FANUC系统数控机床操作实训指导书

FANUC系统数控机床操作实训指导书培训目的与要求一、了解数控铣床的工作基本原理，以用与操作密切相关的机床基本结构和组成作用；通过熟悉一套FANUC系统，通过不同系统的比较，达到触类旁通作用。二、熟悉控制的操作方法，充分了解控制器各开关功能与操作方法。三、掌握数控设备输入装置，学会输入加工程序方法，并且掌握文件的编辑、修正、调试以及模拟预演方法。四、掌握加工过程的基本方法和技巧，养成加工操作过程中的良好习惯，对典型试件进行加工，了解数控的加工工艺以及影响加工零件的质量、加工效率等因素。五、了解通过RS232C串口的DNC加工方式。3第一章数控设备的基本组成与作用数控设备最主要的部分分为四大部分：输入装置、数控系统、伺服系统和机床本体。1、输入装置的作用将各个指令按照人的意愿通过一定的规则输入到机床的指定贮存器或缓冲区，从输入的代码的方式来看，输入装置与输入的方法有关，大致可分为三种方式：⑴控制介质输入控制介质就是将各指令代码的数控信息，利用一些能进行信息交换的物质载体，通常有穿孔纸带、磁带、磁盘等，相应的输入装置是光电阅读机、录音机、磁盘驱动器等。随着计算机的普及，使用这种方式逐步减少。⑵手工输入利用操作面板上的键盘（也有利用插口联接计算机普通键盘，如典型的华中世纪星控制系统等），显示屏和一些修改、编辑工具键，输入控制机床和刀具运动各个指令、代码等。这种方式主要有下列形式：①手动数据输入（MDI，ManualDataInput），即通过机床面板上的键盘，将所需的数控程序指令逐句输入到系统的暂贮存器中，这种方法一般只适用于较为简短的程序，在执行后程序自动消除，不能重复使用，但有些程序中最终的指令可以利用指令的模态功能，重新用一些开关恢复。通常MDI方法，在机床开机后，在需要对刀时，首先要将主轴先运行，比如输入时无需编制程序的程序号；有时，由于程序编制的指令不能满足生产需要时，这时利用MDI输入的特点，进行简单的修改，比如在执行DNC加工，加工程序很长，可达20～40兆字节，由于有的自动编程系统的后处理产生的数据可能冷却指令用M07，而可转位刀具的加工条件需要使用气冷方式，即要执行M08指令，中断加工来修改程序就有可能带来很大的不便，或者浪费许多时间，这时就可以利用单节功能暂停加工，将操作功能键切换到MDI方式，只要输入M08并执行，就可以完成程序执行的修改。手动方式的输入主要用于临时程序输入用。②手工输入程序到系统存储器，利用程序的编程器，利用键盘输入数控指令和位置的数据，通过一些如粘贴、剪切、拷贝、复制、插入、删除等等文件编程工具，和计算机文件编辑方法相似进行编程的修改和编辑程序，这样的方式程序相当于计算机的文件格式，所以它也必须要有程序名，通常程序名用OXXXX程序号方式，在编辑程序前应先登录一个程序号（名），在以后的加工过程随时可以多次调用。特别要强调，FANUC系统为用户提供自动存贮功能，而有些系统则必须还要进行人工存贮，如我院的KND—200M系统的数控铣床，在程序输入完毕后，必须要按规定的键（N*，*指1，2，3等等）后，方可使数控程序存贮、编辑生效。其他还有如通过人机对话的方式，选择不同的菜单，自动生成程序；图形交互自动编程，只需输入一些图纸，利用CAD软件自动生成；通过设定一些参数选择，配置上自动测量和数据处理，如英国雷尼绍公司的数据自动测量仿形系统等等。在加工过程中，还可以手动操作或调整操作面板上一些开关、按钮等，如速度F、转速S的倍率开关，手动进给、快速移动的按钮等，实际上这些动作也对程序中的相关指令进行实时修改。在这里，特别要提醒同学们，我国的现行中级工考证和数控大赛的要求仍按手工编制程序的加工方法为主。③直接输入存储器，从自动编程机、其他计算机或网络上，将编制好的加工程序通过通信接口，用传输专用软件直接输入到数控系统中的存储器。大致有两种方式，4一种是输入到存储器，相当于代替了手工输入的烦琐工作，由于存储器的容量有限，一般只限于字节较少的程序输入，还可以利用这个特征，将机床重要资料等等输入到机床；另一种对于程序量很大情况下，上述的方式显然不能满足需要，这时可以利用DNC方式，只将输入的程序输入到数控系统的缓冲区中，实行边加工边输入，这个方式目前是数控加工行业主流加工方式。2、数控系统相当于人的大脑，对各个指令进行处理与运算，再将这些结果自动编译成机械代码。数控系统在有的教材或资料中称之为数控装置，它主要由硬件和软件组成，其中硬件有CPU、I/O接口、存储器等组成，软件主要有管理软件和控制软件，实际上它就是一台计算机，而且是一个特殊用途的计算机，数控系统的微机主要有二种：①专用微机：以专用微机、专用芯片，一般都是专有技术，最常见的是FANUC、MITSUBISUI和SIEMENS控制器，FANUC（中文用法那科）主要有FANUC0系统和1X系统。FANUC-0C数控系统常用的有0T和0M系统，0T系列主要用于车削类机床，0M系列主要用于镗铣削类。FANUCOMC、FANUC18MC、FANUC15MC、FANUC0i；MITSUBISUI（三菱）主要有MITSUBISUI；SIEMENS（西门子系统）主要有SIEMERIK802D，810、820T/M/G，840D/T等几种。SIEMENS“T”用于数控车削系统，“M”用于镗铣类、“G”用于磨床，“D”用于全数字控制的数控系统。常见的有SIEMERIK802D、SIEMERIK810和820T/M/G、SIEMERIK840D/T等。②通用微机：采用通用微机和通用芯片目前中国的华中的世纪星就是典型的PC-NC系统。数控系统组成及流程如下图所示：程序存储有两种存放系统程序的EPROM和存放中间数据的RAM两部分，对用户关系较为密切的是程序的存储和缓冲区存储。译码器的作用是将加工程序中各个指令和数据翻译成数控系统计算机可以识别和处理的格式，其中包括数据信息和控制信息。数据处理器主要进行刀具和工件位置及相对位置、刀具半径补偿、刀具长度补偿和速度运算及处理。插补运算在目前最主要也是最常见是直线插补和圆弧插补，在FANUC系统还提供了极坐标插补等等。数控系统位置控制的任务就是通过各类的包括补偿修正等的控制元器件，进行对数控机床各坐标轴位置的控制，从这个意义上说，数控系统就是一种位置控制系统。3、伺服系统就是机床的肌肉，操作与控制机床的各个运动，从而达到加工零件的目的，数控机床的伺服系统的作用主要有一、控制机床各轴的直线运动，形成了刀具与工作台的相对运动，实际上就是控制了工件或者刀具的位置移动以及运动速度，控制了切削进给运动，称为进给伺服系统；二、控制主动力轴的旋转运动，提供克服刀具切削工件的主动力，在车床里，工件作旋转运动，而在铣床则是旋转刀具，实际上控制了刀具与工件的之间的相对运动，控制切削速度或切削力，称之为主轴伺服系统。按切削运动的功能来区分第二种称为主运动，而第一种则称为进给运动，在影响机床的生产效率的主要因素是提高主轴功率。在数控设备中伺服系统是指机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系5统，是将数控系统产生的脉冲控制量，经过伺服系统的放大电路功率放大作用，将弱电转变成可执行的强电，操作机床的各个运动，也是与普通设备最大区别之一，数控系统代替了人的大脑与思维，而伺服系统相当于代替了人的手工操作的动作，在目前最常用中高档数控设备中，为了保证机床的各个运动的快速反应和定们的准确，对其运动进行必要的测量与控制脉冲量的修正，在数控机床中很多位置还设定了检测系统，并将检测结果反馈到控制系统中，通过一系列的控制管理软件，运算调整原有的控制量，再经伺服系统共同进行操纵机床的各个运动，实现了整个数控设备的闭环伺服系统的控制，应而数控设备的精度和速度等技术指标主要取决于伺服系统。因此，数控机床的分类有时经常按其伺服系统分类，主要分成开环伺服系统、半闭环伺服系统、闭环伺服系统、混合环伺服系统四个大类。开环伺服系统一般用于老设备改型、经济性或简易数控设备中、档次属于低档；半闭环伺服系统也只在开环伺服系统的基础上改进、基本上用于中低档数控设备；闭环伺服系统在目前情况下应用最广泛、最常见的数控设备中，一般用于中高档数控设备；而混合环伺服系统在目前因为精度较高、成本较高和维护调试较为困难等等原因，基本上用于高档的数控设备中。闭环伺服系统的工作原理如下图所示闭环伺服系统工作原理比较控制环节的作用，接收反馈信号，并将此信号与数控系统发出的控制指令信号相比较，当比较时出现偏差，这个偏差在鉴相式伺服系统里表现为相位差，并将这个相位差功率放大，输入到并控制伺服系统的执行元件，使其向着消除偏差的方向运动，直到趋于零。驱动控制单元主要的任务是将由将前方比较控制环节来的控制模拟量，有时也称控制的脉冲量，经过一系列的放大电路，转化成强电流的信号，这个信号形式是执行元件所需的可执行信号，并将这些信号由控制中的各个管理软件输出到各个执行元件。驱动装置是伺服系统的最重要的组成部分，也是伺服系统的执行元件，则是由前方各个强电流信号，控制或开启相关的开关，操纵各个动力驱动，实现了可执行信号到机床的各个动作，实际上执行元件就是将可执行的信号转化成相应的机械位移量客观存在的作用就是把前端的已功率放大的电信号转变成所需的机械运动，这个机械运动直接反映在机床的刀具运动和工作台运动，由此实现了数控加工过程，因此数控加工工作的平稳性、均匀性以及运行精度与执行元件密切相关。反馈检测系统将机床的工作台的运行的实际位置以及速度等进行检测，并将这些结果以电平信号反馈到比较控制环节。4、机床本体虽然像普通机床一样，也有主轴和工作台等，它是数控设备的骨胳，数控机床是机电一体化的典型代表，其结构虽然与普通机床有相似之处，除传统的普通机床改装成简易的数控机床外（只在传统的机床配备数控系统），数控机床在加工精度、表面质量、生产效率以及使用寿命等方面远优于普通设备。传统的普通设备比较常见的问题有刚性不足、抗振性差、热变形在、滑动面的摩擦阻力大以及传动元件之间存在间隙等，而在数控机床里在这些方面得到很大的改进，在结构支承部件、主轴传动系统、6进给传动系统、刀具系统以及辅助功能等部件的结构都有独特的设计。因此数控设备是精密设备，机床的精度与结构更复杂，为了保证机床的加工和运动精度，在机床的的各处安装有测量与各类开关，所以在操作与使用数控设备过程，对机床的安全性一定要特别注意。7第二章FANUC系统操作面板操作面板主要有：操作机床的各个控制开关、功能的开关、与加工有关开关、数字与字符的键盘区和机床工件状态指示灯和报警指示灯。下面一一作些介绍：一、控制开关主要有：⑴急停开关，控制机床的主液压马达开关，是数控的主动力马达，主要作用是打开急停开关是开机时的一个过程，在操作过程失误或加工过程中出现异常需要紧急停止是按下此开关，切断机床的一切所有的各个开关，机床的任何移动和和主轴转动立即停止，机床在停止后需要重新工作和运动，必须重新打开此开关后才能进行，由于此时的控制器CPU内存，驻留的一些命令可能是非常态或原有的缺省状态，所以在按下急停开关，机床必须要重新返回机床的机械零点，重复开机的过程，同样对于在加工程序中使用G92建立的坐标系时，需要重新加工，必须要将刀具移到指定的起刀点，重新建立工件坐标系；由于G54或G55~G59建立的坐标系将该坐标系的原点在机床机械坐标系的坐标值已输入到机床指令的位置中，即在软体开关的SET键下的坐标系菜单中，控制器会自动重新读入，这是G54和G55~G59与G92使用过程典型的区别。⑵主轴转动控制开关，此开关共有三个：正转、停止、反转，这些开关的使用，必须在机床的内存中已有主轴转动的指令后才能有效，一般情况，在机床开机后都应先将功能选择开关切换到MDI状态，输入如M03S500等命令并运行此命令，以后上述的三个开关按下后相当于执行M03、M05、M04指令，显然在MDI状态输入并执行如S500也可以，但只有这样的命令，主轴是不运转，只是将S500的指令驻留在内存，当以后执行碰到程序中的M03等指令，才