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1、数控原理实验指导书主编：薛东彬李荟芹黄河科技学院17黄河科技学院数控原理与数控系统实验指导书目 录前言1实验一数控系统的组成与操作实验3实验二刀具半径补偿原理8实验三逐点比较法插补算法实验11附录110. 前言0.1实验目的数控原理实验是学习数控原理与数控系统课程的重要实践性环节。通过数控原理实验，增加学生的感性认识、培养学生的动手能力，帮助学生加深对数控系统运行过程的理解、进一步巩固所学过的理论知识。通过实验使学生了解数控加工程序在数控系统中的处理过程和数据流程；掌握直线接直线时刀具半径补偿的算法和编程方法；掌握直线插补算法和编程方法；掌握指数函数加减速算法和编程方法。为今后合理开发、正确使
2、用数控技术，进一步学习数控其他方面知识奠定基础。通过数控原理实验培养学生独立设计程序结构、独立编写程序的能力；培养学生严谨的认真的工作态度；培养学生善于思考，独立分析问题和解决问题的能力；培养学生理论联系实际、解决实际问题的工程意识。0.2实验要求0.2.1注意的问题在实验的过程中要注意下列问题：（1）按时参加实验，不迟到，不早退。（2）独立、认真的完成各项实验任务。（3）按照实验指导书要求设计、输入程序认真记录实验数据。（4）按时、独立完成实验报告。0.2.2实验技能训练（1）实验预习在进行实验前必须根据每个实验的具体要求完成实验预习。实验预习主要内容包括：实验内容安排、实验程序流程的设计、
3、实验参数表的拟定、实验程序的编写等。（2）实验报告完成实验后要填写实验报告。实验报告的内容、格式由每个实验具体要求。根据要求上交实验报告。实验一 数控系统的组成与操作实验（一）实验目的1、数控系统的组成部分。2、了解数控系统各组成部分的位置及在数控机床中的作用。3、掌握数控机床的简单操作。4、了解加工工件时直线与圆弧的运动方式。5、了解加工工件时半径补偿的作用。（二）实验仪器设备1、世纪星HNC-21MD数控机床（二台）；2、铝块毛坯454530。3、夹具、量具各一套。（三）实验步骤1.HNC-21MD数控系统数控系统一般由输入输出装置、数控装置、伺服系统（驱动控制装置）、机床电器控制装置四部
4、分组成，机床本体为被控对象。而在我们这次实验中，我们采取世纪星HNC-21MD的数控系统为实验对象。数控系统根据外部各种反馈信号，并经过系统软件或者逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信号和指令，控制数控铣床按照操作者的指令正常运行。世纪星HNC-21MD的数控系统为标准固定结构，主要由五部分组成：液晶显示器、MDI键盘、急停按钮、功能键和机床操作面板，如图1-1所示。图2-1 世纪星HNC-21MD主面板1、显示器数控系统的左上部为7.7寸彩色液晶显示器，分辨率为640480，用于汉字菜单、系统状态、故障报警的显示和加工轨迹的图形仿真。2、NC键盘NC键盘包括精简型MDI键盘和F
5、0到F10十个功能键。标准化的字母数字式MDI键盘介于显示器和“急停”按钮之间，其中的大部分键具有上档键功能，当“Upper”键有效时（指示灯亮），输入的是上档键。其中“SP”为空格键，“BP”为退格键，其余各键功能同PC机键盘。NC键盘用于零件程序的编制、参数输入、MDI及系统管理操作等，F1到F10十个功能键位于显示器的正下方，其功能随显示界面不同而变化。3、机床控制面板MCP标准机床控制面板的大部分按键（除“急停”按钮外）位于数控系统的下部。“急停”按钮位于数控系统的右上角。机床控制面板用于直接控制机床的动作或加工过程。3.1 急停机床运行过程中，在危险或紧急情况下，按下“急停”按钮，C
6、NC即进入急停状态，进给轴及主轴运转立即停止工作，松开“急停”按钮，CNC进入复位状态。解除紧急停止前，先确认故障原因是否排除，且紧急停止解除后，应重新执行回参考点操作，以确保坐标位置的正确性。3.2 方式选择键 自动方式键：按此键切换到自动加工方式，其左上角指示灯点亮。 单段方式键：按此键切换到单程序段执行方式，其左上角指示灯点亮。 手动方式键：按此键切换到手动连续进给方式，其左上角指示灯点亮。 增量方式键：按此键切换到增量/手摇进给方式，其左上角指示灯点亮。 回参考点方式键：在此方式下运行回参考点操作，其左上角指示灯点亮。其中，按下增量方式键时，视手轮坐标轴选择开关的位置，对应两种机床工作
7、方式：当波段开关置于“OFF”档，为增量进给方式；当波段开关置于“OFF”档之外，为手摇进给方式。注意：各方式选择键互锁，系统启动复位后，默认工作方式为“手动”。3.3 增量倍率增量进给的增量值由机床控制面板的“1”，“10”，“100”，“1000”四个增量倍率按键控制。增量倍率按键和增量值的对应关系如下表所示：增量倍率按键1101001000增量值（mm）0.0010.010.113.4 速率修调3.4.1进给修调在自动方式或MDI运行方式下，当F代码编程的进给速度偏高或偏低时，可用进给修调右侧的“100%”和“+”、“-”按键，修调程序中编制的进给速度。按压“100%”按键（指示灯亮），
8、进给修调倍率被置为100%，按一下“+”按键，进给修调倍率递增10%，按一下“-”按键，进给修调倍率递减10%。在手动连续进给方式下，这些按键可调节手动进给倍率。3.4.2快速修调在自动方式或MDI运行方式下，可用快速修调右侧的“100%”和“+”、“-”按键，修调G00快速移动时系统参数“最高快速速度”设置的速度。按压“100%”按键（指示灯亮），快速修调倍率被置为100%，按一下“+”按键，快速修调倍率递增10%，按一下“-”按键，快速修调倍率递减10%。在手动连续进给方式下，这些按键可调节手动快移倍率。3.4.3主轴修调在自动方式或MDI运行方式下，当S代码编程的主轴速度偏高或偏低时，可
9、用主轴修调右侧的“100%”和“+”、“-”按键，修调程序中编制的主轴速度。按压“100%”按键（指示灯亮），主轴修调倍率被置为100%，按一下“+”按键，主轴修调倍率递增10%，按一下“-”按键，主轴修调倍率递减10%。在手动连续进给方式下，这些按键可调节手动时的主轴速度。3.5 进给轴手动按键“+X”、“+Y”、“+Z”、“-X”、“-Y”和“-Z”按键用于在手动连续进给、增量进给和返回机床参考点方式下，选择进给坐标轴和进给方向。3.6 主轴手动控制 主轴正转：在手动方式下，按下此键，主轴电机以机床参数设定的转速正转。 主轴停止：在手动方式下，按下此键，主轴电机停止运转。 主轴反转：在手动
10、方式下，按下此键，主轴电机以机床参数设定的转速反转。 主轴制动：在手动方式下，主轴处于停止状态时按此键，主轴电机被锁定在当前位置。 主轴冲动：在手动方式下，当“主轴制动”无效时，按一下此键，主轴电机会以一定的转速顺时针转动一定的角度，该功能主要用于装夹刀具。 主轴定向：如果机床上有换刀机构，通常需要主轴有定向功能，这是因为在换刀时，主轴上的刀具必须定位完成，否则会损坏刀具或刀爪。3.7 其它按键 空运行：在自动方式下，按下此键，程序中编制的进给速率被忽略，坐标轴以最大的快移速度移动。不做实际切削，目的在于确认切削路径及程序。 超程释放：在机床发生超程时，一直按压此键，控制器会暂时忽略超程的紧急
11、情况，然后在手动（或手摇）方式下，使该轴向相反方向退出超程状态。 机床锁住：在手动方式下，按下此键，再进行手动操作，显示屏上的坐标轴位置信息变化，但不输出进给轴的移动指令，此键只在手动方式下有效。 冷却开/停：手动方式下，按此键，冷却液开，再按一下此键，冷却液关，如此循环。 刀具松/紧：手动方式下，通过按压“换刀允许”键，使刀具松/紧操作有效，再按“刀具松/紧”键，夹紧刀具，再一次按此键又松开刀具，如此循环。 Z轴锁住：用于禁止进刀，在手动方式下，按一下此键，再切换到自动方式运行加工程序，Z轴坐标位置信息变化，但Z轴不运动。 循环启动：在自动运行方式下，按一下此键，自动加工开始；在MDI运行方
12、式和单段运行方式下同样适用。 进给保持：在自动运行过程中，按下此键，程序执行暂停，机床运动轴减速停止。暂停期间辅助功能M、主轴功能S、刀具功能T保持不变；再次按下“循环启动”键，系统将重新启动，从暂停前的状态继续运行。2、软键菜单功能在操作界面中最重要的一块是菜单命令条。系统功能的操作主要通过菜单命令中的功能键F1到F10来完成。由于每个功能包括不同的操作，菜单采用层次结构，即在主菜单下选择一个菜单项后，数控装置会显示该功能下的子菜单，用户可以根据该子菜单的内容选择所需的操作。图1-1 菜单层次当要返回主菜单时，按子菜单下的“F10”键即可。熟悉F1到F10各功能键的操作。3、编制刀具路径程序
13、 操作步骤给学生以演示：手工编程（直径20的圆）：O100 %100 G90G54G00X0Y0S600M3 G43H1Z100 X30Y0 Z5.0M08 G01Z-5F80 G01G41X20D1F100 G02I-20J0 G00Z100M05 M30给学生演示加上半径补偿与不加半径补偿的区别。让学生编制走直线程序：手工编程（四边形方块）：O200 %200 G90G54G00X0Y0S600M3 G43H2Z100 X30Y0 Z5.0M08 G01Z-5F80 G01G41X20D2F100 Y-20X-20Y20X20Y0G01G40X30G00Z100M05M30%（四）思考题1
14、、半径补偿值影像工件的尺寸的原理是什么？2、数控系统是怎么实现的机床直线定位？实验二 刀具半径补偿原理实验（一）实验目的1、了解刀具半径补偿原理。2、掌握刀具半径补偿转接类型的判别方法。3、掌握直线接直线时转接点坐标的计算方法。（二）实验仪器设备1、微型计算机（每个实验学生一台）；2、计算机软件WINTC（预装在每台微型计算机中）；（三）实验原理1、转接类型的判断为了判断转接类型需要计算两段直线的夹角。当090时为插入型，90180时为伸长型，180360时为缩短型。使用矢量法计算判断转接类型，定义方向矢量和刀具半径矢量分别为：Ld= XLi+YLj；rd= Xdi+Ydj。设两连续直线段的方向矢量分别为Ld1= XL1i+YL1j；Ld2= XL2i+YL2j，可推导出sin=-sgn(r
