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实验报告

专业综合实验指导书

吴祥黄晓峰编写

盐城工学院机械学院

目录

一、概述…………………………………………………………………………1

二、数控加工自动编程技术指导………………………………………………2

三、数控车床操作指导…………………………………………………………7

四、数控铣床操作指导…………………………………………………………10

五、加工中心操作指导…………………………………………………………14

一概述

（一）综合实验的目的

专业综合实验是实现本专业培养目标的一个综合性实践教学环节，是应用型本科学生丰富实践知识和专业技能，获得工程实践能力、理论联系实际能力、分析与解决实际问题能力和创新能力的重要途径。

本综合实验是在学完CAD/CAM技术、数控技术、机械制造技术等理论课程和相关的实验、课程设计的基础上所进行的一项综合性实践环节，是对学生所学知识和技能的一个综合性的应用训练。

通过本实践环节，学生应在以下方面得到锻炼：

1通过对数控技术，CAD/CAM技术的了解和应用，理解现代先进的产品设计制造的理念和方法。

2对生产中所遇到的典型零件能够进行加工工艺分析和自动编程，并能进行模拟加工操作。

3在选定的机床上能够根据制定的工艺加工出合格的零件。

4对加工后的零件能够运用工具正确地进行精度测量，并能分析误差产生的原因，提出改进的办法。

（二）综合实验的内容和要求

（一）综合实验的主要内容

1、二维及三维零部件设计

根据给定的条件，分别完成产品的二维图纸和三维造型设计。

2、工艺设计与数控编程

分析制订零件的加工工艺规程，编制出合理的零件加工程序。

3、仿真加工

利用数控加工仿真系统软件，检验程序的正确性，仿真加工出合格的零件。

4、实际加工

根据实际情况和条件，选择部分零件在数控机床上加工，直到加工出出合格的零件。

5、装配并检验

对加工完成的零件进行精度检验，并进行装配，

（二）综合实验的物化成果要求

1.提交自行设计的二维、三维零件图各一套。

2．提交数控加工专用工艺文件一套，一般包括：

数控加工工艺卡、工序卡、数控加工走刀路线图，机床调整卡等，有些还包括刀具调整卡，数控加工程序说明卡等。

3．完成数控加工模拟操作项目文件一套。

4.部分同学提交实际加工的零件一套。

5．编写实验报告一份。

（三）考核方法及成绩评定

本教学环节的考核方法及成绩评定主要根据学生的工作态度，工作任务完成的情况综合考核，必要时指导教师可对学生进行质疑或答辩。

考核结果按优秀、良好、中等、及格、不及格五级记分。

二数控加工自动编程技术指导

在编制数控加工程序前，应首先了解：

数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序

1数控程序编制的内容及步骤

　　数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。

编程工作主要包括：

（1）分析零件图样和制定工艺方案

这项工作的内容包括：

对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。

这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。

（2）数学处理

在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。

数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。

当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。

（3）编写零件加工程序

在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。

程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。

程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。

（4）程序检验

将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。

一般在正式加工之前，要对程序进行检验。

通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。

在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。

对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。

通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。

若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。

2数控程序编制的方法

数控加工程序的编制方法主要有两种：

手工编制程序和自动编制程序

（1）手工编程

手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制备控制介质到程序校验都是由人工完成。

对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错的机会较少，这时手式编程既经济又及时，具有较大的灵活性，因而手式编程仍被广泛地应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。

对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定困难，出错的概论增大，有时甚至无法编出程序，必须用自动编程的方法编制程序。

具体指令及编程方法请参照《数控机床编程与操作实验指导书》

（2）自动编程

自动编程是借助CAD/CAM软件以待加工零件CAD模型为基础的一种集加工工艺规划及数控编程为一体的自动编程方法。

编程人员只需根据零件图样的要求，在软件中进行刀具的定义或选择、刀具相对于零件表面的运动方式的定义、切削加工参数的确定、走刀轨迹的生成、加工过程的动态图形仿真显示、程序验证直到后置处理，最后生成加工程序。

（3）自动编程的基本流程

1）建立CAD模型或读入CAD模型

自动编程系统根据CAD模型作为所要加工零件最终目标，所以第一步就是要读入或建立CAD模型。

有两种情况：

①通过数据接口读入模型随着CAD/CAM技术的普及应用。

各企业或企业各部门都已经广泛地将各种CAD技术用于产品设计。

由于软件的数据计算方法不同，如加工部门接受的是已经建立好的CAD模型，可以直接通过软件所提供的通用或专用数据接口转换至本软件，从而实现3D几何数据的共享，既节约了重复造型的时间，又保证了数据的准确性。

常用的通用数据接口有DXF、IGES，STL，SAT等。

有些系统还能提供专用数据接口，如Pro/e，UG，CATIA等。

②建立CAD模型如果仅仅提供图纸，则需要用软件建立起CAM编程时需要的CAD模型。

2）工艺准备

在数控程序编制之前，必须要根据产品的几何形状及毛坯、材料、刀具及设备等生产准备条件，确定合理的、切实可行的工艺方案。

包括毛坯类型与尺寸、刀具类型与大小，加工参数设定（下刀速度及走刀速度F，主轴速度S，下刀方式，切入切出方式等），确定加工方式与切削量参数等（粗加工、精加工、清角加工、残余量加工等），设定加工精度参数等。

只有合理的工艺方案才能保证数控加工的顺利进行，否则，可能会发生断刀、表面质量差等问题，甚至根本无法进行加工。

3）自动生成加工刀路。

自动编程系统根据所选定的加工策略、工艺参数等，自动生成加工刀路，并通过图形方式显示在屏幕上。

现阶段实际上得到的只是刀具与工件间的相对而言运动关系，按照这样的方式走刀，就能够加工出需要的产品。

数控机床就是要根据所生成的特定NC指令，实现所要求的相对而言运动。

无论在什么设备上加工，只要机床具有要求的运动功能，刀具与工件间的相对而言运动关系都是相同的。

4）校验与编辑。

自动编程所生成的加工刀路，是否满足要求，需要作充分的验证才能进行实际加工。

一般编程系统都提供方便的校验功能，包括如下内容：

①动态图形刀路显示功能

在屏幕上再现刀路的几何图形及运动状态，帮助操作者正确操作并直观检验刀路是否正确，是否是操作者所希望的刀路。

②动态实体加工仿真功能

高级的CAM系统都有内置式实体仿真模块，用实体仿真方法再现数控加工中材料去除的过程，如果不正确，或提刀高度不够，就能够很形象的发现刀路中的问题，并有报警提示，如红色或声响提示过切或撞刀等。

还可以通过放大旋转、剖切、透视等功能进一步观察加工细节或内部情况。

能够帮助操作者在实际加工之前实体仿真及早发现问题，及时更正刀路，避免失误。

通过以上校验，如果刀路不能满足加工要求，可以重新设定加工方式、加工参数，重新生成新的刀路，或对已经产生的刀路进行编辑修改，直到符合加工要求。

5）后置处理。

经过校验后的刀具轨迹，只是反映刀具与所加工工件之间的相对运动关系，通过自动编程系统的后处理，生成特定数控机床设备的加工指令文件。

满足数控机床的代码格式要求，数控机床的控制系统能够识别该代码文件，并正确地执行，走出加工所希望的运动轨迹

3．自动编程的加工参数设置

在Mastercam系统中，无论是采用铣床加工系统还是车床加工系统，在生成刀具路径前，首先需要对要加工零件的大小、材料以及加工用刀具等进行设置。

因为是加工中心，所以使用mill模块。

（1）工件设置

对于铣床加工系统，工件的形状只能设置为立方体，可以采用三种方法，即直接输入工件的长宽高尺寸、选取工件的两个对角点、选取对象的包络外形来定义工件的大小。

同时还需要设定工件的位置，工件上8个角点和上下两个面的中心点都可以作为工件的原点。

（2）刀具设置

在生成刀具路径前，首先要选取加工使用的刀具，而加工用刀具只能在当前列表中选取。

刀具设置的参数主要有：

刀具切口的直径、刀具有效切刃的长度、刀具从刀尖到刀刃的长度、刀具从刀尖到夹头底端的长度以及刀柄直径等。

刀具库中的刀具可以进行添加、删除、编辑等操作。

（3）材料设置

工件材料的设置与刀具设置方法相似，用户可以直接从系统材料库中选择要使用的材料，也可以设置不同的参数来定义材料。

设置材料属性的主要参数有：

材料的名称、基本切削线速度、基本进刀量、材料类型以及进刀量的单位等。

同样，材料库也可以进行相关的编辑。

（4）其他参数设置

在设置了工件、刀具、材料等参数后，还需要进行工件显示控制、刀具路径系统规划、刀具偏移、进刀量计算等设置，系统才能实现相应的加工。

4数控加工切削用量的确定

Mastercam在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。

因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率。

（1）刀具的选择　

刀具的选择应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：

安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很能密，故球头常用于曲面的精加工。

而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。

另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。

由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

一般应遵循以下原则：

1）尽量减少刀具数量；

2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工部位；

3）粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；

4）铣后钻；

5）进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；

（2）切削用量的选择

合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

　　1）切削深度t

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。

为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。

数控机床的精加工余量可略小于普通机床。

　　2）切削宽度L

一般切削宽度L与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。

数控加工中，一般L的取值范围为：

L=（0.6～0.9）d。

　　3）切削速度v

提高切削速度也是提高生产率的一个措施，但切削速度与刀具耐用度的关系比较密切。

随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。

另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m/min以上。

　　4）主轴转速n（r/min）

主轴转速一般根据切削速度v来选定。

数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。

　　5）进给速度F

进给速度F应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。

F的增加也可以提高生产效率。

加工表面粗糙度要求低时，F可选择得大些。

在加工过程中，F也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

三数控车床操作指导

1数控车床（CYNC-400TA）的主要技术规格

床身最大工具回转直径：

ф400mm。

滑板最大工件回转直径：

ф230mm，机床顶尖距750mm，刀架最大X向行程：

210mm，刀架最大Z向行程：

630mm。

2数控车床的编程方法

（1）设定数控车床的机床坐标系

机床坐标系是机床固有的坐标系，是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。

机床坐标系在出厂前已经调整好，一般不允许随意变动。

参考点也是机床上的一个固定不变的极限点，其位置由机械挡块或行程开关来确定。

通过回机械零点来确认机床坐标系。

回机械零点前先要开机，数控车床开机前先要熟悉数控车床的面板。

面板的形式同数控系统密切相关。

数控车床的开机有难有易。

对于配图产系统的车床。

开机大都比较简单，一般打开电源后，直接启动数控系统即可。

开机后，通过回零，使工作台回到机床原点（或参考点，该点为与机床原点有一固定距离的点）。

数控车床的回零（回参考点）步骤为：

开关置于“回零”位置。

按手动轴进给方向键+X、+Z至回零指示灯亮。

开机后必须先回零（回参考点），若不作此项工作，则螺距误差补偿、背隙补偿等功能将无法实现。

设定机床机械原点同编程中的G54指令直接有关。

（2）设定数控车床的工件坐标系

工件坐标系是编程时使用的坐标系，又称编程坐标系，该坐标系是人为设定的。

建立工件坐标系是数控车床加工前的必不可少的一步。

不同的系统，其方法各不相同。

1）FANUC0i系统工件坐标系的建立方法

（a）转动刀架至基准刀（如1号刀）。

（b）在MDA状态下，输入T1D0，使刀补为0。

（c）机床回参考点。

（d）用试切法确定工件坐标原点。

先切削试件的端面。

Z方向不动。

若该点即为Z方向原点，则在参数下的零点偏置于目录的G54中，输入该点的Z向机械坐标值A的负值，即Z=-A。

若Z向原点在端面的左边l处，则在G54中输入Z=-（A+l），回车即可。

同理试切外圆，X方向不动。

Z方向退刀，记下X方向的机床坐标A，量直径，得到半径R，在G54的X中输入X=-（A+R），回车即可。

（3）确定基准刀在工件坐标系中的位置

确定了工件坐标系后，可用G50指令确定第1把刀（基准刀）在工件坐标系中的位置。

（4）确定其它刀在工件坐标系中的位置

加工一个零件常需要几把不同的刀具，由于刀具安装及刀具本身的偏差，每把刀转到切削位置时，其刀尖所处的位置并不重合，为使用户在编程时无需考虑刀具间的偏差，需确定其它刀在工件坐标系中的位置，这需要通过对刀来实现。

不同的系统，其对刀方法各不相同。

（5）坐标轴的方向

无论那种坐标系都规定与车床主轴轴线平行的方向为Z轴，从卡盘中心至尾座顶尖中心的方向为正方向。

在水平面内与车床主轴轴线垂直的方向为X轴，远离主轴旋转中心的方向为正方向。

（6）直径或半径尺寸编程

被加工零件的径向尺寸在图纸标注和加工测量时，一般用直径值表示，所以采用直径尺寸编程更为方便。

（7）一般编程方法

1）确定第一把刀的位置

G50XZ该指令确定了第一把刀的位置，此时需把第一把刀移动到工件坐标为XZ的位置。

2）返回参考点

G26（G28）：

XZ轴同时返回参考点，G27：

X轴返回参考点，G29：

Z轴返回参考点。

3）快速定位

G00XZ快速定位到指定点。

4）.直线插补

G01XZF该指令用于车外圆及端面。

F为进给速度，其单位为mm/min（用G94或G98指定）或mm/r（用G95或G99指定）。

5）圆弧插补

G02（03）XZIKF该指令用于车顺圆或逆圆周。

XZ为圆弧终点坐标，IK为圆心相对于起点的坐标，F为进给速度。

6）螺纹切削

G33（32）XZP（E）IK该指令用于螺纹切削，XZ为螺纹终点坐标，P为公制螺纹导程（0.25-100mm），E为英制螺纹导程（100-4牙/英寸），IK为退尾数据。

螺纹切削时主轴转速不能太高，一般N×P≤3000，N为主轴转速（rpm）,P为公制螺纹导程（mm）。

7）延时或暂停

G04X，X为暂停秒数，该指令一般用于切槽，可保持槽底光滑。

8）主轴转速设定

M03（04）S该指令用于主轴顺时针或逆时针转，主轴转速为S，其单位为m/min（用G96指定）或r/min（用G97指定）。

M05表示主轴停止。

9）程序结束

M02（在此处结束）或M30（结束后返回程序首句）。

（8）循环

由于车削加工常用棒料和锻料作为毛坯，加工余量较大，为简化编程，数控车床常具备不同形式的固定循环，可进行多次循环切削。

1）外径、内径循环

G90XZRF该指令用于外径、内径的简单车削循环，XZ为循环终点坐标，R表示圆锥面循环。

其值为圆锥体大小端差（直径差），循环起点由上句程序决定，F为进给速度。

2）螺纹车削循环

G92XZP（E）IKRL该指令用于螺纹车削循环,XZ为螺纹终点坐标，P为公制螺纹导程（0.25-100mm），E为英制螺纹导程（100-4牙/英寸），IK为退尾数据，R表示螺纹起点与终点的直径差（用于加工圆锥螺纹），L表示螺纹头数，螺纹车削循环起点由上句程序决定。

G92指令与G33指令的区别为G92可多次自动切削螺纹。

3）端面车削循环

G94XZRF该指令用于端面的简单车削循环，XZ为循环终点坐标，R表示锥面循环。

其值为圆锥体大小端差（Z向差），循环起点由上句程序决定，F为进给速度。

4）切槽循环

G75XZIKEF该指令用于切槽循环，XZ为循环终点坐标，I为每次X轴的进刀量，K为每次X轴的退刀量，E为Z轴每次的偏移量，F为进刀速度，省略Z表示切断。

5）外圆粗车复合循环

G71XIKLF该指令用于外圆粗车复合循环，即编程时写出外圆加工形状，系统从毛坯开始自动走出外圆循环形状。

该循环平行于Z轴切削，X为循环终点坐标，I为每次X轴的进刀量，K为每次X轴的退刀量，L为决定外圆加工形状的程序段数量，F为进给速度，G71指令段后马上接决定外圆加工形状的程序段。

6）端面粗车复合循环

G72ZIKLF该指令用于端面粗车复合循环，即编程时写出端面加工形状，系统从毛坯开始自动走出端面循环形状。

该循环平行于X轴切削，Z为循环终点坐标，I为每次Z轴的进刀量，K为每次Z轴的退刀量，L为决定端面加工形状的程序段数量，F为进给速度，G72指令段后马上接决定端面加工形状的程序段。

（9）刀具补偿

编程时，认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧，为提高工件的加工精度，编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。

大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能（G41，G42），这类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。

（10）绝对坐标与增量坐标

X、Z表示绝对坐标，U、W表示相对坐标。

（11）公制与英制尺寸设定

公制尺寸设定指令G21，英制尺寸设定指令G20，系统上电后，机床处在G21状态。

（12）圆弧顺逆的判断

数控车床是两坐标的机床，只有X轴和Z轴，应按右手定则的方法将Y轴也加上去来考虑。

判断时让Y轴的正向指向自己，（即沿Y轴的负方向看去），站在这样的位置就可正确判断X-Z平面上圆弧的顺逆时针。

四数控铣床操作指导

1实验设备及其简介

数控立式升降台铣床XK5025介绍其操作。

（1）.机床主要参数

1）工作台行程：

X—680mmY—350mm

2）主轴套筒行程：

Z—130mm

3）升降台垂向行程：

400mm

4）主轴孔锥度：

ISO30

5）切削进给速度范围：

0～350mm／min

6）主轴转速范围：

有级65～4750r／min

2机床操作面板及其操作

图4-1XK5025/4数控铣床操作面板

数控铣床XK5025/4的机床操纵台由CRT-MDI面板、机床操作面板等二部分组成。

该数控铣床操作面板，如图4-1所示。

该数控机床的操作如下：

1）机床的开启

①打开机床主机上强电控制柜开关；

②在确认“急停”按钮处于急停状态下，按“接通”键，系统即开始引导，并进入数控系统；

③解除“急停”，稍待片刻（约3秒），再按“机床复位”键，系统复位键（RESET）消除系统报警；

④进行手动回参考点操作后，即可进行机床的正常操作。

2）手动操作

①“回零（REF）”手动返回参考点将操作面板上的工作“方式选择”旋钮选择“回零”，“进给速率修调”旋钮打至中档（低于80%），须先选坐标轴+Z回参考点，然后+X、+Y依次序返回参考点，对应的LED将闪烁。

注意，不允许停留在各轴零点位置上进行“回零”操作，距本轴零点位置距离必须大于20mm以上。

②手动连续进给（JOG）将工作“方式选择”旋钮选择“手动”，调整“进给速率修调”旋钮速率，选择合理的进给速度，根据需要按住“手动轴选择键（+/-X、Y、Z）”不放，机床将在对应的坐标轴和方向上产生连续移动。

如将工作“方式选择”旋钮选择“快速（JOG）”，机床将在对应方向上产生快速移动，其速度亦可通过进给速率修调旋钮调整。

③手轮（增量）进给（MND）将工作“方式选择”旋钮选择“手轮”、“手轮选择方式”旋钮选择所需的轴（X、Y、Z）、“手轮轴倍率”旋钮选取增量倍率单位（×1、×10、×100），顺时针（正向）或逆时针（负向）旋转“手摇脉冲发生器（