设备名称； （2） 简要叙述逐点比较法直线、圆弧插补原理； （3） 笔架绘制出的设计图样，涉及直线和圆弧1张图；（4） 分析实验结果，说明逐点比较法的优缺陷。八、实验参考文献1 廖效果，刘又午. 数控技术. 湖北科学技术出版社，武汉：2023.2 机电一体化综合测试平台使用说明书，固高科技(深圳)有限公司.实验一逐点比较法插补原理及实现实验实验报告班级 姓名 学号 成绩 课程名称 暃二地二辳地一 实验项目性质技能演示综合设计其他实验名称实验目的：实验所用设备名称：简要叙述逐点比较法直线、圆弧插补原理：实验重要环节：分析实验结果，说明逐点比较法的优缺陷。注意：打印图样附在实验报告后。实验二 步进控制系统实验一、实验目的(1)了解步进控制系统的组成和控制原理；(2)理解步进电机的转速控制方式和调速方法；(3)熟悉步进控制系统的操作和使用方法；(4)熟悉步进驱动器参数的设立，控制系统的参数设立等；(5)通过本实验提高学生对自动化控制的熟悉和了解,锻炼学生的动手和实践能力。二、实验设备 机电一体化综合测试平台（含步进电机控制模块）共2台三、实验原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接受到一个脉冲信号，它就驱动步 进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达 到准拟定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达成调速的目的。步进电机控制系统结构如下，通过单片机或是计算机等发送控制命令给电机驱动器，电机驱动器将控 制命令转化为驱动信号给执行电机。步进电机结构如下，单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 是步进电机最常采用的两种驱动架构。单 极性驱动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机包含两组带有中间抽头的线圈，整个电机 共有六条线与外界连接。这类电机有时又称为四相电机或应是双相位六线式步进电机。六线式步进电机虽 又称为单极性步进电机，事实上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。图2-1 步进电机工作原理单极半步运营的原理如图2-2，通过驱动器控制电机线路，在相应的位置产生如下的磁场，驱动电机一步 一步的运动。 步进电机一般用于开环伺服系统，由于没有位置反馈环节，固位置控制的精度由步进电机和进给丝杠 等等来决定。虽档次低，但是结构简朴价格较低。在规定不高的场合仍有广泛应用。在数控机床领域中大功率的步进电机一般用在进给运动（工作台）控制上，但是就控制性能来说其特性不如交流伺服电机。振动、噪音也比较大。特别是在过载情况下，步进电机会产生失步，严重影响加工精度，但其便宜的价格， 方便使用的特点，在工业中的达广泛的应用。图2-2 单极半步运营的原理四、步进控制面板结构步进控制面板具体结构图（驱动器部分），如图 2-3 所示，重要涉及电机连接线、编码器反馈信号、与 运动控制器相连信号以及驱动器本体组成；步进驱动器控制信号电机 连接线信 号 测 试点图2-3 步进控制面板（1）电机连接线+A、-A、+B、-B、AC、BC 信号为步进电机的电源线；（2）连接运动控制器信号+5V -为驱动器提供+5V 电源；PUL+、PUL- -为脉冲信号，用于控制电机的进给量；DIR+ 、DIR- -为方向信号，用于控制电机的方向；五、实验环节1、接线实验根据电气连接图搭建步进运动控制系统，具体接线环节如下所示：1)电机电源接线将步进控制面板上左上角的电机动力线接口“+A、-A、+B、-B、AC、BC”分别和机械本体信号接口面 板上的“+A、-A、+B、-B、AC、BC”相连(Note1)；步进控制面板机械本体信号接口面板Note1:当步进轴位于 X 轴时,与机械本体信号接口面板的 X 轴电机信号部分的信号相连接; 当步进轴位于 Y 轴时,与机械本体信号接口面板的 Y 轴电机信号部分的信号相连接; 当步进轴位于 Z 轴时,与机械本体信号接口面板的 Z 轴电机信号部分的信号相连接;2)驱动器和运动控制器之间的连接线将步进控制面板上右边 PUL+、PUL-、DIR+、DIR-、+5V 信号和机械本体接口面板的 PUL+、PUL-、DIR+、DIR-、+5V 一一相连接；(Note2)；步进控制面板运动控制器信号接口面板Note2:当步进轴位于 X 轴时,与运动控制器接口面板的 X 轴的信号相连接; 当步进轴位于 Y 轴时,与运动控制器接口面板的 Y 轴的信号相连接; 当步进轴位于 Z 轴时,与运动控制器接口面板的 Z 轴的信号相连接;3)机械本体和运动控制器之间的连接线a)、将机械本体信号接口面板上的 HOME、LIM+、LIM-与运动控制器信号接口面板上的 HOME、LIM+、LIM-相连接（Note3）；HOME-用来检测机械本体上的零点信号；机械回零时，需要用到该信号；LIM+ -用来检测机械本体上的正限位信号，保护轴在运动过程中，平台不与机械端面发生碰 撞，避免超过行程；LIM- -用来检测机械本体上的负限位信号，保护轴在运动过程中，平台不与机械端面发生碰 撞，避免超过行程；机械本体信号接口面板运动控制器信号接口面板Note3:当步进轴位于 X 轴时,与运动控制器接口面板的 X 轴辅助信号相连接; 当步进轴位于 Y 轴时,与运动控制器接口面板的 Y 轴辅助信号相连接; 当步进轴位于 Z 轴时,与运动控制器接口面板的 Z 轴辅助信号相连接;b)、将机械本体信号接口面板上辅助编码器信号 A5+、A5-、B5+、B5-、+5V、GND 与运动控制器信 号接口面板上辅助编码器信号 A5+、A5-、B5+、B5-、+5V、GND 一一相应相连接（Note4）；Note5：当步进轴位于 X 轴时，需要连接该部分的信号，用来进行反向间隙实验；c）、将机械本体信号接口面板上的 OVCC、OGND 与运动控制器信号接口面板上的 OVCC、OGND 相 连接；OGND 为电源地，该信号不接，则会导致 I/O 信号没有电源地，导致 I/O 信号不对；机械本体信号接口运动控制器信号接口面板4)接线确认无误后，给系统上电；5)等待一会儿，系统自动进入机电一体化技术综合测试平台软件界面(如图2-4 所示)；图 2-4 机电一体化技术综合测试平台程序主界面2、驱动器参数设立按照步进驱动器设立环节进行相应的参数设立，出厂默认设立；3、步进控制系统实训实验该部分重要用来检测电气接线是否连接对的，让学生加深对步进控制系统统电气图的连接；熟悉各 个部分的电气连接；具体环节：1）、在机电一体化技术综合测试平台软件主界面（图 4-3），点击“实训与故障诊断实验”按钮，进入“实 训与故障诊断实验”界面（图 2-5）；图2-5 实训与故障诊断实验主界面2）、点击相应的轴通道接线按钮（Note4）；进入相应的轴接线显示界面（图2-6），在该界面可以看 到连线的接通状态；接线连接通，相应按钮会亮绿色；反之，则表白连线未接通，请检查连接是否接错； 对照步进控制系统的电气图纸，核对与驱动器连接部分的信号，在图 4-5 中是否都接通；假如没有，请 查找接线错误，直到接线错误排除为止；图 2-6 交流伺服控制面板Note4:当步进轴位于 X 轴时,点击“X 轴连线”按钮；进入 X 轴接线； 当步进轴位于 Y 轴时,点击“Y 轴连线”按钮；进入 Y 轴接线； 当步进轴位于 Z 轴时,点击“Z 轴连线”按钮；进入 Z 轴接线；3）、点击“返回”按钮，在图 2-5 界面，点击“机械本体”按钮，查看机械本体与运动控制器的信号连 接；如图 2-7 所示：图2-7机械本体信号接口面板4）、点击“返回”按钮，回到图 4-4 界面，在“Teachers Fault List ”下面的列表没有错误提醒（有错误 提醒时，会看到相应的组号有红色显示）；可以进行该轴的其它实验（Note5）；Note5：该轴指的是图 2-6中显示的轴号；六、实验参考文献1 廖效果，刘又午. 数控技术. 湖北科学技术出版社，武汉：2023.2 机电一体化综合测试平台使用说明书，固高科技(深圳)有限公司.实验二步进控制系统实验实验报告班级 姓名 学号 成绩 课程名称 暃二地二辳地一 实验项目性质技能演示综合设计其他实验名称实验目的：实验所用设备名称：简核述步进电机基本原理：实验重要环节：分析实验结果，总结步进电机的重要控制方法。实验三 数控铣床平面铣削自动编程一、实验目的（1）了解数控铣削的工艺分析方法与工艺设计；（2）熟悉公共项目的设立；（3）熟悉数控铣床平面铣削加工刀具途径的创建方法；（3）掌握后解决数控程序的自动生成方法。二、实验装置计算机，UG NX 6.0软件 。三、实验性质与实验进行方式技能性实验，必做。四、实验内容与环节（一）零件工艺分析1零件概述心形凹模零件如图3-1所示的，草图如图3-2所示，长方体高度为30mm，其下凹部位为一个心形的直壁凹模，凹槽由6段相切的圆弧组成，上表面与底面均为平面，形状较为简朴，心形深度为16mm。毛坯为180mm140mm30.5mm的长方体。 图3-1 心形凹模立体图 图3-2 心形凹模草图2工艺分析需要对心形凹模进行上表面的精加工和凹槽的粗、精加工。以底面固定安装在数控机床工作台上。工件坐标系原点设立。为方便进行对刀，将工件坐标系设立在顶部平面的心形中心位置，如图3-1和图3-2所示。加工工步分析。由于本零件的形状较为简朴，可以使用平面铣加工，没有尖角或者很小的圆角，同时表面没有特别的规定，可以使用16mm的平底立铣刀进行加工，可以避免换刀操作。本零件加工分以下3步： 第1次平面精加工。每刀切削侧向步距取9.6mm；设立主轴转速为1500r/min，进给速度为300mm/min。第2次凹槽粗加工。每刀切削侧向步距取6mm；采用分层切削，每层切削深度为0.5mm，设立主轴转速为1000r/min，进给速度为500mm/min。第3次侧面精加工。采用分层切削，每层切削深度为1mm，设立主轴转速为1500r/min，进给速度为300mm/min。（二）公共项目设立1进入加工模块2固定导航器3设立安全高度4设立毛坯注意：在Workpice节点创建的实心体毛坯对平面铣操作的创建没有直接影响，不是操作的参数，仅仅是满足最后验证刀轨的需要。预先在建模界面下创建好180mm140mm30.5mm的半透明长方体作为毛坯。 图3-3 半透明的长方体毛坯5设立加工公差6创建刀具在【插入】工具栏上单击【创建刀具】按钮，系统弹出如图3-4所示的“创建刀具”对话框，在“名称”文本框中输入“D16”，单击对话框中的“拟定”按钮，系统弹出如图3-5所示的“铣刀-5参数”对话框，在“直径”文本框中输入“16”，单击对话框中的“拟定”按钮。（三）面铣削精加工1创建面铣削操作2指定面边界3刀轨设立4设立进给和速度5生成刀轨6检查刀轨7后解决（四） 平面铣粗加工1创建平面铣操作2指定几何体指定部件边界。 指定毛坯边界。 指定底面。 图3-4 “创建刀具”对话框 图3-5 “铣刀-5参数”对话框3刀轨设立切削模式。选择“跟随周边”模式。步距。采用系统默认选项“%刀具平直”、“平面直径比例”为40.0。切削层。切削参数。非切削移动。进给和速度。注意：使用“用户定义”方式指定切削深度的“最大值”与“最小值”，产生的切削可以在指定值范围内进行分派，以使平面部分能最佳地被切削。4生成刀轨5检查刀轨6后解决（五）侧面精加工1复制平面铣粗加工操作2设立方法3设立切削模式4设立切削层5设立切削参数6设立进给和速度参数7生成刀轨8检查刀轨9后解决10保存文献五、实验参考文献1吴明友编 UG NX 6.0中文版数控编程 北京：化学工业出版社 2023年2吴明友编 UG NX 6.0中文版数控铣削 沈阳：辽宁科学技术出版社 2023年实验三数控铣床平面铣削自动编程实验报告班级 姓名 学号 成绩 课程名称 暃二地二辳地一 实验项目性质技能演示综合设计其他实验名称实验目的：实验装置：实验重要环节：实验总结：比较数控铣削手工编程与自动编程的优缺陷，并写出你的结识和体会实验四 数控铣床曲面铣削自动编程一、实验目的（1）了解数控铣削的工艺分析方法与工艺设计；（2）熟悉公共项目的设立；（3）熟悉数控铣床曲面铣削加工刀具途径的创建方法；（3）掌握后解决数控程序的自动生成方法。二、实验装置计算机， UG NX 6.0软件。三、实验性质与实验进行方式技能性实验，必做。四、实验内容与环节（一）零件工艺分析1零件概述摩擦圆盘压铸模型腔模型立体图如图4-1所示、零件图如图4-2所示，尺寸范围为148mm40mm，材料为H13。该零件由一个碗形的底部型腔和5个凸台组成。采用毛坯大小为148mm8mm和140mm32mm的两个圆柱体组合而成的实体，毛坯外形已车削成型。图4-1 摩擦圆盘压铸模型腔模型立体图2工艺分析工件坐标系原点设立。为方便进行对刀，将工件坐标系设立为X、Y在圆盘的中心处，Z在圆盘顶面，即模型的最高点处。加工工步分析。根据该零件的结构，分以下4步对该零件进行加工：1）第1步开粗。采用D12R0.4的圆鼻刀，考虑到刀具的切削负荷，所以每刀切削侧向步距取8mm；采用分层切削，每层切削深度为0.3mm，设立主轴转速为2500r/min，进给速度为2200mm/min。2）第2步半精加工。采用D8R4的球刀，采用分层切削，每层切削深度为0.2mm，设立主轴转速为3000mm/min，进给速度为2023mm/min。3）第3步精加工。采用D6R3的球刀，设立主轴转速为3500r/min，进给速度为1500mm/min。4）第4步清根加工。采用D2R1的球刀，设立主轴转速为5000r/min，进给速度为1000mm/min。图4-2 摩擦圆盘压铸模型腔模型零件图（二）公共项目设立1进入加工模块2固定导航器3设立安全高度4设立几何体5设立加工公差6创建刀具如图4-3所示的“创建刀具”对话框，选择“类型”为“mill_contour”（轮廓铣），在“刀具子类型”下选择“MILL”（铣刀），在“名称”文本框中输入“D12R0.4”，单击对话框中的“拟定”按钮，系统弹出如图4-4所示的“铣刀-5参数”对话框，在“直径”文本框中输入“12”，在“底圆角半径”文本框中输入“0.4”，在“长度”文本框中输入“75”，在“刀刃长度”文本框中输入“50”，单击对话框中的“拟定”按钮。同样的方法创建D8R4、D6R3、D2R1的球刀，在“刀具子类型”下选择“BALL_MILL”（球刀） ，3把刀的“长度”分别为60mm、50mm、50mm，3把刀的“刀刃长度”分别为14mm、12mm、5mm。 图4-3 “创建刀具”对话框 图4-4 “铣刀-5参数”对话框（三） 粗加工1创建形腔铣操作2指定切削区域3刀轨设立4生成刀轨5检查刀轨6后解决（四） 半精加工1创建深度加工轮廓操作2指定切削区域3刀轨设立4生成刀轨5检查刀轨6后解决五、实验参考文献1吴明友编 UG NX 6.0中文版数控编程 北京：化学工业出版社 2023年2吴明友编 UG NX 6.0中文版数控铣削 沈阳：辽宁科学技术出版社 2023年实验四数控铣床曲面铣削自动编程实验报告班级 姓名 学号 成绩 课程名称 暃二地二辳地一 实验项目性质技能演示综合设计其他实验名称实验目的：实验装置：实验重要环节：实验总结：请比较数控铣床平面铣削、钻削和曲面铣自动编程公共项设立和刀路创建的异同之处。实验五 数控车床加工自动编程一、实验目的（1）了解数控车削的工艺分析方法与工艺设计；（3）熟悉公共项目的设立；（2）熟悉工件外圆粗精加工刀具途径的设定；二、实验装置计算机，UG NX6.0软件。三、实验性质与实验进行方式技能性实验，必做。四、实验内容与环节 分析图纸 如图5-1所示零件图是一个典型的复杂轴类零件，本实验只创建外圆粗车加工、外圆精车加工的刀具途径和及其数控车床加工程序的自动生成。零件的尺寸范围为100mm100mm。毛坯采用大小为105mm120mm的棒料。图5-1 车削数控编程综合实例零件（二）拟定加工工艺一方面进行端面车削加工，再进行外圆粗车加工、外圆精车加工、外圆切槽加工、外螺纹车削加工、端面切槽加工，最后进行端面通孔加工。零件的加工工艺过程如表5-1所示。其中2、3项是本次实验内容。表5-1 零件的加工工艺过程工序工序内容设 备刀 具备 注1车削端面数控车削加工中心端面车刀2粗加工外圆数控车削加工中心外圆车刀留余量0.3mm 3精加工外圆数控车削加工中心外圆车刀设立加工余量为04外圆面切槽加工数控车削加工中心切槽刀两处5车削加工外螺纹数控车削加工中心螺纹车刀6端面切槽加工数控车削加工中心切槽刀7钻中心孔加工数控车削加工中心中心钻8钻孔加工数控车削加工中心标准钻头9切断数控车削加工中心切断刀（三）公共项目设立1进入加工模块2创建几何体创建车削加工坐标系。编辑WORKPIECE几何对象。 编辑TURNING_WORKPIECE几何对象。3创建刀具创建OD_80_L外圆粗车刀。 创建OD_55_L外圆精车刀。（四）外圆粗加工外圆车削粗加工是车削加工中最基本的加工方法之一，下面介绍外圆粗车加工的操作创建过程。1创建操作2设立切削区域3切削策略4层角度5方向6步距7变换模式和清理8切削参数9非切削移动10进给和速度 设立主轴转速。 设立进给速率。11机床控制12生成刀具轨迹13确认刀具轨迹 图5-2 外圆面粗车加工的刀具轨迹 图5-3 外圆面粗车加工的仿真结果（五）外圆精加工外圆精车加工是用来保证零件加工精度的工序，可以获得好的加工表面质量，外圆精车加工操作的创建过程与外圆粗车加工相似，这里不加以详述。 图5-4 外圆面精车加工的刀具轨迹 图5-5 外圆面精车加工的仿真结果五、实验参考文献1吴明友编 UG NX 6.0中文版数控编程北京：化学工业出版社 2023年2吴明友编 UG NX 6.0中文版数控铣削沈阳：辽宁科学技术出版社 2023年实验五数控车床加工自动编程实验报告班级 姓名 学号 成绩 课程名称 暃二地二辳地一 实验项目性质技能演示综合设计其他实验名称实验目的：实验装置：实验重要环节：实验总结：请课后写出你在本次实验中的收获和感受，并写出心得体会。