加工中心操作加工仿真例.doc

实验二
加工中心操作加工仿真实验

一、实验目的
1． 掌握加工中心手工编程的编程步骤。
2． 掌握数控加工中心仿真系统的操作流程。
二、实验内容
1. 了解数控仿真软件的应用背景。
2. 掌握加工中心手工编程的编程步骤
3． 掌握数控加工仿真系统的操作流程。
三、实验设备
1. 海信工作站
2. 数控加工仿真软件
四、实验操作步骤:
1. 图纸

2. 加工采用的刀具参数下表所示。

3. 工艺安排：
①用虎钳和V型铁装夹零件，用百分表找正Φ60的圆后，铣平零件上表面，将零件中心和零件上表面设为G54的原点。
②加工路线是：粗铣43×43的四方台面→钻中心孔→钻Φ7.8孔→铰Φ8H7孔→精铣43×43的四方台面→精铣Φ59.5的工艺台阶。

手工编程参考答案：
主程序内容
程序注释（加工时不需要输入）
%
O0001
G91Z0G28
T1M6
G90G54G0X0Y0S600M3
G43H1Z100.0
X41.5Y0
Z10.0M08
G01Z-7.0F50
D1M98P100F120(D1=6.2)
G01Z-13.0F50
D1M98P100F120(D1=6.2)
G01Z-19.0F50
D1M98P100F120(D1=6.2)
G0Z100.0M09
M05

G91G28Z0
T3M6
G90G54G0X0Y0S1500M3
G43H3Z100.0
X0Y0
Z10.0M08
G01Z-5.0F80
G0Z100.0M09
M5

G91G28Z0
T4M6
G90G54G0X0Y0S800M3
G43H4Z100.0
Z5.0M08
G99G73Z-36.0R5.Q2.0F60
G80
G0Z100.0M09
M05

G91G28Z0
T5M6
G90G54G0X0Y0S200M3
G43H5Z100.0
Z5.0M08
G1Z-33.0F50
G0Z100.0M09
M05

G91G28Z0
T2M6
G90G54G0X0Y0S1100M3
G43H2Z100.0
X41.5Y0
Z10.0M08
G01Z-7.0
D2M98P100F130(D2=4)
G01Z-13.0F50
D2M98P100F130(D2=4)
G01Z-19.0F50
D2M98P100F130(D2=4)

G01Z-23.0F50
D2M98P200F130(D2=4)

G0Z100.0M09
M05
M30
%
传输程序时的起始符号

主轴直接回到换刀参考点
换1号刀，Φ12mm的端铣刀
刀具初始化
1号刀的长度补偿
加工起始点（X41.5,Y0,Z100

用不同的刀具半径补偿多次调用子程序去除工件余量
半径补偿值和切削速度传入子程序

换3号刀，Φ3mm中心钻

钻中心孔

换4号刀，Φ7.8mm钻头

G73指令的钻孔循环

换5号刀，Φ8mm铰刀

铰孔

换2号刀，Φ8mm端铣刀

加工起始点（X41.5,Y0,Z100）

用合适的刀具半径补偿，通过调用子程序完成精加工

铣削工艺台阶

程序结束
传输程序时的结束符号

子程序内容
注释内容

%
O100
X41.5Y0
G1G41Y20.0
G3X21.5Y0R20.0
G1Y-19.5
G2X19.5Y-21.5R2.0
G01X-19.5
G2X-21.5Y-19.5R2.0
G01Y19.5
G02X-19.5Y21.5R2.0
G01X19.5
G02X21.5Y19.5R2.0
G01Y0
G03X41.5Y-20.0R20.0
G01G40Y0
M99
%

O100子程序
（铣削带R2圆弧的43×43的四方台面）
刀具半径补偿有效，补偿值由主程序传入
圆弧切入
加工轨迹的描述

圆弧切出
刀具半径补偿取消
返回主程序
%
O200
X41.5Y0
G1G41Y11.75
G3X29.75Y0R11.75
G2I-29.75J0
G03X41.5Y-11.75R11.75
G01G40Y0
M99
%

O200子程序（铣削Φ59.5的工艺台阶）

刀具半径补偿有效，补偿值由主程序传入
圆弧切入
加工工艺台阶的轨迹描述
圆弧切出
刀具半径补偿取消
返回主程序
%
G91G28Z0
T1M6
G90G54G0X0Y0S600M3
G43H1Z100.0

X45.0Y0
Z5.0M08
G01Z0.F80

G01X35.0F120
G02I-35.0J0
G01X25.0
G02I-25.0J0
G01X15.0
G02I-15.0J0
G01X5.0
G02I-5.0J0

G0Z100.M09
M05
G91G28Z0
M30
%
铣工件上表面的程序，单独使用

起始点（X45.0 Y0 Z100.0）

铣削深度，可根据实际情况，调整Z值

6. 在数控加工仿真系统中加工训练零件一的操作步骤
具体操作过程如下：
点击“开始→ 程序→ 数控加工仿真系统”，选择“数控加工仿真系统”，在弹出的登录用户对话框中，选择快速登录，进入数控加工仿真系统
1. 选择机床
点击菜单“机床/选择机床…”，出现选择机床对话框，在选择机床对话框中控制系统选择FANUC和FANUC 0I，机床类型选择立式加工中心，型号是JOHNFORD VMC－850，并按确定按钮，机床选择结束。
2. 机床操作初始化
选择机床后，机床处于锁定状态，需要进行机床初始化操作，即解除锁定状态。
在仿真系统中，不同型号的机床，其机床的初始化操作也不相同。
对于仿真系统乔福加工中心VMC850来说，具体操作步骤是：按下数控系统的电源按钮，然后再按下急停按钮，最后按下系统启动按钮。

3. 机床回零
机床回零操作是建立机床坐标系的过程。
回零操作是实际机床在打开机床电源后，首先要作的操作。即在X轴、Y轴、Z轴通过与限位开关的接触，机床找到这三个方向的极限值后，将机床坐标系的值清零，建立机床坐标系的零点。
由于控制系统的延迟特性，如果机床主轴的实际位置，即X轴、Y轴、Z轴的位置距离机床零点太近，为了避免主轴与限位开关发生碰撞，一般数控机床都规定在进行机床回零操作前，机床主轴的X轴、Y轴、Z轴的位置距离机床零点必须大于100mm。
仿真系统的具体操作是：
1）查看是否满足回零条件
用鼠标按下【POS】，接着按下CRT中【综合】下面对应的软键按钮，注意CRT中【机械坐标】坐标系下的X、Y和Z的值，要求这三个值的绝对值不能小于“100.0”。

2）回零操作
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【参考点】。转动旋钮的方法是：鼠标停留在旋钮上，按鼠标左键，旋钮左转，按鼠标右键，旋钮右转。
Z轴回零：按下【+Z】按钮。X轴回零：按下【-X】按钮。Y轴回零：按下【+Y】按钮。

上述操作是手动回零的操作过程，除此之外，FANUC 0I系统还支持自动回零操作，即用鼠标将【模式选择】旋钮指向【参考点】后，直接按下【循环启动】按钮即可，机床将首先将Z轴回零，然后将X轴和Y轴依次回零。

4. 确定零件毛坯尺寸，选择夹具并完成零件装夹
1）定义毛坯尺寸
点击菜单“零件/定义毛坯…”或按下毛坯定义按钮，出现定义毛坯对话框，将毛坯形状改为圆柱形，定义毛坯直径为60mm，定义毛坯高度为50mm完成后，按下【确定】按钮。
2）选择装夹方式
点击菜单“零件/安装夹具…”或按下夹具按钮，出现安装夹具对话框，选择要安装的零件“毛坯1”，为了便于观察切削加工，选择安装毛坯的夹具为“工艺板”，完成后，按下【确定】按钮。
3）放置夹具和毛坯
点击菜单“零件/放置零件…”或按下放置零件按钮，在放置零件对话框，选取名称为“毛坯1”的零件。完成后，按下【安装零件】按钮。
4）移动工作台上的零件
定义好的毛坯和夹具，出现在机床工作台面上，并出现控制零件移动的面板，这四个方向的按钮，可以移动工作台面上的零件和夹具，如果零件位置没有问题，点击面板上的退出按钮，关闭该面板，毛坯放置完成。由于机床门的阻挡，观察零件有些不方便，可以点击菜单“机床/开门”，打开机床门。为了将零件固定在工作台上，可以点击菜单“零件/安装压板”,在弹出的选择压板对话框中，选择横向压板,然后选择确定按钮关闭选择压板对话框。

5. 确定工作原点，建立用户坐标系（G54）
选择零件中心为编程原点，水平向右的方向为X的正向，垂直纸面向上的方向为Z的正向，工件的上表面定为Z0。
下面选择基准工具，确定X、Y的用户坐标系。
点击菜单“机床/基准工具…”或按下基准工具按钮，在基准工具对话框中，选取右边的基准工具。完成后，按下确定按钮。基准工具出现在机床主轴上。
使用基准工具可以帮助建立用户坐标系，方便编制程序。这两种基准工具是实际工作中应用比较多的基准工具，二者的区别在于，精度和价格。
第一个是刚性样柱，价格低。使用时，主轴静止，与零件不接触，利用塞尺来测量塞尺与零件之间的间隙，从而确定X轴和Y轴的基准。因为测量塞尺与零件的间隙，有赖于操作者的经验来判断，所以精度比较低，通常精度在0.03～0.06之间，如果操作者有较高的操作技能，精度可到达0.02～0.03。刚性样柱在小规模的模具企业使用较广。
第二个是弹性样柱（寻边器），价格中等。使用时，主轴转速在400r/min～600r/min之间，当样柱与零件接触时，由于离心力的缘故，轻微接触就会产生明显的偏心迹象，使用方便。精度在0.01～0.03之间，如果操作者有较高的操作技能，精度可到达0.005～0.01。弹性样柱的使用区域广泛。
注意，这两种基准工具，都只能确定X轴和Y轴的基准，而不能确定Z轴基准。
Z轴基准的确定，需要配合实际使用的刀具才行。
下面将讲解弹性样柱确定零件X轴、Y轴和Z基准的步骤：
（1）让主轴旋转，转速500r/min。
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【MDI】，按下系统面板中的【PRGRM】按钮。
按照顺序，按下系统面板中的相应按钮，输入命令：
S500M3
完成后，按下程序【循环启动】按钮。

（2）让弹性圆柱与零件毛坯快速接近。
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【快速机动】，选择快速移动的轴向，直到弹性样柱接近零件为止。
（3）确定X轴的基准。
点击菜单“视图/复位”或按下复位按钮，放大视角。
弹性样柱接近零件后，为保证操作安全，必须使用手轮，点击【显示手轮】按钮，出现手轮面板，调节手轮控制轴向为X向，调节移动速度倍率，转动手轮，转动方法是：鼠标停留在手轮上，按鼠标左键，手轮左转，按鼠标右键，手轮右转。
转动手轮，让弹性样柱从零件右边逐渐接近零件，此时，样柱上下两个部分是分开的，向负方向，按下鼠标左键，逆时针转动手轮，弹性样柱逐渐接近零件，在这过程中，需要调节移动速度倍率，从X100→X10→X1，减小当样柱上下两个部分，合为一体时，此时机床【机械坐标】X＝334.911。继续往负方向，转动手轮，样柱上下两个部分将突然分开，，此时机床【机械坐标】X＝334.910。
记下X右＝334.911 。
注意：不同的零件或位置不同，此值也不同。
切记此时不要移动Y轴，只能移动X轴和Z轴。首先移动Z轴，将弹性样柱抬高到零件上方的安全高度，然后再移动X轴，将弹性样柱移动到零件的左边，调节手轮移动速度倍率，从X100→X10→X1，让弹性样柱从零件左边逐渐接近零件，此时，样柱上下两个部分是分开的。向正方向，转动手轮，当样柱上下两个部分，合为一体时，，此时机床【机械坐标】X＝265.089。继续往正方向，转动手轮，样柱上下两个部分将突然分开，，此时机床【机械坐标】X＝265.090。
记下X左＝265.089 。
零件中心X轴的机床【机械坐标】值
X中＝（X左＋X右）÷2＝（334.911+265.089）÷2＝300
（4）确定Y轴的基准
点击菜单“视图/复位”并“放大视角”，至合适大小。
使用手轮，移动Z向，将主轴提高到安全位置，然后，移动X轴，将主轴移动到X轴的机械坐标值为X中（即300）的位置，然后再移动Y轴，到零件的右侧（靠近操作者的方向）。然后，再移动Z轴，将弹性样柱下移到合适的位置。
使用手轮，让弹性样柱逐渐接近零件，此时，样柱上下两个部分是分开的。向正方向，转动手轮，注意调节移动速度倍率，从X100→X10→X1，当样柱上下两个部分，合为一体时，，此时机床坐标系【MACHINE】坐标系Y＝－220.001。继续往正方向，转动手轮，样柱上下两个部分将突然分开，，此时MACHINE坐标系Y＝－220.000。
记下Y右＝－220.001 。
注意：此时X轴的机械坐标应该保持为300。不要移动X轴，只移动Y轴和Z轴。
首先移动Z轴，将弹性样柱抬高到零件上方的安全高度，然后再移动Y轴，将弹性样柱移动到零件的左边（远离操作者的方向），调节手轮移动速度倍率，从X100→X10→X1，让弹性样柱从零件左边逐渐接近零件，此时，样柱上下两个部分是分开的。向正方向转动手轮，当样柱上下两个部分，合为一体时，此时机床【机械坐标】Y＝－149.999。继续往负方向，转动手轮，样柱上下两个部分将突然分开，，此时机床【机械坐标】Y＝－150.000。
记下Y左＝－149.999 。
零件中心Y轴的机床【机械坐标】值
Y中＝（Y左＋Y右）÷2＝（－220.001－149.999）÷2＝－185.0
到这里，零件中心的X轴和Y轴的机床【机械坐标】值都已经知道了，是（300,－185），这个值将放到用户坐标系中。
上述操作完成后，将弹性样柱，抬高到零件上方，安全的高度。按下【RESET】，停止主轴转动。然后将手轮隐藏，将基准工具拆除。
由于Z轴基准的确定，需要配合实际使用的刀具才行。下面讲解用户坐标系的建立。
（5）建立用户坐标系（G54）。
用鼠标按下【OFFSET SETTING】，接着按下CRT中【坐标系】下面对应的软键按钮，进入用户坐标系，由于通常是使用G54用户坐标系，所以移动光标，将零件中心的X轴和Y轴的机床【机械坐标】值，输入到G54坐标系中。
注意，G54坐标系的Z值应该保持为零。

6. 选择并安装刀具
根据机床数据表，需要安装5把刀。
操作步骤如下：
点击菜单“机床/选择刀具…”或按下选择刀具按钮，出现选择刀具对话框。
（1）选择刀具号码“序号1”。
（2）在【所需刀具直径】对话框中输入：“12”按下【确定】按钮或回车。
（3）刀具库将按输入的刀具直径，过滤刀具，找到所需要的刀具后，用鼠标选取，完成Φ12端铣刀的选择
（4）重复步骤（1）～（3），选择完成NC机床数据表中所列出的刀具。
完成后， 按下确定按钮，所选刀具出现在刀库中。

7. 刀具参数的登录
由于每一把刀的长度各不相同，所以需要登录刀具参数，步骤如下：
1. 输入一段小程序，将T1 Φ12端铣刀换到主轴上。
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【编辑】，按下系统面板中的【PROG】按钮。
按照命令的顺序，按下系统面板中的相应按钮，输入命令：

程序输入完成后，按下按钮，让程序回到程序头，程序录入就完成了。
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【自动加工】，CRT屏幕应该显示的结果如图4-27所示，接着按下程序【循环启动】按钮。
仿真机床自动将1号刀具换到主轴上，换刀完成后，主轴自动移动到工件上方。
（2）确定1号刀具的长度补偿值（H1）。
点击菜单“视图/前视图” 或按下前视图按钮。
点击菜单“塞尺检查/100mm量块” ，此时，机床显示，分为两个部分，并出现塞尺检查信息提示框。用鼠标点击系统面板上，再点击CRT屏幕下方的【综合】软键，显示机床坐标系。
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【手轮】，点击手轮图标，显示出手轮，调节轴向移动为Z轴，用鼠标左键，点击手轮，让刀具从零件上方逐渐接近零件。在这过程中，要注意调节移动倍率，由大到小，即X100→X10→X1。
塞尺检查信息提示框此时显示的是：刀具与零件之间的Z向距离。
当出现“塞尺检查的结果：合适”时，
说明刀具与量块之间的距离为Z量块＝100。
此时，机床坐标系【MACHINE】中的的Z1＝－411.657。

如图4-30所示，关闭塞尺检查对话框，点击菜单“塞尺检查/收回塞尺”。
如果机床是数控铣床，只用一把刀加工零件，则刀具长度补偿值中H1的值是：
H1＝Z1－Z量块＝－411.657－100.0＝－511.657
现在所使用的机床是加工中心，有几把铣刀，则需要将前面的过程重复几次。

（3）输入一段小程序，将T2Φ8端铣刀换到主轴上。
重复如图4-25所示的过程，进入编辑程序模式。
如图4-31所示，编辑O2程序，用鼠标点击两次系统面板中的下箭头，让光标移动到T1上，输入命令：T2，然后，用鼠标按下ALTER键，将T1替换成T2，然后按下RESET键，让程序回到程序头，程序就修改完成了。

重复上面的过程，执行O2程序。
仿真机床自动将2号刀具换到主轴上，换刀完成后，主轴自动移动到工件上方。
（4）确定2号刀具的长度补偿值（H2）。
重复上面的过程，完成T2刀具的测量。
此时，机床坐标系【MACHINE】中的的Z2＝－413.748。
刀具长度补偿值中H2的值是：H2＝Z2－Z量块＝－413.748－100.0＝－513.748
（5）按照T2对刀的过程，得到3号刀具的长度补偿H3＝－509.0。
（6）按照T2对刀的过程，得到4号刀具的长度补偿H4＝－521.645。
（7）按照T2对刀的过程，得到5号刀具的长度补偿H5＝－484.0。

（8）登录刀具补偿值。
将每一把刀具的H登录到刀具长度补偿中。
用鼠标按下【OFFSET SETTING】按钮，CRT界面中是刀具补偿画面，在形状(H)项目下，依次将前面测量得到的H1～H5输入到屏幕中。输入方法请参考前面图4-23中G54坐标系值的输入。
长度补偿值将在程序中，用G43 Hxx 命令的方式调用这些补偿值，如果程序中没有G43命令，则这些长度补偿值无效。
程序中，需要用到D1(6.2)，D2(4.0)，这两个刀具半径编程值，按照顺序输入到形状(D)项目下，在程序中，用G41 Dxx 命令的方式调用这些补偿值，如果程序中，没有G41命令，这些半径补偿值无效。
注意，这种对刀方式，必须保持G54中的Z值为0。

8. 录入程序
录入程序有三种方式：
（1）短小程序的录入（程序长度小于10K）：
具体方法请参考前面图4-26，对刀程序的录入，这里就不赘述了。
（2）中等长度的程序的录入（程序长度在5K～250K之间）：
中等长度的程序通常是使用传输软件，通过计算机与机床连接的通信端口，将程序直接传输到机床的内存中，方便快捷，这也是实际机床操作中，普遍采用的程序录入方式。数控仿真软件可以仿真这种传输方式，并且传输的程序长度最大支持到4M。
操作步骤如下：
步骤一，用鼠标将【模式选择】旋钮指向【编辑】，按下系统面板中的【PROG】按钮。然后，按下CRT界面中的【操作】下面的软键，CRT界面中的软键切换成其他功能，可以看到【READ】, 在系统面板上输入程序在机床中的名字“O1”，再按下CRT界面中的软键【READ】, CRT界面中的软键切换成其他功能, 按下CRT界面中的软键【EXEC】,出现“标头SKP”的提示。
步骤二，选择菜单“机床/DNC传送或按下DNC传送按钮，在弹出的打开文件对话框中，利用下拉菜单找到要传输的程序文件的路径，选择要传输的文件, 按下【打开】按钮，程序被传输到仿真系统中。
如果有多个程序，重复步骤一和步骤二，就可以将所有的主程序和子程序录入的仿真机床中。

在实际机床操作中，这部分的操作同时涉及到机床和与机床连接的计算机这两个设备，步骤一的内容是在机床上操作，仿真机床的操作与实际操作一致。
步骤二的内容应该是在与机床连接的计算机操作，由于无法同时仿真机床和计算机，这里的操作步骤与实际操作不一致。
（3）超长度程序的录入（程序长度在200K～20M或更大）：
这种超长度的程序，只会出现在复杂曲面的加工中，实际工作中，这种情况比较少，实际机床操作中是采用边传输边加工的在线加工方式，目前数控仿真软件还不能仿真这种传输模式。
录入完出所有程序后，在系统面板上输入主程序的名字“O1”,然后按下下箭头按钮,将主程序设置为当前程序。

9. 程序试运行（调试程序）
如果是手工录入NC程序，应该仔细检查程序是否有语法错误。但是如果程序出现逻辑错误，是无法检测出来的。与实际机床一样，数控加工仿真系统，同样提供了刀具轨迹显示的功能，利用这个功能，可以看到程序的刀具轨迹。显示刀具轨迹的操作步骤如下：
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【自动】，按下系统面板中的【PROG】按钮。再按下【CUSTOM GRAPH】按钮,机床显示区变成黑色区域，按下操作面板上的循环启动按钮，即可观察数控程序的运行轨迹，此时也可通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对三维运行轨迹进行全方位的动态观察。检查刀具轨迹完成后，按下系统面板中的【CUSTOM GRAPH】按钮,回到机床显示状态。
如果程序的运行轨迹与设想的不同，则说明程序有误，可以返回程序编辑状态，改正程序的错误，直至运行轨迹没有错误为止。

10. 自动加工
如果轨迹没有错误，下面就可以进入自动加工状态了
用鼠标将【模式选择】旋钮指向【自动】，按下操作面板上的循环启动按钮，就进入了自动加工状态。
用鼠标点击“视图/选项…”或按下【选项】快捷键，将弹出选项对话框，在这个对话框中，数控加工仿真系统提供了一个特殊的功能，即可以调整仿真速度倍率，默认是“5” 此时的加工速度，与实际加工速度差不多，修改这个值为100，仿真系统将已最快速度仿真零件的加工，这样可以快速看到程序运行的结果，如果需要切削过程中，出现铁屑，可以将【铁屑开】的选项勾上，完成后，选择【确定】按钮即可。
在加工过程中，可以通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对零件加工的过程进行全方位的动态观察。

11. 保存项目文件
由于教学需要，也为了便于检测和重现加工过程，数控加工仿真系统提供了保存项目文件的功能，通过这个功能，可以将前面操作过程中，输入的参数包括毛坯的定义，刀具的选择，用户坐标系的设定，录入的程序等等，全部以项目文件的方式保存下来。
用鼠标点击菜单“文件/保存项目”，将弹出保存类型对话框，选择确定按钮，如果是第一次保存项目文件，将随后弹出保存文件路径对话框，输入一个文件名字，例如“练习零件一”，仿真系统将以你输入的名字，建立一个目录，并将前面操作过程中输入的参数，以多个文件的方式保存下来。
如果需要再现整个加工过程，可以重新打开刚才保存的项目文件。
用鼠标点击菜单“文件/打开项目” ，在弹出的【打开文件】对话框中，找到保存项目的文件夹，进入这个文件，选取项目文件“练习零件一.mac”，点击【打开】按钮。
项目文件被重新打开后，需要进行机床操作初始化和机床回零这两个操作后，才能使用，可以重新查看毛坯的定义，所选择的刀具，用户坐标系（G54），录入的程序等内容，如果毛坯已经被加工完成，可以用鼠标点击菜单“【零件】→【拆除零件】→【放置零件】”，从而得到一个新的毛坯，然后就可以直接进入自动加工了，具体步骤请查考前面的内容。

五、思考题
1. 数控加工仿真软件的应用优势和缺点

六、实验报告
实验名称 班级 姓名 学号
1． 实验目的
2． 实验内容
3． 数控加工中心机床的加工流程
4． 工件图纸、加工工艺、数控程序
5． 数控加工中心机床的加工步骤
6． 思考题