数控综合实验指导书(自编)ggnt.docx
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1、数控综合合实验指导书(自编)扬州科技技学院(筹)机械工程学院目录1、数控控系统与机床数控改造综合实验指导书(节选)12、数控控加工工艺及编程综合实验指导书(节选)143、数控控电加工综合实验指导书(节选)44数控综合合实验一数控系统统与机床数控改造综合实验指导书(初稿)主编张承承阳扬州市职职业大学机械工程系20006年10月前言数控综合合实验是重要的实践性教学环节。随着技术的发展和进步,我校实验、实训条件的提高,相应的实践性教学内容也应该有所改进和提升。在系领导的关心和组织下,由数控教研室组织相关教师编写了数控综合实验指导书的初稿。其中:数控综合实验一由张承阳,杜晋和刘敏编写,主编张承阳;数控
2、综合实验二由冯晋,季平、胡林岚和包峥嵘编写,主编冯晋;数控电加工综合实验由王传红、孙庆东、黄厚霞编写,主编王传红。综合实验指导书系列计划在实践使用的过程中不断进行修改和完善,力争使之成为针对性强,符合学校发展实际的实践教材。周德卿教授对本指导书提出了许多宝贵意见和建议,在此表示衷心感谢。由于技术术更新速度非常快,适逢数控实训基地建设,再加上编写时间紧迫,数控综合实验指导书必定存在各种遗憾和疏漏,欢迎批评指正。编者20006 年10 月第一章经经济型数控系统简介1.1 经济型数控机床的原理与组成经济型数数控机床就是指价格低廉、操作使用方便,比较适合我国国情的,在普通机床上加装数控系统的高级自动化
3、机床。一、数控控机床的工作原理用数控机机床加工工件时,首先应编制零件加工程序。这是数控机床的工作指令。将加工程序输入数控装置,再由数控装置控制机床主运动的变速、启动、停止、进给运动的方向、速度和位移量,以及刀具选择交换,工件装夹和冷却润滑的开关等动作,使刀具与被加工零件以及其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、运行轨迹和运行参数进行工作,从而达到加工出符合要求零件的目的。二、数控控机床的组成根据数控控机床的工作原理,数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体和测量装置等五部分组成。其组成框图如图1.11-1 所示。1.控制制介质对于经济济型数控系统,一般直接用存储器作为载体,用操作
4、面板上的按键和键盘将加工程序直接键入,并且可在数码显示器或CRTT 显示器上显示出来。2数控控装置数控装置置是数控机床的核心。它由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。它的功能是接受输入装置输入的加工信息,经过数控装置的系统软件对代码进行处理后,输出相应的指令脉冲,驱动伺服系统,来控制机床的各个运动部件按规定的要求实现各个动作。3伺服服系统伺服系统统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成,它是数控系统的执行部分。其作用是把来自数控装置的各种指令,转换成机床移动部件的运动速度、运动方向和位移量。机床中每个运动的执行部件,都有各自的伺服系统。数控机床床的伺服系统中,常用的伺服驱动系统有开环系
5、统、闭环系统和半闭环系统之分。其驱动元件主要有功率步进电动机,电液脉冲马达和大惯量直流电动机等。4机床床本体与普通机机床相比,数控机床应具有更好的刚性和抗振性,尤其是相对运动表面的摩擦系数要小、传动件之间的间隙要小外,还要求具有自动变速、自动换刀和自动诊断故障的功能,以便于实现自动加工的需要。5测量量装置测量装置置的作用是将机床的实际位置、速度等参数,转换成电信号,反馈回数控装置,以校核执行部件实际运动的速度、方向和位移量,并使之与加工指令相一致。开环数控控系统无测量装置。三、经济济型数控机床的特点1)价格格便宜。仅数控系统与国外同类型系统相比,前者只需12 万元,而国外系统则需十几至几十万元
6、。因此,它特别适合对国内企业现有普通机床进行改造。2)解决决复杂零件的加工精度控制,提高生产率。对经济型数控车床,一般可提高工效37 倍,对经济型数控铣床,可提高3 倍几十倍。对复杂零件而言,难度越高,提高的工效则越多。3)-77)与普通数控机床的特点相同。四、经济济型数控机床的主要功能1)能控控制刀具的位移方向、位移长度及走刀速度。加工程序中的位移长度以十进制数输入。2)单板板机数控系统有16 种走刀速度供用户选用,其范围为02.88mminn,单片机数控系统走刀速度由用户任意选用,其范围为06mminn,可根据具体情况进行调整。3)可控控制车削端面、内外圆柱面、任意锥面、球面及用圆弧逼近的
7、任意曲面。4)可控制加工右旋或左旋的各种内、外圆柱、圆锥螺纹及多头螺纹。5)程序中可给出一定延时。在加工中执行到延时程序时,刀具在相应时间内停止运运动。6)有程序暂停功能。当程序执行到暂停时,刀具停止运动,再按下启动键,可继续执行程序。7)接口可发出和接收多种信号,作为机械手动作,刀架转位、主轴变速等装置的控控制信号,它与程序的自动循环功能相结合,可实现加工的全自动化。8)为方便调试和校对原点,设有点动功能。9)具有自诊断功能。当加工程序编制或操作有误时,程序停止运行,并显示相应的的出错信息,以便修改。10)加工过程中,为应付特珠情况,设有开关暂停、键急停和键回零功能。11)具有自动循环加工功
8、能,并可进行计数。12)为简化加工程序,设有局部循环功能。13)为提高加工精度,设有间隙补偿功能。1.2 经济型数控机床改装的典型部件结构机床数控控改造时,除数控系统外,还应选择其他部件。一、步进进电动机步进电动动机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的机电执行元件。由于所用电源是脉冲电源,因此也叫脉冲电动机。当对步进进电动机施加一个脉冲信号时,步进电动机就回转一个固定的角度,叫做一步。每一步所转过的角度叫做步距角。电动机的总回转角与输入的脉冲个数成正比。相应的电动机的转速则取决于输入脉冲的频率,因此也可以说,步进电动机的转速与脉冲频率等同。步进电动动机在多数情况下用作伺服电动机用。由于它的回
9、转角完全取决于输入脉冲的数目,而且停止精度很高,所以伺服电动机应用于控制系统时,往往可以使系统简化,工作可靠,并获得较高的控制精度。它是数控机床中唯一能使用于开环系统的电动机。步进电动动机的优点,一是在工作状态下对各种干扰因素不敏感。电压的波动、电流的数值、波形、温度的变化等干扰因素在其大小未引起步进电动机出现“失步”现象前,不影响其工作状况;二是误差不会长期积累。步进电动机的步距角是有误差的,当转子转过一定步数以后也会出现积累误差,但转过3600以后,积累误差则为“零”。步进电动动机的驱动电源由变频信号源、脉冲分配器和功率放大器等部分组成。变频信号号源是一个频率从几HZ 到几万HZ 的频率连
10、续可变的脉冲发生器,它根据步进电动机转速变化的需要把不同频率的脉冲送到脉冲分配器。脉冲分配配器也称环形分配器,它按一定的顺序导通和截止功率放大器,使相应的绕组通电或断电。它可以由门电路、双稳态触发器等基本逻辑功能元件组成。也有专门的分配器功能组件。也可用计算机软件来实现环形分配器的功能。功率放大大器。由于环形分配器输出的电流只有几毫安,而一般步进电机的励磁电流需要几安到几十安,所以需要功率放大器进行功率放大和电流放大。功率放大器有单一电压型和高、低压切换型。经济型数控系统所用步进电动机一般均用高、低压切换型。步进电动机的外形与安装尺寸如图1.ll-2 所示。有的厂家家为方便用户,在步进电动机上
11、加装了减速器,作为减速步进电动机供给用户。加装减速器的步进电动机,其减速比是按机床丝杠螺距来配置的。其安装联接尺寸如图1.ll-3 所示。二、自动动回转刀架快速准确地换刀是每一台数控机床所必须具备的功能。图1.11-4 是利用电动机驱动端端定位的刀架结构图。图示位置置为夹紧状态。其工作过程为:当电动机接到转位信号后,带动蜗轮1 作逆向回转,蜗轮带动芯轴9 转动,其上的螺母7 将四方刀架体6 抬起。端齿脱开后,在回转轴套10(其上开有单向槽)和销8 的作用下开始回转。其转过的方位数由手动或计算机控制。刀架每转过90,即由装在刀架座2 上的微动开关发出一次到位和反转夹紧信号。当计算机收到信号后,即
12、由微动开关控制,使电动机反转,芯轴9 亦反向转动,刀架体6 在预定销5 的作用下下降,夹紧时由瑞齿盘3 和4 进行精密定位。当达到预定的夹紧力时切断电源(夹紧力可调),刀架转位过程结束。该刀架的定位精度小于0.0005mmm,完成90转位时间小于3.55s,且结构性较普通刀架为好。刀架的重重复定位精度和刚性主要取决于定位端齿盘,一对齿盘结合后的重复定位精度可达35 。三、主轴轴脉冲发生器主轴脉冲冲发生器也叫光电编码器。其作用是当数控机床加工螺纹时,用主轴脉冲发生器作为车床主轴位置信号的反馈元件,它应与车床主轴同步转动,并发出主轴转角位置变化信号,输送给计算机。计算机按所需加工的螺距进行处理,控
13、制机床纵向或横向步进电动机运转,实现加工螺纹的目的。其加工螺距为6、5、3.55、3、2.55、2、1.775、1.55、1.225、1、0.775、0.77、0.6、0.55、0.44、0.335、0.33、0.225 共共18 种。在使用主主轴脉冲发生器时,受到步进电动机频率的限制。如采用10000Hzz 工作频率,加工3mmm 螺距的螺纹时,步进电动机频率为3000Hz,而主轴脉冲发生器频率为1000060HHz600000HHz,所以车床主轴转速n10000 603000r/mmin2000rminn,即车床主轴转速不得超过2000rminn 转,如果主轴脉冲发生器的源率提高到2000
14、0Hzz 转速也仅达到4000r minn 。由此可知,当螺距越大时,允许的车床主轴转速也就越低。主轴脉冲冲发生器的安装,通常采用二种方式:一是同轴安装,二是采用异轴安装。参见图1.115。同轴安装装的结构简单,联接方便。但缺点是安装后不能加工穿出车床主轴孔的零件。而异轴安装则没有这个缺陷。目前经济型数控系统改造卧式车床,多采用同轴方式。主轴脉冲冲发生器从传动联接方面分为刚性联接和柔性联接。所谓刚性联接就是指常用的轴套方式联接,这种联接对联接件的制造精度和安装精度要求较高。因为同轴度的误差,会引起主轴脉冲发生器轴的偏扭,造成信号不准,甚至损坏内部光栅盘。另一种联接方式为柔性联接,即车床主轴与主
15、轴脉冲发生器之间用弹性元件联接,常用的元件为波纹管和橡胶管。联接方式如图1.ll6 所示。这是较为适用的联接方式。须引起注注意的是,主轴脉冲发生器属精密光学元件,安装时应格外小心,以免损坏光栅盘。另外,在使用中还应注意最高许用转速,使用时车床主轴不能超过此转速。最好能做到使用时可将其装上,不使用时将其脱开,以延长其使用寿命。四、可控控电动尾座可控电动动尾座结构如图1.117 所示。其工作原理为:电动机接通后,通过齿轮减速器带动丝杠转动,通过装在轴套2 上的丝杠螺母3 使轴套前进并压缩蝶形弹簧4,当顶尖顶紧工件时,螺母3 及轴套2 不能前进,因此迫使丝杠后退,压缩蝶形弹簧4,并使大齿轮后退,大齿
16、轮压下顶杆5,顶杆5 压下微动开关6,切断电动机电源,顶紧过程结束。当电动机功率为7500W 时时,顶尖的顶紧力可达6866kN。顶尖后退时利用档块11 和开关10 来限位。电动机除有正反向点动按钮外,还需有微机信号输入开并。一般在微机控制时,其后退距离可利用计算时延时控制。可控电动动尾座结构简单,工件可靠,只有在顶尖顶紧工作并达到预定力时,顶紧过程才结束,并有手动和计算机控制二种方式。五、滚珠珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副能保证机床进给动作灵敏、传动效率和传动精度高的要求。滚珠丝杠杠螺母副中丝杠及螺母的工作表面为弧形螺旋槽,装配后形成螺旋滚道,在螺旋滚道内放人一定数量的滚珠,使丝杠与螺母在工作时
17、形成滚动摩擦,如图1.118 所示。当丝杠1 与螺母3 相对运动时,滚珠4 沿螺旋滚道滚动。螺母3 的二端设有回珠滚道2,使滚珠能在闭合珠槽内作周而复始的循环运动。滚珠丝杠杠螺母副的优点是摩擦系数小,传动效率高,所需传动转矩小,灵敏度高,低速运动平稳性好,磨损小,精度保持性好,使用寿命高,可通过预紧和间隙消除措施保证其反向传动精度。缺点是加工复杂,成本高,垂直安装时不能自锁。滚珠丝杠杠螺母副中,滚珠的循环方式分外循环和内循环二种方式。滚珠在返回过程中与丝杠脱离接触的为外循环方式,如图1.118 所示。滚珠在循环过程中与丝杠始终接触的为内循环方式,如图1.119 所示。内循环滚珠丝杠应用较广泛。
18、如图1.119a 所示,螺母4 外侧开有孔,装上接通相邻滚道的反向器2,反向器上开有回珠槽S(见图1.119b,)可迫使滚珠3 越过丝杠的外径进入相邻的螺纹滚道,构成单圈循环滚珠链(见图l.ll9c)。反向器数量应与滚珠链数相等并沿螺母圆周均匀分布。为保证反反向传动精度和机构的轴向刚度,必须消除丝杠螺母的轴向间隙,并应适当预紧。通常采用双螺母结构来解决。图1.11-100a 所所示为垫片式调整机构。修磨垫片3 的厚度,使螺母2 相对于螺母1 产生轴向位移,从而消除轴向间隙并获得适当的预紧。图1.ll10bb 所示为螺纹式调整机构。螺母1 及2 由平键限制其转动,调整时,松开锁紧螺母并转动调整螺
19、母3,使螺母2 作轴向运动,达到消除间隙及预紧的目的。图1.1110cc 所示为齿差式调整机构。在螺母1 和2 一端的凸缘上各加工出圆柱齿轮并使二齿轮的齿数Z1 和Z2 相差一个齿。它们分别与Z3 和Z4 二个内齿轮相啮合。调整时,先将内齿轮取出,根据间隙量大小将螺母1 和2 按相同方向转过相当的齿数,使螺母1 和2 间产生轴向位移,从而消除间隙并进行预紧。数控综合合实验二数控加工工工艺及编程综合实验指导书(初稿)主编冯晋晋扬州市职职业大学机械工程系20006年10月前言数控综合合实验是重要的实践性教学环节。随着技术的发展和进步,我校实验、实训条件的提高,相应的实践性教学内容也应该有所改进和提
20、升。在系领导的关心和组织下,由数控教研室组织相关教师编写了数控综合实验指导书的初稿。其中:数控综合实验一由张承阳,杜晋和刘敏编写,主编张承阳;数控综合实验二由冯晋,季平、胡林岚和包峥嵘编写,主编冯晋;数控电加工综合实验由王传红、孙庆东、黄厚霞编写,主编王传红。综合实验指导书系列计划在实践使用的过程中不断进行修改和完善,力争使之成为针对性强,符合学校发展实际的实践教材。周德卿教授对本指导书提出了许多宝贵意见和建议,在此表示衷心感谢。由于技术术更新速度非常快,适逢数控实训基地建设,再加上编写时间紧迫,数控综合实验指导书必定存在各种遗憾和疏漏,欢迎批评指正。编者20006 年10 月目录实验1YYH
21、CNNC系统认知1 实验目的的2 实验要求求3 实验器材材4 实验内容容1.5 思考题实验2数控加工工艺设计1 实验目的的1 实验要求求1 实验器材材1 实验内容容2.5 思考题实验3数控车编程练习1 实验目的的1 实验要求求1 实验器材材3.4 实验内容1 FANUUC 系系统编程1 SIEMMENSS 系统编程3.5 思考题实验4数控铣编程练习1 实验目的的1 实验要求求1 实验器材材4.4 实验内容1 FANUUC 系系统编程1 SIEMMENSS 系统编程1 Mastter66CAMM 编程4.5 思考题实验5综合实验题目1 实验目的的1 实验要求求1 实验器材材1 实验内容容5.4.
22、1 FFANUUC 系系统编程2 SIEMMENSS系统编程实验6实验报告书内容附录附录.11FANNUCGG功能代码表附录.2SSIEMMENSS-8002S编编程代码表附录.3数控加工工序卡样表附录.4数控加工走刀线路图样表实验1YYHCNNC系统认知1.1 实验目的通过实验验,熟悉YHCCNC数数控加工仿真模拟系统的操作方法;掌握YHCCNC系系统中对刀、选择刀具、毛坯设定、数控程序编制、模拟试切加工等过程的方法。1.2 实验要求预习实验验指导书,复习机床数控技术和数控加工工艺与设备的相关内容。1 实验器材材YHCCNC数数控加工仿真系统计算机2 实验内容容本实验以以FANNUC系系统为
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