MasterCAM编程与加工实验指导书.docx

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MasterCAM编程与加工实验指导书

MasterCAM编程与加工实验指导书

徐学武编写

西安交通大学机械工程学院

教学实验中心

2007-04-16

前言

数控技术发展至今，虽仅50多年的历史，但已成为机械制造业的关键技术。

数控机床作为机械制造系统的主要设备正在取代传统的加工设备，高精度、高效率的加工手段又促使其他行业及领域迅猛发展。

航天技术、空间科学、微纳加工都和数控技术的发展息息相关，数控技术已成为工业发达国家制造业竞争的技术制高点。

数控技术，是集信息科学，计算机科学，测试、机械自动化等于一身的综合应用技术，也是本世纪最热门的技术之一，FANUC数控系统是当今世界上数控水平最高，功能最先进，性能最稳定的系统之一，我校机械学院和北京发那科机电股份有限公司于2002年合作建立西安交通大学FANUC数控系统应用中心，该公司赠送我院两套新型数控系统散件，分别是：

FANUCpowermate0（2轴）经济性车床系统和FANUC21i（4轴）高档加工中心系统。

根据我校实际情况，兼顾合作条件，为弥补我校数控教学实验设备的不足，院里挤出教学经费，组织实验人员自行设计开发制作实验设备。

在研究生院博士培养基金的资助下，于2003年完成两台数控实验操作台的制作。

2004年，又在重调处大设备维修基金的资助下，实验中心购置了一套通用普遍型FANUC0i-MB数控系统，对一台坏的万能工具铣床进行改造维修。

这样，我校就拥了FANUC数控系统的经济型、通用型及高档化系列设备，使我校FANUC数控实验设备的全面性在全国重点高校中具有优势。

据此，我们用该成套设备开发设计了FANUC数控系列实验十多个。

首先在硕士研究生的《数控技术及装备》学位课程中，对其两届200多人，进行了人均8学时的开放式数控系统实验。

配合实验编写了《FANUC21i数控系统实验指导书》。

根据2+4+X培养模式的要求，我们又将原系列实验进行综合、并以数控系统分类，开发出三个FANUC数控系统综合型系列实验。

分别为：

（一）数控机床操作面板设计制作（PowerMate0系统）

（二）数控系统操作及加工编程（21i系统）（三）万能工具铣床加工实践（0i-MB系统），向我院大三学生开设。

为了同学们选做实验的方便，特分别编写三册实验指导书。

每个实验自成体系，文字上力求简单易懂，内容上尽量避免重复，且能涵盖FANUC系统操作、应用及开发的基本内容。

使其学生做完实验后，能从理论和实践的结合上有较大的提高。

院实验教学督导组的专家对实验指导书从内容到形式上提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢。

由于水平所限，加之时间仓促，错缺之处在所难免，热忱欢迎批评指正。

愿得到更多的指点。

愿和同行们同勉，愿和同学们共进。

编者

2007年4月

实验目的：

1．使学生进一步理解数控系统的基本原理，熟悉数控系统的构成。

2．使学生认识FANUC数控系统中的主要硬件；掌握FANUC数控系统的连接要点（硬件连接及功能连接），学会分析数控系统连接原理图。

3．使学生了解FANUC数控系统与计算机之间的数据传输的3种方法，学会用CF卡将PC机上的加工程序传输到数控机床。

4．是学生了解FANUC数控系统的自诊断功能，学会根据报警信息排除FANUC数控系统的简单故障。

5．有针对性的学习MasterCAM软件，掌握自动编程的基本方法。

6.进一步学习机械加工工艺知识，掌握试切法对刀的基本方法。

7.熟悉数控机床的操作及常用功能，并会用其加工产品。

8．了解数控机床的误差构成，学会丝杠反向间隙补偿及刀具磨损补偿方法。

9．初步了解数控机床的技术改造过程及基本方法。

实验任务

本实验要求学生通过MASTERCAM软件的学习，用现有FANUC0i-BM数控工具铣床，实际加工出一件用CAD/CAM设计制造的典型零件。

实验内容

（1）阅读FANUC0i有关资料及操作手册；

（2）认识FANUC0i系统硬件，画出硬件连接图。

（3）弄清楚普通机床与数控机床的区别，画出数控万能工具铣床的结构图。

（4）熟悉FANUC0i数控系统的基本操作及铣床的操作。

（5）了解FANUC0i数控系统的常用功能。

（6）查看FANUC0i数控系统的基本参数，弄清楚常用参数的意义。

（7）了解FANUC0i数控系统的PMC功能。

（8）进行FANUC0i数控系统与计算机之间的数据传输，并在存储卡中备份FANUC0i数控系统的参数及梯形图。

（9）了解FANUC0i数控系统的报警信息，排除简单的模拟故障。

（10）学习MASTERCAM软件的应用，学会试切对刀法

（11）用CAD软件设计一圆形图案，并将图案导入MASTERCAM中，进行刀具路径选择及模拟，

（12）将后处理后的程序传入万能工具铣床并进行加工

（13）加工出实物并进行测量，分析误差原因，提出解决措施。

（14）写出实验总结及体会收获。

实验仪器及设备

1．FANUC0I-BM数控万能工具铣床一台如图3-1所示。

图3-1FANUC0i-MB万能工具铣床

2．弹簧铣夹头一套

3．铣刀具若干

4．简单圆形毛坯一件

5．计算机一台

6.CF卡、适配器、读卡器。

实验原理及方法：

一.FANUC0i-BM系统及万能工具铣介绍

BEIJING-FANUC0i系列具有最有效，最佳的CNC特性及丰富的常用的控制功能。

控制软件按加工中心、铣床和车床的控制功能包方式配置。

0i采用了最新的FANUCAC数字伺服系统和电机、AC主轴驱动系统和主轴电机。

它是智能数字控制伺服系统

BEIJING-FANUC0i系列具有先进的FANUCCNC技术，包括增强的PMC，色彩丰富的TFTLCD显示等。

操作简便容易操作面板和显示器的安排使加工时系统的操作非常方便。

良好的图形显示加工程序的刀具轨迹可以进行研究图形模拟，加工时的刀具轨迹可以实时显示。

0i系列可以使用8.4″彩色TFTLCD显示器，使图形显示色彩更丰富。

使用方便可用存储卡实现数据的输入和输出。

显示器上可按类别显示运行时的故障与报警，显示伺服的运行波形等，使维修更方便。

高可靠性的CNC0i系列的设计是面向加工车间环境的。

系统装配前对零部件进行了充分的测试和检验，严格而全面的质量控制。

因此，BEIJING-FANUCSeries0i具有高可靠性。

我们实验所用数控机床正是用FANUC0i-B系统对一工具铣床进行改造的。

数控机床技术规格及功能如下：

系统型号：

FANUC0i-BM控制坐标数：

3轴（X,Y,Z）

联动轴数：

3轴程序存储容量：

4MB

台面：

320*750mm工作台最大纵向行程：

395mm

工作台最大升降行程：

300mm主轴座最大横向移动：

200mm

伺服电机额定转速：

2000r/min伺服电机额定扭矩：

4.5Nm

主轴电机功率：

2.2kw主轴转速范围：

40—1600r/min

定位精度：

0.02mm重复定位精度：

0.01mm

机床外形尺寸：

1170*1210*1600mm机床净重：

1100kg

二．数控机床的操作

1．电源的通电步骤

（1）打开220VAC开关。

（钥匙开关）

（2）按下24VDC按钮。

（通断指示灯亮）

在正常情况下，显示器出现字符，过后伺服就绪和CNC就绪灯亮。

并听见伺服开关吸合声及Z轴抱闸打开声。

2．电源断电顺序

（1）松开24VDC开关。

（2）关闭220VAC开关。

（钥匙开关）

3．急停和复位

（1）急停

按下操作面板上的急停按钮。

（2）复位

首先旋转松开急停按钮，再按下MDI面板上的RESET键。

4．工作方式及其选择

FANUC公司为其CNC系统设计了以下几种工作方式，通常在机床的操作面板上用回转式波段开关选择。

如图3-2所示。

图3-2FANUC0I-BM机床操作面板

这些方式是：

（1）EDIT方式在该方式下编辑零件加工程序。

（2）HAND方式用手论或单步按键使各轴正反向移动。

（3）JOG方式用手按住机床操作面板上的各轴方向按钮使所选轴连续地移动。

若按下快速移动键，则使其快速移动。

（4）MEM方式用存储在CNC内存中的零件程序连续运行机床，加工零件。

（5）MDI方式该方式可用于自动加工，也可以用于数据（参数、刀偏量、坐标系等）输入。

用于自动加工与存储器方式的不同点是：

该方式通常只加工简单零件，因此都是现编程现加工,程序最多不超过10行。

（6）REF方式该方式用于机床返回参考点。

每次开机后，运行程序加工以前须返回参考点一次，仅需一次。

5．操作方法

（1）手动进给

（a）在JOG方式下，先进行速度选择。

10%，20%，40%，60%，80%，100%，120%.

（b）选择轴及进给方向。

±X，±Y，±Z。

（2）手轮进给在HND方式下，进行手轮操作

（a）选择手轮倍率信号。

×1，×10，×100。

（b）选择轴。

X，Y，Z。

（3）自动返回参考点

（a）方式选择置于REF。

（b）按下+X，+Y，+Z。

各坐标向参考点运行。

返回参考点操作完成之后，3个参考点指示灯亮。

（4）程序的自动运行在MEM方式或者MDI方式下进行操作

（a）按下MDI键盘上的PROG键，调出加工程序，并将光标移动到程序的开头。

（b）按下操作面板的循环启动按钮，程序开始自动运行。

用小键盘的操作方法见指导书其余章节

三．数控加工程序的编辑

（一）、准备功能（G代码）

准备功能的命令由地址G和其后的数值组成。

G代码有A、B、C三种G代码体系，选择哪个体系由参数GSC（3401#7和#6）的设定支来决定，把它们都置”1”，则选择A体系。

在使用A代码体系的时候，绝对/增量指令不是G代码（G90/G91），而是用地址字来区分如U，W。

常用G代码如表3-1

表3-1G代码表

（二）、辅助功能（M代码）

辅助功能（M代码）是有关主轴的启动、停滞、程序结束方面的指令。

当移动指令和辅助指令在同一程序段时，指令执行方法有以下两种：

（1）移动指令和辅助功能指令同时进行

（2）移动指令结束后，在执行辅助功能指令。

当指令了M及其后的数值指令时，代码信号和脉冲选通信号被选出，这些信号是控制机床侧的开关的（ON/OFF）的。

M代码的特定意义如表3-2。

表3-2M代码功能表

（三）编程的一般步骤

[1]制定工艺过程：

数控机床与普通机床的加工工艺有许多相似之处；通过对工件进行工艺分析，拟定加工工艺路线，划分加工工序；选择机床、夹具和刀具；确定定位基准和切削用量。

不同之处主要体现在控制方式上，前者由操作人员把加工工艺过程、工艺参数等操作步骤编成程序，记录在控制介质上，通过数控系统控制数控机床对工件进行切削加工；后者则由操作人员根据加工工艺直接操作机床对工件进行切削加工。

[2]计算刀具轨迹坐标值：

为方便编程和计算刀具轨迹坐标值．先设定工件坐标系，然后根据零件的形状和尺寸．计算零件待加工轮廓上各几何元素的起点、终点坐标，以及圆和圆弧的起点、终点与圆心坐标，从而确定刀具的加工轨迹*

[3]编写加工程序：

对于形状简单的工件采用手工编程,而比较复杂的工件则要采用CAD／CAM方法进行自动编程。

[4]程序输入：

数控系统对于形状复杂的工件（如空间曲线和曲面）将程序输入到数控系统的方法有两种，一种是通过操作而板上的按钮直接把程序输人数控系统，另一种是通过计算机R5232接口或存储卡与数控机床连接传送程序。

[5]程序检验：

通过图形模拟显示刀具轨迹或用机床空运行来检验机床运动轨迹，检查刀具运动轨迹是否符合加工要求。

可用单步执行程序的方法试切削工件，即按一次按钮执行一个程序段，发现问题及时处理。

（四）MASTERCAM及自动编程

1.软件简介

MASTERCAM软件由美国CNCSoftwareInc.公司开发的，它是一套CAD/CAM集成软件，但是由于其CAD部分的操作比流行CAD软件难掌握，所以大部分人均舍弃其CAD部分的功能不用而仅仅使用其CAM部分的功能。

由于属于Windows系统，又可以在PC机上快速运行，功能强大，性能稳定，用户界面长期保持稳定不变，Mastercam深得用户喜爱，是最经济、最有效的全方位加工系统。

Mastercam共分成四大模块：

铣削、车削、线切割、实体设计。

由于进入我国较早，用户众多，是工业、教育界CAM的首选软件。

2.软件特点

●基于Windows操作系统，界面友好且长期保持稳定不变

●功能强大，用户众多技术创新能力强，升级快

●与主流CAD软件无缝集成，数据转换效率、成功率双高

●易学易用，培训费用以及使用费用低廉生成刀轨效率高

●实体技术使对加工区域的选择异常方便、快捷

●后处理能力强，含盖主流控制器模拟仿真图象逼真

3。

设计加工流程

MsterCAM把计算机辅助设计（CAD）功能和计算机辅助制造（CAM）功能有机地结合在一起。

从设计绘制图形到编制刀具路径，通过仿真加工来验证刀具轨迹和优化程序；通过后处理器可将刀具轨迹文件（*Ncl）转换为机床数控系统能够识别的数控加工文件（*．Nc），然后退过计算机数据传输将NC程序传入到数控机床，即可完成对工件的加工。

计算机辅助数控编程（cAM）比以前在数控机床上使用手工编程更为先进。

它能计算出加工时间，还可以将AuotCAD、CovelDRAM、Pro-E等CAD软件绘制的图形转换至MsterCAM中来，使绘图更简便，编制加工程序更快更准确。

由于MsterCAM软件具有强大的生命力，因而发展很快，目前市场上已有10.1的版本，版本升级之快，令人目不暇接。

我们实验仍采用9.0版本。

该版本在辅助加工CAM方面，已有实体刀具路径仿真加工（Tool-pathverification）和刀具路径—操作管理器（TodpdhsOperationsManager），可以通过刀具路径仿真来验证和修改刀具和加工参数，然后刀具路径重生，再仿真优化，直到满意为止。

它具有良好的人机界面，在整个设计与加工过程中显示出交互性、集成性的特点。

图3-3设计加工流程图

且具有一定的工程分析和判断功能（零件几何图素的检测、刀具路径及干涉检验、实体管理器和操作管理器所带的参数修改、几何重构和程序重生等），计算机通信功能（DNC加工）为进一步向集成化、智能化t网络化方向发展奠定了基础。

一般CAM软件的设计加工流程如图3-3所示．

（五）MASTERCAM应用

学生已在工程制图课中学过各种CAD软件，各软件都有它的特点。

因此，我们这里只要求学生会用MASTERCAM的CAM功能。

现以“校徽”模型加工为例，简述MasterCAM9.的应用。

（1）将用CorelDRAM设计的校徽图案导入MASTERCAM如图3-4所示

图3-4导入的校徽图

（2）工作设定定义工件的大小、材料、原点和厚度等参数。

选择【主功能表】|【刀具路径】|【工作设定】的操作进行工作设定，系统弹出如图所示对话框，可在对话框的X、Y、Z文本框中直接输入，也可单击【选取工件范围】按钮，在绘图去选取工件的两个角点，亦可单击【使用边界盒】按钮，或单击【NCI位移】进行设定。

本例为：

X124Y124Z0。

工作原点可定义在工件的10个特征位置上，包括8个角及上下两个中心，将鼠标梓镇一道个特殊点位置，单击即可将小箭头指在工件原点上，坐标可以直接在【工件原点】文本框中输入，也可单击【选取工件原点】按钮返回绘图区选取。

本例为:

X0Y0Z0。

如图3-5所示

图3-5工作设定对话框

在【工作设定】对话框的右上角处选中【安全区域】复选框后，单击可弹出如图3-6所示对话框。

可将安全区域设置为【矩形】、【半球】或【半圆柱形】区域。

图3-6安全区域复选框

（3）定义刀具和加工参数

图3-7刀具管理对话框

在工作设定对话框中，单击【刀具】按钮，弹出如图3-6所示刀具管理对话框。

在图3-7中双击某一刀具，则弹出定义刀具对话框，切换到【刀具形式】选项卡如图3-8。

图3-8刀具形式选项卡

在【刀具形式】选项卡中选择需要的刀具类型后，系统会自动打开该类刀具选项卡，如选择【平刀】，系统则会打开如图3-9所示【刀具-平刀】选项卡。

可在其中对刀具的参数进行设置。

本例选择刀具切口的直径：

2mm切刃长：

20mm等

图3-9刀具-平刀选项卡

刀具的其他参数可通过【加工参数】选项卡来设置，如图3-10所示，该选项卡主要设置加工时的进刀量、冷却方式等。

图3-10刀具和加工参数选项卡

（4）定义挖槽参数

校徽图案加工主要用到挖槽加工，在挖槽【刀具参数】对话框中设置如图3-11所示参数值。

图3-11挖槽刀具参数对话框

选择挖槽参数选项卡并设定图3-12所示参数。

图3-12挖槽参数选项卡

在粗铣/精铣参数对话框中选择双向切削并设置有关参数如图3-13所示。

图3-13粗铣/精细参数对话框

（5））设计刀具路径设置完上述参数后按确定则弹出如图3-14刀具路径图面。

图3-14刀具路径图面

在刀具路径菜单中点击【操作】则出现如图3-15操作管理器图面。

其中选项卡分别为：

【S全选】.【R重新计算】.【V实体验证】.【P后处理】【F高效加工】等。

图3-15操作管理器图面

（6）实体验证按【V实体验证】按钮，则弹出如图3-16实体验证工具条画面

图3-16实体验证功能条

按参数设置按钮（最左边问号按钮），系统弹出【实体验证参数设定】对话框如图3-17所示。

工件形式选圆柱体，Z坐标第一点选:

-3第二点选：

5。

按【OK】

图3-17实体验证参数设定对话框

在实体验证工具条画面中按实体验证工具条中的播放按钮【►】，计算机则会自动模拟加工过程，实体验证效果如图3-18。

图3-18实体验证效果图

（7）后处理及保存程序在操作管理器画面中，按【P后处理】按钮，弹出后处理程序对话框如图3-19所示。

图3-19后处理程序对话框

选中保存NC文件框，在NC文件版本框中添加“NC”,按【更改后处理程序】按钮，可重新选择后处理程序的类型，此FANUC系统选MPFAN。

设置好后按【OK】按钮，将后处理程序保存在计算机中。

（8）察看后处理程序打开后处理NC文件，则出现程序文件编辑器画面如图3-20所示。

校徽加工程序多达6000多行。

图3-20程序文件编辑器画面

四.CF卡应用及存储卡的操作

目前FANUC的系统0I-B/C、0I-MATE-B/C积21i-M，在系统上均提供PCMCIA插槽，通过这个PCMCIA插槽可以方便的对系统的数据进行备份，较以往的0系统方便很多。

21i系统的PCMCIA插槽位于显示器左侧，而0I-BM则在控制模块上，21i使用较0I-B更加方便。

1。

存储卡准备

数控系统用的存储卡，和笔记本中的存储卡是兼容的。

可向数控系统厂商购买，也可购买笔记本的的存储卡。

前者较贵不经济，后者则随着USB接口的使用，渐渐退出市场。

现可用CF卡加PCMCIA适配器解决，另用CF卡USB口读卡器可方便的在CNC和PC间传输数据。

其构成如图3-21。

图3-21CF卡及适配器/读卡器

以从计算机向数控系统传输程序为例，其方法是：

用CF卡插在其读卡器上，作为U盘插入计算机，并将NC文件存在CF卡上。

把CF卡取下再插入适配器，将其插入数控机床的PCMCIA卡插槽。

由于CF卡迅速向大容量发展，为了减少CNC的读卡时间，应尽量用容量小的CF卡为宜。

用于PC机和CNC上的CF卡，应选择电压为5伏或3.3-5伏自适应的，仅为3.3伏电压的不能用。

另外，新的CF卡最好在CNC上格式化，而不在计算机上格式化的原因在于计算机的系统配置较高，更新换代也快，其兼容性往往高于数控机床系统。

用某些计算机格式化的CF卡，可能造成数控系统不兼容。

2。

加工程序的传输

在数控系统中插入存储卡，进行如下操作：

1．置方式选择开关为【MDI】方式，在MDI键盘上按【SETSHING】键，使参数写入有效。

（此时系统出现100#报警，）

2．按【SYSTERM】键,修20#参数为4。

表示通过【CARD】进行数据交换。

3．置方式选择开关为【EDIT】方式，按下程序保护解除按钮，再按【SYSTERM】键。

4．按荧屏下方【►】键两次出现【ALLI/O】软键，按该键则出现READ/PUNCH（PROGRAM）画面。

上边部分为CF卡上文件目录，下边部分为系统RAM文件目录。

5．按【操作】键，出现【F检索】、【F.READ】、【N.READ】、【PUNCH】和【DELETE】等软键如图3-22所示。

6．按【F.READ】键，用MDI键盘输入CF卡上欲传输的程序号，按【F设定】，在输入欲存为RAM中的程序号，按【O设定】。

图3-22数控机床存储器监控画面

7．按【EXEC】键，荧屏右下角显示闪烁“输入”字样。

等到闪烁字样消失，则程序输入结束。

便可按自动运行程序的方法进行加工。

同样也可将RAM中的程序及参数通过按转【PUNCH】键存到存贮卡进行备份。

3。

通过BOOT画面备份

这种方法是很传统的，0i-A、16/18/21i以及后面的I系列系统都支持这种方式。

系统数据被分在两个区存储。

F-ROM中存放的系统软件和机床厂家编写PMC程序以及P-CODE程序。

S-RAM中存放的是参数，加工程序，宏变量等数据。

通过进入BOOT画面可以对这两个区的数据进行操作。

数据存储区如表3-3：

表3-3数据分区表

（1）。

插好卡后按住以下两个键的同时接通电源

出现如图3-23画面（使用软键启动时，软键显示的数字不显示）

图3-23系统监控画面

（2）.用数字键1-7进行操作如表3-4：

表3-4数字键功能表

（3）.用SYSTEMMONITOR画面按以下步骤选择SRAMDATABACKUP画面如图3-24

①按软键【UP】【DOWN】,把光标移至5.SRAMDATABACKUP

②按软键【SELECT】.显示SRAMDATABACKUP画面

图3-24SRAMDATABACKUP画面

（4）.按软键【UP】【DOWN】，选择功能，把数据存至存储卡时选SRAMBACKUP,把数据恢复到SRAM时，选RESTORESRAM。

（5）.按以下顺序操作，进行数据的存储或恢复。

①按软键【SELECT】,

②.按软键【YES】,终止时按【NO】.

备份PMC时选择第四项“SYSTEMDATASAVE”,在选择该项目下的“PMC-RA”或“PMC-SB”即可。

（注：

通过这种方法备份数据，备份的是系统数据的整体，下次恢复或调试

其他相同机床时，可以迅速的完成。

但是数据为机器码且为打包形式，不能在

计算机上打开。

）

4。

使用存储卡进行DNC加工

1）首先将参数#20设定为4（外部PCMCIA卡，DATASERVER设置为5）

将138#7设定为1

2）选择DNC方式，按下MDI面板上【PROGRAM】键）.然后按软键的扩展键找到【DNC-CD】按下则出现如图3-25画面（画面中内容为存储卡中内容）

图3-25DNC操作画面

选择想要执行的DNC文件（如选择0004号文件的o0001程序进行操作）输入4，按下右下脚【DNC-CD】如图3-26

图3-26程序选择画面

此时，DNC文件名变成