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加工中心操作加工仿真例

实验二

加工中心操作加工仿真实验

一、实验目的

1.掌握加工中心手工编程的编程步骤。

2.掌握数控加工中心仿真系统的操作流程。

二、实验内容

1.了解数控仿真软件的应用背景。

2.掌握加工中心手工编程的编程步骤

3.掌握数控加工仿真系统的操作流程。

三、实验设备

1.海信工作站

2.数控加工仿真软件

四、实验操作步骤:

1.图纸

2.加工采用的刀具参数下表所示。

3.工艺安排:

①用虎钳和V型铁装夹零件,用百分表找正Φ60的圆后,铣平零件上表面,将零件中心和零件上表面设为G54的原点。

②加工路线是:

粗铣43×43的四方台面→钻中心孔→钻Φ7.8孔→铰Φ8H7孔→精铣43×43的四方台面→精铣Φ59.5的工艺台阶。

手工编程参考答案:

主程序内容

程序注释(加工时不需要输入)

%

O0001

G91Z0G28

T1M6

G90G54G0X0Y0S600M3

G43H1Z100.0

X41.5Y0

Z10.0M08

G01Z-7.0F50

D1M98P100F120(D1=6.2)

G01Z-13.0F50

D1M98P100F120(D1=6.2)

G01Z-19.0F50

D1M98P100F120(D1=6.2)

G0Z100.0M09

M05

G91G28Z0

T3M6

G90G54G0X0Y0S1500M3

G43H3Z100.0

X0Y0

Z10.0M08

G01Z-5.0F80

G0Z100.0M09

M5

G91G28Z0

T4M6

G90G54G0X0Y0S800M3

G43H4Z100.0

Z5.0M08

G99G73Z-36.0R5.Q2.0F60

G80

G0Z100.0M09

M05

G91G28Z0

T5M6

G90G54G0X0Y0S200M3

G43H5Z100.0

Z5.0M08

G1Z-33.0F50

G0Z100.0M09

M05

G91G28Z0

T2M6

G90G54G0X0Y0S1100M3

G43H2Z100.0

X41.5Y0

Z10.0M08

G01Z-7.0

D2M98P100F130(D2=4)

G01Z-13.0F50

D2M98P100F130(D2=4)

G01Z-19.0F50

D2M98P100F130(D2=4)

G01Z-23.0F50

D2M98P200F130(D2=4)

G0Z100.0M09

M05

M30

%

传输程序时的起始符号

主轴直接回到换刀参考点

换1号刀,Φ12mm的端铣刀

刀具初始化

1号刀的长度补偿

加工起始点(X41.5,Y0,Z100)

 

用不同的刀具半径补偿多次调用子程序去除工件余量

半径补偿值和切削速度传入子程序

 

换3号刀,Φ3mm中心钻

 

钻中心孔

 

换4号刀,Φ7.8mm钻头

 

G73指令的钻孔循环

 

换5号刀,Φ8mm铰刀

 

铰孔

 

换2号刀,Φ8mm端铣刀

 

加工起始点(X41.5,Y0,Z100)

 

用合适的刀具半径补偿,通过调用子程序完成精加工

 

铣削工艺台阶

 

程序结束

传输程序时的结束符号

子程序内容

注释内容

%

O100

X41.5Y0

G1G41Y20.0

G3X21.5Y0R20.0

G1Y-19.5

G2X19.5Y-21.5R2.0

G01X-19.5

G2X-21.5Y-19.5R2.0

G01Y19.5

G02X-19.5Y21.5R2.0

G01X19.5

G02X21.5Y19.5R2.0

G01Y0

G03X41.5Y-20.0R20.0

G01G40Y0

M99

%

O100子程序

(铣削带R2圆弧的43×43的四方台面)

刀具半径补偿有效,补偿值由主程序传入

圆弧切入

加工轨迹的描述

 

圆弧切出

刀具半径补偿取消

返回主程序

%

O200

X41.5Y0

G1G41Y11.75

G3X29.75Y0R11.75

G2I-29.75J0

G03X41.5Y-11.75R11.75

G01G40Y0

M99

%

O200子程序(铣削Φ59.5的工艺台阶)

刀具半径补偿有效,补偿值由主程序传入

圆弧切入

加工工艺台阶的轨迹描述

圆弧切出

刀具半径补偿取消

返回主程序

%

G91G28Z0

T1M6

G90G54G0X0Y0S600M3

G43H1Z100.0

X45.0Y0

Z5.0M08

G01Z0.F80

G01X35.0F120

G02I-35.0J0

G01X25.0

G02I-25.0J0

G01X15.0

G02I-15.0J0

G01X5.0

G02I-5.0J0

G0Z100.M09

M05

G91G28Z0

M30

%

铣工件上表面的程序,单独使用

 

起始点(X45.0Y0Z100.0)

铣削深度,可根据实际情况,调整Z值

6.在数控加工仿真系统中加工训练零件一的操作步骤

具体操作过程如下:

点击“开始→程序→数控加工仿真系统”,选择“数控加工仿真系统”,在弹出的登录用户对话框中,选择快速登录,进入数控加工仿真系统。

1.选择机床

点击菜单“机床/选择机床…”,出现选择机床对话框,在选择机床对话框中控制系统选择FANUC和FANUC0I,机床类型选择立式加工中心,型号是JOHNFORDVMC-850,并按确定按钮,机床选择结束。

2.机床操作初始化

选择机床后,机床处于锁定状态,需要进行机床初始化操作,即解除锁定状态。

在仿真系统中,不同型号的机床,其机床的初始化操作也不相同。

对于仿真系统乔福加工中心VMC850来说,具体操作步骤是:

按下数控系统的电源按钮,然后再按下急停按钮,最后按下系统启动按钮。

3.机床回零

机床回零操作是建立机床坐标系的过程。

回零操作是实际机床在打开机床电源后,首先要作的操作。

即在X轴、Y轴、Z轴通过与限位开关的接触,机床找到这三个方向的极限值后,将机床坐标系的值清零,建立机床坐标系的零点。

由于控制系统的延迟特性,如果机床主轴的实际位置,即X轴、Y轴、Z轴的位置距离机床零点太近,为了避免主轴与限位开关发生碰撞,一般数控机床都规定在进行机床回零操作前,机床主轴的X轴、Y轴、Z轴的位置距离机床零点必须大于100mm。

仿真系统的具体操作是:

1)查看是否满足回零条件

用鼠标按下【POS】,接着按下CRT中【综合】下面对应的软键按钮,注意CRT中【机械坐标】坐标系下的X、Y和Z的值,要求这三个值的绝对值不能小于“100.0”。

2)回零操作

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【参考点】。

转动旋钮的方法是:

鼠标停留在旋钮上,按鼠标左键,旋钮左转,按鼠标右键,旋钮右转。

Z轴回零:

按下【+Z】按钮。

X轴回零:

按下【-X】按钮。

Y轴回零:

按下【+Y】按钮。

上述操作是手动回零的操作过程,除此之外,FANUC0I系统还支持自动回零操作,即用鼠标将【模式选择】旋钮指向【参考点】后,直接按下【循环启动】按钮即可,机床将首先将Z轴回零,然后将X轴和Y轴依次回零。

4.确定零件毛坯尺寸,选择夹具并完成零件装夹

1)定义毛坯尺寸

点击菜单“零件/定义毛坯…”或按下毛坯定义按钮,出现定义毛坯对话框,将毛坯形状改为圆柱形,定义毛坯直径为60mm,定义毛坯高度为50mm完成后,按下【确定】按钮。

2)选择装夹方式

点击菜单“零件/安装夹具…”或按下夹具按钮,出现安装夹具对话框,选择要安装的零件“毛坯1”,为了便于观察切削加工,选择安装毛坯的夹具为“工艺板”,完成后,按下【确定】按钮。

3)放置夹具和毛坯

点击菜单“零件/放置零件…”或按下放置零件按钮,在放置零件对话框,选取名称为“毛坯1”的零件。

完成后,按下【安装零件】按钮。

4)移动工作台上的零件

定义好的毛坯和夹具,出现在机床工作台面上,并出现控制零件移动的面板,这四个方向的按钮,可以移动工作台面上的零件和夹具,如果零件位置没有问题,点击面板上的退出按钮,关闭该面板,毛坯放置完成。

由于机床门的阻挡,观察零件有些不方便,可以点击菜单“机床/开门”,打开机床门。

为了将零件固定在工作台上,可以点击菜单“零件/安装压板”,在弹出的选择压板对话框中,选择横向压板,然后选择确定按钮关闭选择压板对话框。

5.确定工作原点,建立用户坐标系(G54)

选择零件中心为编程原点,水平向右的方向为X的正向,垂直纸面向上的方向为Z的正向,工件的上表面定为Z0。

下面选择基准工具,确定X、Y的用户坐标系。

点击菜单“机床/基准工具…”或按下基准工具按钮,在基准工具对话框中,选取右边的基准工具。

完成后,按下确定按钮。

基准工具出现在机床主轴上。

使用基准工具可以帮助建立用户坐标系,方便编制程序。

这两种基准工具是实际工作中应用比较多的基准工具,二者的区别在于,精度和价格。

第一个是刚性样柱,价格低。

使用时,主轴静止,与零件不接触,利用塞尺来测量塞尺与零件之间的间隙,从而确定X轴和Y轴的基准。

因为测量塞尺与零件的间隙,有赖于操作者的经验来判断,所以精度比较低,通常精度在0.03~0.06之间,如果操作者有较高的操作技能,精度可到达0.02~0.03。

刚性样柱在小规模的模具企业使用较广。

第二个是弹性样柱(寻边器),价格中等。

使用时,主轴转速在400r/min~600r/min之间,当样柱与零件接触时,由于离心力的缘故,轻微接触,就会产生明显的偏心迹象,使用方便。

精度在0.01~0.03之间,如果操作者有较高的操作技能,精度可到达0.005~0.01。

弹性样柱的使用区域广泛。

注意,这两种基准工具,都只能确定X轴和Y轴的基准,而不能确定Z轴基准。

Z轴基准的确定,需要配合实际使用的刀具才行。

下面将讲解弹性样柱确定零件X轴、Y轴和Z基准的步骤:

(1)让主轴旋转,转速500r/min。

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【MDI】,按下系统面板中的【PRGRM】按钮。

按照顺序,按下系统面板中的相应按钮,输入命令:

S500M3

完成后,按下程序【循环启动】按钮。

(2)让弹性圆柱与零件毛坯快速接近。

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【快速机动】,选择快速移动的轴向,直到弹性样柱接近零件为止。

(3)确定X轴的基准。

点击菜单“视图/复位”或按下复位按钮,放大视角。

弹性样柱接近零件后,为保证操作安全,必须使用手轮,点击【显示手轮】按钮,出现手轮面板,调节手轮控制轴向为X向,调节移动速度倍率,转动手轮,转动方法是:

鼠标停留在手轮上,按鼠标左键,手轮左转,按鼠标右键,手轮右转。

转动手轮,让弹性样柱从零件右边逐渐接近零件,此时,样柱上下两个部分是分开的,向负方向,按下鼠标左键,逆时针转动手轮,弹性样柱逐渐接近零件,在这过程中,需要调节移动速度倍率,从X100→X10→X1,减小当样柱上下两个部分,合为一体时,此时机床【机械坐标】X=334.911。

继续往负方向,转动手轮,样柱上下两个部分将突然分开,,此时机床【机械坐标】X=334.910。

记下X右=334.911。

注意:

不同的零件或位置不同,此值也不同。

切记此时不要移动Y轴,只能移动X轴和Z轴。

首先移动Z轴,将弹性样柱抬高到零件上方的安全高度,然后再移动X轴,将弹性样柱移动到零件的左边,调节手轮移动速度倍率,从X100→X10→X1,让弹性样柱从零件左边逐渐接近零件,此时,样柱上下两个部分是分开的。

向正方向,转动手轮,当样柱上下两个部分,合为一体时,,此时机床【机械坐标】X=265.089。

继续往正方向,转动手轮,样柱上下两个部分将突然分开,,此时机床【机械坐标】X=265.090。

记下X左=265.089。

零件中心X轴的机床【机械坐标】值

X中=(X左+X右)÷2=(334.911+265.089)÷2=300

(4)确定Y轴的基准

点击菜单“视图/复位”并“放大视角”,至合适大小。

使用手轮,移动Z向,将主轴提高到安全位置,然后,移动X轴,将主轴移动到X轴的机械坐标值为X中(即300)的位置,然后再移动Y轴,到零件的右侧(靠近操作者的方向)。

然后,再移动Z轴,将弹性样柱下移到合适的位置。

使用手轮,让弹性样柱逐渐接近零件,此时,样柱上下两个部分是分开的。

向正方向,转动手轮,注意调节移动速度倍率,从X100→X10→X1,当样柱上下两个部分,合为一体时,,此时机床坐标系【MACHINE】坐标系Y=-220.001。

继续往正方向,转动手轮,样柱上下两个部分将突然分开,,此时MACHINE坐标系Y=-220.000。

记下Y右=-220.001。

注意:

此时X轴的机械坐标应该保持为300。

不要移动X轴,只移动Y轴和Z轴。

首先移动Z轴,将弹性样柱抬高到零件上方的安全高度,然后再移动Y轴,将弹性样柱移动到零件的左边(远离操作者的方向),调节手轮移动速度倍率,从X100→X10→X1,让弹性样柱从零件左边逐渐接近零件,此时,样柱上下两个部分是分开的。

向正方向,转动手轮,当样柱上下两个部分,合为一体时,此时机床【机械坐标】Y=-149.999。

继续往负方向,转动手轮,样柱上下两个部分将突然分开,,此时机床【机械坐标】Y=-150.000。

记下Y左=-149.999。

零件中心Y轴的机床【机械坐标】值

Y中=(Y左+Y右)÷2=(-220.001-149.999)÷2=-185.0

到这里,零件中心的X轴和Y轴的机床【机械坐标】值都已经知道了,是(300,-185),这个值将放到用户坐标系中。

上述操作完成后,将弹性样柱,抬高到零件上方,安全的高度。

按下【RESET】,停止主轴转动。

然后将手轮隐藏,将基准工具拆除。

由于Z轴基准的确定,需要配合实际使用的刀具才行。

下面讲解用户坐标系的建立。

(5)建立用户坐标系(G54)。

用鼠标按下【OFFSETSETTING】,接着按下CRT中【坐标系】下面对应的软键按钮,进入用户坐标系,由于通常是使用G54用户坐标系,所以移动光标,将零件中心的X轴和Y轴的机床【机械坐标】值,输入到G54坐标系中。

注意,G54坐标系的Z值应该保持为零。

6.选择并安装刀具

根据机床数据表,需要安装5把刀。

操作步骤如下:

点击菜单“机床/选择刀具…”或按下选择刀具按钮,出现选择刀具对话框。

(1)选择刀具号码“序号1”。

(2)在【所需刀具直径】对话框中输入:

“12”,按下【确定】按钮或回车。

(3)刀具库将按输入的刀具直径,过滤刀具,找到所需要的刀具后,用鼠标选取,完成Φ12端铣刀的选择

(4)重复步骤

(1)~(3),选择完成NC机床数据表中所列出的刀具。

完成后,按下确定按钮,所选刀具出现在刀库中。

7.刀具参数的登录

由于每一把刀的长度各不相同,所以需要登录刀具参数,步骤如下:

1.输入一段小程序,将T1Φ12端铣刀换到主轴上。

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【编辑】,按下系统面板中的【PROG】按钮。

按照命令的顺序,按下系统面板中的相应按钮,输入命令:

程序输入完成后,按下

按钮,让程序回到程序头,程序录入就完成了。

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【自动加工】,CRT屏幕应该显示的结果如图4-27所示,接着按下程序【循环启动】按钮。

仿真机床自动将1号刀具换到主轴上,换刀完成后,主轴自动移动到工件上方。

(2)确定1号刀具的长度补偿值(H1)。

点击菜单“视图/前视图”或按下前视图按钮

点击菜单“塞尺检查/100mm量块”,此时,机床显示,分为两个部分,并出现塞尺检查信息提示框。

用鼠标点击系统面板上

,再点击CRT屏幕下方的【综合】软键

,显示机床坐标系。

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【手轮】,点击手轮图标,显示出手轮,调节轴向移动为Z轴,用鼠标左键,点击手轮,让刀具从零件上方逐渐接近零件。

在这过程中,要注意调节移动倍率,由大到小,即X100→X10→X1。

塞尺检查信息提示框此时显示的是:

刀具与零件之间的Z向距离。

当出现“塞尺检查的结果:

合适”时,

说明刀具与量块之间的距离为Z量块=100。

此时,机床坐标系【MACHINE】中的的Z1=-411.657。

如图4-30所示,关闭塞尺检查对话框,点击菜单“塞尺检查/收回塞尺”。

如果机床是数控铣床,只用一把刀加工零件,则刀具长度补偿值中H1的值是:

H1=Z1-Z量块=-411.657-100.0=-511.657

现在所使用的机床是加工中心,有几把铣刀,则需要将前面的过程重复几次。

(3)输入一段小程序,将T2Φ8端铣刀换到主轴上。

重复如图4-25所示的过程,进入编辑程序模式。

如图4-31所示,编辑O2程序,用鼠标点击两次系统面板中的下箭头,让光标移动到T1上,输入命令:

T2,然后,用鼠标按下ALTER键,将T1替换成T2,然后按下RESET键,让程序回到程序头,程序就修改完成了。

重复上面的过程,执行O2程序。

仿真机床自动将2号刀具换到主轴上,换刀完成后,主轴自动移动到工件上方。

(4)确定2号刀具的长度补偿值(H2)。

重复上面的过程,完成T2刀具的测量。

此时,机床坐标系【MACHINE】中的的Z2=-413.748。

刀具长度补偿值中H2的值是:

H2=Z2-Z量块=-413.748-100.0=-513.748

(5)按照T2对刀的过程,得到3号刀具的长度补偿H3=-509.0。

(6)按照T2对刀的过程,得到4号刀具的长度补偿H4=-521.645。

(7)按照T2对刀的过程,得到5号刀具的长度补偿H5=-484.0。

(8)登录刀具补偿值。

将每一把刀具的H登录到刀具长度补偿中。

用鼠标按下【OFFSETSETTING】按钮,CRT界面中是刀具补偿画面,在形状(H)项目下,依次将前面测量得到的H1~H5输入到屏幕中。

输入方法请参考前面图4-23中G54坐标系值的输入。

长度补偿值将在程序中,用G43Hxx命令的方式调用这些补偿值,如果程序中没有G43命令,则这些长度补偿值无效。

程序中,需要用到D1(6.2),D2(4.0),这两个刀具半径编程值,按照顺序输入到形状(D)项目下,在程序中,用G41Dxx命令的方式调用这些补偿值,如果程序中,没有G41命令,这些半径补偿值无效。

注意,这种对刀方式,必须保持G54中的Z值为0。

8.录入程序

录入程序有三种方式:

(1)短小程序的录入(程序长度小于10K):

具体方法请参考前面图4-26,对刀程序的录入,这里就不赘述了。

(2)中等长度的程序的录入(程序长度在5K~250K之间):

中等长度的程序通常是使用传输软件,通过计算机与机床连接的通信端口,将程序直接传输到机床的内存中,方便快捷,这也是实际机床操作中,普遍采用的程序录入方式。

数控仿真软件可以仿真这种传输方式,并且传输的程序长度最大支持到4M。

操作步骤如下:

步骤一,用鼠标将【模式选择】旋钮指向【编辑】,按下系统面板中的【PROG】按钮。

然后,按下CRT界面中的【操作】下面的软键,CRT界面中的软键切换成其他功能,可以看到【READ】,在系统面板上输入程序在机床中的名字“O1”,再按下CRT界面中的软键【READ】,CRT界面中的软键切换成其他功能,按下CRT界面中的软键【EXEC】,出现“标头SKP”的提示。

步骤二,选择菜单“机床/DNC传送...”或按下DNC传送按钮,在弹出的打开文件对话框中,利用下拉菜单找到要传输的程序文件的路径,选择要传输的文件,按下【打开】按钮,程序被传输到仿真系统中。

如果有多个程序,重复步骤一和步骤二,就可以将所有的主程序和子程序录入的仿真机床中。

在实际机床操作中,这部分的操作同时涉及到机床和与机床连接的计算机这两个设备,步骤一的内容是在机床上操作,仿真机床的操作与实际操作一致。

步骤二的内容应该是在与机床连接的计算机操作,由于无法同时仿真机床和计算机,这里的操作步骤与实际操作不一致。

(3)超长度程序的录入(程序长度在200K~20M或更大):

这种超长度的程序,只会出现在复杂曲面的加工中,实际工作中,这种情况比较少,实际机床操作中是采用边传输边加工的在线加工方式,目前数控仿真软件还不能仿真这种传输模式。

录入完出所有程序后,在系统面板上输入主程序的名字“O1”,然后按下下箭头按钮,将主程序设置为当前程序。

9.程序试运行(调试程序)

如果是手工录入NC程序,应该仔细检查程序是否有语法错误。

但是如果程序出现逻辑错误,是无法检测出来的。

与实际机床一样,数控加工仿真系统,同样提供了刀具轨迹显示的功能,利用这个功能,可以看到程序的刀具轨迹。

显示刀具轨迹的操作步骤如下:

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【自动】,按下系统面板中的【PROG】按钮。

再按下【CUSTOMGRAPH】按钮,机床显示区变成黑色区域,按下操作面板上的循环启动按钮,即可观察数控程序的运行轨迹,此时也可通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对三维运行轨迹进行全方位的动态观察。

检查刀具轨迹完成后,按下系统面板中的【CUSTOMGRAPH】按钮,回到机床显示状态。

如果程序的运行轨迹与设想的不同,则说明程序有误,可以返回程序编辑状态,改正程序的错误,直至运行轨迹没有错误为止。

10.自动加工

如果轨迹没有错误,下面就可以进入自动加工状态了

用鼠标将【模式选择】旋钮指向【自动】,按下操作面板上的循环启动按钮,就进入了自动加工状态。

用鼠标点击“视图/选项…”或按下【选项】快捷键,将弹出选项对话框,在这个对话框中,数控加工仿真系统提供了一个特殊的功能,即可以调整仿真速度倍率,默认是“5”此时的加工速度,与实际加工速度差不多,修改这个值为100,仿真系统将已最快速度仿真零件的加工,这样可以快速看到程序运行的结果,如果需要切削过程中,出现铁屑,可以将【铁屑开】的选项勾上,完成后,选择【确定】按钮即可。

在加工过程中,可以通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对零件加工的过程进行全方位的动态观察。

11.保存项目文件

由于教学需要,也为了便于检测和重现加工过程,数控加工仿真系统提供了保存项目文件的功能,通过这个功能,可以将前面操作过程中,输入的参数包括毛坯的定义,刀具的选择,用户坐标系的设定,录入的程序等等,全部以项目文件的方式保存下来。

用鼠标点击菜单“文件/保存项目”,将弹出保存类型对话框,选择确定按钮,如果是第一次保存项目文件,将随后弹出保存文件路径对话框,输入一个文件名字,例如“练习零件一”,仿真系统将以你输入的名字,建立一个目录,并将前面操作过程中输入的参数,以多个文件的方式保存下来。

如果需要再现整个加工过程,可以重新打开刚才保存的项目文件。

用鼠标点击菜单“文件/打开项目”,在弹出的【打开文件】对话框中,找到保存项目的文件夹,进入这个文件,选取项目文件“练习零件一.mac”,点击【打开】按钮。

项目文件被重新打开后,需要进行机床操作初始化和机床回零这两个操作后,才能使用,可以重新查看毛坯的定义,所选择的刀具,用户坐标系(G54),录入的程序等内容,如果毛坯已经被加工完成,可以用鼠标点击菜单“【零件】→【拆除零件】→【放置零件】”,从而得到一个新的毛坯,然后就可以直接进入自动加工了,具体步骤请查考前面的内容。

五、思考题

1.数控加工仿真软件的应用优势和缺点

六、实验报告

实验名称班级姓名学号

1

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