现代机械制造技术实验指导书.docx
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现代机械制造技术实验指导书
2011
～
2012
学年度第
一
学期
《现代机械制造技术》
实验教案（实验指导书）
杨秀芝
学时/实验：
46/4
班级：
09机械设计与制作（专）
教材：
机械制造技术（现代技术部分）
机电工程学院
实验一线切割与电火花加工
一、实验目的
1、了解线切割加工原理和数控线切割加工机床结构。
2、了解数控线切割机床编程的指令体系。
3、掌握手工编程基本方法
4、了解计算机数控自动编程方法
5、掌握在数控线切割机床上进行仿真绘图。
二、实验设备
1、FW1型数控高速走丝线切割机床
2、计算机
三、实验内容与实验步骤
1、线切割加工原理和数控线切割加工机床结构。
1）了解线切割加工原理
2）了解数控线切割加工机床结构组成和各组成部分的作用
2、数控线切割机床编程的指令体系。
1）了解ISO线切割NC程序指令格式
2）了解线切割常用指令
3、线切割程序手工编制与输入。
1）对指定零件进行CAD图形绘制
2）对指定零件进行G指令格式手工程序编制。
3）将编制的加工程序手工输入线切割机床的数控系统。
4、线切割程序计算机自动编制。
1）将指定零件的CAD图输入的数控系统。
2）进行切割程序自动编制
5、在数控线切割机床上进行仿真绘图。
1）在线切割机床上用G指令手工编程程序进行数控仿真绘图
2）在线切割机床上用自动编程程序进行数控仿真绘图
3）将上述仿真绘图与给定原图进行比较。
如有误差，找出原因，修改程序，绘出正确图形。
四、实验要求：
1、手工编制指定零件的G指令线切割程序。
2、自动编制指定零件的线切割程序。
3、在线切割机床上用G指令手工编程程序进行数控仿真绘图
4、在线切割机床上用自动编程程序进行数控仿真绘图
5）将上述仿真绘图与给定原图进行分析比较。
如有不同，进行原因分析，并修改程序，直至绘出正确图形。
附录一ISO代码一览表
组
代码
功能
组
代码
功能
G00
快速移动，定位指令
M
G74
四轴联动打开
A
G01
直线插补，加工指令
G75
四轴联动关闭
G02
顺时针圆弧插补指令
G80
移动轴直到接触感知
G03
逆时针圆弧插补指令
G81
移动到机床的极限
G04
暂停指令
G82
移到原点与现位置的一半处
G05
X镜像
N
G90
绝对坐标指令
G06
Y镜像
G91
增量坐标指令
B
G07
Z镜像
G92
指定坐标原点
G08
X—Y交换
I
圆心X坐标
G09
取消镜像和X—Y交换
J
圆心Y坐标
C
G11
打开跳转（SKIPON）
K
圆心Z坐标
G12
关闭跳转（SKIPOFF）
L***
子程序重复执行次数
D
G20
英制
P****
指定调用子程序号
G21
公制
M00
暂停指令
G25
回最后设定的坐标系原点
M02
程序结束
E
G26
图形旋转打开（ON）
M05
忽略接触感知
G27
图形旋转关闭（OFF）
M98
子程序调用
F
G28
尖角圆弧过渡
M99
子程序结束
G29
尖角直线过渡
N****
程序号
G
G30
取消过切
O****
程序号
G31
加入过切
R
转角功能
H
G34
减速加工
T84
启动液泵
G35
取消减速加工
T85
关闭液泵
G40
取消电极补偿
T86
启动运丝机构
I
G41
电极左补偿
T87
关闭运丝机构
G42
电极右补偿
X
轴指定
G50
取消锥度
Y
轴指定
J
G51
左锥度
U
轴指定
G52
右锥度
V
轴指定
G54
选择工作坐标系1
A
指定加工锥度
G55
选择工作坐标系2
C
加工条件号
K
G56
选择工作坐标系3
D***
补偿码
G57
选择工作坐标系4
H***
补偿码
G58
选择工作坐标系5
G59
选择工作坐标系6
L
G60
上下异形OFF
G61
上下异形ON
附录二、数控系统操作
1、手动模式
开机后计算机首先进入“手动模式”屏。
在其它模式按“手动”所对应的F功能键，可返回手动模式。
手动模式最多可两轴（X、Y）直线加工。
1）手动程序输入
请参考“格式说明区”所提示的格式在“程序区”输入简单的程序，最多可输入51个字符，
按回车键执行。
如果程序的格式不对，会有错误信息提示，按ACK解除后重新输入。
数据的单位为m或0.0001英寸，有小数点则为mm或英寸。
•感知（G80）：
实现某一轴向的接触感知动作。
例如：
G80X-，X负方向感知。
在感知前，应将工件接触面擦干净，并启动丝筒往复运行两次，使丝上沾的工作液甩净，这有助于提高感知精度。
•设原点（G92）：
设置当前点的坐标值。
•极限（G81）：
指定轴运动到指定极限。
例如：
G81U+，U轴移动到正极限。
•半程（G82）：
指定轴运动到当前点与坐标零点的一半处。
例如Y轴当前坐标是100，输入：
G82Y，Y轴移动到50处停止。
•移动（G00）：
移动轴到指定位置，最多可输入两轴。
例如：
G00X-1000Y，在绝对坐标系，移动到坐标X-1mm,Y0点处；在增量坐标系，X向负方向移动1mm，Y不动。
•加工（G01）：
可实现X、Y轴的直线插补加工,加工中可修改条件和暂停、终止加工。
在“自动”模式设置的无人、响铃及增量、绝对状态有效，而模拟、预演状态无效。
镜像、轴交换、旋转等功能不起作用。
2）功能键
•置零（F1）：
按F1进入置零状态，参照提示按相应键将选定的轴置零，然后按F1返回。
•起点（F2）：
回到“置零”所设的零点或在程序中G92所设定的点，以最后一次的设置为准。
在回起点的过程中，如有感知、到极限发生，运动暂停并显示错误信息，解除后可继续。
•中心（F3）：
找内孔中心。
注意，若丝筒压住换向开关，应用摇把将丝筒摇离限位，否则无法找中心。
•找正（F4）：
可借助手控盒及找正块校正丝的垂直。
将找正块擦干净，选定位置放好，移动X（Y）轴接近电极丝，至有火花，然后移动U（V）轴，使火花上下一致。
•条件（F5）：
非加工时，按F5进入加工条件屏，可输入C001～C020、C101～C120等200个加工条件，其中C021—C040、C121—C140为用户自定义加工条件，其余为系统固定加工条件。
各条件均可编辑、修改：
移动光标到欲修改处，输入两位数或者一位数加回车。
如果希望保存所做修改，按ALT+8存储。
如果只是临时修改，则不必存储，关机后所作修改即失效。
在加工中，按F5进入加工条件区，可修改当前加工条件，再按F5退出，修改的条件仅对本次加工生效。
如果希望恢复系统原始的加工条件，按ALT-9键。
加工条件各项具体含义如下：
ON：
设置放电脉冲时间，其值为ON+1s，最大为32s。
OFF：
设置脉冲间歇时间，其值为（OFF+1）×5s，最大为160s。
IP：
设置管数，控制脉冲峰值电流，从0.5—9.5。
关于0.5只管子的选择，小数点后数值在0—4之间，认为是0，在5—9之间，则认为是0.5。
接触感知时IP为0.5。
SV：
设置间隙电压，以稳定加工，最大值为7。
GP：
矩形脉冲和分组脉冲的选择，最大值为2：
0：
矩形脉冲；1：
分组脉冲Ⅰ；2：
分组脉冲Ⅱ。
V：
电压选择，只能在非加工状态下修改。
最大值为1：
0：
常压选择；1：
低压选择，接触感知时自动选取。
3）参数（F6）
非数字项可用空格键选择。
•语言：
有汉、英、印尼、西班牙、日本、葡萄牙、法等七种语言；
•尺寸单位：
有公制、英制；
•过渡曲线：
分圆弧过渡和直线过渡两种；
•X镜像：
X坐标的“+”、“-”方向对调，ON为对调，OFF为取消。
•Y镜像：
Y坐标的“+”、“-”方向对调，ON为对调，OFF为取消。
•X-Y轴交换：
X、Y坐标对换，ON为交换，OFF为取消。
•下导丝轮至台面的距离：
在出厂前已测量并设定，不要修改；
•工件厚度：
按实际值输入；
•台面至上导丝轮的距离：
依据Z轴标尺的值输入；
•缩放比率：
编程尺寸与实际长度之比。
退出“参数”时，机床自动存储各项参数。
如果在自动加工中掉电，则上电后，镜像、交换保持掉电前的状态，如果不是在自动加工中掉电，则上电后，镜像、交换状态为OFF。
2、编辑模式（F10）
1）NC程序的编辑
在此摸式下可进行NC程序的编辑，文件最大为80K，回车处自动加“；”号。
•↑↓←→：
光标移动键。
•Del：
删除键，删除光标所在处的字符。
•BackSpace（）：
退格键，光标左移一格，并删除光标左边的字符。
•Ctrl+Y：
删除光标所在处的一行。
•Home（Ctrl+H）与End（Ctrl+E）：
置光标在一行的行首与行尾。
•PgUp与PgDn：
向上翻一页与向下翻一页。
•Ins（Ctrl+I）：
插入与覆盖转换键，屏幕右上角的状态显示为“插入”时，在光标前可插入字符。
当状态变为“覆盖”时，输入的字符将替代原有的字符。
•Enter：
回车键，结束本行并在行尾加“；”号，同时光标移到下一行行首。
2）自动显示功能
在屏幕上方，显示当前编辑状态：
•文件名：
当前屏幕上NC程序已有的标识，当清除操作时，显示为空格。
•行：
从文件开始到光标处的总行数。
•列：
从光标所在行的行首到光标处的字符数。
•长度：
从文件开始到光标处的总字符数，每一行要多计两个字符。
•状态：
显示当前编辑处于“插入”还是“覆盖”状态。
3）F功能键介绍
•装入（F1）：
将NC文件从硬盘D或软盘B装入内存缓冲区。
选定驱动器后，将显示文件目录，再用光标选取文件后回车。
•存盘（F2）：
将内存缓冲区的NC文件存入硬盘D或软盘B。
如无文件名，会提示输入文件名。
文件名要求不超过8个字符，扩展名“.NC”自动加在文件名后。
•换名（F3）：
更换文件名。
如果新文件名与磁盘已有的文件重名，或文件名输入错误，将提示“替换错误”。
•删除（F4）：
将NC文件从硬盘D或软盘B中删掉。
•清除（F5）：
清除内存缓冲区NC程序区的内容并清屏。
•通讯（F6）：
通过RS232口传送和接收NC程序，并可打印。
按P进入打印状态，按提示选择好文件回车，则文件通过打印机输出。
按O或I则进入传送或接收，提示框显示一些设置项，可以用空格键修改，确定后按ESC键，修改内容将存入硬盘并开始传输数据。
通讯时应使接收方处于接收状态，然后再行发送。
电柜上的串行口为COM2。
•软盘（F7）：
用B驱对软盘进行操作，按F为格式化软盘。
按C为拷贝软盘。
3、自动模式（F9）
1）NC程序的执行
（1）首先在编辑模式装入NC文件，修改好。
在自动模式不能修改程序。
（2）用F键预选好所需的状态，通常“无人”、“单段”为OFF，“响铃”为ON，“代码”为ISO。
用光标键选好开始执行的程序段，一般情况下从首段开始。
（3）加工前，建议先将“模拟”、“预演”置为ON，运行一遍，以检验程序是否有错误。
如有，会提示错误所在行。
（4）将“模拟”置为OFF，开始加工。
如需要暂停，按HALT键，再继续按RST键。
（5）执行程序中按F5可以修改加工条件。
（6）参数区显示的是当前状态，由程序指令决定。
（7）按OFF键，程序停止运行并显示信息，可按ACK解除。
（8）加工时间显示：
P为本程序已加工时间，S为本程序段加工时间。
（9）加工速度显示：
在右下角，单位为mm/min。
（10）按ALT_T键的屏幕显示：
•本卷丝使用时间：
显示一卷丝的累计加工时间。
换丝后，按R键将计时器复位为零。
•总加工时间：
显示本机床自安装后的总加工时间。
•本程序加工时间：
刚完成的NC程序所用加工时间。
•屏幕保护时间设定：
可输入屏幕保护时间，出厂时为999999分钟。
（11）3B（4B）格式。
3B（4B）无G92设置坐标功能，故在开始执行时，X/Y/U/V的坐标自动被设为零，同时设为增量工作方式。
（12）G05、G06、G07、G08是模态代码，状态区中如显示为ON，则执行程序时自动按ON状态执行，除非在程序开始加上G09。
2）F功能键介绍
•无人（F1）：
ON状态，程序结束自动切断强电关机。
OFF时，不切断电源。
•响铃（F2）：
ON状态，程序结束奏乐，发生错误报警。
•模拟（F3）：
ON状态，只进行轨迹描画，机床无任何运动。
OFF为实际加工状态。
•单段（F4）：
ON状态，执行完一个程序段自动暂停，按RST执行下一段。
加工中设为ON，则在当前段结束后暂停。
•条件（F5）：
在加工中修改条件，与手动模式相同，详见2.2节“条件”。
•预演（F6）：
ON状态，加工前先绘出图形，加工中轨迹跟踪，便于观察整个图形及加工位置。
OFF则不预先绘出图形，只有轨迹跟踪。
•代码（F7）：
选择执行代码格式，3B或ISO代码，本系统一般使用ISO代码。
3）掉电保护
加工中关机或断电，保护系统会发出报警声，同时将所有加工状态记录下来。
再开机时，系统将直接进入自动模式，并提示：
从掉电处开始加工吗？
按OFF键退出！
按RST键继续！
掉电后只要不动机床和工件，此时按RST可继续加工。
3、自动编程系统
在手动屏或其它屏按F8（CAM），即进入SCAM主画面：
1）CAD（F1）
按F1键，进入CAD图形绘制。
2）CAM（F2）
按F2即进入自动编程模式，画面分成三栏：
图形文件选择、参数设定和放电条件设定，分述如下：
●图形文件选择
本栏显示当前目录下所有的图形文件名，用光标选好文件名后回车，屏幕左下显示所选文件名。
●参数设定：
•偏置方向：
沿切割路径的前进方向，电极丝向左或右偏，用空格键切换。
•切割次数：
可输入1～6。
但快走丝多次切割无意义，通常为1。
•暂留量：
多次切割时，为防止工件掉落，留一定量到最后一次才切，生成程序时在此加暂停指令。
取值范围0～999.000mm。
•过切量：
为消除切入点的凸痕，加入过切。
•脱离长度：
多次切割时，为改变加工条件和补偿值，需离开加工轨迹，其距离为脱离长度。
•锥度角：
进行锥度切割时的锥度值，单位为度。
•倾斜方向：
锥度切割时丝的倾斜方向，设定方法和偏置方向的设定相同。
•后处理文件：
不同的后处理文件，可生成适合于不同控制系统的NC代码程序，本系统后处理文件扩展名为PST。
Strong.pst为公制后处理文件，Inch.pst为英制后处理文件。
●放电条件设定
在条件号栏中填入加工条件，范围为C000～C999。
在偏置量栏中输入补偿值，范围为H000～H999。
快走丝只切割一次，因此设置“第一次”即可。
●绘图（F1）
图形文件选定，按F1绘出图形，◎表示穿丝点，×表示切入点，□表示切割方向。
•反向（F1）：
改变在“路径”中设定的切割方向，偏置方向、倾斜方向亦随之改变。
•均布（F2）：
把一个图形按给定角度和个数分布在圆周上。
旋转角以度为单位，逆时针方向为正。
均布个数必须是整数。
而且：
旋转角度×均布个数≤360°
•ISO（F3）：
生成国际通用的ISO格式的NC程序。
•3B（F4）：
生成3B格式的NC程序。
•4B（F5）：
生成4B格式的NC程序。
程序生成后，屏幕提示按F9存盘，并输入文件名。
文件名要求不超过8个字符，扩展名为NC，自动加在文件名后。
•返回（F10）：
上述操作结束，按F10返回到前一个画面。
●删除（F2）
按F2后，屏幕下方提示用光标键选定文件，按回车键执行。
按ESC键可取消删除操作。
完成后按F10返回。
●穿孔（F3）
把3B格式的代码送到穿孔机输出，屏幕边显示程序边模拟纸带输出。
按F3后，提示你输入NC文件名，然后回车。
如果不输入文件名，直接回车，则把当前内存中的文件送到穿孔机输出。
完成后按F10返回。
4、自动模式下程序的装入和执行。
1）按F9进入自动模式；
2）在编辑模式下装入NC文件，并修改（注意：
在自动模式不能修改程序）；
3）NC程序的编辑
在编辑模式下可进行NC程序的编辑：
●↑↓←→：
光标移动键。
●Del：
删除键，删除光标所在处的字符。
●BackSpace（←）：
退格键，光标左移一格，并删除光标左边的字符。
●Ctrl+Y：
删除光标所在处的一行。
●Home（Ctrl+H）与End（Ctrl+E）：
置光标在一行的行首与行尾。
●PgUp与PgDn：
向上翻一页与向下翻一页。
●Ins（Ctrl+I）：
插入和覆盖转换键，屏幕右上角的状态显示为“插入”时，在光标前可插入字符，当状态变为“覆盖”时，输入的字符将替代原有的字符。
●Enter：
回车键，结束本行并在行尾加“；”号，同时光标移到下一行行首。
；
4）状态预选
用F键预选好所需的状态，通常“无人”、“单段”为OFF，“响铃”为ON，“代码”为ISO，将“模拟”、“预演”置为ON，模拟运行以检验程序是否有错误以便修改；
5）用光标键选好开始执行的程序段（一般情况下从首段开始选择加工条件），然后回车并执行；
6）程序执行过程中按F5可以修改加工条件；
7）参数区显示的是当前状态，由程序指令决定；
加工时间显示：
P为本程序已加工时间，S为本程序段加工时间；
加工速度显示在右下角，单位为mm/min。
按ALT_T键的屏幕显示：
显示本卷丝的累计加工时间；显示本机床自安装后的总加工时间；本程序加工时间。
实验二快速原型制造
1.1实验目的
1.掌握快速原型制造技术的工作原理。
2.进一步理解快速原型制造的方法。
3.加深对快速成形技术的理解和认识；
4.熟悉快速成形技术的基本流程；
5.推广该项技术的普及和应用。
1.2实验要求
1.熟悉和使用三维软件，并进行特定零件的的建模，构造原形件。
2.利用专用计算机对原形件进行切片，生成STL文件，并将STL文件送入FDM快速成型系统；
3.对模型制作分层切片；生成数据文件；
4.快速原型机按计算机提供的数据逐层堆积，直至原形件制作完成；
5.观察快速原型机的工作过程，分析产生加工误差的原因，提出解决的办法。
1.3实验主要仪器设备
1、FDM快速成型系统一台
2、造型计算机
3、PVC丝状材料
1.4实验原理
1.4.1快速原型技术简介
快速成形（ＲａｐｉｄＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ,ＲＰ）技术是20世纪80年代问世的一门新兴制造技术，自问世以来，得到了迅速的发展。
由于ＲＰ技术可以使数据模型转化为物理模型，并能有效地提高新产品的设计质量，缩短新产品开发周期，提高企业的市场竞争力，因而受到越来越多领域的关注，被一些学者誉为敏捷制造技术的使能技术之一。
1.4.2快速原型技术的基本工作过程
快速成形技术是由ＣＡＤ模型直接驱动的快速制造复杂形状三维物理实体技术的总称。
其基本过程是：
1、首先设计出所需零件的计算机三维模型，并按照通用的格式存储（STL文件）；
2、跟据工艺要求选择成形方向（Ｚ方向），然后按照一定的规则将该模型离散为一系列有序的单元，通常将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维ＣＡＤ模型变成一系列的层片（CLI文件）；
3、再根据每个层片的轮廓信息,输入加工参数，自动生成数控代码；
4、最后由成形机成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体。
这样就将一个物理实体复杂的三维加工转变成一系列二维层片的加工，因此大大降低了加工难度。
由于不需要专用的刀具和夹具，使得成形过程的难度与待成形的物理实体的复杂程度无关，而且越复杂的零件越能体现此工艺的优势。
目前快速成形技术包括一切由ＣＡＤ直接驱动的成形过程。
1.4.3快速原型技术的特点
1、由ＣＡＤ模型直接驱动；
2、可以制造具有复杂形状的三维实体；
3、成形设备是无需专用夹具或工具的成形机；
4、成形过程中无人干预或较少干预；
5、精度较低；分层制造必然产生台阶误差，堆积成形的相变和凝固过程产生的内应力也会引起翘曲变形，这从根本上决定了ＲＰ造型的精度极限。
1.4.4我国ＲＰ技术发展及应用现状
自20世纪90年代初我国学者从国外认识了ＲＰ技术后，即着手研究。
在我国科技人员不懈的努力下，经过10年的研究开发与推广应用，我国已掌握了从设备到工艺材料的生产技术，在ＲＰ技术应用方面亦开展了大量的研究并取得了可喜的成果。
通过组建国家级ＲＰ技术推广应用服务中心，有效地推动了我国ＲＰ技术的发展。
但整体水平与国外先进水平相比还有较大差距，主要表现在产品规格型号少，工艺材料品种单一，特别是在产业化和应用服务方面的差距尤为突出。
经过10年的努力，我国研制出了ＳＳＭ、ＨＲＰ、ＨＲＰＳ系列分层实体制造（ＬＯＭ）成形机；ＬＰＳ和ＣＰＳ系列立体光造型（ＳＬＡ）成形机；ＡＦＳ-300型选择性激光烧结（ＳＬＳ）成形机；ＭＥＭ熔丝沉积制造（ＦＤＭ）。
有了具有自主知识产权的快速成形系统，申请了大量的专利。
在某些基础技术研究方面我们达到了国际水平，如开发ＣＡＤ原始数据直接切片方法；满足人体细胞生长并可降解的人造骨骼医用材料；基于ＲＰ的人工骨骼复制、生物活性材料成形技术研究等领域。
据不完全统计，我国现有ＲＰ设备100余台，其中国产设备约占50%，国产设备使用的工艺材料几乎全部由国内自己生产。
在国家政策的引导下，国家级ＲＰ服务中心配备了国产设备。
大部分国产设备在科研、教学和生产中发挥作用，得到用户认可，为进一步开拓市场奠定了基础。
另外，由于ＲＰ技术的问世，为电镀模、金属冷喷模、石膏模、硅胶模等模具制造技术注入新的活力，重新引发出新一轮快速模具制造技术的攻关，并已在旅游纪念品、轻工等行业大量应用。
航空航天、医疗界复杂形状的单件产品，使用传统方法几乎难以生产，由于有ＲＰ技术，使得生产周期缩短，成本大大下降。
目前，抛开新成形材料和新成形工艺的进一步拓展不谈，快速成形技术的应用正朝两个方向发展：
一是走大型化发展之路，利用大型成形机和其他技术相结合，直接或间接地快速制造出有实用功能的金属模具、金属零件；二是走小型化道路，开发出低能耗、低噪音的小型成形机，也即所谓的“三维打印机”，甚至于“彩色三维打印机”，可以走入寻常百姓家，自己设计自己制造所喜爱的工艺品。
1.4.5快速原型机主要特性简介
成型工艺无需激光，节约投资、降低运行成本且造型速度快，在现有快速成型设备中运行费用最低；
设备以数控机床原理设计，刚性好，运行平稳，可靠性高；
特有的填充路径网格优化设计技术，使原型表面质量更高；
系统软件可以对STL格式原文件实现自动检验、修补功能；
丝材宽度自动补偿技术，保证零件精度；
丝材成型后的可打磨性好，易于后期精加工；
挤压喷射喷头无流
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