数控技术(A)实验指导书_机械/仪表_工程科技_专业资料。数控技术（A） 实验指导书 机械与车辆学院 机电教研室 2014.2 实验一 逐点比较法插补原理及实现实验 一、实验目的 利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，观察其运动

　　数控技术（A） 实验指导书 机械与车辆学院 机电教研室 2014.2 实验一 逐点比较法插补原理及实现实验 一、实验目的 利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，观察其运动 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 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，其的 偏差不超过一个小设定单位。 插补过程：每走一步要进行以下四个步骤： (1) 位置判别 根据偏差值确定当前加工点的位置。 (2) 坐标进给 根据判别的结果，确定沿哪个坐标进给一步以接近曲线) 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，未到过终点则返回步继续插补，到终点则停 止。 四、实验要求 (1) 实验前复习逐点比较法插补算法原理； (2) 实验时首先设计插补图样，运行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行程序，观察笔架 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，利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察还是直线或圆弧，不能观察到刀具的实 际，本实验中，机电一体化综合测试平台上的笔架相当于刀具，笔架每步的移动距离（相 当于脉冲当量）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、实验步骤 (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) 观察笔架的运动轨迹，打印图样。 七、实验报告要求： 实验报告每人一份，内容包括： （1） 实验所用设名称； （2） 简要叙述逐点比较法直线） 笔架绘制出的设计图样，包括直线） 分析实验结果，说明逐点比较法的优缺点。 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：2000. [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. 实验一《逐点比较法插补原理及实现实验》实验报告 班级 课程名称 实验名称 姓名 暃二地二辳地一 学号 成绩 实验项目性质 技能 演示 综合 设计 其他 实验目的： 实验所用设名称： 简要叙述逐点比较法直线、圆弧插补原理： 实验主要步骤： 分析实验结果，说明逐点比较法的优缺点。 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置，控制系统的参数设置等； (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 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。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动 步 进 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 电 控 制命令转化为驱动信号给执行电机。 机 按 设 单 步进电机结构如下，单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 是步进电机常采用的两种驱动架构。 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 定 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 的 步进电机虽 又称为单极性步进电机，实际上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。 方 向 转 动 一 个 固 定 的 角 度 （ 及 图2-1 步进电机工作原理 步 单极半步运行的原理如图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 。机可一以步通过一控步制的脉运冲动个。数来控制角位移量，从而达 到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来 控制电步机进转电动机的一速般度用和于加开速环度伺，服从系而统达，到由调于速没的有目位的置。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，但是结构简单价格较低。在要求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。尤其是在过载情况下，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。 四、步进控制面板结构 图2-2 单极半步运行的原理 步 进 步进驱动器 控制信号 控 制 面 电机 板 连接 具 线 体 结 构 图 （ 驱 动 器 ，如图2-3 所示，主要包括电机连接线、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； 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）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、实验步骤 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) 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+、 L I 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； M - 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 相 撞，避免超出行程； 连 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 接 撞，避免超出行程； （ 运动控制器信号接口面板 N 机械本体信号接口面板 o t 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 Note5： 板 上 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； 辅 、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； 助 OGND 为电源地，该信号不接，则会造成I/O 信号没有电源地，造成I/O 信号不对； 编 机械本体信号接口 运动控制器信号接口面板 码 器 信 号 A 5 + 、 A 5 - 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)； B 5 + 、 B 5 、 + 5 V 、 G N D 一 一 对 应 图2-4 机电一体化技术综合测试平台程序主界面 相 连2、驱动器参数设置 接 （ 按照步进驱动器设置步骤进行相应的参数设置，出默认设置； N o t 3、步进控制系统实训实验 该部分主要用来检测电气接线是否连接正确，两相步进电机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；具体步骤： 、 在 机 电 一 体 化 技 术 综 合 测 试 平 台 软 件 主 界 图2-5 实训与故障诊断实验主界面 面 、 （ 点 图 击 相 应 4的 ， 轴 点 通 击 道 “实 接 线 按 训 钮 与 （ 故 N 障 ot 诊 ； 断 进 实 入 验 相 应 ”的 按 轴 钮 接 图2-6 交流伺服控制面板 ， 线 进 显 入 示 界 “面 实 （ 图 训 2 与 ，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，则表明连线未接通，请检查 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； 、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 、点击“返回”按钮，回到图4-4 界面，在“Teacher’s Fault List ”下面的列表没有错误提示 （ 有 错 Note5：该轴指的是图2-6中显示的轴号； 误 六、实验参考文献 [1] 提廖效果，刘又午. 数控技术. 湖北科学技术出版社，武汉：2000. [2] 示机电一体化综合测试平台使用说明书，固高科技(深圳)有限. 时 ， 会 看 到 相 应 的 组 号 有 红 色 实验二《步进控制系统实验》实验报告 班级 课程名称 姓名 暃二地二辳地一 实验名称 学号 技 能 成绩 实验项目性质 演综设其 示合计他 实验目的： 实验所用设名称： 简核述步进电机基本原理： 实验主要步骤： 分析实验结果，总结步进电机的主要控制方法。 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）熟悉公共项目的设置； （3）熟悉数控铣床平面铣削加工刀具路径的创建方法； （3）掌握后处理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、实验内容与步骤 （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，形状较为简单，心形深度为 16mm。毛坯为 180mm×140mm×30.5mm 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。 ⑴工件坐标系原点设置。为方便进行对刀，将工件坐标系设置在顶部平面的 心形中心位置，如图 3-1 和图 3-2 所示。 ⑵加工工步分析。由于本零件的形状较为简单，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要求，可以使用φ16mm 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： ① 第 1 次平面精加工。每刀切削侧向步距取 9.6mm；设置主轴转速为 1500r/min，进给速度为 300mm/min。 ②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，设置主轴转速为 1000r/min，进给速度为 500mm/min。 ③第 3 次侧面精加工。采用分层切削，每层切削深度为 1mm，设置主轴转 速为 1500r/min，进给速度为 300mm/min。 （二）公共项目设置 1．进入加工模块 2．固定导航器 3．设置安全高度 4．设置毛坯 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，仅仅是满足后验证刀轨的需要。预先在建模界面下创建 好 180mm×140mm×30.5mm 的半透明长方体作为毛坯。 图 3-3 半透明的长方体毛坯 5．设置加工公差 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“确 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“确定”按钮。 （三）面铣削精加工 1．创建面铣削操作 2．指定面边界 3．刀轨设置 4．设置进给和速度 5．生成刀轨 6．检验刀轨 7．后处理 （四） 平面铣粗加工 1．创建平面铣操作 2．指定几何体 ⑴指定部件边界。 ⑵指定毛坯边界。 ⑶指定底面。 图 3-4 “创建刀具”对线 参数”对线．刀轨设置 ⑴切削模式。选择“跟随周边”模式。 ⑵步距。两相步进电机采用系统默认选项“%刀具平直”、“平面直径百分比”为 40.0。 ⑶切削层。⑷切削参数。⑸非切削移动。⑹进给和速度。两相步进电机 注意：使用“用户定义”方式指定切削深度的“值”与“小值”，产 生的切削可以在指定值范围内进行分配，以使平面部分能地被切削。 4．生成刀轨 5．检验刀轨 6．后处理 （五）侧面精加工 1．复制平面铣粗加工操作 2．设置方法 3．设置切削模式 4．设置切削层 5．设置切削参数 6．设置进给和速度参数 7．生成刀轨 8．检验刀轨 9．后处理 10．保存文件 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 2010 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 2010 年 实验三《数控铣床平面铣削自动编程》实验报告 班级 课程名称 姓名 暃二地二辳地一 实验名称 学号 成绩 实验项目性质 技 演 综 设 其他 能示合计 实验目的： 实验装置： 实验主要步骤： 实验总结： 比较数控铣削手工编程与自动编程的优缺点，并写出你的认识和体会 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）熟悉公共项目的设置； （3）熟悉数控铣床曲面铣削加工刀具路径的创建方法； （3）掌握后处理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、实验内容与步骤 （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Φ148mm×40mm，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Φ148mm×8mm 和Φ140mm×32mm 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 ⑴工件坐标系原点设置。为方便进行对刀，将工件坐标系设置为 X、Y 在圆 盘的中心处，Z 在圆盘顶面，即模型的点处。 ⑵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，设置主轴转 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，设置主轴转速为 3000mm/min，进给速度为 2000mm/min。 3）第 3 步精加工。采用 D6R3 的球刀，设置主轴转速为 3500r/min，进给速 度为 1500mm/min。 4）第 4 步清根加工。采用 D2R1 的球刀，设置主轴转速为 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）公共项目设置 1．进入加工模块 2．固定导航器 3．设置安全高度 4．设置几何体 5．设置加工公差 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“确定”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“确定”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”对线．生成刀轨 5．检验刀轨 6．后处理 （四） 半精加工 1．创建深度加工轮廓操作 2．指定切削区域 3．刀轨设置 图 4-4 “铣刀-5 参数”对线．后处理 五、实验参考文献 [1]吴明友编 《UG NX 6.0 中文版数控编程》 2010 年 [2]吴明友编 《UG NX 6.0 中文版数控铣削》 版社 2010 年 北京：化学工业出版社 沈阳：辽宁科学技术出 实验四《数控铣床曲面铣削自动编程》实验报告 班级 课程名称 姓名 暃二地二辳地一 实验名称 学号 成绩 实验项目性质 技 演 综 设 其他 能示合计 实验目的： 实验装置： 实验主要步骤： 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置和刀路创建的 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）熟悉公共项目的设置； （2）熟悉工件外圆粗精加工刀具路径的设定； 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、实验内容与步骤 ㈠ 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路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φ100mm×100mm。毛坯采用大小为 φ105mm×120mm 的棒料。 图 5-1 车削数控编程综合实例零件 （二）确定加工工艺 首先进行端面车削加工，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，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 刀具 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 3 精加工外圆 数控车削加工中心 外圆车刀 4 外圆面切槽加工 数控车削加工中心 切槽刀 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 留余量 0.3mm 设置加工余量为 0 两处 （三）公共项目设置 1．进入加工模块 2．创建几何体 ⑴创建车削加工坐标系。 ⑵编辑 WORKPIECE 几何对象。 ⑶编辑 TURNING_WORKPIECE 几何对象。 3．创建刀具 ⑴创建 OD_80_L 外圆粗车刀。 ⑵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．设置切削区域 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 11．机床控制 12．生成刀具轨迹 13．确认刀具轨迹 ⑴设置主轴转速。 ⑵设置进给速率。 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 2010 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 2010 年 实验五《数控车床加工自动编程》实验报告 班级 课程名称 姓名 暃二地二辳地一 实验名称 学号 成绩 实验项目性质 技演综设其 能示合计他 实验目的： 实验装置： 实验主要步骤： 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。
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