数控实验指导书.docx

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数控实验指导书

数字控制技术

实验指导书

广东工业大学

2014.2

实验一数控机床操作与编程

一、实验目的

通过设计数控加工程序并仿真加工，熟悉G代码编程，掌握数控机床操作和编程方法，学习数控技术的应用。

二、实验内容和要求

1、设计数控加工程序

2、调试程序并仿真加工

三、实验主要仪器设备和材料：

1、微型计算机

2、GSK928TE车床数控仿真软件

四、实验方法、步骤

1实验设备简介：

系统可以输入、运行G代码及广州数控928TC的其它标准代码；

，可以真实模拟928TC的车削效果。

1.1GSK928TE车床数控系统操作面板说明：

按下功能键完成相应功能，各键符号含义如下：

快速倍率增加

手动方式中增大快速移动速度倍率，自动运行中增大G00指令速度倍率。

快速倍率减小

手动方式中减小快速移动速度倍率，自动运行中减小G00指令速度倍率。

进给倍率增加手动方式中增大进给速度倍率，自动运行中增大G01指令速度倍率。

进给倍率减小手动方式中减小进给速度倍率，自动运行中减小G01指令速度倍率。

X轴回程序参考点仅手动/自动工作方式下有效。

Z轴回程序参考点仅手动/自动工作方式下有效。

X轴回机床参考点仅手动工作方式下有效。

（可由P12号参数的MZRO位选择回机床参考点功能有效与否）

Z轴回机床参考点仅手动工作方式下有效。

（可由P12号参数的MZRO位选择回机床参考点功能有效与否）

向前翻页：

编辑/参数/刀偏工作方式中向前翻一页检索程序或参数，其他工作方式下，使液晶显示器亮度增大。

向后翻页：

编辑/参数/刀偏工作方式中向后翻一页检索程序或参数，其他工作方式下，使液晶显示器亮度减小

循环启动键自动运行中启动程序，开始自动运行。

进给保持键手动或自动运行中电机减速停止，暂停运行。

快速/进给键手动运行中进行快速移动速度与进给速度的相互切换。

手动步长选择在手动单步/手轮工作方式中选择单步进给或手轮进给的各级步长。

X轴手轮选择当配置有电子手轮时，选择X轴的移动由电子手轮控制。

（当手轮控制有效时，与轴运动相关的其他控制键无效）

主轴正转主轴按逆时针方向转动。

（从电机轴向观察）

主轴停止主轴停止运转。

主轴反转主轴按顺时针方向运转。

（从电机轴向观察）

主轴换档键对安装有多速主轴电机及控制回路的机床，选择主轴的各档转速（最多16档）。

换刀键选择与当前刀号相邻的下一个刀号的刀具。

系统复位键系统复位时所有轴运动停止。

辅助功能无效，呈初始上电状态。

1.2数控机床坐标

图1X—Z直角坐标系

系统对可控制的两个坐标轴定义为X、Z轴，两个坐标轴相互垂直构成X—Z平面直角坐标系.如图1

X坐标：

X坐标定义为与主轴旋转中心线相垂直，X正方向为刀具离开主轴旋转中心方向。

Z坐标：

Z坐标定义为与主轴旋转中心线重合，Z正方向为刀具远离主轴箱方向。

1.2.1机械原点

机械原点为机床上固定位置的一点，设置在X轴和Z轴的正方向最大行程处，并安装相应的机械原点开关。

1.2.2编程坐标

本系统编程可用绝对坐标（X、Z字段），相对坐标（U、W字段）或混合坐标（X/W、U/Z字段）进行编程。

对于X轴坐标，本系统使用直径编程（所有X轴方向的尺寸和参数均用直径量表示）。

1.2.3绝对坐标值

绝对坐标值是距坐标系原点的距离，也即是刀具移动终点的坐标位置，如图2。

刀具从A点移动到B点，用B点坐标值表示．其指令为：

X50Z70

1.2.4相对坐标值

相对坐标值是前一个位置到后一个位置的距离，即刀具实际移动的距离，如图3。

刀具从A点移动到B点用相对坐标表示指令为：

U-30W-40（X方向为直径编程）

图2绝对坐标图3相对坐标值

1.2.5混合坐标

根据编程中的计算方便以及编程者的习惯,系统允许相对坐标和绝对坐标混合使用．但应注意同一个程序段中，同一坐标轴只能用一种表示方法，即可以使用X、W或U、Z表示，而不能使用X、U或Z、W。

刀具从图3中A点移动到B点X使用绝对坐标,Z使用相对坐标指令如下：

X50W-40

1.3工件坐标系

工件坐标系就是以工件上某一点作为坐标原点建立的坐标系。

工件坐标系的坐标轴，分别与X、Z轴平行且方向相同。

工件坐标系一旦建立，以后编程的所有绝对坐标值都是在工件坐标系中的坐标值。

工件坐标系的Z轴设定在工件的旋转中心上，而工件坐标系的X轴则可根据习惯将其定义在卡盘端面或工件的端面如图4所示。

在编程时根据实际情况，选定工件坐标系原点也即是工件图纸上的编程原点和数控系统指令的坐标原点。

通过设置工件坐标即可建立工件坐标系。

图4工件坐标系

1.4参考点

参考点即是操作者自己确定的一个安全、方便的位置。

机床上的任何位置都可以设置成参考点。

通常是将参考点设定在一个安全的位置。

参考点一旦确定，在手动与自动运行方式中，都可以使用回参考点功能使刀具回到参考点。

即使断电，参考点仍然记忆有效。

但如果使用驱动电机，则可能会因为重新上电因电机抖动而产生微小误差，为保证精度应执行一次回参考点操作。

在数控系统第一次通电初始化后，没有设置程序参考点的情况下，参考点自动设置成X=150Z=150。

图5G26返回参考点

2.指令代码及其功能

Ｇ功能代码：

Ｇ功能定义为机床的运动方式，由字符Ｇ及后面两位数字构成，GSK928TE数控系统所用Ｇ功能代码如下表所示。

注1：

表中带*指令为模态指令，即在没有指定其它G指令的情况下一直有效。

注2：

表中指令在每个程序段只能有一个G04之外的G代码，仅G04指令可和其它G代码在同一程序段中出现。

注3：

通电及复位时系统处于G00,G98状态。

Ｍ功能—辅助功能：

来控制机床的加工程序的运行顺序，Ｍ功能由地址符Ｍ后跟两位整数构成，GSK928TE数控系统所使用Ｍ功能如下所示

注1．每个程序段只能有一个M代码，前导0可省略。

注2．在M指令与G指令同在一个程序段中时按以下顺序执行

·M03、M04、M08优先于G指令执行

·M00、M02、M05、M09、M20、M30后于G指令执行

·M21、M22、M23、M24、M25、M92、M93、M94、M97、M98、M99只能单独在一个程序段内不能与其它G指令或M指令共一段。

注3．M91、M92、M93、M94指令中的地址P可以省略。

T功能—刀具功能：

本系统可控4工位电机刀架，设置换刀及刀具补偿功能。

指令格式：

Ｔａｂ

其中a：

表示需要的刀具号范围为０－４。

a为0时表示不换刀只进行刀具补偿。

１－４对应四工位电动刀架上的四把刀。

B：

表示刀具补偿的数据的编号。

对应刀偏参数中的刀偏的组号。

在T指令中如ｂ＝０则表示撤消刀偏补偿。

在有刀具偏置情况下，回程序起点或执行G26、G27、G29指令时均撤消刀具偏置。

四．实验方法

1.进入编辑工作方式

按编辑键进入编辑工作方式，显示当前程序所存储的全部零件程序的程序名，当前程序所包含的字节数以及系统可用的存储器字节数等，显示画面如图6所示。

图6图7

2.新零件程序的建立

（1）在零件程序目录检索状态按输入键。

（2）从键盘输入两位程序目录清单中不存在的程序号作为新程序号。

如图6所示。

（3）按Enter键。

系统自动进入程序编辑状态。

如图7所示。

3.删除零件程序

（1）在零件程序目录检索状态按输入键。

（2）从键盘输入需要删除的程序号。

（3）按删除键，系统显示确认？

按Enter键删除输入程序号的零件程序。

（4）按其它任一键取消删除操作。

4.选择零件程序

（1）在零件程序目录检索状态按输入键。

（2）从键盘输入需要选择的程序号，按Enter键。

（3）完成零件程序的选择并显示零件程序内容，进入编辑工作状态，如图8所示。

图8

实验步骤

1.输入新程序:

编辑→输入→键入程序号→输入程序代码（程序会自动保存）

2.调用已有程序:

编辑→输入→键入已保存的程序号

3.仿真加工设置:

设置毛胚尺寸、刀具、显示加工速度。

4.确定工件坐标系：

1）选择毛胚尺寸，在机床上装夹好工件，选择一把刀。

2）在手动方式下移动刀具，在工件上切出一个小台阶（参考工件图尺寸）。

3）测量所切出的台阶的直径，按“输入”键，屏幕显示“设置”再按X键显示“设置X”输入测量出的直径值，按“回车”键，系统自动设置好X轴方向的工件坐标。

如按ESC则取消设置。

4）在X轴不移动的情况下手动移动刀具沿Z方向将刀具移动到工件的外端面输入测量出Z的数据，按“回车”键，系统自动设置Z轴方向的工件坐标。

不设置工件坐标系，则当前显示的坐标值与当前刀具实际位置会有偏差，在系统初始化后进行一次，以后可以不用设置。

5．连续自动仿真加工时：

自动→

6．单段仿真加工：

自动→单段→

，每按一次运行一段程序

此时，在屏幕上可查看到加工指令执行情况、刀具路径及加工过程。

切削实例一（图9）

图9

N0000G50X100Z10；设立工件坐标系，定义对刀点的位置

N0010G00X16Z2M03；移到倒角延长线，Z轴2mm处

N0020G01U10W-5F300；倒3x45°角

N0030Z-48；加工ф26外圆

N0040U34W-10；切第一段锥

N0050U20Z-73；切第二段锥

N0060X90；退刀

N0070G00X100Z10；回对刀点

N0080M05；主轴停

N0090M30；主程序结束并复位

切削实例二（图10）

M98M99调用子程序切削示例：

图10

N0010G50X100Z50

N0020M03S1

N0030G0X50Z1F500

N0040M98P0060L5；调用子程序

N0050M97P0130；程序转移

N0060G0U-4；子程序

N0070G01Z-10F80

N0080U20Z-25

N0090Z-35

N0100G0U2Z1

N0110U-22

N0120M99

N0130G0X100Z50

N0140M05

N0150M02；主程序结束

执行到Ｎ0040时调用子程序，执行Ｎ0060－Ｎ0120五次，然后执行N0050时，程序跳转到N0130，直到程序结束。

五、实验报告要求

要求采用学校的实验报告（16开），如打印应采用实验报告书的版头（A4纸）。

1．实验目的与要求

2．实验方案

3．实验结果

4．结论

5．问题与讨论

六、思考题

如何修改实验参考程序，使得加工后的工件改变形状

实验二数控编程生成仿真加工

一、实验目的

通过实验让学生学习数控系统自动编程的方法，有效地帮助学生在编制数控程序时利用微型计算机进行数据处理，增强对数控技术课程的知识的学习与应用，通过设计数控加工工件，仿真加工并生成3B代码或ISO-G代码的数控程序，掌握数控编程方法，学习数控技术的应用。

二、实验内容和要求

1．设计数控加工工件

2．软件仿真加工，生成数控程序。

三、实验主要仪器设备和材料：

1．微机

2．数控仿真软件

四、实验方法、步骤

SuperAPT软件的操作

SuperAPT系统在西文DOS下实现全汉字下拉式菜单，并配以弹出式信息交换窗口，在微机上都可以运行，界面友好，方便易用。

1．SuperAPT软件功能组成

SuperAPT系统的主菜单有七个菜单项，分别对应是子菜单输入、图形处理、编程、仿真加工、通讯、系统设置、退出等七大子功能。

2．屏幕各区划分

SuperAPT系统把屏幕划分成几个区域，以方便操作，屏幕主要被划分成三个部分。

屏幕顶部一行，为主菜单。

屏幕底部一行为提示行。

屏幕中部为显示绘图区，在显示图形数据、程序时为显示区，当处于绘图和雠仿真加工状态时为绘图区。

当进行数据输入时，显示绘图左边作为数据显示区，右边作为数据输入区。

3．零件图的描述

程序要求只输入最低限度的数据，且尽可能直接采用设计图纸上绘出的数据，并要求这些数据能描述出唯一的几何图形。

对于需要进行对称、平移和旋转处理的图形，只需要输入基本几何参数，再进行对称、平移和旋转处理即可。

SuperAPT软件在处理平面的几何图形时，将所有的二维几何图形看作是由一系列的过渡圆与公切线组成的。

因此，只要将这些过渡圆圆心位置及半径（包括用正、负表示的顺逆方向）给定，这个图形就被唯一地确定下来。

所有的交点认为是半径为零的圆，而圆圆相切则被认为是切线长度为零的特殊情况。

所有圆的切线都不需要输入，只要把过渡圆弧的圆心座标、半径及顺逆方向输入即可，系统就会自动求出切线。

另外，需要注意的是，两直线的交点、直线和圆的交点、圆和圆的交点应看作半径为零的过渡圆输入，不能遗漏。

本系统约定，当输入过渡圆弧半径时，需要带有正负号，以表示此过渡圆弧的顺逆方向，其中，“正”表示逆时针走过的圆；“负”表示顾时针走过的圆。

在输入每个图形之前，都要按一定的切割路线，将所有过渡圆弧按次序先后缩排好序号，但这此序号可以是不按顾序连续输入的

由于系统支持非闭合曲线的自动编程，因此，某一闭合曲线，起始序号的过渡圆弧半径为零时，请在所有过渡圆弧之后，附加输入一个与起始序号圆弧一样的过渡圆弧。

4．系统的启动

在DOS操作系统提示符下键入：

C>SAPT

则可进入superAPt系统，按Esc或F10键，可激活下拉菜单，再按一下，则返回。

5．输入图形的操作

激活菜单，选择输入新图，按Enter键。

系统弹出数据转入框于屏幂右边，左边用于已输入的过渡圆的显示。

编辑键功能如下：

→←左、右移动光标，

↑↓上、下切换不同字段。

Home移到字符串开头。

End光标移动到字符串结尾。

Del删除光标所在的字符。

In8插入、改写状态切换。

Enter结束本字段的输入。

如果在要求输入序号时，按下Esc键，则系统退出输入状态，返回到显示和编辑状态。

操作步骤

1）输入过渡圆弧序号：

系统首先检查该过渡圆弧序号是否原来已经输入了数据，如果是，则弹出警告框，报告此情况，询问是否把原数据覆盖掉。

如果回答“确定”，则删除原来的数据；如果回答“放弃”，则要求重新输入序号。

2）选择输入方式：

用6种不同的输入方式可以输入过渡圆弧的圆心座标。

通过上、下光标键进行选择，Enter键进行确认，或者直接按下对应的数字键直接选择。

3）输入参数：

输入后，系统计算座标后，在屏幕的左边显示出过渡圆弧的圆心座标，圆弧半径。

并要求输入下一个过渡圆弧的序号，如果输入已经完成，可按Esc键退出。

这里要注意的是，输入圆弧半径时，要根据顺逆方向，带符号输入。

当按Esc键退出输入状态后，系统处于翻滚显示及编辑状态，你可以看到在第一个过渡圆弧数据上的光条光标，按上、下光标键，可以移动光条。

当按Del键时，光条所在的过渡圆弧数据将被删除。

当按下Enter键时，系统重新回到输入状态。

6．图形输入过程的一些约定

1）过渡圆弧半径

过渡圆半径输入时，要分清顺、逆方向。

顺圈取负值，逆圆职正值。

2）其他圆的半径

在求过渡圆圆心座标过程中线圆相交的圆圆相交的圆，输入半径时，不须区分顺圆和逆圆，半径取正值。

3）I直线与圆的交点

由于直线与圆相交有两个交点，要唯一确定一个交点，必须输入附件的信息本系统对这两个交点作左、右区分。

交点的左右之分是从圆心沿法线方向向直线看去。

左边的交点为左，右边的交点为右。

如图8所示。

4）圆与圆的交点

两圆相交的交点左右之分是由先输入的第一个圆的圆心向第二个圆的圆心看去，左边的交点为左，右边的交点为右。

如图9所示。

5）直线的偏移量

如图l0所示，当向坐标轴正半轴偏移，取正值，否则取负值。

7．图形输入的其他菜单项使用

I）数据显示

在下拉菜单中选择数据显示项，或直接按F4热键，系统进入翻滚显示及编辑状态。

可以上下翻滚图形数据，并可以删除，插入，修改图形数据。

按Esc键退出。

2）装入旧图

在下拉菜单中选择装入旧图，或直接按F3键，系统提示输入文件名，输入正确文件名后，系统装入存盘数据，并在屏幕上显示出来。

3）图形存盘

在下拉菜单中选择图形存盘，或直接按F2热键，输入文件名。

8．图形处理的使用

1）绘图

从下拉式菜单中选择，或按F2进入绘图状态，系统先计算出每一段圆弧或直线的起点和终点，然后在屏幕上绘画出来，用以验证图形数据输入的正确性。

2）刀具补偿

在下拉菜单中选择刀具补偿，或按热键F7，系统提示输入刀具补偿半径，此值应输入总的补偿量，系统先用黄色绘出原零件形状，然后进行补偿运算，求出补偿后的图形数据，并用白色把补偿后的刀具中心轨迹绘制出来。

对补偿结果是否满意，按Enter键，表示确认补偿则显示补偿后的图形数据。

否则，放弃补偿结果。

3）补偿数据

以下拉菜单选择，显示经过补偿后的数据，如未补偿，会显示出错误信息。

9．编程功能的使用

1）生成显示

系统默认为3B格式，如果设置按刀补后数据生成程序，则在使用此功能之前先进行刀具补偿，并必须确认补偿后才可使用。

如果想生成G代码格式的程序，请用设置功能改变。

2）装入程序、程序存盘

此功能与装入和取回图形数据类似，但输入文件名时最好加入相应的扩展名，如3B，G等，以示区别，也避免覆盖掉图形数据。

10．仿真加工

1）仿真加工

本系统的仿真加工分为两种方式，其一是按刀补数据仿真加工；其二是按原始数据仿真加工。

其设置直接取决于程序生成的方式。

也就是说，仿真加工是程序的仿真运行。

必须先进行刀具补偿后，才可以仿真加工。

仿真加工过程中，屏幕上以一个小圆球代表刀具的截面，留下运动过的包络线的轨迹，当仿真加工完成后，屏幕上就留下了以颜色表示的工件的切削部分。

最后系统重新以原始图形数据，用黄色画出原工件形状，以核对加工的结果是否与图纸相符。

仿真加工的比例也会因绘图比例的改变而放大或缩小。

2）系统退出

（i）暂时回到DOS

选择退出可以暂时返回DOS，要返回自动编程时，键入“EXIT”即可。

（ii）完全退出：

选择完全退出，或按热键，Alt不放，再按x键退出系统。

五、实验报告要求

1要求采用学校的实验报告书（16开）。

如打印也应采用实验报告书的版头（A4纸）。

2．实验目的与要求

3．实验结果

1）设计的工件图

2）生成的G代码程序

4．问题与讨论

实验三数控系统设计综合实验

一、实验目的

掌握数控机床微机控制系统的结构原理，熟悉单片微机数控系统的外部扩展及步进电机的控制。

二、实验内容和要求

1．设计数控系统接口框图

2．参考相应程序控制数控工作台。

修改、调试程序改变数控工作台工作状态。

三、实验主要仪器设备和材料：

1．AMC51单片机综合开发装置一台

1．PC微机一台

2．XY数控工作台，连接线若干

四、实验方法、步骤

实验方法

1．跳线设定

串行显示：

1.J4:

LED_DATA→RXD2.J5:

LED_CLOCK→TXD

2．功能

模式K1（P2.0）K2（P2.1）K3（P2.2）K4（P2.3）

模式1：

Y_DNY_UPX_DNX_UP（UP：

正转，DN：

反转）

模式2：

XY_DNXY_UPXU_YDXD_YU

模式3：

步数加1步数加10步数加100步数加1000

K5：

模式选择；（１、2、3三种）

K6：

转速选择（共五档：

1：

2Hz；2：

10Hz；3：

50Hz；4：

250Hz；5：

500Hz。

）

3．控制位注释：

XP,YP为1时：

X,Y轴反转，反之正转；

XW,YW为1时：

X,Y转动，反之不转。

4．显示：

4位数码管：

显示设定步数（10进制）。

5．备注：

扩展端口的输出选通：

（74LS273脉冲上升沿选通）

初始化：

CLRP2.6

CLRP3.6

┊

中断：

CLRP2.6（形成一脉冲上升沿）

┊

SETBP2.6

6.硬件连线图：

实验中用的是２相步进电机。

CP+：

脉冲，CP-：

接地，DIR+：

（1：

正转，0：

反转）。

DIR-：

接地。

实验步骤

1、利用开发环境编译（参考单片机课程实验指导书）

2、下载程序

将调试好的程序下载到目标板上运行看结果。

1）双击桌面的“Easy51Pro”图标：

进入Easy51ProV2.0操作界面。

2）单击操作栏的“检测芯片”，如果操作正确，会提示：

检测到芯片和编程电压。

3）单击操作栏的“（自动）打开文件”：

马上弹出对话框。

4）选择路径（选择要下载的HEX文件所在的文件夹），并更改“文件类型”为“intelHEX文件”，并选中要下载的HEX文件。

5）单击操作栏的“自动完成”，把HEX文件下载到芯片。

如果成功下载，则会提示0个错误。

下载程序的过程中，下载开关旁边的红色LED将会发亮，表示正在下载程序。

3、调试

a:

全速运行b:

单步C:

自动单步d:

设断点

在调试中,有时需要把程序分成几块来调试,这时候就需用到断点。

在“断点”窗口，或者在源文件窗口中光标所在行按右键设置,设置好以后,如全速运行,遇到断点停。

4．程序调试

先用K5调到Mode2按K1到K4设定要走的步数，转入Mode0或1按K1到K4选择步进电机工作台的运动方向（单向运动或复合运动），并利用K6进行调速。

观察实验结果，修改程序调试并记录实验结果。

参考源程序：

DISP0EQU39H；显示缓冲区0

DISP1EQU3AH；显示缓冲区1

DISP2EQU3BH；显示缓冲区2

TCEREQU40H；2ms计数单元

TCER1EQU41H；100ms计数单元

XSTATEQU52H；X状态字

YSTATEQU53H；Y状态字

SM_OUTEQU55H；输出状态

SM_OUTXEQU65H；输出状态

SM_OUTYEQU75H；输出状态

SPEEDEQU56H；速度档次

SDATAEQU57H；速度值

STEPHEQU58H；步数高位

STEPLEQU59H；步数低位

MODEEQU60H；模式状态

STEPXEQU61H；步数值缓冲区

STATEEQU62H；运动方向状态

DIRLOPEQU63H；显示循环次数区

XPEQU02H；X轴方向位

YPEQU03H；Y轴方向位

XWEQU04H；X轴工作

YWEQU05H；Y轴工作

RUNEQU06H；运行控制位

ORG0000H

START:

AJMPMAIN

ORG000BH；定时器0中断

AJMPTINT0；驱动脉冲控制

ORG001BH；定时器1中断

AJMPTINT1；定时显示控制