《数控机床》实训指导书
广东科学技术职业学院机电学院
2010年8月
实训一数控插补原理
一、实训目的与要求
（1）、掌握直线和圆弧的插补计算方法；
（2）、使用仿真软件实现直线和圆弧插补算法；
（3）、了解计算机软件数控的基本知识。
二、实训内容
本实训学生采用逐点比较法和数字积分法，利用计算机仿真软件实现直线和圆弧插补计算方法及其轨迹仿真。
实训分为计算机软件实现分析、实验报告撰写2个部分。每一部分既有指导老师的讲解，又有现场实践指导。让学生通过此实训，扎实掌握数控机床的插补原理与插补实现过程。具体内容如下：
输入/输出数据内容，不同加工起点坐标处理，不同象限逐点比较法插补的方法，不同象限数字积分法插补的方法。
三、实验仪器与设备
1、PC机
2、计算机仿真软件
四、实训步骤
1、熟悉逐点比较法和数字积分法的插补方法
2、使用计算机仿真软件实现逐点比较法的插补。
1)第一象限的直线插补，观察相应的直线插补图形，记录下进给方向
2)其他三个象限的直线插补，观察相应的直线插补图形，记录下进给方向
3)第一象限的圆弧插补，观察相应的圆弧插补图形，记录下进给方向
4)其他三个象限的圆弧插补，观察相应的圆弧插补图形，记录下进给方向
3、使用计算机软件仿真软件实现数字积分法的插补
1)第一象限的直线插补，观察相应的直线插补图形，记录下进给方向
2)其他三个象限的直线插补，观察相应的直线插补图形，记录下进给方向
3)第一象限的圆弧插补，观察相应的圆弧插补图形，记录下进给方向
4)其他三个象限的圆弧插补，观察相应的圆弧插补图形，记录下进给方向
五、实训报告
1、简述逐点比较法插补的原理。
2、画出观察到的图形，分析各个象限的进给方向。
3、比较逐点比较法和数字积分法的优缺点。
实训二数控车床结构与传动认识实训
一、实训目的
（1 ）、通过对数控车床整机的观察，初步建立认识数控机床的一般方法。
（2 ）、通过对数控车床主要部件结构的观察分析，认识数控机床的布局、典型结构及数控车床主要部件的功能及工作运动。
（3 ）、了解机床主轴传动系统和进给传动系统的组成及特点。
二、实训内容
（1 ）、认识机床的主要组成部分，熟悉机床的操纵系统。
（2 ）、了解机床的工艺范围及其主要技术规格。
（3 ）、了解数控机床的布局，基本组成及其功用。观察机床主要部件结构。
三、实训仪器与设备
（1 ）、数控车床
四、实训步骤
（1 ）、观察数控车床整机。了解数控车床的控制系统、床身组件、主轴箱、床鞍、刀架、尾座及防护罩等组成部件。
（2 ）、认识主轴箱，观察主传动组成，分析工作原理及控制方式。观察其内部构造，主轴锥孔锥度、轴承的安装位置等，分析结构特点。
（ 3 ）、认识X 、Z 向运动部件，观察进给传动的组成，分析工作原理及控制方式。观察进给机构丝杠丝母副的结构和工作特点，判断丝杠丝母副的循环方式，观察机床导轨副的结构和工作特点。
（4 ）、认识回转刀架，了解使用方法，分析工作原理。
（5 ）、认识尾座，了解使用方法，分析工作原理。
五、注意事项
（1 ）、要注意人身及设备的安全。关闭电源后，方可观察机床内部结构。
（2 ）、操作应符合基本操作规范。
（3 ）、实训完毕后，要注意清理现场，清洁机床，对机床的主轴、导轨、丝杠丝母副及时润滑。
六、实训报告
（1 ）、观察数控机床与普通机床在性能上有什么不同？
（2 ）、数控机床为了保证达到高性能在结构上采取了哪些措施？（3 ）、与普通车床比较，数控车床在结构上有哪些特点？
实训三 HED-21S数控系统综合实验台数控系统原理及组成
一、实训目的
1、了解数控系统的特点、基本组成和应用。
1、进一步熟悉数控工作台系统的基本组成，各部件的原理及作用。
3、了解数控系统综合实验台各部分的连接。
4、进一步熟悉实验台的操作，进入系统，演示程序。
二、实训设备
HNC-21S数控系统综合实验台
专用连接线一套
三、相关知识
1.认识数控系统综合实验台的各组成部分
HED—21S数控系统综合实验台集成了数控装置、变频调速主轴及三相异步电机、交流伺服单元及交流伺服电机、步进电机及步进电机驱动器单元、测量装置、十字工作台，组成
2.了解HED—21S数控系统综合实验台各个组成部件作用
包括数控系统（内置PLC）、主轴控制回路、进给系统、十字工作台、电气控制部分、自动换刀装置、自动检测装置、自动刀架、输入/输出模块等。
HED—21S数控系统综合实验台各部分接线
集成数控装置、变频调速主轴、交流伺服单元、步进电机及驱动器、测量装置、十字工作台等组成。
图1 HED—21S数控系统综合实验台组成框图
图2 部件总体连线框图
图3 整体连线示意图
图4 HNC—21S数控装置接口图
XSl —电源接口 ; XS2 —外接 PC 键盘接 ; XS3 —以太网接口； XS4 —软驱接口； XS5 —RS232 接口； XS6 —扩展 I ／ 0 板接口； XS8 —手持单元接口； XS9 —主轴控制接口；XSl0 ， XS11 —输入开关量接口； XS20 ， XS21 —输出开关量接口； XS30 ～ XS33 —模拟式、脉冲式 ( 含步进式 ) 进给轴控制接口； XS40 ～ XS43 ——串行式 HSV 一 11 型伺服轴控制接口；
( 若使用软驱单元，则 XS2 、 XS3 、 XS4 、 XS5 为软驱单元的转接口 ) （2）变频调速主轴单元
图5 变频器与数控装置的连接
（3）交流伺服单元
图6 采用脉冲接口与伺服驱动器连接图（4）输入/输出装置
图7 输入端子板接口图
图8 继电器板（5）工作台示意图
图 9 工作台俯视图
四、实训和步骤
1、进一步认识数控系统综合实验台的各组成部分。
2、根据实验台情况，熟悉实验台各个组成部件、原理及作用。
3、了解实验台各组成部分之间的连接，分清信号来源和去向。
4、进入系统，演示程序操作。
五、实训报告
1、简述数控机床电气工作原理
2．电气元件选型基本方法
3．画出数控系统综合实验台中工作台伺服电机、主轴电机、旋转刀架的电气连接图。4．电气维护安全注意事项
实训四数控车床操作面板实训（仿真软件练习）
一、实训目的与要求
（1）、熟悉数控车床操作面板及控制面板各按键的作用及使用方法；
（2）、掌握数控程序的输入、编辑、修改、调用等方法；
（3）、掌握数控车床试切对刀的操作方法、超程的解除；
二、实训内容
本实训学生利用数控加工计算机仿真软件熟悉数控车床操作面板各按键的作用及使用方法，程序的编辑、修改、调用等，掌握数控车床试切对刀的操作方法，掌握新建程序的输入与循环启动。
三、实验仪器与设备
１、PC机
２、广州超软数控加工仿真软件
四、实训步骤
１、熟悉操作面板各按键的功能及操作方法。
２、新建一程序，输入以下程序段：
O1001
N10 G90 G94 T0101（或T0202,T0303,T0404） M03 S300
N20 G00 X50 Z10
N30 G01 X0 Z2 F150
N40 M05
N50 M30
３、安装毛坏（￠30,长150）、外圆车刀、然后分别在X轴和Z轴方向进行试切对刀并在刀具补偿参数中输入刀具试切位置的测量值。
４、将刀架移至可安全换刀的位置，操作方式调至自动，调用O1001程序，按循环启动按扭，观察刀具是否移动至X0 Z2的位置。
五、实训报告
1、数控车床Z轴、X轴及其正方向是如何规定的。
2、总结数控车床上用试切方法进行对刀的操作步骤。
实训五数控车床的基本操作实训
一．实训目的：
了解数控车削加工的安全操作规程；熟悉数控加工的生产环境；数控车床的基本操作方法及步骤；对操作者的有关要求；掌握数控车削加工中的基本操作技能；培养良好的职业道德。
二．实训内容：
1．文明生产：按时上下课，不可做与上课无关之事，保持现场清洁卫生
2．安全技术：正确穿戴工作服，进行数控车床的安全操作
3．数控车床的维护与保养
4．操作面板与控制面板：熟悉各类开关、按扭、操作键的使用
5．基本操作：启动、停止、回参考点、手动进给、手轮进给、MDI运行、程序编辑和管理
三．实训步骤：
一、文明生产：1.遵守纪律,不得打闹嬉戏; 2.坚守岗位,不做与实训课无关之事; 3.
保持卫生，保持机床清洁，工具整齐摆放，公共场地轮流值日；
二、安全技术：严格按照数控车床的安全操作规程操作机床；
三、数控车床的维护与保养（讲述及现场操作）
四、机床的操作面板与控制面板的基本操作（现场讲解）
五、数控车床开关的基本操作（现场操作）：电源接通和断开前确保急停按扭按下状态
六、手动操作：1.回机床参考点; 2.手动连续进给; 3.手轮进给; 4.主轴及冷却液
开关操作; 5.手动换刀位; 6.手动尾座的操作; 7.卡盘的夹紧与松开的操作; 8.
机床的急停方式;
七、程序的编辑和管理（现场操作）
八、MDI的运行（现场操作）：MDI运行用于简单的测试操作、对刀操作、主轴临时启动
操作等；
相关步骤操作介绍
（1）开机步骤
依次打开各电源开关：电气柜开关→操作面板开关[此时机床操作面板的电源灯亮（绿色）]→UPS→显示器→计算机主机，稍等片刻，出现选项[A，B]=[windows，dos]，选B，即DOS状态操作。在DOS提示符下键入：C：> CD HNC-21T↓，再键入N↓，即自动进入数控车床教学系统软件平面 [操作面板的驱动灯亮（绿色）]。
（2）系统软件用户界面的熟悉及基本操作（略，演示说明）
注意：用F10键作为界面翻页的功能键，同时按下“Alt”与“X”键退出软件界面；数控系统开机后，应首先在系统软件的机床参数中设定直径或半径编程方式，我校数控车床均设定为直径编程方式。
（3）操作面板的按键认识及基本操作（略，演示说明）
（4）机床的复位与回零操作
由于系统关机时，已按下操作面板上的“急停”开关，系统上电进入软件操作界面时，系统的工作方式为“急停”，为控制系统运行，需左旋并拔起操作面板的“急停”按钮使系统复位，并接通伺服电源。
控制机床运动的前提是建立机床坐标系，为此，系统接通电源、复位后首先应进行机床各轴的回参考点操作，所有轴回参考点后，即建立了机床坐标系。方法如下：
（a）如果系统显示的当前工作方式不是回零方式，按一下控制面板上面的“回零”按键，确保系统处于“回零”方式；
（b）根据X轴机床参数“回参考点方向”，按一下“+X”按键， X轴回到参考点后，“+X”按键内的指示灯亮（黄色）；
（c）用同样的方法使用“+Z”按键，使Z轴回参考点。
? 注意：
在每次电源接通后，必须先完成各轴的返回参考点操作，然后再进入其他运行方式，以确保各轴坐标的正确性；
同时按下X、Z轴向选择按键，可使X、Z轴同时返回参考点;
在回参考点前，应确保回零轴位于参考点的“回参考点方向”相反侧（如X轴的回参考点方向为负，则回参考点前，应保证X轴当前位置在参考点的正向侧）；否则应手动移动该轴直到满足此条件；
在回参考点过程中，若出现超程，请按住控制面板上的“超程解除”按键，向相反方向手动移动该轴使其退出超程状态。
(5) 点动移动操作及进给修调
将控制面板上的工作方式旋钮对齐“手动”方式，系统处于点动运行方式，在手动状态可以对刀位进行粗调定位。手按-X或+X、-Z或+Z键将产生连续的移动，若同时按下方向键区中间的黄色快进键，将以快进速度移动刀架；松开X或Z方向按键（指示灯灭），手动轴即减速停止。
在点动进给时，进给速率为系统参数的“最高快移速度”的1/3乘以进给修调选择的进给倍率（5%、10%、30%、50%、70%、100%）。
点动快速移动的速率为系统参数的“最高快移速度”乘以快速修调选择的快移倍率。
(6) 步进移动操作与倍率选择
将控制面板上的工作方式旋钮对齐“步进”方式，系统处于步进运行方式，通过步进移动，可以对刀位进行精确定位。半径编程步进操作时，X、Z方向步进移动量的读数规则如下：用手转动倍率修调键，×1000表示刀架准确移动1mm，×100表示刀架移动0.1mm，×10表示刀架移动0.01mm，×1表示移动刀架0.001mm；直径编程步进操作时，X方向步进移动量的读数规则如下：用手转动倍率修调键，×1000表示刀架准确移动2mm，×100表示刀架移动0.2mm，×10表示刀架移动0.02mm，×1表示刀架移动 0.002mm；Z方向的移动量与相应半径编程步进操作的移动量相同，即直径编程的Z坐标无直径值与半径值之分。根据需定位点的机床坐标值，确定合适的修调倍率后，步进点按X、Z轴的正向或负向按键正确的次数后，可对刀位点进行精确定位。例如，同学可练习将刀架位于CRT显示机床坐标（-100，-100）处（直径编程）。
(7) 刀位转换操作
在手动状态，将操作面板上的刀位旋钮转到需要换刀的刀号上，按下“刀架开关”键，则刀架自动换刀，相应号数的刀将处于工作位置。
(8) MDI（手动数据输入）运行操作
在主菜单下按F4（MDI方式）键，按F4键进入MDI功能子菜单。在MDI功能子菜单下按F6，进入MDI运行方式，命令行的底色变成了白色，并且有光标在闪烁，如图1所示。
图1 MDI运行
这时可以从NC键盘输入并执行一个G代码指令段，即“MDI运行”。
? 注意：自动运行过程中，不能进入MDI运行方式，可在进给保持后进入。
MDI输入的最小单位是一个有效指令字。因此，输入一个MDI运行指令段可以有下述两种方法：
a一次输入，即一次输入多个指令字的信息；
b多次输入，即每次输入一个指令字信息。
例如：要输入“G00 X100 Z 100” MDI运行指令段，可以
直接输入“G00 X100 Z 100”并按Enter键，图 3.5.2显示窗口内关键字G、X、Z的值将分别变为00、100、1000；
先输入“G00” 并按Enter键，图 3.5.2显示窗口内将显示大字符“G00”，再输入“X100” 并按Enter键，然后输入“Z100” 并按Enter键，显示窗口内将依次显示大字符“X100”、“Z100”。
在输入命令时，可以在命令行看见输入的内容，在按Enter键之前，发现输入错误，可用BS、光标移动键进行编辑；按Enter键后，系统若发现输入错误，会提示相应的错误信息。在输入完一个MDI指令段后，在自动方式或单段方式下按一下操作面板上的“循环启动”键，系统即开始运行所输入的MDI指令。如果输入的MDI指令信息不完整或存在语法错误，系统会提示相应的错误信息，此时不能运行MDI指令。在运行MDI指令段之前，如果要修改输入的某一指令字，可直接在命令行上输入相应的指令字符及数值。例如：在输入“X100”并按Enter键后，希望X值变为109，可在命令行上输入“X109”并按Enter键。在输入MDI 数据后，按F7键可清除当前输入的所有尺寸字数据（其他指令字依然有效），显示窗口内X、Z、I、K、R等字符后面的数据全部消失。此时可重新输入新的数据。在系统正在运行MDI 指令时，按F7键可停止MDI运行。
(9) 超程与超程解除
在伺服轴行程的两端各有一个极限开关，作用是防止伺服机构碰撞而损坏。每当伺服机构碰到行程极限开关时，就会出现超程。当某轴出现超程（“超程解除”按键内红色指示灯亮）时，系统视其状况为紧急停止，要退出超程状态时，操作方法如下：
a 松开“急停”按钮，置工作方式为“手动”方式；
b一直按压着“超程解除”按键；
c在手动方式下，使该轴向相反方向退出超程状态；
d 松开“超程解除”按键。
若显示屏上运行状态栏“运行正常”取代了“出错”，表示恢复正常，可以继续操作。
? 注意：
在操作机床退出超程状态时请务必注意移动方向及进给速度的控制，以免发生撞机。(10) 急停及复位操作
在自动加工过程，操作者若发现异常现象，可按下红色的“急停”键，则机床主运动、进给运动全部停止；若要解除急停报警，只需轻轻旋转“急停”键复位，切忌用力向上拔出“急停”键，否则该键易被拉断。
(11) 主轴控制
教学型CJK6032车床是机械齿轮手动换档，无主轴功能，其主轴速度不能修调。一般手动换档设定主轴转速为755rpm。
在手动方式下，按一下“主轴正转”按键（指示灯亮），主电机以手动换档设定的转速正转，直到按压“主轴停止”或“主轴反转”按键。在手动方式下，按一下“主轴反转”按键（指示灯亮），主电机以机床参数设定的转速反转，直到按压“主轴停止”或“主轴主转”按键。在手动方式下，按一下“主轴停止”按键（指示灯亮），主电机停止运转。
? 注意：
“主轴正转”、“主轴反转”、“主轴停止”这几个按键互锁，即按下其中一个（指示灯亮），其余两个会失效（指示灯灭）。
在手动方式下，可用“主轴点动”按键，点动转动主轴。机床锁住禁止机床所有运动，在手动运行方式下，按一下“机床锁住”按键（指示灯亮），再进行手动操作，系统继续执行，显示屏上的坐标轴位置信息变化，但不输出伺服轴的移动指令，所以机床停止不动。若弹起“机床锁住”按键（指示灯灭），则可解除机床锁住状态。
(12) 输入并编辑加工程序：
在主菜单中按下F2（程序编辑键），再按下F10（▲），进入其子菜单中，新建一个文件进行编辑的操作步骤如下：
a选择F2 “选择编辑程序”菜单(图 5.1.1)中，用▲、▼选中“磁盘程序”选项；
b按Enter键，弹出对话框；
c选择新文件的路径；
d按Tab键将蓝色亮条移到“文件名”栏；
e按Enter键进入输入状态（蓝色亮条变为闪烁的光标）；
f在“文件名”栏输入新文件的文件名，如“O 2000”；
g按Enter键，系统将自动产生一个0字节的空文件；
h光标进入编辑区，并可输入程序，并对程序进行编辑，最后按F4（保存文件），按F10（▲）返回主菜单。
(13) 加工程序的轨迹校验
未运行的新程序在调入后最好先进行校验运行，正确无误后再启动自动运行。
程序校验运行的操作步骤如下：
a选择要校验的加工程序；
b按机床控制面板上的“自动”按键进入程序运行方式；
c在程序运行子菜单下，按F3键，此时软件操作界面的工作方式显示改为“校验运行”；d按机床控制面板上的“循环启动”按键，程序校验开始；
e若程序正确，校验完后，光标将返回到程序头，且软件操作界面的工作方式显示改回为“自动”；若程序有错，命令行将提示程序的哪一行有错。
? 注意：
校验运行时，机床不动作；
为确保加工程序正确无误，请选择不同的图形显示方式来观察校验运行的结果。
自动加工
经实验指导老师确认已校验的程序正确后，方能进行自动加工。将控制面板上的工作方式旋钮对齐“自动”方式，系统处于自动运行方式，在自动加工状态下，选择加工程序后再按下“循环启动”键，就可进行自动加工。在自动加工期间，可分别进行程序单段、进给保持、取消运行、急停、复位等操作练习。
在操作面板上将加工方式旋钮转向“单段运行”位置，系统处于单段自动运行方式，程序控制将逐段执行；按一下“循环启动”按键，运行一程序段，机床运动轴减速停止，刀具、主轴电机停止运行；再按一下“循环启动”按键，又执行下一程序段，执行完后又再次停止。在自动运行，按一下机床控制面板上的“进给保持”按键，则暂停程序运行，并保留当前运行程序的模态信息。在自动运行暂停状态下，按一下机床控制面板上的“循环启动”按键，系统将从暂停前的状态重新启动，继续运行。
在程序运行的过程中，需要中止运行，可在程序运行子菜单下，按F7（停止运行）键，再按“Y”键则中止程序运行，并卸载当前运行程序的模态信息。程序在非程序起点位置中止运行后，如要重新运行，需要重新对刀，并选择加工程序从程序头重新启动运行。
(15) 数控车床的维护与保养（演示说明）
对数控车床进行维护保养的目的是延长其机械部件的磨损周期，延长器件的使用寿命，保证车床长时间稳定可靠第运行。一般需对数控车床的润滑系统、传动系统、数控系统、电器系统、防护系统等部分进行日常维护。维护保养要定时、定期，贵在坚持，责任到人。特别要求开机时要给机床运动部位加润滑油，实习结束前，应将机床床面彻底打扫干净，并再加润滑油。
(16) 数控车工的安全文明生产知识
操作员必须仔细阅读数控系统的说明书，熟悉车床的操作规程。为了确保安全文明生产，除严格遵守普通车床的安全操作规程外，在操作数控车床时特别应注意以下几点：
①编好程序后，首先应空运行一次，确保走刀路径、进刀量、速度的正确，然后单段试加工以确保无误；
②遇到紧急情况时，应迅速按下红色“急停”按钮，使机床立即停止运动。事故处理完毕，旋转“急停”按钮，会解除被关闭的功能，但所有输出功能必须重新启动；
③如果超程，系统会显示超程报警，刀具运动停止，此时在手动方式下，使刀具向反方向移动，同时按下“超程解除”按键，可解除超程报警；
④当数控系统报警时，操作人员不必惊慌，可查阅操作说明书进行处理。如解除不了，可请维修人员支援。注意对异常情况要及时处理，以防发生意外；
⑤切记不要用硬物和脏手按面板，以防弄破面膜，使杂物和水进入；也不要太用力点按按键，以防按键操作失灵；
⑥未经老师允许、未经杀毒处理不许擅自带软盘上机；
⑦在未经老师确认程序正确无误之前，严禁弹起操作面板上已按下的“机床锁住”键；
⑧在上电和关机之前应按下“急停”按钮以减少设备电冲击；
⑨下课前，应对机床、地面打扫干净卫生，经老师检查设备完好及打扫卫生合格后，并已登记好工位记录本后，才允许离开现场。
(17) 关机步骤
在主菜单下按ESC键返回DOS状态，依次关主机、显示器、UPS→按下操作面板上的“急停”按钮，使伺服电源断开→转动操作面板的钥匙开关处于关机位，使数控电源断开→打下电气柜开关，使机床电源断开→依次关电脑电源插座开关、电气柜插座开关。
四．注意事项：
※操作数控车床时应确保安全，包括人身和设备的安全
※禁止多人同时操作机床
※禁止让机床在同一方向连续“超程”
五．实训思考题：
※数控车床坐标轴及正负方向的规定、安全操作规程、机床回零的主要作用
※数控车床的开启、运行、停止有哪些注意事项
※MDI运行的操作方法、下课前要做好机床的哪些清理工作
六．实训报告要求：
实训报告实际上就是实训总结。对所学的知识、所接触的机床、所操作的内容加以归纳、总结、提高。1、实训目的；2、实训设备；3、实训内容；4、分析总结在数控车床上进行启动、停止、手动操作、程序的编辑和管理及MDI运行的步骤。
实训六车削简单轴类零件实训(一)
一．实训目的：
能够对简单轴类零件进行数控车削工艺分析,掌握常用编程指令的应用和编程方法,工件及刀具的正确安装，通过加工熟悉数控车床的工作原理及操作过程
二．实训内容：
如下图所示,已知毛坏为￠30X150,要求编写数控加工程序并在机床上完成工件加工
三．实训步骤：
a)数控加工工序确定:分析工件图样,选择定位基准和加工方法,确定走刀路线,选择
刀具和装夹方法,确定各切削用量参数
b)刀具确定:根据零件的加工要求,选择确定刀具
c)数控加工程序编写:编写工件的加工程序
d)对刀:确定工件坐标系,每一把刀具通过试切对刀完成
e)自动加工完成:加工中注意监测加工过程可能出现的问题
f)测量工件。测量工件尺寸并进行质量分析。标识学号姓名上交工件
四．注意事项：
加工过程中一定要提高警惕,将手放在”进给保持”或”急停”按扭上,如遇紧急情况,迅速按下按妞,防止意外事故的发生
五．实训报告要求：
※对零件尺寸的检测结果进行分析,总结在数控车床上完成零件的加工步骤及注意事项
六．加工参考程序：
(T01外圆车刀 T02切断刀)
O1002
G90 G94 T0101 M03 S500
G00 X31 Z5
G71 U1.5 R1 P10 Q20 X0.3 Z0.1 F100