数控实验指导书 南京工程学院.pdf

1 数控技术实验指导书数控技术实验指导书 概述概述 一、数控技术实验的一、数控技术实验的目的目的 数控技术课程是介绍用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一门课程，它集机械制造技术、信息技术、微电子技术和自动化技术等为一体，是一门综合性专业技术课程实验教学环节对于本课程相当重要，并且也是必不可少的组成部分通过实验学生能够进一步掌握数控加工指令与数控加工程序的编制，并充分运用计算机知识解决数字控制技术中的一些实际问题，从而更好地理解本课程的教学内容 二、二、实验的实验的基本要求基本要求 1、学生在实验课前必须认真预习教科书及本指导书中的相关内容，为实验做好充分准备 2、 所有实验都要求学生综合利用本门课程中所学的相关知识点， 充分发挥自己的个性和创造力，独立操作完成实验内容，并写出实验报告 编程编程实验实验 一、一、 车削加工零件程序编制车削加工零件程序编制 （一）实验的目的 1、熟悉编程模拟软件的功能与使用方法 2、进一步掌握一般典型零件（含直、锥螺纹加工）的车削加工程序（轮廓精加工）编制技术，并经图形模拟加工验证所编制的程序正确性 （二）实验设备 台式计算机、数控车床编程模拟软件 （三）实验方法与步骤 1、仔细阅读零件图，根据图纸制定精车零件的加工工艺，编制零件精加工程序。

2、熟悉编程模拟软件的功能与使用方法 3、在编程模拟软件平台上输入零件精加工程序，并图形模拟加工过程 4、根据图形模拟加工结果，修改完善加工程序 （四）精车加工零件图（范例） 2 图(a) 图(b) 图(c) （五）实验报告内容与要求 1、阐述数控车削直、锥螺纹加工指令的结构，说明编制螺纹加工程序要注意的事项 2、绘制零件图，根据标注的尺寸算出各基点值并在图上标明 3、在报告中写出根据图纸编写的零件精加工工艺流程，写出经图形模拟加工验证的零件精加工程序 二、二、 铣削加工零件程序编制铣削加工零件程序编制 （一）实验的目的 1、熟悉编程模拟软件的功能与使用方法 2、进一步掌握一般典型零件（含镜向加工）的铣削加工程序（轮廓精加工）编制技术，并经图形模拟加工验证所编制的程序正确性 （二）实验设备 台式计算机、数控铣床编程模拟软件 （三）实验方法与步骤 3 1、仔细阅读零件图，根据图纸制定铣削零件的加工工艺，编制零件精加工程序 2、熟悉编程模拟软件的功能与使用方法 3、在编程模拟软件平台上输入零件精加工程序，并图形模拟加工过程。

4、根据图形模拟加工结果，修改完善加工程序 （四）铣削加工零件图（范例） 图(c) （五）实验报告内容与要求 1、阐述数控铣削镜向加工的实现方法，说明编制镜向加工程序要注意的事项 2、绘制零件图，根据标注的尺寸算出各基点值并在图上标明 3、在报告中写出根据图纸编写的零件精加工工艺流程，写出经图形模拟加工验证的零件精加工程序 图(a) 图(b) 4 原理实验原理实验 一、逐点比较法插补实验一、逐点比较法插补实验 逐点比较法插补原理实验，它包括四象限的直线和圆弧，而圆弧又包括顺圆弧和逆圆弧不管直线的插补还是圆弧插补，软件实现都是按照逐点比较法插补的定义和四个步骤来进行的由于实验课时的限制，本实验只做第一象限的直线和逆圆弧逐点比较法插补 （一）实验目的（一）实验目的 1． 进一步掌握实验装置的使用方法； 2． 掌握逐点比较法的直线插补和圆弧插补的基本工作原理和软件实现方法 （二）实验器材（二）实验器材 1. 计算机一台 2. 《数控原理与系统》实验装置一套 3. C 语言支持软件 （三）预习要求（三）预习要求 1. 复习教材中有关“逐点比较法插补”的有关内容。

2. 要求完全掌握实验装置的使用 3. 仔细阅读本实验内容和提供的部分参考程序清单 （四）实验原理（四）实验原理 逐点比较法是使用阶梯折线来逼近被插补直线或圆弧轮廓的方法，一般是按偏差判别﹑进给控制﹑偏差计算和终点判别四个节拍来实现一次插补过程 根据教材中有关内容，给出第一象限内直线与圆弧的逐点比较法插补的流程图如图 1 和图 2 所示 图 1 L1 逐点比较法插补流程图 初始化 Xe,Ye,F0=0 ∑=∣Xe∣+∣Ye∣ F≥0? +X 轴进给一步 F﹣Ye→F F +Xe→F +Y 轴进给一步 ∑–1=0 ? 结 束 开 始 N 5 图 2 NR1 逐点比较法插补流程图 当插补过程中某个坐标出现进给脉冲时，可通过调用开环系统的位置控制函数来完成，具体如下： void open_position_ctrl (int Dx, int Dy ): 其中， Dx = +1﹑-1﹑0,分别表示 X 轴方向上出现正向进给脉冲﹑反向进给脉冲﹑没有进给脉冲Dy = +1﹑-1﹑0,分别表示 Y 轴方向上出现正向进给脉冲﹑反向进给脉冲﹑没有进给脉冲。

在将进给脉冲送给小型铣床执行的同时，也可用 CRT 来模拟显示插补轨迹，以便观察插补过程的正确性 （五）实验步骤（五）实验步骤 1．启动 C 语言编辑环境，打开实验程序文件（ST02.CPP） 2．输入预先编好的部分程序 3．调试程序，并通过 CRT 模拟显示，验证其正确性 需要注意的是，在调试过程中不开功放电源 4．模拟成功后，增加位置控制输出程序，并打开功放电源，利用小型铣床画出被插补轮廓的结果 1． 指导老师检查后，整理实验仪器方可离开实验室 （六）报告要求（六）报告要求 开 始 初始化 Xs,Ys,F0=0 ∑=∣Xe-Xs∣+∣Ye-Ys∣ F≥0? +Y 轴进给一步 –X 轴进给一步 F+2Y+1→F F- 2X+1→F Y + 1→Y X - 1→X ∑ - 1 = 0 ? 结 束 Y N N Y 6 在常规实验报告要求之上，还需包含下述内容： 1．细化后的程序流程图和调试完成的程序清单 2．插补得到的实验结果 3．实验体会，包括实验过程中碰到的问题，解决办法和有关该实验的改进建议积收获等 4．回答下面的思考题 （七）思考题（七）思考题 １．在上述程序基础上如何处理动点正好落在四个坐标轴上（+X﹑-X﹑+Y﹑-Y）的情况？ ２．当数控系统脉冲当量为１μ ｍ时，你的插补程序所能处理的最大行程范围为多少？ ３．插补过程中终点判别的方法是唯一的吗？如果改用“While(Jsum0)”,结果如何？ ４．在上述程序基础之上如何实现过象限处理？ 二、步进电机软件环分试验二、步进电机软件环分试验 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移的控制电动机。

利用它可以组成一个简单的全数子化的伺服系统，并且不要反馈环节只要将脉冲依次送到步进电机线圈的每一相，如果是 A→AB→B→BC→C→CA 这样的顺序，那么电机正转，如果是 A→AC→C→CB→B→BA 这样的顺序，那么电机反转通过控制两个脉冲之间间隔的时间，就可以控制电机的转速 （一）（一）实验目的实验目的 1． 通过实验掌握步进电机环形分配器的基本工作原理及软件实现方法 2． 通过实验了解开环数控系统的基本工作原理及实现思路 （二）（二）实验器材实验器材 1． 计算机一台 2． 实验装置一套 3． C 语言支持软件 （三）（三）预习要求预习要求 1． 复习教材中有关“步进电机软件环形分配”有关内容 2． 要求完全掌握实验装置的使用 3． 复习 C 语言程序设计部分内容 4． 阅读本实验内容，并按步进电机运行方式写出环分表及实验程序 （四）（四）实验原理实验原理 步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移的理想执行元件，控制简单方便，是开环数控系统中主要执行元件之一而步进电机的控制主要体现在环分和自动升降速两个方面其中，环分又分硬件环分和软件环分这里为了掌握步进电机环分的基本工作原理，主要对软件环分的实现方法进行实验。

实验对象是小型实验铣床上的反应式三相异步电机，它可工作于三拍方式（步距角为 1.5 度）或六拍方式（步距角为 0.75 度） 如果运行于三相六拍工作方式，则步进电机正转和反转时对应流7 程如图 3 所示 A AB B BC C CA (正转) A AC C CB B BA （反转） 图 3 步进电机正转和反转对应环分流程图 采用软环分时，可通过查表方式实现，具体如图表-1 所示 表 1 步进电机软件环分表 序号序号 输出控制字（二进制）输出控制字（二进制） 十六进制十六进制 导电导电相相 旋转方向旋转方向 1 0 0 0 0，0 0 0 1 01 A (反转) （正转） 2 0 0 0 0，0 0 1 1 03 A , B 3 0 0 0 0，0 0 1 0 02 B 4 0 0 0 0，0 1 1 0 06 B , C 5 0 0 0 0，0 1 0 0 04 C 6 0 0 0 0，0 1 0 1 05 C , A 在将环分输出送给小型铣床执行之前，也可通过 CRT 来模拟显示运行情况，以便观察环分输出的正确性。

（（五五））实验步骤实验步骤 1．启动 C 语言编辑环境，打开实验程序文件 ST05.CPP 2．输入预先编好的部分程序 3．调试程序，并通过 C 语言中“DEBUG”菜单下的观察窗口“WATCH” ，来验证环分输出的正确性需要注意的是在调试程序过程中不开功放电源 4．在模拟调试成功后，打开电源，将环分输出字通过下位机接口板转送给功放，利用小铣床上的步进电机来验证环分结果 5． 经指导老师检查后，整理实验仪器方可离开实验室 （六）（六）报告要求报告要求 8 在常规实验报告要求之上，还需包括以下内容： 1． 细化后的程序流程图和调试完成的程序清单 2． 电机运行走出的实验结果 3． 实验体会，包括实验过程中碰到的问题，解决办法和有关试验的改进建议积收获等 4． 回答下面的思考题 （七（七））思考题思考题 1． 在上述的基础上如何实现三相三拍方式的运行控制？ 2． 如何改变步进电机的运行速度？ 3． 除这里采用查表法实现环分外，还有无其它方法，试说明实现思路？ 4． 在上述程序的基础之上如何实现升降频控制？ 附附 录录 实验装置简介实验装置简介 实验装置是基于 PC 平台而设计，通过在扩展槽内接入的接口板来实现对小型实验铣床 的控制，除完成该课程教学大纲所规定的实验项目外还可用于课程设计、毕业设计等教学环节。

该实验装置主要由三大部分组成, 结构框图如图 4 所示其中，PC 机(上位机)主要完成整个实验环境的处理及人机界面功能, PC 机中接口板(下位机)主要完成精插补、 信息转发以及实验铣床的控制工作实验操作台主要进行状态显示(如工作台坐标位置、步进电机环分状态和换刀状态等)、开关量输入和机床操作命令的输入等，另外还包括各种显示驱动电路和步进电机驱动电源等，通过该实验操作台可模拟实现数控机床的各种操作输入小型实验铣床主要用于验证实验结果的正确性。