基于Mach3的教学型数控车床的研究
基于MACH3的实验型数控铣床设计
技术108科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.04.108基于MACH3的实验型数控铣床设计胡晓军1 潘智平2 袁夏松1 汪萌生1(1.湖州师范学院 浙江湖州 313000;2.湖州剑力金属制品有限公司 浙江湖州 313000)摘 要：本文以MACH3为软件平台，运用UG软件设计数控铣床三维模型，并依据模型完成床身及机械结构安装。
通过硬件电路和MACH3板卡连接上位机和铣床，实现数控铣床的加工。
该实验设备可用于数控技术、机床概论、机械制造工艺学等课程的理论与实验教学。
关键词：MACH3 UG 数控铣床 实验中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)02(a)-0108-02自从数控技术引进我国以来，对我国现代化制造业影响极大，各企业对数控人才的需求也在不断增加[1]。
为满足企业对高水平技术性人才的需求，国家也正在号召各高等院校向应用型人才培养方面转型。
对于机械类专业的学生来说，不仅需要掌握好理论知识，掌握先进的制造工艺及技术也十分必要。
因数控机床价格昂贵，国内各大高校对数控设备的配备较少，远不能满足应用型人才的培养要求。
本实验型数控铣床造价较低，功能齐全，不仅可以提高实验教学质量，也可以满足学生提高动手操作能力的需求。
1 实验装置总体设计框架本实验装置主要由上位机、电气控制柜、铣床主体三大部分组成[2]。
其中MACH3软件安装在上位机上,电气控制器件及MACH3控制板卡安装于电气控制柜,机床传动、执行部件及相应传感器安装于铣床主体。
工作过程中，由上位机发送控制指令或G代码至MACH3控制板卡，控制板卡解读指令，并发送执行命令至各执行部件，在执行部件运动过程中各传感器(如：位置检测传感器、软限位、硬限位信号传感器等)将检测到的信号传送给MACH3控制板卡，控制板卡依据检测到的信号确定下一步指令的发送，总体框架图如图1所示。
趣味案例教学法在数控车床编程与实训课程中的教学研究与实践
趣味案例教学法在数控车床编程与实训课程中的教学研究与实践一、引言数控车床编程与实训是机械类专业的重要课程之一，它涵盖了数控技术、机械加工、编程等多个方面的知识，是学生进行实践操作和实训的重要环节。
传统的数控车床编程与实训课程往往枯燥乏味，缺乏趣味性和吸引力，学生容易产生学习疲劳和学习兴趣不高的问题。
寻找一种能够激发学生学习兴趣、增强学习动力的教学方法是当前教学改革的迫切需要。
趣味案例教学法是一种注重案例教学的教学方法，它以案例为载体，通过讲解案例、分析案例和讨论案例，引导学生主动学习、合作学习，从而达到知识深化、能力培养和素质提升的目的。
本文基于数控车床编程与实训课程的教学特点，探讨趣味案例教学法在该课程中的应用，并结合实际教学案例进行研究与实践，以期为该课程的教学改革提供新的思路和方法。
二、数控车床编程与实训课程的特点1. 技术性强：数控车床编程与实训涉及到大量的数控技术知识和机械加工技术，在学习过程中需要学生掌握复杂的编程语言和操作技能。
2. 实践性强：数控车床编程与实训强调学生动手能力的培养，需要学生掌握实际操作过程和技能。
3. 抽象性强：数控车床编程与实训的内容较为抽象，学生在学习过程中容易感到枯燥和难以理解。
4. 安全性高：数控车床编程与实训需要学生进行实际的机械加工操作，安全问题成为教学的重要环节。
基于以上特点，传统教学方法往往难以激发学生的学习兴趣和提高学习效果，因此需要探索一种新的教学方法。
1. 设计趣味案例：针对数控车床编程与实训课程的内容和特点，可以设计一些生动有趣的案例，如“机械手臂抓取物品”、“自动贩卖机设计”等，让学生在解决实际问题的过程中学习和应用数控技术和编程知识。
2. 引导学生讨论：在教学过程中，教师可以通过讲解案例、提出问题和引导讨论的方式，引导学生深入思考和学习。
教师可以提出“如何设计一个自动贩卖机的数控车床编程”等问题，让学生在讨论中学习和成长。
3. 合作学习：趣味案例教学法注重学生的合作学习，教师可以组织学生进行小组讨论和合作设计，让学生在合作中相互学习和交流，提高学习效果。
基于MACH3的数控铣实训台研究
基于MACH3的数控铣实训台研究以数控雕刻机为基础构建的数控操作平台，通过MACH3数控软件进行编程控制，使用USB端口作为CNC设备的输入与输出，输出脉冲与方向信号，控制步进电机或伺服电机驱动器，从而实现控制数控机床。
此台架结构简单，拆装方便且成本较低，满足小型客户和教学使用的要求。
标签：数控雕刻机；MACH3数控软件；CNC设备近年来制造业飞速发展，社会对装备制造专业的人才需求比较多，而数控技术作为装备制造的一门课程，发挥着越来越重要的作用，对数控技术等相关专业的人才需求越来越多，因此学好数控专业的相关知识发挥着越来越重要的作用。
目前，我国数控机床采用的系统有日本的发那科、三菱、华中数控、德国的西门子等。
而对于数控机床，无论是国产的还是国外系统的，设备成本都比较高，体积较大，场地占用大，运行维护也不方便。
为此，本文就开发了一种基于MACH3软件的数控铣实训台架。
此台架结构简单，拆装方便且成本较低，适合相关设备拆装、机床操作、数控编程等相关项目的开展实施，满足了小型客户和教学使用的要求。
1 机械结构的设计机架是数控铣台架的机械结构部分，而机架对加工过程起重要作用。
机架有固定式和移动式，固定式即工作台移动式龙门机架，除了工件重量以外工作台重量也非常重，如果长期加工较重的工件，导轨磨损加剧，加工精度会降低。
而移动式机架是横梁移动，工作台不动，具有非常好的承载能力，导轨磨损小且稳定，能保持长久的加工精度，因此采用移动横梁式的龙门机架。
主轴架横向移动，完成宽度（X方向）的切削，主轴架上下运动，完成深度（Z方向）的切削，横梁纵向移动，完成长度（Y方向）的切削。
主轴部分采用220V水冷高速电主轴，轴端装有钻夹头用来装夹刀具，传动部分采用步进电机驱动滚珠丝杠实现各个方向的铣削加工，并用直线导轨实现导向。
2 控制系统设计2.1 系统控制方式分析本数控铣实训台架控制系统主要由三部分组成：数控装置、主轴驱动系统和进给驱动系统。
基于mach3的数控雕铣机模型原理
基于mach3的数控雕铣机模型一、项目的背景教育部提出中职教育应“坚持以服务为宗旨，以就业为导向，进一步更新教育教学思想和观念”。
我校机电专业、数控技术应用专业采用校企联合、订单式教育的新型职教模式，真正为企业培养中级技能型的人才。
数控编程是该专业的一门重要的技能课，根据企业对该专业的用人要求，及时调整教学计划。
在教学中按教学计划和学生的认知规律实施和组织教学，保证每一届学生在数控编程技术的技能水平上都紧跟企业的步伐达到企业的要求。
本模型是根据作者教学经验，总结生产实践，结合教学需要设计制作出来的一款操作简单、成本低廉、功能全面的数控雕铣机模型。
二、工作原理本设计的目的就在于用国外比较成熟的数控软件Mach3+三轴步进电机驱动板+机械滑台设计出一款模型，既要满足实际教学的需要，又要价格低廉，弥补学校教学经费的不足，既要结构简单，又要满足教学的需求。
该模型采用A3977或Ta8435 CNC三轴步进电机驱动板，配上相应的电源、电动滑台，利用比较成熟的数控雕刻上位机控制软件Mach3，构成了一个完善的基于mach3的数控雕铣机模型。
其原理图如下：PC+Mach3 步进电机驱动板X轴步进电机Y轴步进电机Z轴步进电机X轴滑台Y轴滑台Z轴滑台1.并口接口定义（公座）并口使用一条25针标准并口延长线与电脑连接，软件根据引脚定义来设置IO输出管脚序号定义信号方向（控制板）1 A时钟（主轴控制共用）输出2 X时钟输入3 X方向输入4 Y时钟输入5 Y方向输入6 Z时钟输入7 Z方向输入8 Y使能输入9 Z使能输入10 急停输出11 X限位输出12 Y限位输出13 Z限位输出14 X使能输入15 EXT1 备用输入16 A方向输出17 A使能输出18~25 GND（接地）接地2.Mach3 设置（注意mach3不太稳定,X轴设置自己会变掉）1.设置端口选择菜单config >> port & pins三、采用的科学方法、科学原理1、部件采用模块化，便于维修。
基于MACH3的实验型数控铣床设计
基于MACH3的实验型数控铣床设计摘要：本文以MACH3为软件平台，运用UG软件设计数控铣床三维模型，并依据模型完成床身及机械结构安装。
通过硬件电路和MACH3板卡连接上位机和铣床，实现数控铣床的加工。
该实验设备可用于数控技术、机床概论、机械制造工艺学等课程的理论与实验教学。
关键词：MACH3 UG 数控铣床实验中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0108-02自从数控技术引进我国以来，对我国现代化制造业影响极大，各企业对数控人才的需求也在不断增加[1]。
为满足企业对高水平技术性人才的需求，国家也正在号召各高等院校向应用型人才培养方面转型。
对于机械类专业的学生来说，不仅需要掌握好理论知识，掌握先进的制造工艺及技术也十分必要。
因?悼鼗?床价格昂贵，国内各大高校对数控设备的配备较少，远不能满足应用型人才的培养要求。
本实验型数控铣床造价较低，功能齐全，不仅可以提高实验教学质量，也可以满足学生提高动手操作能力的需求。
1 实验装置总体设计框架本实验装置主要由上位机、电气控制柜、铣床主体三大部分组成[2]。
其中MACH3软件安装在上位机上，电气控制器件及MACH3控制板卡安装于电气控制柜，机床传动、执行部件及相应传感器安装于铣床主体。
工作过程中，由上位机发送控制指令或G代码至MACH3控制板卡，控制板卡解读指令，并发送执行命令至各执行部件，在执行部件运动过程中各传感器（如：位置检测传感器、软限位、硬限位信号传感器等）将检测到的信号传送给MACH3控制板卡，控制板卡依据检测到的信号确定下一步指令的发送，总体框架图如图1所示。
2 数控铣床模型建立数控铣床床体模型主要由床身、X、Y、Z轴传动模块、主运动模块、传感器模块构成。
本文依据各零部件型号，用UG软件设计其各零部件三维图形，并将各零部件装配成型，如图2所示。
2.1 X、Y、Z传动模块数控铣床X、Y、Z三个坐标轴的运动主要是通过MACH3软件发送运动指令至MACH3板卡，然后由板卡解析运动指令后发送相应脉冲至电机驱动器，实现某个坐标轴的运动。
基于Mach3的开放式数控车床系统换刀宏程序开发
图 １ 控 制 系 统 框 图
Ｍ ａ ｈ 是 一 款 对 运 行 环 境 要 求 不 高 的 开 放 式 ｃ３
软 件 ， 一般 的Ｐ Ｃ机 就 可 以满 足 其 运 行 要 求 。该 软 件 不 仅 具 有 一 般 数 控 设 备 所 需 要 的功 能 ，还 具 有 很 强 的 扩 展 能 力 ，可 根 据 用 户 需 要 外 加 诸 如 触 摸
还可 以根 据 自己的喜 好 自行定 制软 件界 面 。
动 系统 ； 电 源 、接 口板 、 各 轴 限 位 开 关 、原 电开
关及 对 刀器 构成 辅 助 系统 。 在 加工 过 程 中 ， 由Ｐ 机 加 ＭＡＣ 软 件 构成 的 Ｃ Ｈ３ 运 动 控 制 核 心 负责 对 加 载 的 刀 路 文件 进 行 处 理 ， 并 将 处 理 后 的数 据 通 过 接 口板 发送 到 各 轴 向 驱 动
王建强 ，潘王琴 ，张棉好
Ｗ ＡＮＧ ｉ — ｉｎ 。 ＡＮ ａ ｇ ｑ ｎ ＺＨＡＮＧ ａｎ ｈ ｏ Ｊａｎ ｑａ ｇ Ｐ Ｗ ｎ ．ｉ， Ｍｉ － ａ
（ 浙江师范大学 职业 技术教育学院 ，金华 ３ １ １ ） ２ ０ ９ 摘 要 ：首先构建 了基于 Ｐ ＋Ｍａ ｈ 平 台的数控 车床开 放式控制系 统 ，为 实成 电动 刀架的自动换 刀功 Ｏ ｃ３
器 上 控 制 各 轴 步 进 电机 运 动 ： 由 电 源 模 块 提 供 整 个 控 制 系 统 所 需 要 的 电力 ； 由各 轴 限 位 开关 、原
收稿日期：２ １－１－０ ０１ １ ８ 基金项 目：浙江省教 育厅 科研 项 目资助 （ ０ １ １ １ ） Ｙ２ １２ ４ ９ 作者简介：王建 强 （ ９ ２一），男 ，浙江 肖山人 ，实验师 ，硕士 ，研究 方向为先 进制造技术 。 １７
小车床改造mach3数控车车圆球车螺距攻略
Mach3数控车车圆球车螺距很多朋友在搞自己的数控车！真正搞好的没有几个！我算是其中一个吧！包括机器改造！和软件设置！数控编程应用！这三样算是都搞定了！机器改造算是最简单的！不过也有核心技术。
特别控制板的选择！我自己研制了一种4轴数控车主板！支持正规6线编码器安装！车螺纹和读取数据很精确！没转600多个脉冲！编码器和大车床改数控的是一样的！价格也不贵有喜欢的朋友可以联系我！下边说一说有的朋友想用雕刻机主板该数控车的！雕刻机的3—6轴控制板基本在数控车上不好用！也就是只能加工平面！车制螺纹的话就基本不好用了。
主要原因是它不支持主轴编码器编写！大家都知道，车螺纹时候必须转速和进给要成比例！也就是要读取出主轴转速。
转速的读取有的朋友用的光电开关和码盘配合！车螺纹这个配合也可以！但是精度一般！因为会有延迟和邂逅。
毕竟码盘上是单孔的！转到孔那里他才识别一个脉冲！为一转！这样的精度太马马虎虎了。
大家都知道家用电不是那么稳订！如果转到半圈时候电压不稳主轴停顿了那么z轴还是在恒速前进。
而罗纹就有点不规则了！再重复一边就会有的螺纹尖度很好有的地方就尖度矮了！因为不稳定重复的一次把前一次不规则的车去了！所以要选好主板是关键！别以为改机器最难！其实最容易！最难得是系统参数设置和数控编程！这些对于买我主板的朋友我可以免费试教！提供技术支持！现在这一类数控车的资料网上和书本上都少的可怜！也不会有任何人会在网上大肆的宣传技术！毕竟都是自己摸索和实践出来的不舍得传授我可以让你们少走很多弯路！mach3编程gm代码和正儿八经广州数控南京的再就是沃的都不一样！mach3的编辑要比较复杂点！代码应用！和实例都和那些有很大不同！以车螺纹说吧！例m3s400f60G00x10z2 车一个m10*1的螺丝吧！G76x8.8z-20q1134096279j0.3G00x15Z2M30看一下吧！多复杂！广数的就简单多了！例m3s400G00x10z2G92x9.5z-20f1X9z-20X8.8z-20G00x15Z2M30看着就简单还明了！！Mach3那些字母车螺纹标准例句格式g76 x y q p h I r k l c b t j构成一个完整的车螺纹程序！看着就晕！！再就是加工圆球！加工圆球圆弧g02 g03 我好不容易搞了一星期终于搞好了！包括参数设置！。
基于MACH3系统的桌面式数控教学仪器的设计与开发
基于MACH3系统的桌面式数控教学仪器的设计与开发1.引言数控技术在现代制造业中发挥着重要的作用，因此对于数控技术的教学越来越受到重视。
为了提高数控技术的教学效果，本文提出了一种基于Mach3系统的桌面式数控教学仪器的设计与开发方案。
2.仪器的设计要求（1）功能全面：仪器需要具备基本的数控加工功能，如直线插补、圆弧插补等，同时还需要支持一些高级功能，如刀补偿、仿真等。
（2）操作简单：仪器的操作界面应该简单直观，易于操作，以提高学生对数控技术的理解和掌握。
（3）实时反馈：仪器应该能够实时显示加工过程中的加工轨迹和加工效果，以帮助学生及时调整参数和纠正错误。
（4）可靠稳定：仪器应该具备良好的稳定性和可靠性，以确保教学过程的顺利进行。
3.系统的硬件设计（1）主控板设计：主控板是整个系统的核心，它负责与电脑通信，并控制各个执行模块进行相应的动作。
主控板需要与电脑连接，并且支持USB通信协议。
（2）执行模块设计：执行模块包括驱动模块和电机模块。
驱动模块负责将主控板发送的指令转化为电机能够执行的动作，并反馈给主控板执行结果。
电机模块负责实际的运动和加工过程。
4.系统的软件设计（1）Mach3系统定制化：Mach3系统是目前广泛应用于数控系统的一种软件，但是由于其功能较为复杂，对于初学者来说不易操作。
因此，本文将对Mach3系统进行定制化，减少一些无用的功能，并增加一些对教学有帮助的功能，如图形仿真、实时反馈等。
（2）操作界面设计：根据教学的需要，设计一个简洁直观、易于操作的界面，以提高学生对数控技术的理解和掌握。
界面应该包括加工参数的设置、图形的显示和实时反馈等功能。
（3）教学内容设计：根据数控技术的教学大纲，设计相应的教学内容，包括基本加工过程、高级加工过程和故障排除等。
并将这些教学内容与仪器的操作界面相结合，使学生能够通过实际操作来学习和理解数控技术。
5.仿真与测试在设计和开发完成后，对仪器进行仿真和测试，验证其设计的正确性和可行性。
基于Mach3的教学型数控车床的研究
基于Mach3的教学型数控车床的研究一、绪论1.1 研究背景随着数控技术的发展，数控设备已逐渐替代传统机床，成为现代机械制造的重要工具。
机械专业学生在学习加工技术时，需要通过实践操作来提高自己的技能水平。
然而，传统机床存在一些不足之处，例如加工精度难以保证、操作难度大等等，影响了学生的学习效果。
因此，研究教学型数控车床成为了当前的研究热点。
1.2 研究目的本文拟研究基于Mach3的教学型数控车床，旨在探究该机床的性能特点、操作方法和教学应用，为学生提供一个更加高效、精准的教学平台，提升学生的学习效果和技能水平。
二、Mach3数控系统的介绍2.1 Mach3数控系统的特点Mach3是一款成熟稳定的数控系统，具有以下特点：•界面简洁，易于操作；•支持多种机床类型，包括铣床、钻床、车床等；•具有较高的运动控制精度；•支持多种主流的G代码和M代码。
2.2 Mach3数控系统的安装和调试Mach3数控系统的安装和调试相对简单，步骤如下：1.安装Mach3软件；2.将电脑和数控板连接；3.配置数控系统，并进行调试。
2.3 Mach3数控系统的操作方法Mach3数控系统的操作方法主要包括以下几个步骤：1.打开Mach3软件；2.导入G代码；3.设置切削参数；4.进行加工操作。
三、教学型数控车床的设计与实现3.1 教学型数控车床的设计方案教学型数控车床的设计方案主要包括以下几个方面：1.机床结构设计；2.数控系统和控制器的选型；3.加工模拟软件的编写。
3.2 教学型数控车床的实现教学型数控车床的实现主要包括以下几个步骤：1.根据设计方案，完成机床的结构设计和制作；2.安装并配置Mach3数控系统；3.编写加工模拟软件，并进行测试。
四、教学应用与效果评估4.1 教学应用教学型数控车床可应用于以下几个方面的教学：1.数控技术的基础知识教学；2.数控编程操作技能的培养；3.整体加工技能的训练。
4.2 效果评估为了评估教学型数控车床的效果，我们可以从以下几个方面进行评估：1.学生的学习效果和技能水平提升情况；2.教学情境中机床的使用效果；3.教学型数控车床的实用价值和应用前景。
mach3数控铣床教学课件
操作要求:
操作人员要求: 应保持机床周围环境的整洁,混乱的环境只会带来
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(3) Z轴
移动刀具,使刀具接到工件的上表面,当刀具刚好 接触到工件上表面时,点击系统界面中的“偏移 量”,然后将此界面中
右侧所对应的X、Y、Z坐标值输入到左侧的‘当 前部件偏移量’所对应的坐标中。
对刀完成后就可以加工了,点击 动加工。
即可自
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7.数控编程
9.编程格式
1、程序段序号 :N10 N20 2、准备功能:G00－G99 是使数控装置作某种操作的
(2)关闭Mach3 系统;
(3)关闭机床左侧的机床电源开关。
注意事项:在开机后必须使机床返回机床原 点位置(点击Mach3系统界面中的
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4. 机床的运行控制:
数控机床的控制分为连续运行控制和点动运行控制。 键盘左上方的Tab键为手动与点动转换界面的控制键。 在Mach3系统界面中按一下键盘左上方的Tab键,在界面的
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Mach3最低要求: Windows 2000/XP的操作系统 1GHz的处理器 512MB内存 非综合视频卡的32MB记忆体 基本的计算机技能(有能力复制、重命名文件、
浏览目录等) 台式机,如果使用Mach3驱动(笔记本电脑不支
持,因为省电的芯片组织能干扰脉冲流)
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操作前: 当机床停止使用或在电源插座插入插座之前,开
关务必处在“关”的位置; 切勿尝试使用不适当的辅助机构并进行超负荷运
基于MACH3的教学型五轴联动数控铣床的电气控制系统设计
接线图如图6、图7所示。 1.3主轴系统控制——变频器+主轴电动机
变频器（如图8）是通过改变电机工作电源频率方式 来控制交流电动机的电力控制设备⑸。我们选用1- 5 kW 的风冷主轴电机，型号为TDK80 -1.5F-24K,接线图如 图9所示。
Abstract: The purpose of this paper is to reduce the cost of small and medium - sized enterprises and school five - axis
CNC machine tools, and promote the training o£ five - axis CNC technology application talents. Designed a UG - based
通讯作者：郭鹏远(1981 -),男，黑龙江方正人，工学硕士，研 究方向：模具设计与制造、CAD/CAM/CAE、智能制 造与数控技术° E - mail：471952724@ qq. como
图2控制系统硬件结构 图3 MACH3控制器实物图
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农机使 用 与 维修
2019年第8期
铳床的硬件结构。通过我们的努力,将大型五轴联动数控 铳床微型化后搬进实验室或车间，让更多学员更好地掌握 五轴联动数控铳床的加工原理与机床结构,方便于教员教 学和科研。
Cao Chuanchuan1 , Guo Pengyuan1 , Yang Dakui2
(1. Chongqing University of Arts and Science, Chongqing 402160, China ；
2. Chongqing city vocational college, Chongqing 402160, China)
基于MACH3系统的桌面式数控教学仪器的设计与开发
232基于MACH3系统的桌面式数控教学仪器的设计与开发李星原 陈 银（浙江经贸职业技术学院应用工程系，浙江 杭州 310018）摘 要：本项目将结合调研需求提出基于Mach3的教学型数控铣床的技术指标，并对教学型数控铣床进行总体方案设计，开展机械结构的设计、硬件选型、电气控制、Mach3软件参数调试、界面优化、模拟样机搭建、测试与试验等研究工作。
关键词：Mach3软件；教学型铣床；创新【作者简介】 李星原（1999—)，男，大专，研究方向：数控编程与加工，机械创新设计。
陈银（1980—），男，硕士，研究方向：数控编程与操作，CAD/CAM软件应用。
引言“中国制造2025”战略规划中指出我国要用十年的时间使制造业达到发达国家的标准和水平，其核心是智能制造。
教学仪器设备在提高高职院校学生职业技能水平起着举足轻重的作用，培养满足智能制造需求的技能型人才离不开高端精细化实体教学仪器的投入。
为此，根据培养技能型人才的实际需求，同时培养学生科技创新意识方面，急需研发出一种集机电一体化、数控雕刻、激光雕刻、数控铣加工、多轴加工等于一体的，简洁地把庞大的知识结构和实际操作相结合，清晰了解各个系统工作原理与内部结构，能较好展现出数控雕刻、数控加工、多轴加工工作原理与过程的多功能教学仪器为当下之所需。
一、工业制造相关教学仪器分析痛点1：数控教学仪器功能单一，价格昂贵，比如：一台多轴加工中心就需要50万元以上，有些院校即便采购，数量也有限，很多还停留在虚拟仿真阶段，无法满足实训要求。
痛点2：数控实验实训仅仅停留在应用验证与应用实践阶段，无法做到二次开发。
目前多数职业院校的数控实训主要分为加工实训和装调实训。
加工实训主要以使用典型的数控系统进行数控加工实训，学生只是学会使用了某种数控系统的基本界面操作，不能进行二次开发。
数控装调实训，也只能在厂家提供的功能上进行相关的实训，不能根据自己的实训要求灵活进行新实训项目的开发。
基于Mach3平台的数控铣床自动对刀研究
孔 的工 件 原 点 一 般 设 置 在 其 上 表 面 圆 心 处 ，如 图
１（ ｂ ） 、（ ｃ ）所示 。Ｘ Ｙ方 向的对刀 一般采 用 刀具 试 切法或寻边器碰边 的方式 ¨ ４ ］ ，常用 的寻边器有光 电式 寻边器 （ 见图 ２ ） 、偏心式寻边器 （ 见图 ３ ） ，寻边 器
碰边方式 因不伤工件表面 ，所 以已经渐渐取代 了刀具
２ ０ １ ７年 ４月
机床 与液压
Ｍ ＡＣ ＨＩ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬ Ｉ ＣＳ
Ａｐ ｒ ． ２ ０ １ ７ Ｖｏ １ ． ４ ５ Ｎｏ ． ８
第４ ５卷 第 ８期
Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ８ ． ０ ０ ６
点通常与工件 的工艺基准重合 ，因此程序原点又被称
为工件原点 。工件原点的确立一般是通过 回参考点建
立了机床 坐标 系后 ，再 对 工件 采用 对 刀操 作来 完成 的 ］ 。方形规则毛坯工件原点一般设 置在几何 中心或
４个角点处 ，如 图 １ （ ａ ）所示 ，圆形 毛 坯 或 已加 工
ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｘ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ ２ １ ０ ０ ８ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ＮＣ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｗ ａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｏ ｌ ａ ｌ ｉ ｇ ｎ ｅ ｒ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｗ ａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ，ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ
浅谈基于平台的数控车床编程与操作混合式教学设计与教学实施
①本文系莱芜职业技术学院混合式教学改革立项课题“数控车床编程与操作”的研究成果。
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专业教学
课题
例如：工件装夹与定位、对刀、量具使用、机床操作等知识点，现场录制实操视频，学生观看视频后一目了然；编程指令的刀路轨迹 通过动画等形式演示等。这些都在不同程度上解决了因为课上教学现场环境噪声大，数控车床设备观看受视角影响，不能清晰地观看 教师讲解，同时，教师示范后不一定全部环节都牢记于心等问题。
尝试编写程序单
7.观看对刀操作视频
8.观看螺杆加工视频
9.观看质量检测 & 质量控制视频
通过课前学习，仍存在的 问题
填写调查问卷 & 在线讨论
编制 & 优化程序
根据课前作业 & 收集的问题， 分小组讲解
仿真加工验证
优化程序
验证
……
实操
质量检测 质量控制
提交产品
课后
拓展（5 分）
最终评价
优秀团队（每人加 5 分） 编程高手（最高加 10 分）
课前，教师依托清华在线网络教学平台上传知识点、设置考核点，学生进行线上学习、讨论、完成作业等，教师实时在线答疑解惑， 及时了解学生学习情况；课中，教师根据课前学生完成情况进行分组教学，有针对性地讲解，学生借助仿真软件反复验证程序，优化程 序，最终加工出合格产品；课后，发布新的案例，适当增加难度，选择案例时考虑与下节课内容的衔接，在拓展的同时导出下节课内容。
混合式教学（Blended Learning），是指将在线学习与常规面授（FTF）相结合的教学模式。学生利用线上资源自主学习，教师在线下 与学生进行深入探讨、互动，在很大程度上提高学生的学习兴趣和学习主动性，进而提高教学质量、取得最佳教学效果。施行混合式教 学模式，需要课程主讲教师精心选取教学内容、认真进行课程设计、将课程内容整合、划分为线上、线下学习资源，因此，混合式教学需 要依托网络平台得以实施。清华教育在线是清华大学教育技术研究所开发的网络教学平台，在国内各类学校中被广泛应用。本文以数 控车床编程与操作课程中“螺杆编程与加工”单元为例探讨混合式教学设计及教学模式的实施。
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基于Mach3的教学型数控车床的研究
摘要:本文根据教学的需要,利用Mach3控制软件作为开放式控制系统,设计并制造了集数控车床水平床身与倾斜床身于一体的新型可视化数控车床教学模型,直观展现数控车床结构,可以用于数控课程的教学。
在机床装有微动开关,用它控制工件运动或自动进刀的行程,避免发生碰撞事故。
并对尼龙、木材或工程塑料等试切,加工效果良好,满足教学需求。
关键词:教学型数控车床可视化Mach3软件微动开关
开放式数控系统是能够在多种平台上运行,可以和其他系统互操作,并能给用户提供一种统一风格的交互方式。
具有可互换性、可伸缩性、可移植性、可扩展性等特征,是当前数控技术发展的主要趋势。
鉴于此本文采用了基于Mach3的纯软件开发式数控系统作为控制系统的教学型数控车床。
文献[1]利用Mach3软件对经济型数控铣床进行改造,满足了数控铣床操作方便、价格低的特点,试切效果良好。
文献[2]通过Mach3软件完成了对经济型数控铣床试验台的研发,开发出一种价格低廉、结构简单的简易型数控铣床,可用于数控原理等课程的实验教学。
文献[3]～[5]提出了对教学型数控机床的研制,实现了操作方便、结构简单等特点。
文献[6]提出了对数控机床的设计、改装,实现了降低成本、教学、生产、实践的有机结合。
在此基础上本文利用Mach3软件设计了一台可视化教学型数控车床,从最初的机床的设计、选型,到装配,调试,以及到最后的试件加工,除了同时具备上述机床
开发成本低、操作方便、结构简单特点外,这套教学型数控车床还具备以下特点:(1)完整性;(2)可视化的外壳,可清晰观察到数控车床在工作时的内部工作原理和工作过程,直观的展现数控车内部结构,从而便于教学讲解和使用;(3)安全系数高,可以避免人机事故的发生;(4)满足学生“好奇、好动、好学”的特点,更能锻炼学生的综合分析能力和应用能力;(5)实习材料(尼龙、木材或工程塑料)价格低。
1 数控车床的工作过程及总体设计思路
1.1 数控车床的工作过程
该车床的结构与一般的数控车床组成基本相同,主要由车床本体、数控系统(通用计算机+Mach3板卡+Mach3控制软件)、伺服系统、检测装置和辅助装置5大部分组成,由硬件和软件共同完成控制工作。
工作过程如图1所示。
1.2 总体设计思路
数控车床的控制系统为全软件开放式控制类型,CNC的全部功能均由PC实现,并通过装在PC机上扩展槽的伺服接口卡对伺服驱动等进行控制。
PC机上的数控系统软件为Mach3软件,控制卡为标准化商用CNC控制板,完成对两相步进电机的驱动。
总体设计框图如图2所示。
Mach3软件发出控制信号,通过接口板分别向X、Z轴发出控制脉
冲,进而驱动X、Z向进给机构实现进给运动;向机床主轴的控制以继电器发出控制信号,来实现主轴的正转、反转、停止的控制。
行程开关通过控制板向Mach3反馈检测信号,以保证操作安全可靠。
2 数控车床的设计
2.1 主要部件选型
本文设计的一台集数控车床水平床身与倾斜床身于一体的新型可视化数控车床教学模型,利用销钉和辅助销钉定位来实现旋转。
由于本设计主要起演示和展示切削原理及控制原理的作用,因此,根据需要,本设计的主要部件选型如表1所示。
可视化数控车床效果如图3所示。
2.2 行程开关
本设计采用微动开关作为行程开关,因为它兼具尺寸小、反应灵敏、容易安装的特点。
选用KW11-3Z型号微动开关,COM是公共端;ON闭合;NC(NOT CONNECT)断开。
本文采用微动开关的常开触点(COM接GND,ON接板卡端子),当工作台撞到微动开关时,表明到达极限位置,机械位移转变成电信号(ON闭合),通过接口板迅速反馈Mach3控制系统,机床复位,电机停止运转,对电机和机床起保护作用,下次启动需重新复位。
微动开关切换时间为5～15 msec。
与板卡连线接口如表3所示。
因为每个轴有两个极限位置,即各轴正负极限位置(电机正、反转的极限位置)。
微动开关与板卡接口如图4所示。
3 控制系统设计
3.1 软件介绍
Mach3 CNC控制软件是开放式数控系统,操作简单,维护方便, 具有开放性、性能稳定、价格低廉的新型数控系统。
标准PC电脑完全转换为全功能的CNC控制器,可以实现最高6轴连动CNC控制,直接支持多种DXF、BMP、JPG文件格式输入、视觉G代码显示、直接生成G代码、主轴转速控制、多重继电器控制、手摇脉冲生成,包括大量加工策略、视频展示、可以用触摸屏、全屏显示、数字化、三维动态显示跟踪、自动对刀、程序跳段执行(断点记忆)系统具有螺距误差补偿、反向间隙补偿、刀具长度补偿、刀尖半径补偿及磨损补偿功能。
轴向运动加速度及速度调节界面可根据其实情调整适应高速高精度加工。
3.2 Mach3设置
(1)打开Mach3软件,在公英制设置中选择毫米(1英寸=25.4 mm),由于并口选择和传输速度一般都只使用一个并口,不必进行设置,采用默认即可,其他参数要根据界面进行相应的设置。
Mach3驱动程序可以在25000 Hz、35000 Hz、45000 Hz的频率下工作,Mach3的运行频
率与电脑处理器的速度和处理器加载的进程有关,本设计采用的驱动频率为25000 Hz。
(2)微动开关在软件上的设置如下:在工作界面的“输入信号设置”中进行设置,25针并口有5个输入端口,分别是10～13和15,每个轴要用到2个微动开关即用到2个输入口(只需设置软件中的X++,X--,Z++,Z--即可,X home和Z home在此处没有用到可以不用设置),信号为低电平有效。
(3)Mach3的输入和输出信号是二进制数字,输入信号是通过并口加在输入针脚上的电压,输出信号是输出针脚上的电压。
3.3 电机调试
窗口右边的轴选择区域用于选择需要设定参数的轴,左边的曲线图反应了参数设定后步进电机运行是加速—稳定—减速的变化曲线,在两者之间的Velocity调整块用于快速的调整步进电机的最高运行速度,这里的速度不是电机转速,而是电机带动丝杠丝杠带动工作台的最终最大移动速度。
这里的参数关系到步进电机的旋转运动正确的转换到工作台的直线运动。
参数Steps per:这个参数是决定了工作台每运动1mm,步进电机需要多少个脉冲。
计算方法=(步进电机旋转1圈的标准脉冲数×驱动器细分数)/丝杠导程(导程也就是螺距,如果丝杠不是直接连接电机而是通过减速后连接则计算结果还需要再乘以减速比)。
参数Acceleration Inn’s or mm´s/sec/sec:这个参数是决定了电机由停止到最高速或者由最高速到停止的启动与停止加速度,根据需要进行相应的设定,采用的具体参数如图5所示。
4 试切验证
选择毛坯为Φ25×45的尼龙材质毛坯进行试切削。
零件图如图6所示,程序测试仿真图如图7所示。
5 结论
本文设计并制作了一台教学型数控车床,该数控车床实现了数控车床基本功能,能够进行内外廓的车削加工;能够对硬度较低的材料进行车削并保证一定精度;实现了数控车床结构和原理的可视化,达到了教学应用的目的。
在以后的工作中,要进一步完善模型的主轴控制系统、X轴向行程在进一步加大、辅助功能的完善等,使车床模型更加完善。
参考文献
[1] 王建军,武秋俊,张勇等,Mach3 在经济型数控铣床改造的应用[J].科技信息,2012(32):164.
[2] 王建强,基于Mach3的经济型数控铣床试验台的研发[J].新技术新工艺,2012(1):4-5.
[3] 马建.教学型数控综合试验台的研究与开发[D].合肥工业大学,2010.
[4] 张海云,赵玉刚,教学型数控车床的研制[J].制造业自动化,2009(11):126-127.
[5] 韩庆国,魏修亭.多功能教学型数控车床的设计与开发[J].现代制造技术与装备,2009(4):1-2.
[6] 胡适军,丰二中,经济型数控车床设计、改装的实践与思考[J].浙江交通职业技术学院学报,2003(1):26-28.
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[10] Mach3互动百科[EB/OL]/wiki/Mach3 2013-04-07.。