《数控加工实验》实验指导书

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1、 数控技术与数控技术与 CAM 实验指导书实验指导书 陶建华陶建华 广州大学机械与电气工程学院广州大学机械与电气工程学院 机电工程系机电工程系 前言前言 数控加工实验是一门独立开设的实验课程，实验项目包括数控机床的基本操作实验、手工数控编程实验、CAM 软件的应用实验等。 本实验指导书中包括 7 个实验，教师根据教学要求在实验进度表中指定其中部分实验为必做实验，其他实验为选作实验，学生可以在课外与实验室预定时间完成，以便更好地掌握实验内容。 本实验中主要使用虚拟机床进行数控加工实验，使用虚拟机床可以节约加工成本，消除机床操作的安全隐患，使学生获得更多的操作机床的机会，以便在进行机床实切实验前，

2、对数控加工操作有全面的认识。附录中对虚拟机床的使用进行了详细地说明，学生应在实验前进行认真学习。 实验前学生应阅读实验指导书内容，并写出每个实验所需的数控加工程序。 实验完成后一周内，学生需按照要求撰写实验报告并提交。 目录目录 实验一、简单廓编程数控基本编程及代码功能实验一、简单廓编程数控基本编程及代码功能1 实验二、刀具补偿实验二、刀具补偿3 实验三、复杂轮廓编程非园曲线的数学处理方法实验三、复杂轮廓编程非园曲线的数学处理方法5 实验四、插补原理实验实验四、插补原理实验7 实验五、开环系统反向间隙补偿实验实验五、开环系统反向间隙补偿实验13 实验六、车削加工实验六、车削加工15 实验七、铣

3、削加工实验七、铣削加工17 附录附录24 第一章第一章 基本操作基本操作1 第二章第二章 机床台面操作机床台面操作6 第三章第三章 华中数控世纪星机床面板操作华中数控世纪星机床面板操作13 1实验一、简单廓编程数控基本编程及代码功能 一、实验目的：一、实验目的： 1 了解如下 G 代码和 M 代码的意义和使用方法：G92、G54G59、 G00、G01、G02、G03、G91、G90、G28、G17G19、M03、M05、 M02、M30 等（使用 MDI 方式） 。 2 掌握使用碰刀法找正对刀点的方法。 3 掌握使用 V-CVC 的软件方式找正对刀点的方法。 4 掌握基本的刀具路径编程（编写

4、数控代码）并在 V-CNC 上进行加 工仿真。 （包括程序编写、毛坯生成、刀具选用、对刀及数据保存 等步骤） 。 二、实验设备（仪器） ：二、实验设备（仪器） ： 1. 计算机 2. VCNC 三、实验步骤三、实验步骤 1 启动 VCNC 2 机床回零 3 使用手动 MPG 和半自动 MDI 方式调整机床 4 使用 MDI，执行下述指令，观察各个指令执行的情况，加深对指 令的理解： 5 G92、 G54G59、 G00、 G01、 G02、 G03、 G91、 G90、 G28、 G17G19、 M03、M05、M02、M30 等 6 编写程序， 按下图编写加工程序： （说明， 编程原点取左下

5、角 10X10的位置，切削深度 2mm。 ） 7 输入程序， 在编辑状态 EDIT 下， 将程序通过屏幕输入到 VCNC 中， 并保存程序。 8 生成毛坯，使用工件管理工具生成 100X80X30 的毛坯。 29 生成刀具，使用刀具管理工具生成一平铣刀，d=5，L=100。 10 对刀，使用碰刀法，建立工件坐标系。 11 虚拟加工，使用自动运行功能，执行加工程序，加工工件。 12 检查加工结果，如有错误，进行修改。 13 保存加工完成的工件。 四、实验报告要求四、实验报告要求 1、按实验报告模板各栏目认真填写； 2、实验原理解释使用的各个指令的意义和使用方法； 3、详细说明实验步骤 4、附上数

6、控加工程序及加工结果附图 3实验二、刀具补偿 一、实验目的：一、实验目的： 1 了解刀具补偿命令的意义。 2 掌握刀具补偿命令 G40、 G41、 G42、 G43、 G44、 G49 以及 G45G48 等命令的工作原理和使用方法。 3 掌握刀具补偿的设置方法和刀具补偿表的使用方法。 4 掌握使用刀具补偿命令控制切削余量的编程方法。 二、实验设备（仪器） ：二、实验设备（仪器） ： 1 计算机 2 VCNC 三、实验步骤三、实验步骤 1启动 VCNC 2机床回零 3使用手动 MPG 和半自动 MDI 方式调整机床 4编写并输入程序，零件图样及加工要求如图（见下页） 5使用刀具管理工具生成毛坯

7、，毛坯尺寸 140X140X30 6生成刀具，使用刀具管理工具按要求生成刀具，并将其放入相应 的刀具编号中。 7设置刀具补偿值，进入刀具补偿表界面，分别在半径补偿表和长 度补偿表中的对应位置输入补偿值。 8对刀，建立工件坐标系 9运行程序进行加工 10 检查加工结果，检查加工完的工件是否符合要求。 11 保存加工完成的工件。 四、实验报告要求四、实验报告要求 1、按实验报告模板各栏目认真填写； 2、实验原理解释使用的各个指令的意义和使用方法； 3、详细说明实验步骤； 4、附上数控加工程序及加工结果附图 4切削如图所示工件，工作参数如下： 毛坯：140X140X30。 刀具：平铣刀 1：直径：1

8、0mm，长度：100mm。 平铣刀 2：直径：8mm，长度：80mm。 余量分 3 次进给： 第一次粗铣进给 4mm，使用铣刀 1； 第二次粗铣进给 4mm，使用铣刀 1； 第三次精铣进给 2mm；使用铣刀 2； 切削过程中使用刀具补偿方式完成上述加工。 凸台高 3mm 5实验三、复杂轮廓编程非园曲线的数学处理方法 一、实验目的：一、实验目的： 1. 了解数控加工编程中对曲线的数学处理方法。 2. 掌握用等距法编写曲线加工程序的方法。 二、实验设备（仪器） ：二、实验设备（仪器） ： 1. 计算机 2. VCNC 三、实验步骤三、实验步骤 1. 启动 VCNC 2. 机床回零 3. 使用手动

9、MPG 和半自动 MDI 方式调整机床 4. 编写并输入程序，零件图样及加工要求如图（见下页） （编写程 序时，注意加工路径的设计，先去除余量，再进行边界加工。 ） 5. 使用工件管理工具生成毛坯，毛坯尺寸 100X100X30 6. 生成刀具，使用刀具管理工具按要求生成刀具，并换刀。 7. 设置刀具补偿值，进入刀具补偿表界面，在半径补偿表中的对应 位置输入补偿值。 8. 对刀，建立工件坐标系 9. 运行程序进行加工 10. 检查加工结果，检查加工完的工件是否符合要求。 11. 保存加工完成的工件。 四、实验报告要求四、实验报告要求 1、按实验报告模板各栏目认真填写； 2、实验原理解释使用的各

10、个指令的意义和使用方法； 3、详细说明实验步骤； 4、附上数控加工程序及加工结果附图。 6加工如图所示的零件： 毛坯尺寸：100X100X30 刀具：10，L=100，FEM 采用等距法进行曲线拟合。 7实验四、插补原理实验 一、实验目的一、实验目的 1. 了解直线插补、圆弧插补原理和实现。 2. 掌握 XY 运动平台利用直线插补和圆弧插补实现直线、 圆弧轨迹的编 程方法。 3. 进一步掌握运动控制卡的基本的编程方法。并同运动控制卡上的 DSP(digital signal processor)中的插补进行比较。 二、理论知识二、理论知识 数控系统加工的零件轮廓或运动轨迹一般由直线、圆弧组成，

11、对于一些 非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近。插补计算就是数控系统根据输入的基 本数据，通过计算，将工件的轮廓或运动轨迹描述出来，边计算边根据计算 结果向各坐标发出进给指令。 数控系统常用的插补计算方法有：逐点比较法，数字积分法，时间分割 法，样条插补法等。逐点比较法，即每一步都要和给定轨迹上的坐标值进行 比较，视该点在给定轨迹的上方或下方，或在给定轨迹的里面或外面，从而 决定下一步的进给方向，使之趋近给定轨迹。如此，走一步，比较一次，决 定下一步走向，以便逼近给定的轨迹。下面就以逐点比较法为例，阐述插补 的原理。 （1）直线插补计算原理： 偏差计算公式： 以第一象限为例， 取直线起点为坐标原点

12、， 如下图所示， m 为动点，有下面关系： Xe/Ye =Xm /Ym 取：Fm=YmXe-XmYe 作为偏差判别式 若 Fm=0， 表明 m 点在 OA 直 线上； 若 Fm0， 表明 m 点在 OA 直 线上方的 m处； 若 Fm0，表明 m 点在圆 弧外； 若 Fm0，表明 m 点在圆 弧内。 当 Fm0 时，为了逼近圆弧，应沿X 方向进给一步，到 m+1 点，其坐标 值为 Xm+1=Xm1,Ym+1=Ym，新偏差值为： Fm =Xm+12+Ym+12-R2= Fm-2Xm+1 当 Fm0 时，为了逼近圆弧，应沿Y 方向进给一步，到 m+1 点，其坐标 值为 Xm+1=Xm,Ym+1=Y

13、m1，新偏差值为： Fm =Xm+12+Ym+12-R2= Fm+2Ym +1 9由上两式可得，只要知道前一点的偏差，就可求出新一点的偏差，而起点处 的 Fm=0 是可知的。以上是第一象限逆圆的情况，其它情况可同理推导出来，下 表为四个象限顺逆方向归纳的进给方向和偏差计算公式。 圆弧插补的终点判别和插补计算过程和直线插补基本相同， 但在偏差计算的 同时，还要进行动点瞬时坐标值的计算，以便为下一点的偏差计算作好准备。 10软件流程 11软件界面 三、实验设备三、实验设备 步进（伺服）机电教学与实训平台一套（含电控箱，笔架，纸张） 基于 DSP 运动控制卡一块 PC 机一台 四、实验步骤四、实验步

14、骤 （1）插补前的准备工作： 利用软件的点动按钮，将工作台移动到指定的位置（如中间位置）后，通过 黑色显示区内的“X0” ， “Y0”按钮可对坐标进行清零；若平台配备笔架：在插 补运动前，需要装好笔架和纸； （2）插补方式选择 点选软件左上角的“当前插补方法”下的“逐点比较法” ， “数字积分法”可 选择当前的软件插补方式，插补介绍会出现在左边的黄色显示区内，插补的原理 图中直线圆弧的介绍可通过鼠标的左右键进行切换； （3）插补步骤 在输入插补起点和终点后，系统先从当前点运动到插补起点，再按照插补的 步距开始进行插补过程，同时插补图形在显示区进行模拟显示，任何时刻可按下 “停止”按钮结束当前插

15、补。 注意：在进行圆弧插补时，起点/终点和圆心相对与起点的坐标 I,J 必须正确 并严格构成圆弧，否则出现插补错误。 （4）插补记录 在用户按下“运动”按钮开始插补后，插补过程的规划中间点会在“记录” 下的文字区显示出来，按下“关闭”可清除文字区的内容；也可按下“保存”或 “另存为”按钮将当前的记录保存下来； 12注意：再此按下“运动”按钮进行下一次插补时，上次的记录将自动删除； 点击“记录”和“参数”项不会改变当前的插补方式； 五、实验总结五、实验总结 1、列举当前最常用的插补算法； 2、根据实验分析逐点插补算法的精度和局限性。 3、根据实验分析数字积分法插补的特点。 13实验五、开环系统反

16、向间隙补偿实验 一、实验目的 一、实验目的 1. 掌握开环系统的结构组成； 2. 掌握电机及其驱动器的使用方法； 3. 掌握反向间隙的测量方法和补偿方法。 二、实验内容与要求二、实验内容与要求 1. 通过对实验系统的观察、组装和分析，掌握开环系统的一般结构； 2. 熟悉实验系统的使用； 3. 测量工作台的反向间隙； 4. 比较加入反向间隙前后的工作台运动精度； （一）反向间隙的形成原理： 反向间隙消除方法：1，机械消除；2，软件补偿。 软件由参数设置、手动调整、测试三大功能组成。 14三、实验设备三、实验设备 步进（伺服）机电教学与实训平台一套（含光栅尺，反向间隙联轴器） 基于 DSP 运动控制卡一块 PC 机一台 四、实验步骤四、实验步骤 1. 复习教材