數(shù)控機(jī)床實驗指導(dǎo)書

實驗一：數(shù)控操作實驗?1
實驗二：數(shù)控車床加工實驗?5
實驗三：數(shù)控銑床加工實驗?12
實驗四：數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)控制?18
實驗五：數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)設(shè)計?24
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實驗一：數(shù)控操作實驗
[實驗?zāi)康腯
1.?掌握數(shù)控機(jī)床的特點與運用；
2.?認(rèn)識了解數(shù)控加工機(jī)床的組成與結(jié)構(gòu)；
3.?掌握數(shù)控加工的工作原理；
4.?掌握數(shù)控機(jī)床一般的操作步驟和基本編程；
[實驗屬性]
本實驗屬演示性質(zhì)
[實驗內(nèi)容]
一、數(shù)控機(jī)床的組成、特點及分類
1.?數(shù)控機(jī)床的組成：
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都是CNC機(jī)床，一般由數(shù)控操作系統(tǒng)和機(jī)床本體組成，主要有如下幾部分組成。
1).?CNC裝置：
計算機(jī)數(shù)控裝置（即CNC裝置）是CNC系統(tǒng)的核心，由微處理器（CPU）、存儲器、各I／O接口及外圍邏輯電路等構(gòu)成。
2).?數(shù)控面板：
數(shù)控面板是數(shù)控系統(tǒng)的控制面板，主要有顯示器和鍵盤組成。通過鍵盤和顯示器實現(xiàn)系統(tǒng)管理和對數(shù)控程序及有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和編輯修改。
3).?可編程邏輯控制器PLC：
PLC是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，用于完成數(shù)控機(jī)床的各種邏輯運算和順序控制。例如：主軸的啟停、刀具的更換、冷卻液的開關(guān)等輔助動作。
4).?機(jī)床操作面板：
一般數(shù)控機(jī)床均布置一個機(jī)床操作面板，用于在手動方式下對機(jī)床進(jìn)行一些必要的操作，以及在自動方式下對機(jī)床的運行進(jìn)行必要的干預(yù)。上面布置有各種所需的按鈕和開關(guān)。
5).?伺服系統(tǒng)：
伺服系統(tǒng)分為進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)，進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要有進(jìn)給伺服單元和伺服進(jìn)給電機(jī)組成。用于完成刀架和工作臺的各項運動。主軸伺服系統(tǒng)用于數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動，一般由恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速。為滿足某些加工要求，還要求主軸和進(jìn)給驅(qū)動能同步控制。
6).?機(jī)床本體：
機(jī)床本體的設(shè)計與制造，首先應(yīng)滿足數(shù)控加工的需要，具有剛度大、精度高、能適應(yīng)自動運行等特點，由于一般均采用無級調(diào)速技術(shù)，使得機(jī)床進(jìn)給運動和主傳動的變速機(jī)構(gòu)被大大簡化甚至取消，為滿足高精度的傳動要求，廣泛采用滾珠絲桿、滾動導(dǎo)軌等高精度傳動件。為提高生產(chǎn)率和滿足自動加工的要求，還采用自動刀架以及能自動更換工件的自動夾具等。
2.?數(shù)控機(jī)床的特點：
由于數(shù)控機(jī)床是計算機(jī)自動控制同精密機(jī)床兩者之間的相互結(jié)合，使得它具有高效率、高精度、高柔性等特點。
1)?具有廣泛的適應(yīng)性：
現(xiàn)代加工業(yè)為適應(yīng)市場競爭要求，需不斷對產(chǎn)品進(jìn)行更新?lián)Q代，產(chǎn)品的換代勢必要求其零件的改變，而對于數(shù)控加工來說，只要改變數(shù)控程序或加工程序中的相應(yīng)參數(shù)，就能對新零件或改型后的零件進(jìn)行自動加工。因此能很好地適應(yīng)市場競爭對產(chǎn)品改型換代的要求。
2)?高精度與質(zhì)量穩(wěn)定：
數(shù)控機(jī)床的本體中廣泛采用滾珠絲桿、滾動導(dǎo)軌等高精度傳動部件，而伺服傳動系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的設(shè)定單位可達(dá)到0.01~0.005mm。并且還有誤差修正或補(bǔ)償功能。而數(shù)控機(jī)床的運行是根據(jù)數(shù)控程序而來，在程序調(diào)試完畢，加工件精度滿足要求后，就進(jìn)行自動加工，一般不需人工干預(yù)，從而保證其高精度和高穩(wěn)定性。
3)?效率高：
數(shù)控加工在程序調(diào)試完成，首件加工合格后，就可進(jìn)行自動批量加工。加工過程中工件裝夾、刀具更換、切削用量的調(diào)整均有設(shè)備自動完成，而且加工中一般無需進(jìn)行檢測，從而極大地減少了輔助時間。在程序的編制中只要對切削用量進(jìn)行合理的選擇，就可以在滿足加工要求的前提下，提高其生產(chǎn)效率。
4)?能進(jìn)行復(fù)雜零件的加工：
數(shù)控機(jī)床采用計算機(jī)插補(bǔ)技術(shù)和多坐標(biāo)軸聯(lián)動控制，因此可實現(xiàn)任意軌跡運動，并能加工出任何復(fù)雜形狀的空間曲面，從而滿足加工普通機(jī)床無法加工的復(fù)雜零件。
5)?減輕勞動強(qiáng)度、改善勞動條件：
由于數(shù)控機(jī)床進(jìn)行的是自動加工，程序調(diào)試完成后，一般不需對其進(jìn)行人工干預(yù)，可以大大減輕勞動者的勞動強(qiáng)度，同時可實現(xiàn)一人管理多臺機(jī)器。
6)?有利于進(jìn)行現(xiàn)代化管理：
數(shù)控機(jī)床加工能方面、精確的計算零件的加工時間，同時還可以進(jìn)行自動加工統(tǒng)計，從而做到自動精確計算生產(chǎn)和加工費用，有利于對生產(chǎn)的全過程進(jìn)行現(xiàn)代化管理。
3.?數(shù)控機(jī)床的分類：
隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的類型越來越多，其加工用途、功能特點多種多樣，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前數(shù)控機(jī)床的品種已達(dá)500多種。按其實際使用情況可分為兩大類（當(dāng)然還有其它的分類方法），加工用途類和控制軌跡類。
1)?加工用途類：
加工用途類一般是以數(shù)控機(jī)床實際加工使用情況進(jìn)行分類。主要有如下三類：
a.?普通數(shù)控機(jī)床包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床以及數(shù)控加工中心等金屬切削類。
b.?數(shù)控沖床、數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等成型類。
c.?數(shù)控電火花切割機(jī)、數(shù)控電火花成型機(jī)、數(shù)控火焰切割機(jī)等特種加工類。
2)?控制軌跡類：
控制軌跡類是根據(jù)數(shù)控機(jī)床刀具與被加工工件之間的相對運動軌跡來分類，一般分為點控制、線控制和輪廓控制三類。
a.?點控制類主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等，其特點是移動定位是不加工，要求以最快速度從一點運動到另一點，進(jìn)行準(zhǔn)確快速定位，一般來說各坐標(biāo)軸之間沒有嚴(yán)格的相對運動要求。
b.?線控制類是在點控制類基礎(chǔ)上，對單個移動坐標(biāo)軸進(jìn)行運動速度控制，其作用一般是使數(shù)控車床、數(shù)控銑床和數(shù)控磨床等，完成簡單臺階形或矩形零件的加工。
c.?輪廓控制類數(shù)控機(jī)床也稱為連續(xù)控制類數(shù)控機(jī)床，其特點是對兩個或兩個以上運動坐標(biāo)的位移和速度，同時進(jìn)行連續(xù)相關(guān)控制，使刀具與工件間的相對運動，符合工件加工輪廓的表面要求。目前大多數(shù)金屬切削機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，均是輪廓控制系統(tǒng)。根據(jù)其控制坐標(biāo)軸的數(shù)目，可分為二軸聯(lián)動、二軸半聯(lián)動、三軸聯(lián)動、四軸或五軸聯(lián)動。
二、數(shù)控機(jī)床加工程序的編制
數(shù)控機(jī)床是按編制好的程序進(jìn)行加工，因此程序編制的好壞，直接影響加工過程是否能正常進(jìn)行，加工的零件是否能達(dá)到圖紙要求。這就要求編制程序的人員，不僅要掌握數(shù)控機(jī)床工作原理和程序結(jié)構(gòu)，而且還要掌握各種零件加工工藝性。零件程序編制一般包括如下五個方面：分析零件圖紙、對零件進(jìn)行工藝分析及處理、對零件進(jìn)行數(shù)學(xué)處理、編寫零件加工程序清單，對程序進(jìn)行調(diào)試與修改并最終確定。
1.?分析零件圖紙：
任何一個零件無論怎樣加工，首先應(yīng)對其零件圖進(jìn)行分析。全面了解被加工零件的幾何形狀、尺寸大小、零件材料及熱處理情況，為工藝處理做好準(zhǔn)備。
2.?工藝分析與處理：
工藝分析就是編制零件的加工工藝，包括毛坯選擇、工裝夾具選擇、刀具選擇以及熱處理的安排等。對于數(shù)控加工還有選擇工件坐標(biāo)原點、確定加工中的換刀點以及走刀路線的確定等。
a.?確定加工方案：首先選擇使用的數(shù)控機(jī)床和工裝夾具，其次選擇加工刀具以及切削用量。
b.?建立工件坐標(biāo)系：確定工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系之間的正確關(guān)系，給刀具運動軌跡的確定和加工中幾何尺寸的計算做準(zhǔn)備，同時應(yīng)考慮零件形位公差的要求。
c.?確定加工中的對刀點和換刀點：數(shù)控機(jī)床的對刀點、換刀點和加工中的刀具的起點一般為同一點。這一點在選擇上，首先要方面檢測和刀具軌跡的計算，其次要是換刀點與工件有一個安全的距離，卻不允許換刀時刀具與工件發(fā)生碰撞，最后還要注意換刀點與工件相距不可太大，造成過大的空行程，應(yīng)使刀具與工件保持一個安全合理的距離。注意不同的數(shù)控機(jī)床，其對刀點和換刀點的確定也不盡相同。
d.?選擇合理的走刀路線：走刀路線就是整個加工過程中，刀具相對工件的具體運動軌跡，包括快速運動的空行程和根據(jù)需要進(jìn)行的加工過程。選擇時首先應(yīng)確保加工零件的精度和表面質(zhì)量的要求，其次應(yīng)注意盡量減少走刀路線和空行程，提高生產(chǎn)效率，最后應(yīng)注意使計算簡單、減少程序數(shù)目和編程工作量。
e.?合理安排輔助功能：加工中應(yīng)根據(jù)需要合理安排一些輔助項目。如：切削液的啟停、主軸的速度變換、對重要加工尺寸安排停機(jī)檢測等。
3.?數(shù)學(xué)處理：
所謂的數(shù)學(xué)處理，就是根據(jù)零件圖紙尺寸、已確定的走刀路線，計算數(shù)控編程時所需的數(shù)據(jù)。主要有各個基本點的計算、列表曲線的擬合、復(fù)雜的三維曲線或曲面的坐標(biāo)運算等方面。
4.?編制零件加工程序：
根據(jù)確定的走刀路線、計算完成的各個數(shù)據(jù)和已確定的切削用量，按照CNC系統(tǒng)的加工指令代碼和程序段格式，編寫零件加工程序清單。編寫過程應(yīng)嚴(yán)格遵守編程說明書的規(guī)定，編程方法一般有手動編程和計算機(jī)輔助編程。單個小型零件可采用手動編程，復(fù)雜大型零件應(yīng)采用計算機(jī)輔助編程，以提高編程效率和質(zhì)量，減輕編程勞動強(qiáng)度。
5.?加工程序的調(diào)試與最終的確定：
加工程序編制完成后，應(yīng)將其輸入數(shù)控系統(tǒng)的計算機(jī)中?？梢酝ㄟ^CNC控制菜單輸入，也可以運用DOS中的編輯器進(jìn)行輸入。輸入完畢后，應(yīng)對其進(jìn)行語法檢測、示教演示、模擬加工等，最后進(jìn)行首件試加工且檢測無誤后，確定最后的加工程序。
三、實驗的方法與步驟
1.?對照數(shù)控機(jī)床認(rèn)識機(jī)床的各個組成部分：
a.?認(rèn)識并熟悉數(shù)控系統(tǒng)的各個部分，包括數(shù)控主機(jī)的控制面板、顯示器、鍵盤等。
b.?認(rèn)識并熟悉機(jī)床本體的各個部分，包括床身、導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、絲桿、工件夾頭、刀架、控制開關(guān)等。
c.?熟悉并掌握整個數(shù)控機(jī)床的啟動和停止。
2. 啟動數(shù)控機(jī)床認(rèn)識并熟悉操作系統(tǒng)：
a.?啟動數(shù)控機(jī)床進(jìn)入主控菜單，對主控菜單中各個子菜單進(jìn)行熟悉，了解并掌握進(jìn)入、退出各級菜單的方法。
b.?分別進(jìn)入各級子菜單，對各級子菜單的作用進(jìn)行認(rèn)識，重點掌握“文件編輯、參數(shù)設(shè)定、坐標(biāo)設(shè)定、手動運行、立即執(zhí)行、示教功能、模擬加工”各子菜單中的內(nèi)容，以及各個功能鍵的作用。