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Mach3 铣床使用说明


Mach3 铣床使用说明

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公司翻译 (草案) 此版本 是 Mach3 铣床 1.84 版

目录
1. 2. 2.1 3. 3.1
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7

序言 ...................................................................................................... 1-1 数控加工系统介绍................................................................................. 2-1 数控加工系统的构成.................................................................................2-1 Mach3 数控软件综述............................................................................ 3-1 安装 ...........................................................................................................3-1
下载 ................................................................................................................................. 3-1 安装 ................................................................................................................................. 3-1 必需的再启动 .................................................................................................................. 3-2 桌面快捷方式 .................................................................................................................. 3-2 安装测试.......................................................................................................................... 3-3 Mach3 失灵后的驱动程序测试........................................................................................ 3-3 手动安装和卸载驱动程序注意事项 ................................................................................ 3-4

3.2
3.2.1 3.2.2 3.2.3

界面显示....................................................................................................3-5
界面显示对象 .................................................................................................................. 3-5 按钮和快捷键的使用....................................................................................................... 3-5 数字读出器的数据输入 ................................................................................................... 3-6

3.3 3.4
3.4.1 3.4.2

点动 ...........................................................................................................3-6 手动数据输入和施教.................................................................................3-7
手动数据输入 .................................................................................................................. 3-7 施教 ................................................................................................................................. 3-7

3.5 3.6 3.7
3.7.2

加工策略—特别 CAM 程序 ......................................................................3-8 运行 G 代码程序 .......................................................................................3-9 刀具轨迹显示 ............................................................................................3-9
刀具轨迹显示窗口的移动和缩放.................................................................................. 3-10

3.7.1 查看刀具轨迹 ......................................................................................................... 3-9
3.8 4. 4.1 4.2 4.3 4.4
4.4.1 4.4.2 4.4.3

其他屏幕显示特点 ..................................................................................3-10 硬件和机床的连接................................................................................. 4-1 安全警示....................................................................................................4-1 Mach3 的控制范围 ....................................................................................4-1 紧急停止控制 ............................................................................................4-2 电脑并口....................................................................................................4-3
并口及其并口 .................................................................................................................. 4-3 逻辑电平.......................................................................................................................... 4-3 电流干扰及排除方法....................................................................................................... 4-4

4.5
4.5.1 4.5.2
Using Mach3Mill

轴驱动的选择 ............................................................................................4-5
步进电机和伺服电机....................................................................................................... 4-5 计算轴驱动 ...................................................................................................................... 4-6
ii Rev 1.84-A2

Contents

4.5.3

步距和方向信号如何工作 ............................................................................................... 4-7

4.6
4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 4.6.5 4.6.6

极限开关和复位开关.................................................................................4-7
策略 ................................................................................................................................. 4-7 开关 ................................................................................................................................. 4-8 开关的安装位置 .............................................................................................................. 4-9 Mach3 如何使用共享开关 ............................................................................................... 4-9 运行中的基准 ................................................................................................................ 4-10 其他复原和限位选项及注意事项.................................................................................. 4-10

4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 5. 5.1 5.2
5.2.1 5.2.2 5.2.3

主轴控制..................................................................................................4-11 冷却剂......................................................................................................4-13 刀具直接控制 ..........................................................................................4-13 数字化探测器 ..........................................................................................4-13 玻璃码盘线形编码器...............................................................................4-13 主轴指引脉冲 ..........................................................................................4-14 电荷泵-脉冲监控器 .................................................................................4-14 其他功能..................................................................................................4-14 根据机床和驱动装置配制 Mach3.......................................................... 5-1 配制策略....................................................................................................5-1 初始配制....................................................................................................5-1
定义接口地址 .................................................................................................................. 5-1 定义驱动频率 .................................................................................................................. 5-2 定义特殊功能 .................................................................................................................. 5-2

5.3
5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.5

定义输入输出信号 ....................................................................................5-2

轴和主轴的输出信号....................................................................................................... 5-2 输入信号.......................................................................................................................... 5-3 输入信号仿真 .................................................................................................................. 5-4 输出信号.......................................................................................................................... 5-4 定义编码器输入 .............................................................................................................. 5-5 5.3.5.1 编码器.................................................................................................................... 5-5 5.3.5.2 电子手轮 ................................................................................................................ 5-5 5.3.6 配置主轴.......................................................................................................................... 5-6 5.3.6.1 冷却剂控制 ............................................................................................................ 5-6 5.3.6.2 主轴继电器控制..................................................................................................... 5-6 5.3.6.3 电机控制 ................................................................................................................ 5-6 5.3.6.4 Modbus 主轴控制................................................................................................... 5-7 5.3.6.5 通用参数 ................................................................................................................ 5-7 5.3.6.6 滑轮比率 ................................................................................................................ 5-7 5.3.6.7 特殊功能 ................................................................................................................ 5-7 5.3.7 铣床选项标签 .................................................................................................................. 5-8 5.3.8 测试 ................................................................................................................................. 5-8

5.4 5.5
5.5.1

定义单位....................................................................................................5-9 电机调试....................................................................................................5-9
计算单位脉冲数量........................................................................................................... 5-9 5.5.1.1 计算机械驱动装置 ................................................................................................. 5-9 5.5.1.2 计算电机单位步数 ............................................................................................... 5-10
iii Mach3 数控铣床使用手册

Rev 1.84-A2

5.5.1.3 计算电机每转 Mach3 需要产生的脉冲................................................................ 5-10 5.5.1.4 Mach3 单位脉冲................................................................................................... 5-11 5.5.2 设置电机最大速度......................................................................................................... 5-11 5.5.2.1 电机速度试验 ...................................................................................................... 5-12 5.5.2.2 计算电机最大速度 ............................................................................................... 5-12 5.5.2.3 单位脉冲的自动设置 ........................................................................................... 5-12 5.5.3 确定加速度 .................................................................................................................... 5-13 5.5.3.1 惯性和力 .............................................................................................................. 5-13 5.5.3.2 测试不同的加速度 ............................................................................................... 5-13 5.5.3.3 为什么要避免大的伺服误差................................................................................ 5-13 5.5.3.4 选择加速度 .......................................................................................................... 5-13 5.5.4 保存并测试轴的设置..................................................................................................... 5-13 5.5.5 配置其它轴 .................................................................................................................... 5-15 5.5.6 主轴电机设置 ................................................................................................................ 5-15 5.5.6.1 电机速度、主轴速度和变速滑轮 ........................................................................ 5-15 5.5.6.2 脉宽调制主轴控制器 ........................................................................................... 5-16 5.5.6.3 主轴步距和方向控制器 ....................................................................................... 5-16 5.5.6.4 测试主轴驱动 ...................................................................................................... 5-17

5.6
5.6.1

其他配置..................................................................................................5-18

复原开关和限位开关的配置 ......................................................................................... 5-18 5.6.1.1 基准速度和基准方向 ........................................................................................... 5-18 5.6.1.2 原点开关的位置 ............................................................................................... 5-18 5.6.1.3 配置软件限位 ...................................................................................................... 5-18 5.6.1.4 G28 原点位置....................................................................................................... 5-18 5.6.2 系统热键配置 ................................................................................................................ 5-19 5.6.3 回差补偿........................................................................................................................ 5-19 5.6.4 从属轴配置 .................................................................................................................... 5-19 5.6.5 配置刀具轨迹 ................................................................................................................ 5-20 5.6.6 配置初始状态 ................................................................................................................ 5-21 5.6.7 配置其他逻辑条目......................................................................................................... 5-22

5.7 6. 6.1 6.2
6.2.1

如何保存开遍文件 ..................................................................................5-24 Mach3 控制和运行工件程序 ................................................................. 6-1 介绍 ...........................................................................................................6-1 控制在本章如何解释.................................................................................6-1

界面开关控制系列........................................................................................................... 6-1 6.2.1.1 紧急复位(Reset) ................................................................................................ 6-1 6.2.1.2 表格........................................................................................................................ 6-1 6.2.1.3 界面选择按钮 ........................................................................................................ 6-1 6.2.2 轴控制系列 ...................................................................................................................... 6-2 6.2.2.1 坐标值数字读出器 ................................................................................................. 6-2 6.2.2.2 定义基准 ................................................................................................................ 6-2 6.2.2.3 机械坐标 ................................................................................................................ 6-3 6.2.2.4 缩放比例 ................................................................................................................ 6-3 6.2.2.5 软件限位 ................................................................................................................ 6-3 6.2.2.6 校验........................................................................................................................ 6-3 6.2.2.7 直径或半径修正..................................................................................................... 6-3 6.2.3 定义特殊功能 .................................................................................................................. 6-3 6.2.4 手动数据输入和施教控制系列........................................................................................ 6-3 6.2.5 点动控制系列 .................................................................................................................. 6-4 6.2.5.1 热键点动 ................................................................................................................ 6-4 6.2.5.2 并口或 Modbus 电子手轮点动 ............................................................................... 6-4 6.2.5.3 主轴速度控制系列 ................................................................................................. 6-5 6.2.6 进给控制系列 .................................................................................................................. 6-5
iv Rev 1.84-A2

Using Mach3Mill

Contents

6.2.6.1 进给单位每分钟..................................................................................................... 6-5 6.2.6.2 进给单位每转 ........................................................................................................ 6-5 6.2.6.3 进给显示 ................................................................................................................ 6-6 6.2.6.4 进给修调 ................................................................................................................ 6-6 6.2.7 程序运行控制系列........................................................................................................... 6-6 6.2.7.1 循环开始(Cycle Start)........................................................................................ 6-6 6.2.7.2 进给保持(Feedhold) .......................................................................................... 6-6 6.2.7.3 停止........................................................................................................................ 6-6 6.2.7.4 返回程序开头(Rewind) ..................................................................................... 6-7 6.2.7.5 单行程序运行(Single BLK)............................................................................... 6-7 6.2.7.6 程序反向运行(Reverse Run) ............................................................................. 6-7 6.2.7.7 行序数.................................................................................................................... 6-7 6.2.7.8 从这里开始(Run from here)............................................................................... 6-7 6.2.7.9 设置下一行()..................................................................................................... 6-7 6.2.7.10 删除程序行(Block Delete)................................................................................ 6-7 6.2.7.11 任选停止(Optional Stop) .................................................................................. 6-8 6.2.8 文件控制系列 .................................................................................................................. 6-8 6.2.9 刀具信息控制系列........................................................................................................... 6-8 6.2.10 G 代码和 刀具轨迹控制系列........................................................................................... 6-8 6.2.11 工件偏移量和刀具库控制系列........................................................................................ 6-9 6.2.11.1 工件偏移量 ......................................................................................................... 6-10 6.2.11.2 刀具 .................................................................................................................... 6-10 6.2.11.3 直接存储偏移量表.............................................................................................. 6-10 6.2.12 旋转直径控制系列......................................................................................................... 6-10 6.2.13 切线控制系列 ................................................................................................................ 6-11 6.2.14 极限和其它控制系列..................................................................................................... 6-11 6.2.14.1 输入激活 4 .......................................................................................................... 6-11 6.2.14.2 极限修调............................................................................................................. 6-11 6.2.15 系统设置控制系列......................................................................................................... 6-11 6.2.15.1 单位 .................................................................................................................... 6-11 6.2.15.2 安全 Z ................................................................................................................. 6-12 6.2.15.3 恒速模式和角极限.............................................................................................. 6-12 6.2.15.4 脱机 .................................................................................................................... 6-12 6.2.16 编码器控制系列 ............................................................................................................ 6-12 6.2.17 Z 轴自动控制系列 ......................................................................................................... 6-12 6.2.18 激光触发输出系列......................................................................................................... 6-13 6.2.19 自定义控制便利 ............................................................................................................ 6-13

6.3 6.4 6.5 6.6
6.6.1 6.6.2 6.6.3

使用加工策略 ..........................................................................................6-14 加载 G 代码工件程序 ..............................................................................6-15 编辑工件程序 ..........................................................................................6-15 手动准备和运行工件程序.......................................................................6-16
手写程序的输入 ............................................................................................................ 6-16 运行工件程序之前......................................................................................................... 6-16 运行程序........................................................................................................................ 6-17

6.7 7. 7.1 7.2
7.2.1 7.2.2

输入其它文件生成 G 代码 ......................................................................6-17 坐标系、刀具库和夹具 ......................................................................... 7-1 机床坐标系................................................................................................7-1 工件偏移量................................................................................................7-2
把指定点设为原点........................................................................................................... 7-2 机床实际原点 .................................................................................................................. 7-4

Rev 1.84-A2

v

Mach3 数控铣床使用手册

7.3
7.3.1 7.3.2

关于不同的刀具长度.................................................................................7-4
可预调刀具 ...................................................................................................................... 7-4 不可预调刀具 .................................................................................................................. 7-5

7.4 7.5
7.6 7.6.1 7.6.2

如何存储偏移量 ........................................................................................7-5 批量画图 – 夹具 ........................................................................................7-6
实际的"触摸" ...............................................................................................7-7 端铣刀 ............................................................................................................................. 7-7 寻边器 ............................................................................................................................. 7-7

7.7
7.7.1 7.7.2 7.7.3

G52 和 G92 偏移量 ....................................................................................7-7
使用 G52.......................................................................................................................... 7-8 使用 G92.......................................................................................................................... 7-9 注意 G52 和 G92.............................................................................................................. 7-9

7.8 8. 8.1 8.2
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4

刀具半径....................................................................................................7-9 DXF 格式文件和 HPGL 文件以及 图像文件的输入 ............................... 8-1 介绍 ...........................................................................................................8-1 DXF 格式文件输入....................................................................................8-1
文件加载.......................................................................................................................... 8-2 定义图层.......................................................................................................................... 8-2 转换选项.......................................................................................................................... 8-3 生成 G 代码 ..................................................................................................................... 8-3

8.3
8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.4

加载 HPGL 格式文件 ................................................................................8-4
HPGL 简介....................................................................................................................... 8-4 选择加载文件 .................................................................................................................. 8-5 输入参数.......................................................................................................................... 8-5 编写 G 代码文件.............................................................................................................. 8-5

8.4
8.4.1 8.4.2 8.4.3 8.4.4 8.4.5

BMP 和 JPEG 位图文件加载.....................................................................8-6
选择加载文件 .................................................................................................................. 8-6 选择复制方法 .................................................................................................................. 8-6 光栅复制和螺旋复制....................................................................................................... 8-7 点扩散复制 ...................................................................................................................... 8-7 编写 G 代码文件.............................................................................................................. 8-7

9. 9.1 9.2
9.2.1 9.2.2 9.2.3

刀具补偿 ............................................................................................... 9-1 补偿介绍....................................................................................................9-1 两种轮廓....................................................................................................9-1
材料边缘轮廓 .................................................................................................................. 9-2 走刀轮廓.......................................................................................................................... 9-2 切入动作编程 .................................................................................................................. 9-3

10. 10.1

Mach 2 G 代码 和 M 代码语言介绍..................................................... 10-4 几个定义..................................................................................................10-4
线形轴 ........................................................................................................................... 10-4 旋转轴 ........................................................................................................................... 10-4 缩放比例输入 ................................................................................................................ 10-4 被控点 ........................................................................................................................... 10-4 协调线形移动 ................................................................................................................ 10-4
vi Rev 1.84-A2

10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.1.4 10.1.5
Using Mach3Mill

Contents

10.1.6 10.1.7 10.1.8 10.1.9 10.1.10 10.1.11 10.1.12 10.1.13 10.1.14 10.1.15 10.1.16

进给 ............................................................................................................................... 10-5 圆弧移动........................................................................................................................ 10-5 冷却剂 ........................................................................................................................... 10-5 暂停 ............................................................................................................................... 10-5 单位 ............................................................................................................................... 10-5 当前位置........................................................................................................................ 10-5 平面选择........................................................................................................................ 10-6 刀具库 ........................................................................................................................... 10-6 换刀 ............................................................................................................................... 10-6 夹具梭动........................................................................................................................ 10-6 刀具轨迹控制模式......................................................................................................... 10-6

10.2
10.2.1 10.2.2 10.2.3

注释器与控制的交互作用.......................................................................10-6
进给修调和速度修调控制 ............................................................................................. 10-6 删除行程序控制 ............................................................................................................ 10-7 程序任选停止控制......................................................................................................... 10-7

10.3 10.4
10.4.1 10.4.2 10.4.3

刀具文件..................................................................................................10-7 工件程序语言 ..........................................................................................10-7
综述 ............................................................................................................................... 10-7 参数 ............................................................................................................................... 10-7 坐标系 ........................................................................................................................... 10-9

10.5

程序行格式............................................................................................10-10

10.5.1 程序行序号 .................................................................................................................. 10-10 10.5.2 子程序标号 .................................................................................................................. 10-10 10.5.3 功能字 ......................................................................................................................... 10-10 10.5.3.1 数值 ...................................................................................................................10-10 10.5.3.2 参数 ...................................................................................................................10-11 10.5.3.3 表达式和二元运算.............................................................................................10-11 10.5.3.4 一元运算值 ........................................................................................................10-11 10.5.4 参数设置...................................................................................................................... 10-12 10.5.5 注释和信息 .................................................................................................................. 10-12 10.5.6 条目重复...................................................................................................................... 10-12 10.5.7 条目顺序...................................................................................................................... 10-12 10.5.8 命令和机床模式 .......................................................................................................... 10-13

10.6

模态组....................................................................................................10-13

10.7 代码参考 ..................................................................................................10-13 10.7.1 快速直线移动 - G0 ...................................................................................................... 10-16 10.7.2 以进给直线切削 - G1................................................................................................... 10-16 10.7.3 以进给圆弧切削-G2 和 G3 .......................................................................................... 10-16 10.7.3.1 半径模式圆弧切削.............................................................................................10-17 10.7.3.2 圆心格式圆弧切削.............................................................................................10-17 10.7.4 暂停 - G4 ..................................................................................................................... 10-18 10.7.5 设定坐标系刀具偏移量和工件偏移量 - G10............................................................... 10-18 10.7.6 顺时针和逆时针圆切削 - G12 和 G13 ......................................................................... 10-19 10.7.7 推出和进入极坐标模式 - G15 和 G16 ......................................................................... 10-19 10.7.8 平面选择 - G17、G18 和 G19...................................................................................... 10-19 10.7.9 长度单位 - G20 和 G21 ................................................................................................ 10-20 10.7.10 返回原点 - G28 和 G30................................................................................................ 10-20 10.7.11 定义轴基准 G28.1........................................................................................................ 10-20 10.7.12 直探头 – G31 ............................................................................................................... 10-20 10.7.12.1 直探头命令 ........................................................................................................10-20 10.7.12.2 示例代码............................................................................................................10-21 10.7.13 刀具半径补偿 - G40、G41 和 G42 .............................................................................. 10-22 10.7.14 刀具长度偏移量 - G43、G44 和 G49 .......................................................................... 10-22
Rev 1.84-A2 vii Mach3 数控铣床使用手册

10.7.15 缩放因子 G50 和 G51 .................................................................................................. 10-22 10.7.16 临时坐标系偏移量 – G52 ............................................................................................ 10-22 10.7.17 绝对坐标系 - G53 ........................................................................................................ 10-23 10.7.18 选择工件偏移量坐标系- G54 到 G59 & G59 P~.......................................................... 10-23 10.7.19 设定刀具轨迹模式 - G61 和 G64................................................................................. 10-23 10.7.20 旋转坐标系 – G68 和 G69............................................................................................ 10-23 10.7.21 长度单位 – G70 和 G71 ............................................................................................... 10-24 10.7.22 高速深孔钻削固定循环 G73 ....................................................................................... 10-24 10.7.23 取消模态移动 G80....................................................................................................... 10-24 10.7.24 固定循环 G81-G89 ...................................................................................................... 10-24 10.7.24.1 预备移动............................................................................................................10-25 10.7.24.2 G81 循环 ............................................................................................................10-25 10.7.24.3 G82 循环 ............................................................................................................10-26 10.7.24.4 G83 循环 ............................................................................................................10-27 10.7.24.5 G84 循环 ............................................................................................................10-27 10.7.24.6 G85 循环 ............................................................................................................10-27 10.7.24.7 G86 循环 ............................................................................................................10-28 10.7.24.8 G87 循环 ..........................................................................................................10-28 10.7.24.9 G88 循环 ............................................................................................................10-29 10.7.24.10G89 Cycle...........................................................................................................10-29 10.7.25 设定距离模式 - G90 和 G91 ........................................................................................ 10-29 10.7.26 设置 I/J 模式 - G90.1 和 G91.1..................................................................................... 10-30 10.7.27 G92 偏移量 - G92, G92.1, G92.2, G92.3....................................................................... 10-30 10.7.28 设置进给模式- G93、G94 和 G95 ............................................................................... 10-30 10.7.29 设定固定循环返回- G98 和 G99.................................................................................. 10-31

10.8
10.8.1 10.8.2 10.8.3 10.8.4 10.8.5 10.8.6 10.8.7 10.8.8

内置 M 代码...........................................................................................10-31
程序停止和结束 - M0、M1、M2、M30..................................................................... 10-31 主轴控制 - M3、M4、M5 ........................................................................................... 10-32 换刀 - M6..................................................................................................................... 10-32 冷却剂控制 - M7、M8、M9 ....................................................................................... 10-33 从程序首行重新运行- M47 ......................................................................................... 10-33 修调控制 - M48 和 M49............................................................................................... 10-33 调用子程序 - M98........................................................................................................ 10-33 从子程序返回 .............................................................................................................. 10-33

10.9
10.9.1

M 代码宏指令........................................................................................10-34
宏指令综述 .................................................................................................................. 10-34

10.10

其它输入代码 ........................................................................................10-34

10.10.1 设定进给 - F ................................................................................................................ 10-34 10.10.2 设定主轴速度 - S ......................................................................................................... 10-34 10.10.3 选刀 – T ....................................................................................................................... 10-34

10.11 10.12 11. 12. 12.1 13. 14.

错误处理................................................................................................10-35 执行顺序................................................................................................10-35 附录 1 - Mach3 界面截图................................................................... 11-1 附录 2 – 样品原理图 ........................................................................... 12-1 紧急停止开关和限位开关继电器 ...........................................................12-1 附录 3 –使用配置的记录 .......................................................................... 1 修订历史 .................................................................................................. 2
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Contents

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Mach3 数控铣床使用手册

1.

序言

任何机床都有潜在的危险,电脑控制的机床比手动机床潜在的危险更大。 本手册将为您提供安全防范和安全技能方面的指导,但是由于我们不清楚您所使用的机 床和当地的详细情况,因此我们对机床的运行情况以及运行时出现的损坏和意外伤害不负任 何责任。您必须确保您熟悉、了解您的设计方案,并遵守您所在的国家和地区的相关法律和 行业惯例。 如果存在任何疑问,请寻求资深专家的指导,切勿冒险造成自己和他人的伤害。 本手册的目的在于让您更详细的了解 Mach3 铣床软件是如何与您的机床相互作用,如何 设定各个轴的驱动方法,以及如何正确的输入程序语言和格式以实现在高达六轴的机床中实 施有效控制。Mach3 通常能控制铣床、刨床、等离子切割机。 尽管 Mach3 已经能够控制车床的两轴,我们还正在开发另一个独立的 Mach3Turn 程序和 辅助文件,以支持车床的全效功能开发。 我们还有在线 Wiki 格式文档 Customising Mach3, 它详细说明了如何设计自己的版面和 加工策略,以满足特殊硬件设备的要求。 建议您能参加一个或两个 Mach3 的网上论坛,可点击www.machsupport.com登录论坛,论 坛中有许多经验丰富的工程师可分享其经验,但他们并不构成机床制造商的正式服务网络, 如果您需要正式服务,则需要从当地分销商或原始设备制造商的分销网络购买系统服务。这 样,您就可以获得 Mach3 现场服务的各种便利。 本手册中灰色字体印刷部分是目前 Mach3 还不能实现的机床控制系统特征,在将来任何 特定的时间内我们都不承诺这些特征的实现。 本手册的编写要感谢许多人,感谢国家标准与测试协会锐意创新的团队在电磁兼容项目 中所做的努力,感谢 Mach3 的所有用户,他们的使用体验、反馈信息及建设性的意见为编写 本手册提供了极大的帮助。 ArtSoft 公司将致力于完善其产品,欢迎大家提出修正和改进的意见。 本手册的作者是 Art Fenerty 和 John Pretice,对本手册的拷贝只限于 Mach3 的评估、示 范,在此权限范围内任何第三方对拷贝手册收费都是不允许的。 在确保本手册的完整性和精确性上我们下了很大的功夫,但我们并不能保证其绝对的完 整性和精确性,手册是基于当前获取信息而编制的。作者和出版人没有义务和责任对任何个 人和单位在使用过程中,由于本手册提供的信息引起的损失和伤害负责。使用本手册您必须 接受在安装 Mach3 软件时出现的许可条件。 Windows XP 和 Windows 2000 是微软公司的注册商标,如果用户使用的是其他操作系统 但尚未被 Mach3 软件认可,请告知 ArtSoft 公司,我们将在随后的版本中修补。

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Mach3 数控铣床使用手册

Introduction

2. 数控加工系统介绍
2.1 数控加工系统的构成
本章将介绍用户手册其他部分中出现的术语,以便您能了解本数控铣床 系统中各个组成部分的用途。 数控铣床主要组成部分见图 1.1 工件的设计一般用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)或者计算机的其

图 1.1 – 典型数控加工系统

他程序(1),工件程序的输出通常以 G 代码的形式(通过网络或软盘)(2)输送到机床的 控制系统(3),机床控制系统解读 G 代码并控制刀具。机床刀具(5)被伺服电机或步进电 机牵引的螺钉、齿轮、皮带所带动。机床控制系统所发出的信号被驱动器(4)放大,这样控 制系统便能实时有效地控制电动。 我们已经介绍了数控铣床的情况,可以数字化控制的机床还包括刨床、等离子切割机或 激光切割机等,我们还提供了其他的手册来介绍 Mach3 如何控制车床、立式钻床等。 机床控制系统可以控制主轴电机的启动、停止(甚至转速),可以控制冷却液的开启关 闭,还可以防止由于零件程序错误或机床工人(6)操作不当引起的刀具越限。 机床控制系统还包括按钮、键盘、电位旋钮、电子手轮(MPG)、操纵杆等控制装置, 操作人员可手动操作来控制零件程序的启动和停止,操作人员也可以通过控制系统的显示器 看到运行进程。 G 代码程序要控制轴做复杂的坐标运动,因此机床控制系统必须能够进行大量的实时运 算(如切螺纹时数控系统要进行大量的三角运算),这也使机床控制系统成为了数控加工系 统中昂贵的组件。

2.2 如何安装 Mach3
Rev 1.84-A2 2-1 Mach3 数控铣床使用手册

引言

Mach3 是一个软件包,在电脑中运行可以成为经济而强有力的机床控制系统,从而取代 图 1.1 所示的(3)部分。 Mach3 的运行需要在带 1GHz 处理器和 1024×768 像素显示器的电脑中,这样的配置下 Windows XP 或 Windows 2000 才能够充分运行。台式电脑将比笔记本电脑更适用更经济。当 电脑不用于控制机床时也可以用于满足车间的其他功能(如图 1.1 所示的 CAD/CAM)。 Mach3 主要通过并口传送信号,同样也可以通过串口传送。 机床各个轴的驱动电机必须能够接收阶跃脉冲信号和直接信号,所有的步进电机和带数 字编码器的直流伺服电机和交流伺服电机都满足这一要求。如果您要控制一部老式数控机 床,该数控机床的伺服系统是用分解器来测量刀具的位置,那您就必须给每个轴更换新的驱 动电机。

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Mach3 数控软件综述

3. Mach3 数控软件综述
如果您还在阅读本手册的话,您肯定认为 Mach3 在您的车间里是非常 有用的,现在您最好下载该软件的免费示范版本,并在您的电脑上试运 行,试运行时您最好不要连接机床。 如果您已通过代理商买了一整套控制系统,系统可能已经安装了部分或 全部 Mach3 程序。

3.1

安装
Mach3 由 ArtSoft 公司通过网络销售,您下载的自安装文件软件包(目前版本大小是 8M)是一个可以无限期运行示范版它,但是在运行速度、所能完成的任务以及所支持 的特殊功能上有一定的限制。只要您购买一个许可,它就将激活你已经安装和配置 好的示范版。所有报价和购买的细节见 ArtSoft 公司网站 www.artofcnc.ca.

3.1.1

下载

登陆www.artofcnc.ca点击鼠标右键下载 Mach3 软件包,并使用“存储目标为” (Save Target as…) 把自安装文件放在任何方便的工作目录下(Windows 临时文件 夹),当然您必须以管理员的身份登陆 Windows。 下载完成后您可以使用下载对话框上 “打开”(open)按钮立即安装,也可以先关 闭对话框稍候再安装。当你需要安装时你只需要运行已下载文件,例如你可以通过 右击开始(Start) 按钮进入 Windows 资源管理器(Explorer), 并双击工作栏中的已下 载文件。

3.1.2

安装

当您开始安装程 序时最好不要连 接机床,如果您 已经连接了机 床,看清楚机床 电缆插入的电脑 接口,关闭电 脑、机床和驱动 器并后从电脑后 部拔去 25 针接 头,并重新启动 电脑. 您运行下载文件 时,Windows 将 为您提安装向 导,如提示您接 受许可证条件以 图 3.1 – 安装界面 及为 Mach3 选择 目标文件夹。在安装完成(Setup Finished)对话框出现时您应该选择初始系统 (Initialise System),然后点击完成(Finish),系统将提示您重新启动电脑运行 Mach3。

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Mach3 数控铣床使用手册

Overview of Mach3 software

安装过程的背景图象是标准的 Mach3 铣床界面 ,因此您不必担心 Mach3Turn 也被安 装。 在安装完成(Setup Finished)对话框中您应该选择加载 Mach3 驱动(Load Mach3 Driver )和安装英文加工策略(Install English Wizards),然后点击 完成 (Finish),系统将提示您在运行任何 Mach3 软件之前重启电脑。

3.1.3

必需的再启动

重启动是必不可少的,如果没有重新启动您将遇到麻烦,这样的麻烦只有通过 Windows 控制面板手动卸载驱动程序才能解决,所以请您重新启动电脑。 如果您想知道为何重启动是必需的请继续往下读,否则跳过去读下一部分。 尽管在您使用 Mach3 时它看起来是一个程序,事实上它包含两部分,一部分是已经 安装好的 Windows 部分驱动程序如打印机驱动程序或网络驱动器程序,另一部分是 图形用户界面 (GUI)。 驱动程序是程序中最重要的部分,Mach3 必须能够传送非常精确的实时信号控制机 床刀具,一般 Windows 在没有其他任务时将运行普通的用户程序,因此 Mach3 不能 是一个“普通用户程序”,而是在 Windows 的最低等级(这是中断处理)。此外为了 满足高速运行的要求 (每个轴每秒需要接受 45,000 个信号)驱动程序需要调整其固有 代码,但是 Windows 并不允许这样 (病毒的运行方式), 因此这个过程序要重新启动 获得特殊的许可。所以如果你没有重新启动 Windows 将会出现蓝屏死机,并且驱动 程序也将被破坏,唯一的解决办法只有手动移除驱动程序。 在知道这些严重的后果后,您应该知道重启动驱动程序在初次安装时是必须的,如 果您使用新的版本更新您的系统,你可以不重启,但是在安装过程中系统依然会提 示求您重启动,Windows XP 能够快速启动,因此在安装时重启计算机也是件非常容 易的事情。

3.1.4

桌面快捷方式

重新启动完成后,安装向导创建主程序桌面快捷方式图标,Mach3.exe 是用户当前的 桌面快捷方式图标,当您运行时它会提示您需要运行哪个开编文件。Mach3 铣床、 Mach3 车床等快捷方式是通过目标"/p" 文件来运行的,您可以使用这些快捷图标启动 您所需的系统。 现在您可以建立 一些其他 Mach3 程序的桌面快捷 方式,通过右击 开始(Start)打 开 Windows 资 源管理器 (Windows Explorer),右击 DriverTest.exe 文件,将其图标 拖到桌面上。其 他程序需要单独 下载,如界面设 计和界面设置的操作文件。

图 3.2 – 驱动程序运行测试

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Mach3 数控软件综述

3.1.5

安装测试

安装完成后您需要对系统进行测试,如上面所讲到的 Mach3 并非独立程序,它的运 行需要 Windows 给出足够的空间,也就是说由于某些因素它不是在所有的系统中都 能运行,如在 QuickTime 系统监督程序 (qtask.exe)在后台运行式时 Mach3 将无法工 作,同样系统中其他的某些进程也会使它无法运行 。Windows 会在后台运行很多进 程,有些进程会在系统托盘中以图标的形式显示,但是有些进程不会以任何形式显 示。此外自动调整速度的局域网也是 Mach3 不能稳定运行的原因,您可以把网速设 定在 10Mbps 或 100Mbps。连接过 Internet 的电脑可能会有一些机器人程序,它们会 对您的电脑实施监控并向发起人传送数据,数据的传输会干扰 Mach3 的运行,所以 您需要通过搜索引擎搜索如“Spybot”之类的程序并把他们清除。 因为这些因素的存在,当您检测程序是否安装好或发现问题时都有必要测试您的系 统,虽然不是强制性的但也非常重要。 双击您创建的 DriverTest 图标,将出现如图 3.2 所示的界面。. 进入测试界面后您可以忽略除脉冲频率之外的所有对话框,它应该在 25,000 Hz 左右 相当稳定,当然您也可以进行大范围的调整。因为 Mach3 使用 Windows 时钟来校准 其脉冲计时器,在很短的时间内 Windows 时钟会被其它加载程序影响,因此您实际 上可能正在使用不可靠的时钟 (Windows 的)来测试 Mach3 ,也就错误地认为 Mach3 的记时器不稳定。 如果您看见和图 3.2 一样的屏幕,只有小钉在计时器变化图上并且脉冲频率稳定,说 明一切正常,您可以关闭 DriverTes 程序,并且可以跳过以下文字阅读下面的显示界 面部分。 Windows 高手也许对其他的一些事情比较感兴趣,如白色矩形窗口它是一个计时分 析器 ,当它运行时会出现一条波动的线,这种波动是因为计时从一个中断到另一个 中断循环。在大多数系统中在 17 英寸屏幕这条线的长度都不能超过? 英尺,值得注 意的是波动必须在定时抖动极限之下,因此当您的电脑和机床已经连接好时,您可 以测试一下看看点动和 G0/G1 运动是否平稳。 当您作测试时可能会出现下列现象,这些现象的出现说明您的系统还有问题。. 1) 如出现“驱动程序没有找到或安装,请与 Art 公式联系”,这说明由于某些原因 驱动程序没有加载到 Windows 中,在 Windows XP 中如果驱动程序数据库被损坏 就会出现这种情况,解决的办法是重装 Windows 系统,或者您也可以在 Windows 2000 下运行,但是 Windows 2000 存在一定的缺陷,驱动程序不能自动 加载,因此您可能要手动加载驱动程序(见下部分)。 2) 如果出现“taking over …3…2…1.. 然后重启”,这说明又有问题出现了,可能是 因为在系统提示您重启的时候没有重启,也有可能是因为驱动程序被损坏或驱动 程序在您的系统中不能使用。出现这样的情况请您按下一节中的说明操作,您可 以先手动移除驱动程序并重新安装。如果类似的问题重新出现,您可以链接 www.artofcnc.ca用 E-mail 告知 ArtSoft 公司,ArtSoft 公司将为您提供指导。 有些系统带有 APIC(高级程序中断控制器)计时器,但是它的基本输入输出系统代码 并不能利用它,这也将干扰 Mach3 的安装,这个时候您需要 SpecialDriver.bat 这样一个批处理文件,您可以通过 Windows 资源管理器找到这个文件,并双击运行 这个文件,这样 Mach3 就可以使用老的 i8529 中断控制器。当您下载并安装了更新版 本时,因为特殊驱动程序被新版本中的原始驱动程序替代,你需要重新运行这个批 处理文件。

3.1.6

Mach3 失灵后的驱动程序测试

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Mach3 数控铣床使用手册

Overview of Mach3 software

在程序运行 Mach3 时您可能会碰到由于某些原因引起的软件失灵,这有可能是间歇 性的硬件问题引起的也有可能是软件缺陷引起的,碰到这样的情况您必须尽快运行 DriverTest.exe,如果您在 2 分钟内没有运行 DriverTest.exe,Mach3 驱动程序将会导 致电脑死机,因此在软件失灵时您必须运行驱动程序测试使驱动程序恢复稳定。 在程序失灵之后您会当您第一次运行 Mach3 时您会发现驱动程序无法找到,但是只 要您再一次运行 Mach3 就能正常运行了。

3.1.7

手动安装和卸载驱动程序注意事项

您只需在驱动程序测试运行失败的情况下阅读本节并按其操作。 通过控制面板您可以手动的安装和卸载 Mach3 驱动程序,在 Windows 2000 系统和 Windows XP 系统中安装和卸载的对话框有点差别但步骤都是一样的。 Mach3 手动安装步骤如下: ? ? 打开控制面板双击系统(System)图标。 选择硬件( Hardware)然后点击添加硬件向导(Add Hardware wizard)(如前面所提到的 Mach3 讲在 Windows 的最低等级运行),Windows 将寻找新添加的硬件(在这个过程中找不到新的硬件)。 提示安装向导您已经安装了 Mach3 进入下一个界面。 您将看到硬件的相关信息,滚动鼠标滚轮选择添加硬件(Add a new hardware device)进入下一界面。 进入下一个界面后,您不需要 Windows 搜索硬件所以请选择安装 所选择的硬件(Install the hardware that I manually select from a list )。 您可以看到包括 Mach1/2 脉冲调制装置(Mach1/2 pulsing engine) 在内的选项,选择 Mach1/2 pulsing engine 进入下一个界面。 点击光盘(Have disc)并在接下来的界面中选择 Mach3 的安装目 录(不包括 C 盘:\Mach3),Windows 将自动找到 Mach3.inf 文件,选择并 打开这个文件 Windows 就开始安装驱动程序了。

? ? ? ? ?

? 驱动程序的卸载更加简单,其步骤如下: ? ? ? 打开控制面板双击系统(System) 选择硬件点击设备管理(Device Manager) 您可以看到一列设备以及他们的驱动程序,Mach3 驱动程序 (Mach3 Driver)就在 Mach1 脉冲调制装置(Mach1 Pulsing Engine)里面, 使用“+”扩展开文本,右击 Mach3 驱动程序(Mach3 Driver)选择卸载, 这样可以把 Mach3.sys 从 Windows 文件夹加中删除,但是它的拷贝仍然在 Mach3 中。

? 最后一点需要注意的是,Windows 将会在一个文件夹中记录您 配置 Mach3 的方式, 当您卸载驱动程序时这些信息还是在您更新系统的文件夹中并没有被删除,但是当 您碰到严重的问题不得不完全重新安装驱动程序的时,您就要把这个 XML 格式的文 件删除。

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3-4

Rev 1.84-A2

Mach3 数控软件综述

3.2

界面显示
安装完成后,您可以对 Mach3 进行演习试验,在没有数控机床的情况下通过演习您 可以学到很多相关知识,有了演习试验的经验后您可以更容易的装配机床,如果您 已经有数控机床,演习试验时请确定您的机床与电脑是断开的。 Mach3 的界面经过精心设计,因此很容易根据您工作方式的把界面用户化,也就是 说您所看到的界面并不一定如附录 1 中所示,如果您的界面与您的加工系统有很大 差异,您的系统供应商将会向您提供一套订正截图以满足您的需求。 双击图标运行 Mach3,您可以看到如附录 1 所示的铣床程序运行界面,但是在界面 中各个数字读出器都为 0,并且没有加载程序。 请注意红色的紧急复位按钮,它上面有防水的红色或绿色发光二极管并且通过黄色 发光二极管照明,如果您点击这个按钮黄色发光二极管就会熄灭,防水发光二极管 显固体绿,这个时候 Mach3 就开始运行了。 如果紧急复 不能正常使用,可能是因为有什么东西插入了并口,或者是因为在安装 Mach3 时紧 急停止的端口指针配置错误,点击脱机按钮可以重新使用紧急复位。

本章中所指的大部分测试和演示都必须在非紧急停止模式下紧急复位才能运行。

3.2.1

界面显示对象

在程序运行界面上您可以看到以下对象: ● 按钮,如重新设置、停止 Alt-s 等。 ● 数字读出器,所有数字化显示的都是数字读出器,主要的数字读出器是显示 X,Y,Z,A,B,C 轴的当前位置。 ● 发光二极管,各种不同形状、尺寸。 ● G 代码显示窗口(带滚动条)。

● 刀具显示(在您的屏幕上目前是空白方块),还有一类在程序运行界面上没有 显示的重要控制。 ● 手动数据输入框 按钮和手动数据输入框是向 Mach3 输送信号的。 数字读出器可以通过 Mach3 显示数据,也可以做输入工具使用,输入数据时其背景颜 色发生变化。 G 代码窗口和刀具路径显示是 Mach3 向您传送的信息,您可以对他们进行操作,如滚 动 G 代码窗口,缩放、旋转、移动刀具路径显示。

3.2.2

按钮和快捷键的使用

在标准屏幕上大部分的按钮在键盘上都有热键,热键在按钮的名称后面或者在按钮 附近的标签上,用鼠标点击按钮和点击名称作用是一样的。您可以使用鼠标和快捷 键启动和停止主轴、开启冷却剂以及切换到手动数据输入界面,值得注意的是快捷 键有时候是又 Control 和 Alt 键加字母组成的,虽然字母是大写字母但当您在使用快 捷键时也可以输入小写字母。
Rev 1.84-A2 3-5 Mach3 数控铣床使用手册

Overview of Mach3 software

在车间里面通过使用键盘模拟器(如 Ultimarc 信息处理和控制)控制 Mach3,比用鼠标在控 制面板上控制 Mach3 时间短的多,键盘模拟 器与键盘串联后,Mach3 就能接收到激活按钮 的虚拟按键信号。 如果在当前的屏幕上没有出现按钮,那么快 捷键还没有被激活。 有些特殊的快捷键在所有的界面中都会出 现,第 5 章将为您介绍它们如何配置。

3.2.3

数字读出器的数据输入

如果您想在数字读出器中输入数据,您可以通 过鼠标点击数字读出器或者点击热键,同样您 也可以通过通用快捷键选择数字读出器,然后 移动箭头选择你要设定的数据。 在程序运行界面上输入 45.6 的进给,您必须 按 Enter 键确定新的数值或者按 Esc 键返回原 来的数值,对数字读出器输入数据时是不能使 用 Backspace 和 Delete 键的。 注意: 经常向数字读出器输入数据是不可取 的,比如主轴实际速度的显示是由电脑通过 Mach3 控制的,您所输入的任何数据都将被改 写。请您在阅读第 7 章之后再通使用数字读出 器输入数值。

3.3

点动

图 3.4 – 点动控制 (用 Tab 键展开或隐藏)

通过手动使用点动可以将刀具移动到任何一个 位置,当然有些机床的刀具本身就可以移动,有些机床是工作台移动或滑动,在这 里我们用用刀具移动表示。 点动控制是特殊的弹出式界面,通过 Tab 键可以在显示和隐藏间切换,图 3.4 所示为 弹出式界面图。 您可以通过键盘控制点动,箭头键是为在 X 轴和 Y 轴上的点动预留的,Page Up 和 Page Down 是控制 Z 轴的点动的,您可以根据您操作的雪要重新设置这些键(详见第 5 章),在任何界面上您都可以使用 Jog ON/OFF 按钮控制点动。 在图 3.4 中您可以看到 Step 发光二极管是亮着的,点动模式可以在连续、分步和电子 手轮模式之间切换。 在连续点动模式中轴将保持点动直到您松开按键,点动的速度在 Slow Jog Percentage 数字读出器设定,您可以输入 0.1% 到 100%的任何数值来获得您所需的速度,数字 读出器旁边的上(Up)和下(Down)按钮可以改变其数值,每按一下大小变化 5%。如果您按下 Shift 键,不管修调设置如何点动都将以 100%的速度进行,这样您 就可以通过点动快速精确的到达目的地。 在单步点动模式下,数字读出器将显示每按一下按钮轴移动的距离,您可以在数值 读出其中设定任何数值,轴移动的速度是进给速度。如果您预先设定一列点动步 长,使用循环点动(Cycle Jog Step)就可以实现点动的循环。 旋转编码器通连接在并口输入脚针上可以作为 Mach3 的电子手轮,选择电子手轮模 式时可以调节旋转编码器旋钮控制点动,三个电子手轮分别标有 Alt A, Alt B 和 Alt C
Using Mach3Mill 3-6 Rev 1.84-A2

Mach3 数控软件综述

按钮,它们可以控制不同的轴,通过发光二极管的显示您可以知道点动当前所控制 的轴。 点动控制还可以使用连接电脑游戏接口或 USB 接口的操纵杆,Mach3 能和任何与 Windows 匹配的模拟操纵杆连接(您甚至可以用法拉利的方向盘控制 X 轴)。使用 操纵杆时必须为操纵杆安装 Windows 驱动,然后通过操纵杆按钮激活操纵杆,出于 安全考虑操纵杆必须安装在中心位置。 如果您的操纵杆有减速装置,那么您也可以用它来控制点动极限速度和进给极限速 度(详见第 5 章),使用这种操纵杆您可以花较低的成本实现机床灵活的手动控 制。另外,您也可以安装厂商的辅助软件使用复合操纵杆(用人性化接口服务装置 控制轴),或者使用 Mach 的 KeyGrabber 软件。 了解了点动的信息之后,您可以对所有的点动选项进行操作,这些按钮都有快捷 键,熟悉这些快捷键您可以更简单的对点动进行控制。

3.4

手动数据输入和施教
3.4.1 手动数据输入

用鼠标或快捷键进入手动数据输入界面。 手动输入界面上有输入数据框,您可以通过点击选择输入数据也可以按 Enter 键自动 选择,工件程序中出现的任 何一行有效程序都可以被输 入,按下 Enter 键后工件程 序开始执行。当您需要撤销 您的输入时按 Esc 键,错误 的输入可以通过 Backspace 键改正。 图 3.4 –手动数据输入输入数据 如果您对 G 代码命令有所了 解您可以试验一下,如果您暂时还不熟悉 G 代码请对下面的 G 代码进行试验:
G00 X1.6 Y2.3

这个命令将把刀具移动到坐标为 X = 1.6 单位和 Y = 2.3 单位的位置上(注意是 G0 而 不是 G 字母 O),您将看到轴的数字读出器移动到新的坐标上。 您可以对不同的命令进行试验(如输入 G00 加上不同坐标),当您使用手动数据输 入框中的上下箭头的时候 Mach3 将前后滚动,您可以看到您使用过的命令的历史记 录,这样在重复操作的时候您就可以不再重新输入命令。当您选择这样的手动数据 输入线时,Mach3 会弹出一个文本以便您能预览储存文本。 手动数据输入框(类似于线的 G 代码框) 包含了许多命令,命令将以合理的顺序执 行,第 10 章中将介绍命令并不一定按从左到右的顺序执行,比如通过 F2.5 设定进给 速度,不管 F2.5 是在数据手动数据输入框的中间还是末端,它将在任何进给动作开 始之前执行。如果您对命令的顺序有疑问您可以输入许多独立的手动数据输入命 令。

3.4.2

施教

Mach3 能够记住您手动数据输入的行程序并把它们写入文件中,这些文件可以作为 G 代码程序反复运行。 在手动数据输入界面上点击开始施教按钮,它旁边的发光二极管将提示您施教已经 启动,输入不同的程序行后,按下程序行后面的返回建 Mach3 将开始运行,并且把 它们都保存在 Teach 的文件夹中,施教完成时点击停止施教结束施教。 您也可以自己输入 G 代码运行,如:
Rev 1.84-A2 3-7 Mach3 数控铣床使用手册

Overview of Mach3 software

g21 f100 g1 x10 y0 g1 x10 y5 x0 y0

代码中所有的 0 都是零。然后点击加载/编辑进入程序运行界面,您可以看到你输入 的程序在 G 代码窗口显示出来(图 3.6)。如果您点击循环开始 Mach3 将执行您的程 序。 使用编辑功能您可以改正程序的任何错误也可以将程序存在指定的文件夹内。

3.5

加工策略—特别 CAM 程序
当用户面临复杂的任务时 Mach3 将会提供插入界 面,插入界面可以为用户 提供相关信息,这跟 Windows 软件中为您提供 完成某项任务所需要的信 息向导一样,Windows 向 导将把任务从文件输入到 数据库或电子数据表。在 Mach3 中加工策略的例子 包括全圆内精铣、钻栅格 孔、模具表面数字化。

图 3.7 – 加工策略菜单中的加工策略表格

系统中安装的加工策略将 以表格的形式显示(图 3.7),您在程序运行界面上点击加工策略很容易就可以得到 所需要的工件。如在 Mach3 标准版本中选择全圆内精铣然后点击运行,Mach3 将出 现如图 3.8 所示的界面,在这个界面上有一些默认选项,注意您可以选择加工单位、 全圆内精铣的中心、使用的刀具以及工件的材料,但不是所有的选项都适合您的机 床,比如您必须手动设置主轴速度,设置主轴速度时您可以忽略加工策略界面。 设定完成后点击传输代码 (Post Code)按钮,Mach3 将自动编写并加载 G 代码工 件程序,刀具路径将显示刀 具路径。您可以通过修改参 数减小切削量或改变其他设 置,值得注意的是设置改变 之后必须重新点击传输代码 (Post Code)。 您可以保存当前的设置,下 一次运行加工策略的时候初 始数据就是当前定义的数 据。 点击退出(Exit)您将回到 Mach3 的主界面并且可以运行加工策略生成的工件程序,这个过程往往比阅读本段 快的多。
图 3.8 – 默认圆环内精铣

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3-8

Rev 1.84-A2

Mach3 数控软件综述

图 3.10 – 圆环内精铣加工结果示意图

3.6

运行 G 代码程序
现在您可以输入和编辑工件程序,一般您可以不离开 Mach3 来编辑程序, 但由于我们 尚未配置 Mach3,不知道使用的是哪个编辑器, 因此最好是在 Mach3 之外编辑程序. 使用 Windows 记事本(Notepad)把下列程序输入到一个文件夹中,并保存在命名为 spiral.tap 的方便文件夹中 (可能是我的文档(My Documents) ) 。 您必须在选择保存类型( Save As Type) 下拉菜单中选择所有文件(All Files)记事 本(Notepad)才能添加,如果文件为 TXT 文本 Mach3 将不能识别。
g20 g00 g03 g03 g03 g03 g03 g03 m00 f100 x1 y0 x1 y0 x1 y0 x1 y0 x1 y0 x1 y0 x1 y0 z0 z-0.2 z-0.4 z-0.6 z-0.8 z-1.0 z-1.2

i-1 i-1 i-1 i-1 i-1 i-1

j0 j0 j0 j0 j0 j0

上面的程序中所有 "0" 是零,在 m0 后别忘了按 Enter 键。 使用文件下面的加载 G 代 码菜单加载该程序,它将显示在 G-代码窗口上。. 在程序运行界面上您可以试试循环开始( Start Cycle)、暂停(Pause)、停止 (Stop)和返回程序开头(Rewind)按钮的效果及其捷径 。. 运行程序时,一列突出的代码会在 G 代码窗口上以特殊方式运动。 Mach3 提前读取 程序并设计其运动,避免刀具路径以低于要求的速度运动 。暂停时通过显示器您可 以看到提前读取确实在进行。 通过滚动界面您可以看到 G 代码的任何一行,显示出来的 G 代码是突出的,您也可 以使用 从这里开始(Run from here)从这一行开始运行程序。 注意: 运行程序只能从硬盘而非软盘驱动器或 USB, Mach3 需要高速读取存在硬盘中的文 档,并且文档必须是只读文档。

3.7

刀具轨迹显示 3.7.1 查看刀具轨迹

当 Mach3 首次加载时程序运行(Program Run )界面有一空白方块,当螺旋程序加
Rev 1.84-A2 3-9 Mach3 数控铣床使用手册

Overview of Mach3 software

载后它将变成圆形物,这时您看到的是已编程零件的刀具轨迹,在 Mach3 铣 床中这是垂直于 X-Y 平面的。 显示的内容是刀具轨迹的模型,用鼠标拖动窗口可以从不同角度观看模型, 左上角顶部的坐标轴系将显示 X、Y 和 Z 的方向,如果您从中心向上拖动鼠 标,模型将转动并显示 Z 轴 ,您可以看圆形物实际上是向下(Z 的负方向) 切割的螺旋形刀具轨迹。螺旋程序 G3 各行程序控制刀具做圆形运动的同时沿 Z 轴方向往下移动 0.2 ,您也可以看到初始的 G00 命令控制刀具做直线运动。 您也可以看到刀具轨迹的常规等角投影。 短短时间的刀具轨迹的展示将给您信心,您的显示窗口颜色可能不同于图 3.11 的颜色,您可以自己配制窗口显示的颜色,详见第 5 章. 3.7.2 刀具轨迹显示窗口的移动和缩放

通过按住 Shift 键用鼠标拖动其窗口指针可以缩放刀具轨迹窗口。 通过按住鼠标右键拖动窗口上的指针可以移动刀具轨迹窗口。 双击刀具轨迹窗口,窗口将恢复到起初没有缩放的垂直角度观看的路径。 注意:机床运行时您不能移动和缩放。

3.8

其他屏幕显示特点
最后,浏览其他一些加工策略和整个界面也是有必要的。如果您能熟悉下列特征对 您来说也是非常有用的: ? ? ? ? ? 按钮:估计工件程序运行在机床上花费时间。 控制器:控制工件程序所选的进给修调。 数字式读出器:给出加载工件程序所有轴刀具运动范围。 屏幕:显示如何安装 Z 轴使 X 和 Y 运动不会撞到夹具等信息。 屏幕:监控所有 Mach3 输入输出的逻辑电平(0 和 1)。

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Rev 1.84-A2

Mach3 数控软件综述

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3-11

Mach3 数控铣床使用手册

硬件& 连接机床

4.

硬件和机床的连接
本章介绍的是硬件的连接,第五章将详细介绍如何配置 Mach3 来运行 连接相项目。 如果您所购买的机床已经调试好可以运行 Mach3,您可以不阅读本章, 如果您有兴趣阅读也不妨仔细阅读。供应商会为您提供如何连接系统各 部分的相关文件。 阅读本章可以您知道 Mach3 是如何实现其控制以及如何连接标准件如 步进电机和微动开关的连接。我没是在假定您对示意电路图有所了解的 基础上编写本章的,如果您对示意电路图还不了解,请寻求帮助。 请您在第一次阅读 4.6 以后的章节时精心阅读。

4.1

安全警示
机床都有潜在的危险,本手册将为您提供安全防范和安全技能方面 的指导,但是由于我们不清楚您所使用的机床和当地的详细情况,因此 我们对机床的运行情况以及运行时出现的损坏和意外伤害不负任何责 任。您必须确保您熟悉、了解您的设计方案,并遵守您所在的国家和地 区的相关法律和行业惯例。 如果存在任何疑问,请寻求资深专家的指导,切勿冒险造成自己和 他人的伤害。

4.2

Mach3 的控制范围

Mach3 是为机床设计的柔性软件,它可以控制铣床、车床以及其他机床,Mach3 能够控制的 机床有以下特征: ? 机床必须有手动控制装置,紧急停止按钮是必不可少的。 ? ? 机床的刀具之间相互垂直(如分别在 XYZ 方向上)。 机床刀具工件相做关联运动,刀具安装的原点与工件相关联,关 联运动包括(1)刀具移动,如铣床的主轴带动刀具沿 Z 方向移动,鞍架带 动固定在横向拖板上的车床刀具沿 X 或 Z 方向移动(2)工作台或工件移 动,如膝式铣床的工作台能够在 XYZ 三个方向移动。 表明刀具在原点位置的按钮 表明刀具在以关联运动的极限速度运动的按钮 主轴可控制。主轴可以带动刀具旋转(铣床)或者主轴可以带到 工件旋转(车床) 不少于三个附加轴, 它们分别是旋转轴(以角度衡量运动)和线 形轴,其中一根附加线形轴可以控制 X 轴或 Z 轴。旋转轴和线形轴在点动 和工件程序的控制下都是一起运动的,但是它们的基准是不一样的。(详见 驱动轴的配置). 机床能够实现防护装置的互锁
4-1 Mach3 数控铣床使用手册

其他可选特征:: ? ? ? ?

?
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硬件&连接机床

? ? ? ?

冷却液的喷出方式可控(液流状或雾状) 刀架有数码化探测功能 编码器,如线形玻璃刻度编码器,它能够显示机床部件的位置 特殊功能。.

机床和运行 Mach3 的电脑之间大部分连接都是通过电脑的并口实现的,简单的机床 一个并口就可以满足要求,复杂的机床需要两个并口。 特殊功能如液晶显示器(LCD)、夹具和屑料传送机的控制可以通过 ModBus 装置实 现控制,ModBus 装置如可编程逻辑控制器(PLC) 或 Homann Designs ModIO 控制 器。 键盘模拟器可以取代按钮,通过键盘模拟器可以产生虚拟击键输入信号。 Mach3 可以控制六根轴,如通过线形插补调整所有轴的运动,在对四根轴进行线形 插补的同时可以对剩下的两轴(不包括 X、Y、Z 轴)实现环形插补,但是线形插补 必须以环形插补指定的角度进行,这样刀具能够走出尖锥螺旋形路径。在刀具运动 的过程中,为了控制轴不因加速达到最大速度,进给保持在工件程序指定的数值。 您也可以通过各类点动移动轴。 如果您的机床有像机器人和六轴并联机器人的装置,因为它们的运动学计算需要考 虑刀具的在 X、Y、Z 轴的坐标位置和机械手的长度和旋转,Mach3 就不能对其实行 控制。 Mach3 可以启动和停止主轴,可以控制主轴正反方向旋转,也可以控制主轴旋转的 速度,还可以监控主轴的角度位置如在车螺纹时 Mach3 能控制两种喷出方式的冷却液的开启和停止。 Mach3 能够监控紧急停止(EStop)、reference 开关、防护装置互锁装置和极限开 关。 Mach3 能够储存高达 256 种不同刀具的性能,尽管这样如果您的机床没有自动刀具更 换库或自动刀具更换座,您就必须亲自动手操作。

4.3

紧急停止控制
每台机床都必须有一个或几个紧急停止按钮(EStop),一般的紧急停止按钮上都有 一个比较大的红色蘑菇头,它们必须安装在合适的位置上,以便在您操作机床的时 候从任何位置都可以轻易按到。 每个紧急停止按钮(EStop)都必须能够快速安全的停止机床的一切运动,按下紧急 停止按钮后(EStop)主轴停止转动刀具也停止移动,这个控制过程不能有软件延 时,因此我们采用了继电器和电流接触器。按下紧急停止按钮(EStop)电路将产生 一个特殊的强制信号并传送给 Mach3,通过紧急停止按钮(EStop)来切断交流电效 果不是很好,因为储存在直流滤波电容器能量能够让电机转动较长的时间。

紧急停止之后您必须按紧急复位(Reset)机器才能重新运行,但是如果紧急停止按 钮已经锁定,您就必须先旋转紧急停止按钮解锁。

紧急停止之后一般都不能再对原来的工件进行加工,但是可以保证人和机床的安 全。

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4.4

电脑并口
4.4.1 并口及其 并口

13

1

IBM 公司设计了第一台连 number 接打印机的个人电脑 14 25 (160K 软磁盘,64K 随机 0 volts 存储器),打印机和电脑 (common) 之间采用 25 针数据线连 图 4.1 – 凹形并口 接,这就是我们现在常用 (从电脑后部观看) 的并口在当时的功能。它 是一种非常简单传输数据 的方式因此它被用来连接打印机之外的很多东西,如通过并口您可以在电脑之间传 送文件,挂接防拷软件狗,连接外围设备如扫描仪和 Zip 驱动器,连接机床等。现在 USB 接口已经取代了并口的许多功能,并口就可以留下来给 Mach3 使用。 电脑的并口是一个 25 针 D 型凹槽连接器,图 4.1 所示为从电脑后方观看得并口插 槽,箭头所指的方向为信息流相对电脑的流动方向,如标号为 15 的脚针是对向脑输 入数据的。 注意:连接 USB 接口的 25 针变换器虽然能够完成连接打印机这样的简单任务,但是 不能实现对机床的连接。

socket

4.4.2

逻辑电平

在第一遍阅读本小节时您可以先跳过本小节,当您对接口电路原理感到棘手时再回 过头来阅读本小节,结合轴的电子驱动文件阅读本小节效果可能会更加明显。 Mach3 的输入和输出信号都是二进制数字(也就是 0 和 1),输入信号是通过并口加 在输入上的电压,输出信号是输出脚针上的电压,电压大小的测量是以电脑的 0 伏 线为基准(0 伏线连接在连接器的 18-25 号脚针上)。 第一个成功的集成电路系列(74xx 系列)利用的是晶体管-晶体管逻辑(TTL),在 TTL 电路中,0-0.8 伏的电压被称作“lo”,2.4-5 伏之间的电压被称作“hi”,在电路 中加入任何负的电压或大于 5 伏的电压都将损坏晶体管电路。并口就是由 TTL 电路 组成的,它的电压大小决定了它所发出的信号是“lo” 还是“hi”,注意在“lo” 和 “hi”之间他们的电压只相差 1.6 伏。 当然我们可以把“lo”任意的定义为二进制数字中的 0 或 1,下面的段落中会讲到在 大部分的应用电路中把“lo”定义为 1 更好。 电脑输出信号在执行任务时,电流必须流入于电脑相连的电路,如果信号为“hi”电 流从电脑流出,信号为“lo”电流流入电脑。流入的电流越多电脑就越难把电压保持 在 0 伏左右,信号为“hi”时电流从电脑流出,这将使电脑的电压降低到 2.4 伏的电 压下限甚至低于电压下限,电流的流入流出将使得“lo”和“hi”信号之间的电压差 低于 1.6 伏,电路也变得不再可靠。最后要提醒您注意的是,在 TTL 电路允许"lo"信 号比“hi”信号多 20 倍左右。 也就是说最好把“lo”信号定义为逻辑 1,相当明显,这是所谓的 active lo 逻辑 在生产实践中这样做的缺点是连接并口的装置上必须有一个 5 伏的电压,一般这个 电压由电脑游戏借口插槽提供,或者由连接并口装置本身的电源提供。 向电脑输入信号时,输入“hi”信号时将向电脑提供一个小于 40 毫安的电流,输入 “lo”信号时将向电脑输入一个小于 0.4 毫安的电流。 现在的电脑主板把许多功能包括并口结合在了一个芯片上,它的电压服从“hi”和 “lo”规则,可以很好的满足逻辑信号的要求,因此您在升级之后的电脑上控制机床
Rev 1.84-A2 4-3 Mach3 数控铣床使用手册

硬件&连接机床

会比老式电脑轻松很多。在现在的电脑主板中并口的 2-9 号脚针功能并没有改变(打 印时的数据传输),1 号脚针在打印时仍然很重要,但是其他输出脚针在经过精心的 优化设计之后就没有什么作用了。一个好的接口板(见下一小节)可以很好的解决它 们的兼容性问题。

4.4.3

电流干扰及排除方法

尽管您跳过了上一小节,您最好阅读本小节。 并口的 18-25 号脚针是与电源旁边的 0 伏相连的,电脑的所有输入输出信号都与这个 有关的,如果您在上面连接了许多长导线,而电脑又是在给电机输入较大电流的导 线旁边工作时,连接在并口上面的导线中将有电流流入并产生电压,这个电压将干 扰电脑信号的输入输出并可能导致错误,甚至可能导致电脑无法工作。 通过并口连接在 Mach3 上的轴和主轴驱动器一般都在 30-240 伏的电压下工作,它们 能够产生几个安培的电流,正确的连接不会对电脑产生损害,但是如果出现短路电 脑主板将烧坏,甚至光盘驱动器和硬 件驱动器都会被烧坏。 因为以上两种原因,建议您购买一个 绝缘接口板设备,它的接线端很容易 连接,能够为驱动器和复原开关隔离

图 4.2 –

电压,并且可以防止大于允许电流的电流出入 端口。这个接口板以及您的驱动电路和电源最好整齐的安装在一个金属盒子里面以 防对附近的收音机和电视信号造成干扰,如果您的电路乱成一团会很容易发生短路 并造成灾难。图 4.2 所示为三个已经商业化的接口板。 在这里结束说教!

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4.5

轴驱动的选择
4.5.1
? ?

步进电机和伺服电机
步进电机 伺服电机(直流或交流)

轴的驱动可以选择以下两种类型的动力:

两种类型的电机都可以通过导向螺杆(普通螺母或球形螺母)、皮带、链条、机架 和小齿轮驱动轴。机械驱动方式的选择决定了它的输出速度和扭矩,也决定了机床 和电机之间需要选择什么规格的齿轮。 两厢步进电机驱动的特点包括: 1. 低成本 2. 只需在电机上连接四根导线 3. 低费用 4. 电机输出速度在 1000 转每秒左右,输出扭矩在 3000 盎司英寸(21Nm)左 右。通过在最大允许电压 下运行电机或驱动电路获 得最大速度,通过在最大 电流下运行电机获得最大 扭矩。 5. 出于生产需要给步进电机 安装和了细分控制器保证 电机在任何速度下都能以 合理的功率平稳运行。 6. 开环控制,在载荷过高下 出现失步现象用户不能立 即察觉。 伺服电机的特点如下: 1. 相对步进电机成本较高 (特别是直流伺服电机) 2. 需要在电机和编码器上接线 3. 交流伺服电机需要维护用的刷子 4. 电机速度在 4000 转每秒左右,可以输出无限大的扭矩(如果您认为能够承受 的起) 5. 闭环控制,通过闭环控制可以知道驱动位置并且可以改正(显示错误的条 件) 在生产实践中步进电机用于传统机床以及 Bridgeport 转塔铣床或 6" 中心高度车床 这样的先进机床,并发挥优越的性能,但是如果您要求操作的速度和精确性,您就 不能选择步进电机了。 在这里有两点需要注意的。第一点是老式机床上的步进电机不是数字化的,也就是 说它们是通过直接信号控制而不是分步脉冲,因此在老式机床中使用 Mach3 时,您 必须用正交编码更换器机床的分解器(指定位置),并且更化所有的电路。第二点 请注意二手步进电机,购买二手步进电机时您必须能够拿到生产厂商的相关资料, 如果您所购买的是老式 5 相电机,它们可能与现在的细分控制器不兼容,而且它们 的扭矩比同样规格的现代电机小很多。如果您有足够好的技术和丰富的经验,并且 能够对二手电机进行测试,因为通过测试您就可以知道电机是否损坏,如果您还不
Figure 4.3 – 小型直流伺服点击(带编码器和齿轮箱)

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具备这样的条件,请从能够提供售后服务的供应商手中购买当前的电机产品。如果 您买到了合适的电机您就只需要买一次。

4.5.2

计算轴驱动

轴驱动的整套计算是相当复杂的,您也可能还没有计算需要的所有数据(如您所需 要的最小切割力是多大),但是有些计算对您成功的操作是非常有必要的。 如果您只是大概的浏览次手册,您可以跳过这个部分。 详细的计算将第 5 章说明。 例 1 – 铣床工作台横向滑板 以最小移动距离启动机床,这样可以很好的保证机床加工的精确性,然后再选择速 度和扭矩。 把您在设计机床横向滑板(Y 轴方向)的驱动作为例子,如果您将使用螺距为 0.1 英 寸的单线螺杆和螺母传动,您想移动 0.0001 英寸的移动距离,只需连接在螺钉上的 电机轴转动 1/10000 转就可以实现。 步进电机驱动滑动 步进电机的最小步距决定于如何控制步进电机,一般步进电机每转一转可以分为 200 整步,您需要使用细分控制器来保证不同的进给速度下步进电机都能平稳运行,一 般的细分控制器能把每一整部细分为 10 微步,这样系统就能实现 1/2000 转的最小步 距。 现在我们来看进给速度,假定电机的最大转速是 500 转每分钟,这样每分钟可以移 动 50 英寸,整个滑动的过程大概需要 15 秒。 在这样的速度下驱动电机细分控制器每秒钟需要 16,666 (500 × 200 × 10 ÷60)个脉 冲,在 1GHz 的电脑上 Mach3 每秒可以产生 35000 个脉冲,在机床其他的六根轴也 是一样的,因此 Mach3 可以以这样的速度控制电机。 现在您可以选择机床需要的扭矩,测量机床所需扭矩的一种方法是根据最大切削量 设定机床,用一根长度为 12 英寸的杠杆装在滑板的手轮上,在杠杆的另一端用弹簧 秤拉动手轮转动,平衡时弹簧秤的读数乘上 12 即为机床所需扭矩(单位为盎司英 寸);另外一种测量方法是找一台与您使用的滑板和螺杆相同机床,根据电机的规格 和说明书您就可以知道您的机床所需的扭矩。 当进给速度较大时您可以通过传动比为 2:1 的齿轮减慢进给速度,这样可以将扭矩 提高将近一倍。 伺服电机驱动滑动 我们来看伺服电机每步的距离,伺服电机的编码器可以告诉驱动电路它当前的位 置,编码器码盘的每个槽可以产生 4 个正交脉冲,一个带 300 个槽的码盘每转可以产 生 300 个计数,这对商业用的编码器来说是相当低的,一般的编码器在电机轴转动 一圈的时间内可以输出 1200 个正弦计数。 每输入一个阶跃脉冲伺服电机驱动电路就会通过一个正弦计数调试电机,有些特殊 的伺服驱动电路可以把阶跃脉冲相加或划分为一个常数(例如一个阶跃脉冲对 5 个 正弦脉冲或 36/17 个脉冲),这通常被称为电子齿轮。 伺服电机的最大速度在 4000 转每分钟左右,因此需要减速装置,一般使用传动比为 5:1 的减速装置比较合适,这样每输入一个脉冲轴移动 0.0000167 英寸,这比要求的 0.0001 英寸好很多。 使用上述的伺服电机螺杆每秒可以转 5.83 圈(35000/(1200×5)),这样可以达到 滑块 9 秒钟移动 5 英寸的要求,注意这个速度并不是由主轴转速决定的,而是由脉冲

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速率决定的,如果提高编码器的脉冲速率这个速度将会更低,如果您使用的编码器 分辨率比较高就需要通过伺服电路或电子齿轮来克服这个限制。 最后您需要确定扭矩,因为伺服电机不会出现失步的现象因此您不用把扭矩设置的 太高,如果扭矩设置的过高电机可能会过热或者驱动电路会出现电流过大的情况。 例 2 – 龙门刨床的驱动 龙门刨床的构台至少要移动 60 英寸的行程,如果使用滚珠丝杠传动成本很高并且很 难护理,因此在龙门机床上很多设计者都使用链传动或链齿轮传动。 我们把最小步距设为 0.0005 英寸,链齿轮的齿数为 20 导程 1/4 英寸,因此链齿轮每转 一圈构台可以移动 5 英寸,使用 10 个细分的步进电机驱动,步进电机每转分为 2000 整步,因此在电机和连齿轮中间还要一个传动比为 5:1 的减速装置。[0.0005= 5/(2000 x 5)] 按上面的设计如果步进电机的转速为 500 转每秒,忽略加速和减速的时间移动 60 英 寸的时间为 8.33 秒。 龙门刨床的扭矩计算比横向滑 块扭矩的计算复杂很多,因为 移动构台的力、惯性力、加速 和减速的力加起来比刀具切割 的力大很多,其他人的经验或 实验非常有用,这个时候您可 以登录 Master5/Mach1/Mach3 网上论坛。

1 Step pulse 0
图 4.4 – 步距脉冲波型

4.5.3

步距和方向信号如何工作

在步距输出脚针上 Mach3 将输出低电平控 制轴的步距,方向信号 会在步距脉冲之前输 出。

Step if incorrectly 1 set Active Hi

0

图 4.5 – 输入配置错误步距脉冲波型变化

步距脉冲逻辑波形入图 4.4 所示,如果步距脉冲的速度增大脉冲之间的距离会减小。 驱动电路一般用低电平来配置步距和方向信号,正是因为如此在 Mach3 中才能实现 控制,如果不是使用低电平来配置,当波形波动时驱动电路会认为脉冲间隙也是脉 冲,这样会导致电机的运行不可靠、加工精度差,入图 4.5 所示位配置错误的脉冲波 形。

4.6

极限开关和复位开关
4.6.1 策略

极限开关是用来防止线形轴移动太远造成对机床的损坏,没有极限开关您也可以操 作机床,但是小小的错误就可能导致巨额损失。 每跟轴都可能有它的复原开关,Mach3 能够命令一根轴(或所有轴)回到原点位 置,当系统启动的时候所有的轴都要回到原点,如果没有复原开关您就必须通过眼 睛对准基准用点动使轴回到原点位置。复原开关的原点位置可以是您定义的坐标上 的任何位置,并不一定是机械原点。

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我们可以知道每根轴都需要三个开关(导轨两端的两个极限开关和复原开关),因 此普通的铣床需要 9 根并口输入脚针来连接这些开关,这在只有 5 根输入脚针的并口 中是行不通的,这个问题可以通过下面三种途径解决: ? 把限位开关和外接逻辑器连接(有可能是驱动电路),逻辑器将在极限位置 停止其驱动,复原开关连接并口输入 Mach3。 ? 用一根输入脚针控制一根轴,Mach3 控制极限开关和限位开关。 ? 使用键盘模拟器代替开关。 第一种方法是最好的,对于大型、昂贵高速运转的机器来说是非常有必要的,通过 逻辑器控制可以防止软件失灵时机床的损坏。开关连接在驱动器上会变得更加灵 敏,并且在到达极限位置时只允许远离限位开关方向的运动,这时用户可以停止机 床,这样比软件失灵安全的多,但这也依赖于驱动器的灵敏可靠。

当您在小型的机床上可以使用第二种方法,如 3 轴铣床只需要 3 根输入脚针与 Mach3 连接(龙门机床需要 4 根—见从属轴),所需的两个开关可以合并为一个,一个开 关同时控制限位开关和复原开关。

键盘编码器比并口的反应时间慢很多,因此只能控制进给速度较慢的机床,详见 Mach3 用户手册。

4.6.2

开关

当您选择开关时您需要做几个决定: 如果您使用的是两个开关共用一根输入脚针,两个开关要连在一起,因此当任何一 个开关被按下时输入的信号都是逻辑 1(也就是逻辑“或”功能),这时您可以选择 机械开关。如果您选择的开关有常闭触点,您需要把开关按图 4.7 所示串联起来,当 任意一个开关按下时将输入一个 Active Hi 信号。连接开关的数据线比较长很容易受 电流的干扰,因此您必须用一个好的连接器连接并口旁边的 0 伏电压,建议您使用 屏蔽电缆并且把屏蔽壳连接在您机床的接地接线柱上。

如果您使用电子开关如带发光二极管和光电晶体管的跟踪探测器,您需要一些或 门。 光学开关:如果不妨碍冷却剂可以在金 属加工机使用,但是如果有木屑可能会 出现故障。 在机床上切割黑色金属时一般不使用磁 力开关(簧片开关或霍尔效应装置), 因为金属屑可能吸在磁力开关上。 机械开关操作点的可重复性依赖于开关 的质量以及衬底和击发杠杆的刚性,特 别是复原开关对可重复性的要求很高, 图 4.6 所示的安装是非常不精确的。
+5 volts 470 ohm resistor to Mach2 input

+ limit

-

limit and Ref

0 volts

图 4.7 – 两个数控开关构成逻辑或

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硬件& 连接机床

超程是限位开关动作后由于驱动装置的惯性引起的,图 4.7 所示的光学开关有很长的 预留区域可以解决这个问题,微动开关加装一个滚筒安装在斜坡上可以设定任意的 行程(如图 4.11),但是斜坡的斜面会降低开关的可重复性,您可以一个开关控制 两极限位置,只要在极限位置安装两个斜坡就可以了。

4.6.3

开关的安装位置

开关安装位置的选择 原则是在避开屑料、 灰尘和使用可以动的 线之间折衷。 如图 4.6 和 4.8 开关都 装在工作台的下面, 尽管线是固定的,但 是这样能够更好的保 护开关。

-X
-X and
Reference

Table

+X
+X switch

Frame

Figure 4.9 - Two switches operated by frame with overtravel avoided by mechanical stops

使用能够连接两根或更多轴的可移动合芯电缆连接开关会更加方便(比如龙门刨床 X 轴和 Y 轴的开关都在刨床上,只需要一根很短的循环电缆与 X 轴和 Y 轴的合芯电 缆连接就能控制 Z 轴)。请不要使用分支电缆同时连接开关和电机,如果您要把连 接电机和开关的线合在一起,这两种线必须有屏蔽装置(编织物或金属箔)并且屏 蔽壳连接在驱动电路的接地接线柱上。 Yahoo 上面的 Master5/Mach1/Mach2 有很多机床和图片示例,能够为您提供开关安装 的方法和技巧。

4.6.4

Mach3 如何使用共享开关

本章介绍在小型机床上安装外接开关控制紧急停止逻辑,而不是通过 Mach3 控制。 如果您要完全弄明白如何安装就需要阅读第 5 章如何配置 Mach3,但是基本的原则 还是很简单的,把两个限位开关连接在一个输入脚针上(或者一个开关对应两个斜 坡)。在 Mach3 中把方向定义为寻找基准开关时移动的方向,轴末端的限位开关也 就是复原开关。

在通常的使用过程中,当限位信号(如紧急停止)产生时轴将停止移动并且会显示 限位开关被触发,您必须如下操作轴才能移动:

1) 开启自动极限修调(通过开关按钮或设置界面开启),点击紧急复原或使用点动 使轴离开限位开关的位置,然后重新定义机床基准。 2) 点击极限修调按钮,红色的发光二极管会提示您处于临时修调状态,您可以点击 紧急复原并点动关闭限位开关和其发光二极管,然后在重新定义机床基准,您也 可以通过输入信号修调限位开关。

注意:当轴以微动速度移动到限位开关时,因为速度很慢您可能不会特别注意,但 是如果轴微动距离较长碰到限位开关可能会撞到轴导致机床停止。
Rev 1.84-A2 4-9 Mach3 数控铣床使用手册

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4.6.5

运行中的基准

您可以通过按钮或 G 代码为有复原开关的轴定义基准,基准定义之后轴在复原开关 按下之前都将按定义的方向移动(以可供选择的较低速度),回到定义的原点之后 轴将朝定义的反方向远离原点移动,在定义基准的过程中限位开关是不工作的。

您可以通过配置下面的对话框输入 0 或其他数值定义轴的基准,这个数值将以机械 绝对坐标的形式加载到轴的数字读出器中,如果您输入的是 0 那么轴的原点位置就 是机械的原点位置。如果您所定义的原点位置为轴的负方向(通常是 X 轴或 Y 轴),在轴数字读出器加载的就 是-0.5,也即是说原点位置超出极 限位置 0.5 英寸,这样加长了轴的 行程可能有点浪费,但是如果您 这样设定您在通过点动回到原点 时就不会受到极限位置的限定。 也可以通过阅读软件极限来解决 这个问题。

如果您在回到原点位置之前通过 Mach3 来定义基准,在基准定义 图 4.10 – 刀具坐标为 X=0、Y=0 位置的铣床 之后轴将朝反方向运动(因为 Mach3 认为您已经在原点位置)直到您按下复原开关。当您的机床有独立的复原开关 或者轴在复原开关另一端的极限位置时可以通过 Mach3 来定义基准,如果轴在其他 的极限位置(Mach3 并不知道它们是共享开关),轴就会远离实际的原点位置移 动,因此我们建议您先用点动使轴离开限位开关位置然后再定义基准。

4.6.6

其他复原和限位选项及注意事项

原点开关不在限位开关附近

一般不能把原点定在行程极限位置,比如在大型铣床中,Z 轴行程在 8 英尺左右,如 果不对原点位置进行更改,定义基准时 Z 轴就将缓慢的移动 16 英尺左右,整个加工 的过程耗时也非常大,如果把原点位置定义在圆柱半高位置时间也将减半。在这样 的机床中最好能够为 Z 轴安装独立的复原开关(虽然在并口上需要再多一根输入脚 针,但是对三轴机床来说总共也只需要四根输入脚针),并且通过 Mach3 在数字读 出器中输入任何数值,定义基准之后 Z 轴的机械原点还是在圆柱的最上方。 独立高精度复原开关

为满足高精度的要求高精度机床的 X 轴和 Y 轴需要安装高精度复原开关。 实现多轴控制的限位开关

在这种情况下,所有的限位开关连在一起构成一个逻辑“或”,当信号输入时 Mach3 不知道是哪根轴的哪个限位开关发出信号,当然复原开关仍然是各自独立连 接输入脚针,因此对三轴机床来说只需要四根输入脚针。 实现多轴控制的复原开关

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如果您要使连接 Mach3 的输入脚针尽量的少,您可以把控制所有复原开关的线合在 一起购车一个逻辑“或”,在这种情况下您只能给所有的轴定义一个基准,也就是 说所有的轴的基准都在行程终点,这样您可以把定义所有轴(REF All)从您的界面 上移除。 从属轴 在龙门铣床或龙门刨床上面有两个脚,独立的电机通过轴分别控制它们的移动,并 且两根轴都有各自的限位开关和复原开关。假定龙门在 Y 方向移动,那么 A 轴就应 该被定义为线形轴(非旋转轴)并役使于 Y 轴方向,在正常的使用过程中 Mach3 将 向 A 轴和 Y 轴输入同样的分步或直接命令,详见第 5 章 Mach3 的配置。当基准定义 完成之后轴将一起远离原点位置运动到轴的极限位置,基准的定义可以防止由于关 机或失步引起的两轴不成直角。

4.7

主轴控制
Mach3 能够通过三种不同的方式控制主轴,当然您也可以通过手动控制主轴。 1. 用继电器或电流接触器控制电机的启动(顺时针或逆时针)和停止。 2. 通过分步或直接脉冲控制电机(电机为伺服电机)。 3. 通过脉冲宽度调制信号控制电机。 1. 电机启动/停止控制 通过输入 M3 或界面按钮可以使主轴顺时针旋转启动,输入 M4 可以让主轴逆 时针旋转启动,输入 M5 让主轴停止转动。Mach3 能把 M3 和 M4 能够转换成输出信 号,通过连接在并口输出脚针的数据线传送到机床,并控制电机电流接触器。 虽然在正转和反转之间切换看起来很简单,但是在实际操作的过程中您必须格外注 意,如果您不需要主轴反转最好把 M4 定义在一个没有接任何东西的接口上。 在出错的情况下正转信号和反转信号可能同时产生,这样的情况下电流接触器将是 电源短路,互锁电流接触器可以避免这种情况的发生,如果您需要主轴反转您就需 要安装互锁电流接触器。另一个问题就是 G 代码允许主轴正转时接到 M4 信号使主 轴反转,如果您的电机是交流电机只需要改变电流的方向就可以实现主轴反转,但 这样会有很大的力强加在电机上,可能导致熔断器被烧坏或断路开关跳闸。出于安 全考虑您应该在电流接触器上进行延时操作,也可以使用反向器在电机转动时改变 方向。

也可以在冷却剂部分查阅关于延时激活信号数量限制的信息。

2. 电机的分步和直接控制 如果您的主轴电机是有分步驱动器和直接驱动器的伺服电机,您可以配置这两种输 出信号来控制电机的速度和转向。Mach3 将在电机和主轴之间使用塔轮或变速箱, 详见第 5 章电机调试。

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3. 脉宽调制电机控制 在单步控制和直接控制之 中选一中控制方法, Mach3 将输出脉宽调制信 号,其占空比为电机实际 速度和最大速度的比值, 图 4.12 – 占空比为 20%的脉宽调制信号 脉宽调制信号的占空比可 以通过电压改变(当电压为 0 伏时占空比为 0%,5 伏时为 50%,10 伏时为 100%),脉宽调制信号可以用于控制变频调速感应电机,也可以用于触发直流调速 器的双向晶闸管。

Ave

图 4.12 和 4.13 所示分别为占空比 20%和 50%的脉宽调制脉冲。 为了实现脉宽调制信号对主轴速度的控制,脉宽调制信号必须转换为直流电(事实 上要产生一个直流电压来控制调速装置)。事实上要通过一个电路来寻找脉宽调制 信号的平均数,这个电路可以是简单的电容器或电阻,也可以是一个相当复杂的电 路,这取决于(a)脉宽和输出电压的线性关系(b)通过改变脉冲宽度得到的速度。 需要提醒您注意的是许多便宜的脉宽调制速度控制装置的电路并没有绝缘,您可以 在 Mach2DN 网站讨论区找到详细的信息,也可以用 Goggle 或你常用的搜索引擎搜 索"PWM converter" 或"PWM Digispeed"。 脉宽调制信号通过主轴阶跃脉冲脚针输出,电机低速转动时您应该注意使用电机正 转或反转输出信号关闭电机。 注意:许多用户可能已经发现脉宽调制和其他主轴驱动器是电子干扰的主要来源, 它将给轴的驱动带来麻烦并且影响限位开关的灵敏度,如果您使用这样的主轴,我 们建议您使用绝缘接口板,把电源线和数据线屏蔽起来并且相互之间隔几个英寸的 距离放置。

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4.8

冷却剂
输出信号可以通过控制冷却剂泵或冷却剂阀控制冷却剂的喷出方式,冷却剂可以是 雾状,也可以是液流装,您可以通过界面按钮控制也可以通过 M7、M8、 M9 控制。

4.9

刀具直接控制
旋转轴 A 被配置之后,可以使刀具运动的方向将与 G1 控制的 X 和 Y 轴直线运动的 方向相切,这在切割乙烯基或织物的时候可以准确地控制刀具。 注意:在当前版本中刀具的运动方向不能是弧形,您应该按直线运动编程。

4.10

数字化探测器
Mach3 可以连接接触式电子探测器用于测量和模具表面数字化系统,当探测器发生 接触时有输入信号产生,并 且通过非接触式探测器(如 激光)提供输出信号。 为实现探测器的功能,探测 器必须有球状末端(至少有 一部分是球体),球体必须 精确的装在主轴的中心线 上,并且必须与 Z 轴方向的 安装点有一定的安装距离。 为了满足探测非金属材料 (在模具表面数字化处理中 图 4.15 – 玻璃刻度编码器(待安装) 模具的材料可能是泡沫、纤 维板或塑料)的要求,探测器的末端在各个方向上都要有几分偏差。如果是和自动 更换刀具使用就不能连接探测器。 因为上述的要求对探测器的设计者来说在车间里面使用探测器是一个挑战,因此探 测器的价格比较昂贵。 使用激光探测器可以实现很多功能。

4.11

玻璃码盘线形编码器
编码器(一般为如图 4.5 所示的玻璃码盘编码器)能够输出四组正弦波给 Mach3, Mach3 能够在数字读出器上可以显示编码器的位置,这些数值可以从数字读出器上 读出也可以保存。 码盘编码器的里面是带有等距刻线(一般为 10 微米)的玻璃码盘(也可以是塑料码 盘或金属码盘),光敏晶体管发出的光信号穿过码盘刻线将给出如图 4.14 所示的信 号,码盘转动 20 毫米发出一个完成的正弦波信号。 另一个光敏晶体管光源距第一个光敏晶体管 5 微米的位置,它将发出与 A 信号为相 差为 90°的 B 信号,因此我们把信号称为正交信号。 编码器远离的完整说明要花费很多篇幅,但现在您也可以清楚地知道,轴转动 5 微 米信号将改变,因此编码器的分辨率是 5 微米,通过正弦波您可以知道轴转动的方

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式,如当 A 信号为高电平 B 信号由低电平变为高电平时说 明码盘从起点标记右转,当 A 信号为高电平 B 信号由高电 平变为低电平说明码盘从起点 标记左转。 玻璃码盘编码器发出的是类似 图 4.16 –编码器数字读出器 正弦波的信号,但 Mach3 只 接收逻辑信号,这要求智能电 路提高分辨率。如果您要使用编码器的信号您需要先用放大器把正弦波信号转换位 矩形波信号。TTL 电路输出编码器将直接连接在电脑并口的输入脚针上,但是噪声 会使编码器计数出错,因此您最好在编器和并口之间使用施密特触发器(Schmitt trigger)连接。编码器的光源和驱动器需要 5 伏的支流电源。 说明: (a) 线形编码器一般不作为伺服电机反馈信号用,因为机械驱动装置有回差和 弹性使得伺服系统不稳定。 (b)伺服电机的旋转编码器一般不与编码器数字读出器连接,这使得轴的位置 读出要手动操作,因为伺服电机的 0 伏往往不是您的电脑或接口板的 0 伏,如 果把旋转编码器和数字读出器连接会导致故障。 (c) 在线形轴上使用线形编码器的优点是线形编码器的测量不受驱动螺钉、皮 带和链条的精度和反冲的影响。

4.12

主轴指引脉冲
主轴每转一圈将向 Mach3 输入一个或更多脉冲,这些脉冲可以用于显示主轴的速度 和刀具的坐标位置,在车螺纹和指引刀具在作封闭循环反井钻中也将发挥作用,还 能在每转的单位上控制进给。

4.13

电荷泵-脉冲监控器
不管 Mach3 是否正常工作,Mach3 在接口上能够输出频率在 12.5 千赫兹左右的脉冲 群,如果 Mach3 没有正常安装或者处于紧急停止状态或脉冲群的产生失败接口上将 没有信号。您可以把这个信号通过二极管泵给电容器充电,二极管泵的输出能够表 明 Mach3 是否正常运行,并且可以激活轴和主轴驱动器。这个功能通常用在接口板 中。

4.14

其他功能
Mach3 有 15 个 OEM 触发器输入信号端口,您可以指派这些信号用于满足您的需 求,例如它可以用于虚拟击键和调用用户编写的宏命令。 另外还有 4 个用户输入端口可用于访问用户宏命令。 Input #1 可用于控制工件程序的运行,也可以与机床的防护装置连接。 输入仿真的细节见 Mach3 Customisation wiki,第 5 章将介绍其配置对话框。 延时激活输入不用于控制主轴和冷却剂,您可以通过宏命令用于其他功能。 以上所描述的功能您都可以实现,但是应该提醒您的是电脑的输入输出接口是有限 的,即使您可以使用两个并口,但也只有 10 个脚针支持所有的功能,您也可以使用 键盘模拟器增加输入信号,但是键盘模拟器不能支持所有的功能,您最好使用 ModBus 装置扩展用户化输入输出接口。

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配制 Mach3

5. 根据机床和驱动装置配制 Mach3
如果您购买的机床带有安装了 Mach3 的电脑,您可以不阅读本章,如 果您有兴趣当然也可以。您的供应商可能已经为您安装并配制好了 Mach3,或者会知道您如何根据您的机床和驱动装置配制 Mach3。 建议您保存如何配制 Mach3 的纸印本,因为您可能需要完全重新安装 并配制 Mach3。 Mach3 将把配制信息以 XML 格式文件保存,当您需要时您可以查看。

5.1

配制策略
本章包括很多细节,如果您仔细阅读并按步骤操作,您会发现配制的过程很简单。 最好的配制策略是先大概浏览本章,然后在您的您的电脑和机床上按照本章操作, 这样做的前提是您已经如第 3 章所描述的一样进行了演习试验。 事实上本章的操作对象都是配制菜单下面的对话框,配制菜单下面的选项是分类 的,如您选择配制下面的逻辑即输入逻辑电平。

5.2

初始配制
首先要使用的是配制下面的接口和脚针,这个对话框有很多表格,如图 5.1 所示为初 始界面。

5.2.1

定义接口地址

如果您只需要使用一个并口并且是电脑主板的并口,接口地址是默认地址即 0x378

图 5.1 –接口和轴选项标签

(也就是十六进制 378)。 如果您使用的是一个或几个 PCI 扩展卡就必须更改接口地址,通过右击开始(Start) 进入控制面板,双击打开系统(System )然后选择硬件(Hardware),点击设备管 理(Device Manager)并扩展开端口(COM & LPT)条目分支。

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配制 Mach3

双击 ECP 打印机端口跳出一个新的窗口,选择资源(Resources)出现新的窗口,输 入输出范围框内第一个数字便是接口地址,您可以记录下这个数值并关闭系统属性 对话框。 注意:安装和移除 PCI 扩展卡时 PCI 并口地址会改变。 如果您要使用第二个接口请重复上面操作。 关闭设备管理器窗口,系统属性窗口和控制面板窗口。 输入您第一个端口的地址(不用输入 0x 前缀),如果有必要的话也可以输入地址激 活第二个端口。 当您在 ECP 打印机端口各个标签之间切换时,输入的数据将不被保存,因此在标签 之间切换您必须先点击应用(Apply),在关闭接口和脚针对话框之前也必须点击应 用。

5.2.2

定义驱动频率

Mach3 驱动程序可以在 25000Hz、35000HZ、45000Hz 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。 频率决定于轴以最高速度转动时需要的最大脉冲频率,如果你的机床使用步进电机 驱动,把频率设置在 25000Hz 左右比较合适。在 Gecko 201 这样的步进电机中,它的 每个整步分为 10 个微步,标准的 1.8°步进电机速度可以达到 750 转每分钟。伺服 电机要求很高的脉冲频率,因为它的编码器要求较高的脉冲频率。详见电机调试部 分。 1GHz 处理器的电脑时钟运行速度在 35000Hz,如果您所需的脉冲频率较高(例如您 的机床使用的是微距导螺杆),您可以把频率设定在 35000Hz。 Mach3 示范版本只能在 25000Hz 的频率下运行,另外当 Mach3 被强行关闭后再次运 行时频率又会回到 25000Hz,Mach3 运行时的实际频率可以在标准的诊断窗口中显 示。

5.2.3

定义特殊功能

您还可以看到各种特殊功能配制的选择框,如果您有相关的硬件装置系统将自动提 示,如果没有相关硬件装置可以不选任何选项。 使用之前必须按应用(Apply)。

5.3

定义输入输出信号
在完成了基本的配置之后,您定义将使用的输入输出信号,以及信号的输入输出分 别将使用哪个接口和那些脚针。如果您使用了为 Mach3 设计的接口板,接口板说明 书将提供输出接口和脚针连接方面的信息,或者将提供已经定义好接口和脚针的 XML 格式文件。

5.3.1

轴和主轴的输出信号
点击电机输出(Motor Outputs)标签,将显示如图 5.4 所示的界面。 定义 X、Y、Z 轴驱动器的连接接口和脚针并选择激活项激活,如果您的接口硬件 (如 Gecko 201 步进电机)需要低电平,您就必须选择 如果您的机床有旋转轴和从属轴轴您也必须激活并配置它们。 如果您要手动控制主轴速度这个标签的设置就完成了,设置完成后您必须点击应用 保存数据。

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图 5.4 –定义轴和主轴连接

5.3.2

输入信号
电机输出标签设置完成之后,您可以设置输入信号,点击输入信号(Input Signals) 标签将显示如图 5.5 所示的界面。假定您已经从 4.6 里面选择了一个原点和极限策 略。如果您选择了第一种策略把限位开关与外接逻辑器连接,通过紧急停止 (EStop)和驱动电路控制轴,您可以不选择任何限位输入。 如果您选择了第二种策略,X、Y、Z 轴分别都有复原开关,您就必须激活各轴的复 原选项,并且定义它们的接口和脚针。如果您是把复原开关和限位开关连在一起, 您需要激活 X、Y、Z 轴的极限++、极限――和复原选项,并且把极限++、极 限――和复原选项定义为同一脚针。注意:图 5.5 中窗口的滚动条没有显示出来。滚 动窗口滚动条,您可以看到 Input #1、#2、#3、 #4选项,如果安全防护装置不使 用 Input #1 时它可以用于控制工件程序的运行,其他三个选项用于连接外接按钮。 您可以先切换到单步(Single Step)标签,稍后再对 Input #1、#2、#3、 #4选项进

图 5.5 – 输入信号 Rev 1.84-A2 5-3 Mach3 数控铣床使用手册

配制 Mach3

行配置。如果您使用带一个槽的主轴传感器您需要激活并定义指引脉冲(Index Pulse)。 如果您需要使用 Mach2 控制限位开关并且通过外接按钮点动关闭极限,您需要激活 并定义修调极限(Limits Override),如果您没有外接按钮您也可以通过界面按钮实 现同样的功能。 激活并定义紧急停止(EStop),Mach3 要求机床必须能够实现紧急停止。 如果您需要通过机床本身的按钮实现控制(没有界面按钮的情况下),您需要激活 并定义 OEM 触发脉冲(OEM Trigger),这样信号才能控制 OEM 按钮。 如果您使用带多个槽的主轴传感器,你需要激活并定义定时(Timing)。 如果您需要使用数字化功能请激活探测器(Probe)。 如果您需要控制等离子喷枪请激活 THC On、 THC Up 和 THC Down。 如果您只有一个并口只能选择其中 5 项输入信号,两个并口可以输入 10 项(或者定 义并口 2-9 号脚针定义为信号输入脚针),一般您会发现输入信号脚针不够用,特别 是在您还需要使用玻璃刻度编码器或其他编码器,这个时候您只有考虑撤销极限控 制(Limit Override)开关。 您也可以使用键盘模拟器输入某些信号。 点击应用(Apply)保存此标签下的数据。

5.3.3

输入信号仿真
如果您选择了某个输入信号的仿真(Emulated)栏,这个输入信号的接口和脚针 (Port/Pin)地址及低电平(Active-low)都将被忽略,但是您选择的热键(Hotkey) 将会发挥作用。如果以代码形式传递的按键信息与热键的设置的数值相同,这个信 号就是活动的,如果接到松键信息信号便是停止的。 按键和松键信息一般来至触发键盘模拟器(如 Ultimarc IPAC 和 Hagstrom)开关,这 样可以连接更多的开关,但是键盘模拟器会有延时不能及时地传递信号,有时候按 键和松键信息可能在 Windows 中迷路。 在指引脉冲和计时选项中可以选择仿真,但是紧急停止(EStop)项不能选择仿真。

5.3.4

输出信号
点击信号输出(Output signals)标签设置信号输入,将显示如图 5.6 的界面。 您可能只需要使用一个允许(Enable)选项(因为所有的轴都可以与它相连),如果 您需要用电荷泵或脉冲监控器,您需要从其输出激活轴驱动装置。 Output#选项是用于控制主轴启动和停止(正转或反转),雾状或液流冷却剂是通过 Mach3 用户化按钮或宏命令控制。 如果您的接口板接受电荷泵信号输入连续确定 Mach3 是否正常工作,您需要激活并 定义电荷泵(Charge Pump),当您要连接第二个接口板或者要改变第二个接口控制 对象的时候您可以使用电荷泵 2(Charge Pump2)。 点击应用保存此标签下的数据。

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5.3.5

定义编码器输入
编码器和电子手轮标签是用于定义实现轴点动控制的线形编码器和电子手轮的连接

图 5.7 – 编码器输入

和分辨率。可以说本节让接口和脚针的配置更加完整。 这个对话框没有低电平这一栏,如果编码器计算出错您只需要交换 A inputs 和 B inputs 输入脚针地址。
5.3.5.1 编码器

单位计数的数值的设定要与编码器的分辨率匹配,编码器的刻线距离为 20 微米时每 转过 5 微米发出一个信号,也就是说 200 次计数每单位(毫米),如果您使用的是本 地单位如英寸,每个单位计数为 200×25.4=5080 次(1 英寸=25.4 毫米)。速度 (Velocity)栏可以不设定。
5.3.5.2 电子手轮

Mach3 要监连接在它上面的控电子手轮,计数每单位(CPR)是用于衡量 Mach3 需

图 5.8 – 主轴设置

要产生正弦波的数量,一个分辨率为 100CPR 的编码器,指数设定为 2 比较合适,如
Rev 1.84-A2 5-5 Mach3 数控铣床使用手册

配制 Mach3

果编码器的分辨率提高这个指数也要相应得提高才能达到要求的灵敏度,分辨率为 1024 的编码器把指数设为 100 能够正常工作。 电子手轮可以控制脉冲的缩放比例,这个缩放比例由轴的速度决定,设定的速度月 底轴移动的速度越快,最好根据经验来设定合理的速度。

5.3.6

配置主轴
配置下拉菜单接口和脚针的下一个标签是主轴设置(Spindle Setup),其对话框如 5.8 所示,主轴设置是用于定义主轴和冷却剂的控制方式,您也可以使用脉宽调制信 号或者单步和直接信号对主轴的启动、停止和速度进行控制,因此您可以不对主轴 设置进行设置。

5.3.6.1

冷却剂控制

代码 M7 和 M8 可以分别开启雾状冷却剂和液流冷却剂,M9 可以关闭所有的冷却 剂,对话框中冷却剂控制部分的输出信号已经在接口和脚针标签中定义。 如果您不需要使用冷却剂功剂请选择关闭冷却剂(Disable Flood/Mist Relays)。
5.3.6.2 主轴继电器控制

如果主轴的速度是通过手动控制或通过脉宽调制信号控制,Mach3 通过两个输出脚 针控制主轴的转向及启动和停止的时间,其输出脚针已经在输出信号(Output Signals)标签中定义。 如果您通过单步和直接信号控制主轴您可以不使用以上继电器控制,M3、M4、M5 可以控制自动产生的脉冲群。 如果您不是此功能请选择关闭主轴继电器(Disable Spindle Relays)。
5.3.6.3 电机控制

如果您需要使用脉宽调制或单步和直接信号控制主轴请选择使用电机控制(Use Motor Control),然后您可以在脉宽调制(PWM Control)和单步和直接信号 (Step/Dir Motor)之间选择。 脉宽调制(PWM)控制 脉宽调制信号是数字信号,矩形波的占空比为电机实际转速与电机最大转速的比 值。 如果您的电机是使用脉宽调制控制并且电机的最大速度是 3000 转每分钟,那么图 4.12 所示的脉宽调制信号将控制电机的转速在 3000 x 0.2 = 600 转每分钟,图 4.13 所 示的脉宽调制信号将控制电机的转速在 1500 转每分钟。 Mach3 要在不同的脉宽数量和矩形波的最高频率之间选择,如果运行 Mach3 的处理 器的频率为 25000 Hz,矩形波的频率为 5 Hz,Mach3 可以输出 5000 种不同速度,如 果矩形波的频率为 10Hz,Mach3 的输出速度减少到 2500 种,but this still amounts to a resolution of one or two RPM. 矩形波的频率在脉宽调制频率(PWMBase Freq)对话框中设置,但是矩形波的频率 越低电机调速的反应时间就越长,因此把矩形波的频率设定在 5 -10 Hz 是比较合适 的。 许多电机都有最小速度,在轴低速转动时冷却风扇的效率很低,但是在高扭矩高电 流时冷却风扇也需要高效运转,最小速度(Minimum PWM %)对话框可以设置最小 电机速度的百分比,在这个速度下 Mach3 将停止脉宽调制信号的输出。

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您应该知道脉宽调制驱动电路也有它的最小速度,您可以在 Mach3 滑轮配置中设置 这个最小速度,您应该把滑轮极限速度设定的略高于最小速度或机械极限速度,这 样可以限制速度或者将给出错误的提示而不是停机。 单步和直接控制电机 这是通过单步脉冲和伺服系统控制变速装置。 如果电机或电路需要最小速度,您可以配置 Mach3 滑轮定义最小速度(见 5.5.6.1)
5.3.6.4 Modbus 主轴控制

这个模块可以在 Modbus 装置上设定一个类似接口的东西来控制主轴转速,详见 Modbus 说明书。
5.3.6.5 通用参数

通用参数的设置允许您控制 Mach3 执行更多命令前启动和停止的延时,延时包括切 割之前的刀具加速时间,以及从正转到反转的软件保护时间,停留时间的单位是 秒。 如果您选择了延时之前立即切断继电器(Immediate Relay off before delay),M5 命 令执行时主轴继电器将被切断,如果您没有选择它将在 spin-down delay 时间之后关 闭。
5.3.6.6 滑轮比率

Mach3 能够控制主轴电机的转速,您可以通过程序的 S 字母定义主轴转速,在 Mach3 上您定义 4 组滑轮比率,在调试主轴电机之后您很容易就能明白它的工作原 理,因此我们在下面的 5.5.6.1 中再作介绍。
5.3.6.7 特殊功能

如果您不是用激光切割机激光模式(Laser mode)一般不选。 您不需要选择主轴同步反馈(Use Spindle feedback in sync mode)。 如果您选择了关闭闭环控制(Closed Loop Spindle Control),软件伺服环路将在字母 S 的命令下通过指针传感器或定时传感器来测定主轴的转速,主轴的实际转速在加工 的过程中并非非常重要,因此在 Mach3Turn 中,您可以不使用这个功能。 如果您要使用这个功能,对话框中的 P、I 和 D 的数值可以设定在 0 到 1 之间,P 变 量控制闭环的增益,如果 P 的值设定的太高会导致速度振动,因此您最好把 P 变量 设定在所需的数值左右,D 变量可以施加阻尼并且通过速度变化率使振动趋于稳定, I 变量可以监控实际速度和要求速度之间的差异,可以增加稳定状态的精确性,通过 打开操作(Operator)下拉菜单中的校准主轴(Calibrate spindle)可以帮助您调试这 些变量的数值。 如果您选择了主轴平均速度(Spindle Speed Averaging),Mach3 就能够通过计算多 转下主轴指引脉冲和定时脉冲的平均时间,计算出实际的主轴速度,您会发现在低 惯性主轴驱动器和您需要短期变速的情况下这是非常有用的。

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配制 Mach3

5.3.7

铣床选项标签
配置(Config)下拉菜单中的接口和脚针(Ports & Pins)对话框中最后一个标签是铣

图 5.9 – 铣床选项标签

床选项(Mill Options),点击铣床选项标签将看到如图 5.9 所示的界面。 Z 轴约束:选择开启 Z 轴约束激活此功能,在最小深度(Max Depth)设定 Z 轴每步 移动的最小距离,Mach3 将保存最小深度,在关机重新运行时仍然是您说设定的数 值。 数字化: 4 轴点云(4 Axis Point Clouds)选项可以激活记录 X、Y、Z 轴状态的功能, 您可以在点云文件中查看轴的状态,其文件名为轴的名称加上添加轴字母。 THC 选项: 这个选项的名称不用解释就可以明白。 G41、G42 补偿: 选择高级补偿分析选项可以激活补偿分析功能,它能够彻底分析加 工复杂工件的过程的刀具直径补偿,降低刨削得危险。 没有复原开关时的准确复原: 选择没有复原开关的准确复原能让您重新定义基准,一 般在接口和脚针输入标签中没有定义复原开关时才能使用。

5.3.8

测试
您的软件已经充分的配置好,把电脑和机床连接非常简单,连接之后您可以对 Mach3 进行简单的测试。 运行 Mach3Mill 之后打开诊断(Diagnostics)界面,有一系列的发光二极管显示输入 输出信号的逻辑电平,您必须先确定紧急停止信号没有工作(红色的紧急停止发光 二极管没有亮),然后点击界面上的紧急复位(Reset)按钮,使紧急复位按钮的发 光二激光熄灭。 如果您在信号输出中配置了冷却剂或主轴旋转,您可以使用相关的按钮启动和停止 输出信号,机床会做出相应得响应,您也可以通过万用表监控输出信号的电压。 接下来操作复原开关或限位开关,当有信号输入的时候它们的发光二极管将发出黄 光。 通过测试您可以知道并口地址是否定义正确、输入输出脚针是否正确连接。 如果您使用了两个并口,但是所有的测试信号都是在一个并口上,您可以使用一个 临时开关并且把一个复原开关或限位开关接在上面,然后测试开关是否能正常工 作,在做这类测试的时候不要忘了点击界面上的应用(Apply)按钮,如果一切正常 您可以对配置进行保存。

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如果您发现有问题您应该在没有启动机床之前把问题找出来并解决,如果您没有万 用表您可以使用逻辑探测器或 D25 适配器检测脚针的状态,事实上您需要发现(a)输 入输出电脑的信号是否正确(b)信号是否在 D25 连接器和机床之间(接口板的数据线 和配置问题将导致类似的情况)。如果碰到解决不了的问题您可以寻求朋友的帮 助。

5.4

定义单位
基本功能都能正常运行之后,现在您可以配置轴的驱动,首先您要决定的就是定义 单位,把单位定义为毫米或英寸工件程序都能正常运行,虽然英寸和毫米之间很容 易换算(1 英寸=25.4 毫米),但是如果您把单位定义为驱动机构的单位运算过程就 会变得稍微简单,因此您的导螺杆斜度为 0.2 英寸,您就应该把单位定义为英寸,如 果导螺杆的斜度为 0.2 毫米您应该把单位定义为毫米。 另外把单位定义为您常用的单位有一个好处,那就是您可以锁定数字读出器,即使 工件程序通过 G20 和 G21 切换单位,数字读出器仍将输出固定的单位。 点击配置(Config)下拉菜单中的单位设置(Setup Units)定义单位,将显示如图 5.10 所示的界面,您可以毫米或英寸,一旦您选择了单位在接下来的操作中就不能 在更改,当您设定单位的时候系统会有相关的提示信息。

5.5

电机调试
设定好了以上选项,现在您可以设定轴的驱动装置,本节将描述如何设定轴的驱动 装置和主轴驱动装置(如果 Mach3 能够控制主轴速度)。 设定各轴驱动装置的策略是:(a)计算刀具或工作台移动一个单位驱动装置所需的脉 冲数量,(b)设定电机的最大速度,(c)设定加速率或加速率。 建议您一次设定一根轴,您应该在电机连接机床之前运行电机。 现在您可以接通轴驱动装置的电源,然后对连接驱动装置和接口板或电脑之间的数 据线进行多次检查,这样才能避免事故的出现。

5.5.1

计算单位脉冲数量

Mach3 能够自动的进行轴的移动测试并计算移动每个单位所需的脉冲,因此在这里 我们只描述大概的理论。 轴移动每个单位 Mach3 所需的脉冲数量决定于机械驱动装置(滚珠丝杠的斜度,电 机和螺杆之间的齿轮)、步进电机的性能和伺服电机的编码器以及驱动电路中的微 步或电子传动装置。 我们将依次介绍以上三种因素,然后再把三种因素综合起来。
5.5.1.1 计算机械驱动装置

现在您要计算轴移动一个单位电机的转数,如果您定义的单位是英寸电机的单位转 速将大于 1,如果您定义的单位为毫米电机的单位转速降小于 1,这在计算机上计算 起来非常简单。 如果您的传动装置为螺杆螺母传动,您需要知道螺杆的螺距(也就是螺纹顶部间 隙)和头数,英制螺杆的单位为齿数每英寸(tpi),因此英制螺杆的螺距为 1/tpi, 如一个 8tpi 的单头螺杆其导程为 1 ÷ 8 = 0.125 英寸。 如果您使用的螺杆为多头螺杆,在计算导程的时候就应该把螺距乘上头数,导程也 就是电机转动一圈轴所移动的距离。 现在您可以计算轴单位转数(screw revs per unit) 轴单位转数 = 1 ÷导程
Rev 1.84-A2 5-9 Mach3 数控铣床使用手册

配制 Mach3

如果螺杆是直接通过电机驱动,那么轴移动一个单位距离螺杆的转速也就是电机的 单位转数(motor revs per unit),如果螺杆和电机之间通过齿轮、链条或皮带传动, 并且电机端的齿数为 Nm,螺杆端的齿数为 Ns,那么电机单位转数可用下面的公式计 算:电机单位转数=螺杆单位转数 x Ns ÷Nm。 例如假定您所使用的螺杆是英制 8 tpi 螺杆,螺杆和电机之间通过带齿的皮带传动, 螺杆端的齿数为 48,电机端的齿数为 16,那么电机单位转数为 1/8 x 48 ÷ 16 = 1/24。(提示:在计算的过程中每个步骤都必须保留小数点所有的位数避免化整误 差) 另外再举一个公制单位的例子,假定您所使用的螺杆为双头螺杆,螺杆的螺距为 5 毫米(也就是说螺杆的导程为 10 毫米),电机端的齿数为 24,螺杆段的齿数为 48,那么螺杆单位转数为 1/10=0.1,电机单位转数为 0.1 x 48 ÷ 24 = 0.2。 如果驱动装置为机架、小齿轮、带齿皮带或链条,螺杆单位转速和电机单位转数的 计算方法是一样的。 您需要找出皮带齿距和链节距离,公制皮带的齿距一般为 5 毫米或 8 毫米,英制皮带 的齿距一般为 0.375 英寸,齿轮也要找出齿距,齿轮的齿距最好通过计算 50 个甚至 100 个齿之间的距离,但您要注意的是这个距离是通过直径计算出来的,所以您所得 到的齿距是将不是一个有理数,因为您在计算齿距的过程中用到了常数π (π =

3.14152…) 。 对于所有的传动装置来说我们都把这些都称为齿距。
如果驱动齿轮、皮带、链条的驱动轴上的齿轮、链齿轮、滑轮的齿数为 Ns,那么驱 动轴单位转数的计算公式为:驱动轴单位转数= 1 ÷ (齿距 x Ns)。 例如电机通过齿距为 3/8 英寸的链条传动,电机端链齿的数量为 13,那么电机单位转 数为 1 ÷ (0.375 x 13) = 0.2051282,您会发现这样的参数下机床的运行速度是相当高 的,您需要安装减速齿轮箱以达到要求的扭矩,如果您安装了减速齿轮箱计算电机 单位转数还需要乘上齿轮箱的传动比,其公式如下: 电机单位转数=驱动轴单位转数 x Ns ÷Nm。

例如在上述传动装置中安装一个传动比为 10:1 的减速齿轮箱,电机单位转数 将变成 2.051282 转每英寸。
对旋转轴来说(如旋转工作台或分度器)他们的单位是度,您需要计算涡轮比率, 涡轮比率一般为 90:1,如果电机直接和涡轮连接,电机每转动一圈涡轮将转动 4 度,因此电机单位转数为 0.25,如果在电机和涡轮之间安装一个传动比为 2:1 的减 速齿轮箱,电机单位转数将变为 0.5 转每单位。
5.5.1.2 计算电机单位步数

现代步进电机的解析度一般为每转 200 整步(也就是说每整步 1.8o),有些老式电机 的解析度为 180,如果您购买的是新的设备使用的电机解析度都是 200。 伺服电机的解析度决定于驱动轴的编码器,编码器的解析度一般通过刻度每转 (cycles per revolution)来衡量,因为输出信号为双正交信号,因此实际解析度是编 码器解析度的 4 倍,也就是说如果编码器的解析度为 125 到 2000,那么电机每圈可 以分为 500 到 8000 个整步。
5.5.1.3 计算电机每转 Mach3 需要产生的脉冲

建议您在步进电机上使用微步驱动电路,如果您使用的是整步或半步驱动,您需要 一个更大的电机并且在某些速度下会出现共振的情况严重影响机床的工作。

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图 5.11 – 电机调试对话框

有些步进电机有固定数量的微步,一般每整步细分为 10 微步,有些步进电可以配置 微步数量,如果您需要配置电机的微步数量您最好把它设定在 10,也就是说电机转 动一圈 Mach3 将输出 2000 个脉冲控制电机。 有些伺服电机每产生一个正交信号就需要一个脉冲,对解析度为 300 的编码器来说 Mach3 需要产生 1200 个脉冲,有些电机有电子齿轮,在计算 Mach3 所需脉冲的时候 需要再乘上或除一个整数,这在 Mach3 输入脉冲中非常重要,比如高解析度小伺服 电机的速度有时候会受到 Mach3 最大脉冲速度的限制。
5.5.1.4 Mach3 单位脉冲

现在我们可以通过以下公式计算 Mach3 单位脉冲: Mach3 单位脉冲 = Mach3 每转脉冲 x 电机单位转数 图 5.11 所示为电机调试(Motor Tuning)对话框,选择您要配置的轴并输入 Mach3 单位脉冲(Mach3 steps per unit)的计算结果然后点击保存,这个计算结果可以不是 整数,因此您可以按照您所需的精度设定,请记住点击保存轴的设置(Save Axis Settings)。

5.5.2

设置电机最大速度

电机最大速度设置仍在配置下来菜单中的电机调试对话框中进行,滑动对话框中的 滑块速度/时间图将发生改变,从图上我们可以看到电机先加速,在到达最大速度并 保持一定的时间后开始减速,现在您可以设定电机的最大速度,也可以通过滑块设 定电机的加速和减速速率(加速和减速的速率是一样的)。 当您设定了电机最大速度和加速/减速速率并点击了保存轴的设置(Save Axis Settings)之后,速度/时间图也将更新,速度的单位是单位每分钟(units per minute),加速度的单位为单位每秒的平方(units per second2)。加速度也可以通过 程序 Gs 控制,加速度将给您加在工作台或工件上的力一个主观印象。 您所设定的最高速度将会受到 Mach3 最大脉冲速率的限制,如果配置的 Mach3 频率 为 25000Hz,单位脉冲为 2000,您能获得电机最大速度为 750 单位每分钟。 设定的电机最大速度可能对电机、驱动装置或机床并不安全,Mach3 可能是在疲惫 运行,您需要先计算一下或通过试验来确定这个最大速度是否安全。

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5.5.2.1

电机速度试验

完成了电机调试并保存之后,点击确定(OK)关闭电机调试对话框,在确定所有的 电源都开启之后,您可以点击紧急复位按钮对电机进行试验,电机紧急复位按钮之 后它的发光二极管将连续发光。 回到配置下拉菜单中的电机调试对话框并选择您要试验的轴,通过滑块把速度设定 在电机最大速度的 20%左右,按下键盘的 Up 键轴将朝正方向移动,如果速度失控您 应该选择一个较小的速度,如果只是蠕动您应该选择一个较大的速度,如果按下键 盘 Down 键轴将朝负方向移动。 如果电机转动的方向有误,在保存轴设置的同时按以下两种方法修正转动方向:(a) 在配置下拉菜单打开接口和脚针对话框,然后打开输出信号标签,改变轴方向脚针 的低电平;(b)在配置下拉菜单打开电机反转,在对话框中选中您的目标轴;您也可 以把驱动电路的一组连接电机的线交换位置。 如果步进电机噪声过大,有可能是您的连接不对也有可能是电机的转速过快,步进 电机的线路标签(特别是 8 线电机)有时候比较复杂,您应该按照电机说明书接 线。 如果伺服电机在全速转动下失控或发出轻打声也说明电机的连接有问题,您需要改 变电枢或编码器的连接,您应该根据伺服电机说明书连接线路,如果您购买的是现 行的有售后服务的电机,在碰到问题的时候您可以省很多事。 大部分的电机在 1 微秒最小脉冲宽度下都能正常运行,如果在电机试验的时候碰到 问题(如电机噪声过大),首先检查阶跃脉冲是否反向(配置下来菜单接口和脚针 对话框中阶跃脉冲的低电平设置不正确),然后您可以检查脉冲宽度是否太小,您 可以把脉宽设置在 5 微秒。阶跃和方向界面非常简单,但是因为他是挑选性的界 面,一旦配置有误就很难找出错误所在,除非您使用示波器观察脉冲。
5.5.2.2 计算电机最大速度

如果您认为您需要计算电机的最大速度请阅读本部分。 首先要介绍影响最大速度的几个因素: ? 电机最大允许速度,伺服电机的最大允许速度可能为 4000 转每分钟,步进 电机的最大允许转速可能是 1000 转每分钟。 ? 滚珠丝杠的最大允许速度,决定于滚珠丝杠的长度、直径以及其末端如何支 撑。 ? 带传动和齿轮箱的最大速度 ? 驱动电路在没有信号传输缺陷时的最大允许速度。 ? 机床滑块保持轮滑的最大速度 上面所描述的影响因素中前面两个是主 要影响因素,您需要根据制造商的说明 书计算螺杆和电机的最大允许速度,并 且把单位换算为单位每秒,再在电机调 试对话框中的速度窗口中输入该轴的最 大速度值。 如果您碰到类似的问题您可以登录在线 论坛,您可以从其他用户那里得到很多 有用的建议。
5.5.2.3 单位脉冲的自动设置
图 5.12 –单位脉冲的自动设置

如果您不方便测量轴驱动装置的齿轮,

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也不知道螺杆的导程,但是如果您能用度盘式指示器或量块套装精确的测量轴移动 的距离,您就可以通过 Mach3 计算并配置单位脉冲。 图 5.12 所示为单位脉冲自动设置初始界面,在校准轴之前您应该先选定轴。 您必须输入一个移动距离,然后 Mach3 将控制轴移动,您随时要准备按紧急停止按 钮,因为您设定的距离可能太长有可能会造成碰撞。 最后系统将提示您测量并输入轴移动的实际距离,Mach3 将根据您的输入计算单位 脉冲。

5.5.3
5.5.3.1

确定加速度

惯性和力

电机不可能立即改变机床的速度,旋转部件的转动(包括电机本身)需要给一个角 动量才能转动,动量转换为力将给部件、刀具和工件一个加速度,有些力可能用来 克服摩擦或驱动刀具切割。 Mach3 会以指定的加速度加速或加速(也就是说在时间速度图上时间和速度的关系 是直线),如果电机能够提供足够的力,满足切割、克服摩擦力和惯性力以及提供 加速度的需要,机床就能正常运行;如果电机提供的扭矩不够,将造成步进电机失 速,如果是伺服电机将造成位置误差,如果伺服电机的伺服误差过大,电机将给出 错误的信号将影响加工的精度。
5.5.3.2 测试不同的加速度

在配置下拉菜单中的电机调试对话框中通过滑块设定不同的加速度值,并启动和停 止电机对不同的加速度进行试验,当加速度的值较小时速度时间图的斜率较小,您 可以移动加速度滑块(Accel)调整加速度的大小。
5.5.3.3 为什么要避免大的伺服误差

工件程序控制的移动一般是两个或更多轴同时移动,比如从坐标为 X=0、Y=0 的位 置移动到坐标为 X=2、Y=1 的位置,X 轴移动的速度将是 Y 轴移动速度的两倍,在 加速或减速过程中加速度也是倍数关系,但是加速度一般决定于转速低的轴。 如果您设定的加速度过大,Mach3 将认为这个加速度可行并且将执行,但是如果出 现轴的移动落后于命令的要求(也就是伺服误差过大),加工中的刀具路径将变得 不精确。
5.5.3.4 选择加速度

如果知道机床部件的质量、电机和螺杆的转动惯量、摩擦力以及电机的输出扭矩, 您就可以计算多大的加速度将导致错误,滚珠丝杠和线性滑块厂商提供的说明书目 录中一般都有计算示例。 建议您把加速度设定在试验启动和停止时电机声音比较悦耳的数值上,虽然这不是 很科学但您将得到一个满意的结果。

5.5.4

保存并测试轴的设置

设定好加速度好请不要忘了点击保存轴的设置(Save Axis Settings)。 现在您可以通过手动数据输入输入 G0 命令对设置进行测试,如果您只要进行粗糙的 测试可以使用钢尺,如果您要进行精确测试需要使用杠杆千分尺和量块套装。严格
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的说量块套装要安装在刀 具架上,但是因为主轴相 对 X-Y 平面不移动,因 此在普通的铣床上您也可 以把量块套装安装在铣床 的框架上。 假定您要测试 X 轴并且 有 4 英寸量块套装。 使用手动脉冲输入界面选 图 5.13 – 建立原点位置 择英寸为单位并选择绝对 坐标,输入 G20 G90 设 置工具台上的夹具,通过点动让数字中继探测器接触轴,请确定轴在移动结束时朝 负方向运动的。 旋转盘坐使读数归零,如图 5.13 所示。 现在您可以通过 Mach3 手动数据输入界面电机 G92X0 按钮设置偏差补偿,然后把 X 轴数字读出器归零。 通过 G0 X4.5 命令把工具台移动到 X=4.5 的位置上,进给间隙在 0.5 英寸左右,如果 进给间隙不对,单位脉冲的设置存在问题,您需要检查并改正。 插入量块套装并且通过 G0 X4 命令把轴移动到 X=4 的位置上,轴的移动方向是负方 向并且是通过点动移动,因此回差对机床的影响将消失,数字中继器将显示轴的位 置误差,误差只能控制在 1000 左右。图 5.14 所示为安装的量块套装。 移除量块套装并通过 G0 X0 命令检测零点位置,重复量块套装的检测得到 20 个数 据,然后判断零点位置的可重复性,如果数据波动较大说明存在一些机械方面的问 题,如果位置误差较稳定您可以通过微调 Mach3 单位脉冲达到较高的精度。 如果电机在全速转动下经过反复的测试都没有出现失步的现象,您可以移除量块套 装,并且通过手动数据输入输入 G0 X0 让数字中继器归零。 使用编辑输入以下程序:
F1000 G20 G90 (选择英寸为单位并选择绝对坐标) M98 P1234 L50 (运行子程序 50 次) M30 (停止) O1234 G1 X4 G1 X0 (进给之后返回) M99 (返回)

电机循环开始(Cycle Start)运行程序,请确定机床的声音听上去很平稳。 当程序运行结束时数字中继接口需要归零,如果您碰到问题您需要微调轴的最大速 度。

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5.5.5

配置其它轴

有了配置第一根轴的经验,您能够很快的配置其它轴。

5.5.6

主轴电机设置

如果主轴的电机速度是通 过手动控制您可以不阅读 本小节,如果 Mach3 能够 控制主轴电机正反方向启 动和停止,这就需要在 Mach3 种对继电器输出进 行设置。
图 5.15 – 主轴滑轮驱动 如果 Mach3 控制主轴速度 是通过能够接收阶跃和方 向信号的伺服电机或是通过脉宽调制信号控制的电机,阅读了本小节之后您就会知 道如何对您的系统进行配置

5.5.6.1

电机速度、主轴速度和变速滑轮

通过阶跃和方向信号以及脉宽调制信号您都可以控制主轴速度,您在加工过程中工 件程序最关注的就是主轴转速,电机和主轴之间是通过变速滑轮或齿轮箱传动,在 本手册中我们将用变速滑轮代替所提到的传动装置。 如果您没有电机速度控制装置(也就是说电机全速转动),并且选用 4 号变速滑轮 主轴的速度可能达到 100000 转每分钟,这样在工件程序要求主轴转速为 6000 转每分 钟时 Mach3 也能胜任。 如果您不提示 Mach3 选用什么样的滑轮比率,Mach3 将无法知道,因此操作者必须 提示 Mach3 所选的滑轮比率。您可以通过下面的方法设置滑轮比率,在配置 (Config)下拉菜单打开主轴滑轮(Spindle pulleys),设定 4 组滑轮组合;然后在工 件程序中定义使用哪组滑轮。 滑轮比率是在配置下来菜单的接口和脚针窗口中设定,4 组滑轮的最大速度定义为同 一个默认的速度,滑轮的最大速度是电机全速转动时主轴转动的速度,当脉宽调制 信号的脉宽为 100%时电机将以设定的主轴加速度达到最大速度。 例如,假定电机和主轴之间采用传动比为 5:1 的滑轮 1,电机的最大转速是 3600 转 每分钟,那么滑轮的最大速度为 720 转每分钟 (3600 ÷ 5),如果采用传动比为 1:4 的滑轮 4,滑轮的最大速度将达到 14400 转每分钟(3600 x 4),如果采用其他滑轮速度 将在两者之间,滑轮的提速并不需要定义,但是您必须通过逻辑方式定义滑轮的代 号以实现在机床上的控制。 每个滑轮的最小速度是相同的,最小速度以最大速度百分比的形式表示,脉宽调制 信号的脉宽百分比最小时可以获得最小速度。如果您所设定的速度小于最小速度, Mach3 将会要求改变滑轮比率,例如 4 号滑轮的最大速度为 10000 转每分钟,脉宽调 制信号的脉宽为 5%,当您输入 S499 命令时 Mach3 将提示您改变滑轮设置,这项功 能是为了防止电机在最小速度下运行。 Mach3 关于滑轮比率的信息如下: ? 当工件程序执行 S 命令或在数字读出器上设定速度时,您应该把您要设定的 速度和最大速度做比较,如果设定的速度比最大速度大将导致错误。 ? 您需要根据设定的滑轮最大速度百分比来设定脉宽调制信号的脉宽或阶跃信 号。
Rev 1.84-A2 5-15 Mach3 数控铣床使用手册

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例如,假定滑轮 #1 的最大主轴速度为 1000 转每分钟,如果工件程序通过 S1100 把速 度设定在 1100 转每分钟,这将导致错误,如果工件程序 S600 把主轴速度设定在 600 转每分钟,脉宽调制信号的脉宽将为 60%,如果阶跃和方向信号所设定的速度为 3600 转每分钟,电机的速度将为 2160(3600 x 0.6)转每分钟。
5.5.6.2 脉宽调制主轴控制器

配置主轴电机的脉宽调制控制,您先要在配置(Configure)下拉菜单接口和脚针 (Port and Pins)对话框打印接口和轴的选择(Printer Pin and Axis Selection)标签中 激活主轴并选择脉宽调制控制,其界面如图 5.1 所示,设置完成后请点击应用。然后 在输出信号(Output Signals)标签中定义阶跃脉冲的输入脚针,其界面如图 5.6 所 示,阶跃脉冲脚针必须与脉宽调制控制电路连接,您不需要使用方向信号因此把方 向信号的脚针地制定义为 0,设置完成后再电机应用。 在配置(Configure)下拉菜单接口和脚针(Ports & Pins)对话框中定义外接信号, 在配置(Configure)下拉菜单输出装置(Output Devices)对话框中打开或关闭脉宽 调制控制,如果您需要也可以在这个对话框中设置电机转动的方向。

现在回到配置下拉菜单接口和脚针对话框,打开主轴设置(Spindle Setup)标签选择 脉宽调制频率(PWMBase Freq),这个频率数值是矩形波的可调脉宽频率,这个信 号将在阶跃脚针中输出,您选择的频率越高脉宽调制信号的反应就越快,但是速度 的解析度就越低,可以输出的不同速度数量为处理器频率(Engine pulse frequency)

÷脉宽调制频率( PWMBase freq)。例如,您的电脑处理器为 35000Hz,脉宽调
制频率为 50Hz,您能得到的不同速度数量为 700 个,脉宽调制信号可以把最高转速 为 3600 转每分钟的电机速度控制到低于 6 转每分钟。
5.5.6.3 主轴步距和方向控制器

在配置(Configure)下拉菜单接口和脚针(Port and Pins)对话框中打开打印接口和 轴的选择(Printer Port and Axis Selection)标签配置主轴电机的步距和方向控制,其 界面如图 5.1 所示,设置完成后点击应用。然后在接口和脚针对话框中打开输出信号 标签定义步距和方向脚针,其界面如图 5.6 所示,步距和方向脚针必须与电机驱动电 路相连,设置完成后点击应用。

在配置(Configure)下拉菜单接口和脚针(Ports & Pins)对话框中定义外接信号, 在配置(Configure)下拉菜单输出装置(Output Devices)对话框中打开或关闭主轴 电机控制器,主轴停止转动后您也可以通过 M5 关闭电机,这样的情况下电机将停止 转动,因为 Mach3 会停止步距脉冲的输送,但是电机可能依然耗电,这要看电机如 何设计。

现在回到配置下拉菜单中的电机调试(Motor Tuning)对话框设置主轴,主轴的单位 为转,因此单位脉冲也就是每转脉冲(10 个微步细分的步进电机单位脉冲为 2000, 伺服电机的单位脉冲为 4×编码器码盘槽数) 主轴速度应该设置为电机全速转动时每秒钟的转数,因此一个最高速度为 3600 转每 分钟的电机主轴速度应该设定在 60 转每秒,这要求高线编码器对 Mach3 的最大脉冲 速率进行计数才能实现(例如在 35000Hz 的系统中一个 100 线的编码器允许主轴的 转速为 87.5 转每秒),主轴需要带电子齿轮的强有力的电机来克服这个约束。
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主轴的加速度应该设定在主轴能够平稳启动和停止的数值上,注意如果您要输入一 个很小的加速度值最好不要使用界面滑块输入,主轴从启动到达到最高速度时间在 30 秒左右很正常。
5.5.6.4 测试主轴驱动

如果您有转速计或闪频观测仪您可以测定机床主轴的速度,如果您没有您可以用肉 眼根据经验判断主轴的转速。 在 Mach3 设置界面上选择速度为 900 转每分钟的滑轮,在机床相应得位置上安装皮 带或齿轮箱,在程序运行界面上设置主轴速度为 900 转每分钟然后启动电机,并测 量或估计主轴旋转的速度,如果有错您需要重新计算比设置。

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5-17

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5.6

其他配置
5.6.1
5.6.1.1

复原开关和限位开关的配置

基准速度和基准方向

您可以在配置(Config)下拉菜单复原和软件极限(Home/Softlimits)对话框中定义 基准,其界面如图 5.16 所 示。速度百分比(Speed %)可以防止轴在全速移动 寻找基准时造成碰撞,您在 定义基准时 Mach3 对轴的位 置没有任何概念,轴移动的 方向决定于您是否选择了原 点负方向(Home Neg)选 项,如果您选择了原点负方 向(Home Neg),轴将朝 负方向移动直道原点信号产 生,如果原点信号已经产生 轴将朝政方向移动,如果您 图 5.16 – 定义原点 (定义基准) 没有选择原点负方向 (Home Neg)则反之。
5.6.1.2

原点开关的位置

如果您选择了自动归零(Auto Zero)就应该把数字读出器设定为 Home Off 栏所定义 的基准或复原开关的位置(而不是机械原点),这样可以缩短轴复原的时间。 如果基准开关不是在轴的末端,您还有必要设置单独的限位开关。
5.6.1.3 配置软件限位

正如上面所说到的极限开关的使用要考虑很多因素,如果意外碰到极限开关可能需 要重新设置系统并重新定义基准,软件限位可以防止类似意外的发生。 软件将控制轴在软件限位定义的范围之内移动,每个轴可以从-999999 到 + 999999 单 位的范围内移动,当点动到减速区(Slow Zone)定义的极限附近时主轴速度将降 低。 如果减速区(Slow Zone)的距离定义太长将会减少机床的有效工作区域,但是如果 定义的太小就增加了碰到机床极限的可能性。 软件极限只在软件限位(Software Limits)开关按钮闭合的时候工作,详见限位和各 种控制系列(Limits and Miscellaneous control family)。 如果工件程序定义的距离大于 软件限位距离会导致错误。 如果您选择了刀具路径展示软 件限位也可以用于定义切割范 围,即使您不关注实际的极限 也会发现软件限位是非常有用 的。
5.6.1.4 G28 原点位置

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G28(G28 coordinates)是在绝对坐标中定义位置用的,如果 Mach3 执行了 G28 轴将 移动,其坐标单位为当前单位,即使系统的单位发生改变它的单位也不会改变。

5.6.2

系统热键配置

Mach3 有一系列的全程热键,可以用来实现电动或手动数据 输入等,热键的设置在配置(Configure)下拉菜单系统热键设置(System Hotkeys Setup)对话框中进行,其界面如图 5.17 所示,点击需要设置的功能按钮然后在键盘 上输入所要设置的热键,热键的数值将在对话框中显示,注意请不要对不同的功能 使用同样的热键代码。

此对话框也可用于激活 OEM Triggers 定义的外接按钮。

5.6.3

回差补偿

Mach3 能够对轴的机械驱动回差进行补 偿,但是当机床刀具连续运动时回差补 偿不能实现。 打开配置下拉菜单的回差对话框,估计 轴的回差距离后在对话框中输入回差补 偿,其对话框如图 5.18 所示,回差时 的速度也是比较特殊的。 注意: (a)只有在回差补偿被激活的时候 设置才能发挥作用(也就是选择 Backlash Enable)。
图 5.19 – 从属轴配置

(b)回差补偿是机床的设计无法再提高抗回差能力的补救办法,使用回差补偿将使常 速功能不能使用。 (c) 使用回差补偿时 Mach3 不能完全满足轴的加速度参数,为了不出现失步的现象步 进电机将失调。

5.6.4

从属轴配置

大型的机床如龙门刨床或龙门铣床在构台上分别有两个驱动装置,如果出现失步的 情况构台将变得倾斜,横向轴和纵向轴之间将不能保持垂直。
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您可以通过配置(Configure)下拉菜单打开从属轴(Slaving)配置,其界面如图 5.19 所示,一般情况下将把 X 轴设置为主驱动,主驱动可以役使另外一根轴(一般最好 把 C 轴设置为线性轴)。 在正常的使用过程中主轴和从属轴轴将接收到同样数量的节跃脉冲,但是速度决定 于两轴中速度较慢的轴。 定义基准之后主轴和从属轴轴将一起移动,当碰到其中一根轴的原点开关时这根轴 将停止移动,另外一根轴将继续移动直到碰到其原点开关,这样两根轴能一直保持 垂直。 当 Mach3 控制主轴和从属轴 轴移动的时候,数字读出器不 会显示工具台和夹具的偏差, 但是数字读出器显示的数据会 误导用户,因此建议您使用界 面设计(Screen Designer)功 能移除诊断界面之外的数字读 出器和其他相关控制,并用一 个新的名字保存,然后在视图 (View)下拉菜单中的加载 界面(Load Screen)把新的界 面导入 Mach3。

5.6.5

配置刀具轨 迹

图 5.20 刀具轨迹配置

您可以在配置下拉菜单的刀具轨迹对话框定义刀具路径的显示方式,其界面如图 5.20 所示。 如果您选择了原点(Origin sphere),刀具轨迹将从坐标为 X=0, Y=0, Z=0 的位置开 始显示。 如果您选择了三维罗盘(3D Compass),刀具轨迹将显示 X、Y、Z 轴的正方向。 如果您选择了机床边界(Machine boundaries),刀具路径将在软件限位设置的范围 内显示(不管软件限位有没有开启)。 如果您选择了刀具位置(Tool Position),刀具轨迹将显示刀具当前的位置。 如果您选择了点动模式(Jog Follow Mode),刀具的轨迹将跟刀具点动的轨迹一 样,换句话说就是刀具路径中的刀具位置是固定的。 同上中心线显示刀具:这个选项只与 Mach3Turn 有关。 显示车床目标(Show Lathe Object):显示刀具轨迹加工出来的工件三位模型(只用 于 Mach3Turn) 您可以配置刀具路径不同元素的颜色,各种线型的亮度可以通过红绿蓝三种颜色的 比例(从 0 到 1)设置。提示:用 Photoshop 这样的软件选择您喜欢的颜色,然后根 据您喜欢的颜色的红蓝绿配比在 Mach3 种配置颜色。 如果您把 X 轴定义为旋转轴并选择 A 轴旋转(A Rotations),您可以指定 A 轴的位 置和方向。 重生刀具轨迹(Reset Plane on Regen):在当前的平面上重新生成刀具轨迹(通过双 击刀具路径显示窗口或点击按钮)。 图解框(Boxed Graphic):显示刀具移动的边界框。

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5.6.6

配置初始状态

在配置下拉菜单打开状态对话框(State)定义 Mach3 的初始状态,其界面如图 5.21 所示。 运动模式(Motion Mode): 通过 G64 设置常速(Constant velocity),通过 G61 设置 精确停止(Exact Stop),详见第 10 章常速和精确停止。 间隔模式: G90 设定绝对模式,G91 设定增量模式。 工作平面(Active plane): G17 设置 X-Y 平面为工作平面,,G19 设置 Y-Z 平面为工 作平面,G18 设置 X-Z 平面为工作平面。 I/J 模式(I/J Mode):您可以在切圆弧时设置 I 和 J 模式,这可以提高不同 CAM 后 置处理器的兼容性,并且可以仿效其他的机床控制系统,在增量 I/J 模式中 I 和 J 分 别对应以中心为起点的圆弧,这与实时控制系统的强制控制器是兼容的,在绝对 I/J 模式中 I 和 J 分别对应当前坐标系的中心坐标(也就是说在部件偏移量、刀具偏移 量、和 G92 偏移量生效之后)。如果圆弧的显示和切割经常失败,原因可能在于 I/J 模式和您的工件程序不兼容。

I/J 模式设置错误是造成用户在切圆弧时碰到问题最常见的原因。 初始化字行串: 初始化字行串是定义 Mach3 启动时初始状态的一套 G 代码,在单选按钮中输入数值 之后开始执行,因此您也可以对它们进行调试,如果您选择了紧急复位之后使用初 始状态,在 Mach3 紧急复位(如紧急停止之后)之后 Mach3 将处于初始状态。 其他选项:

持久点动模式:如果您选择了持久点动模式,您关机重启后 Mach3Mill 还是处于点 动模式。

持久偏移量: 如果您选择了持久偏移量,系统将把您设定的刀具和工件偏移量保存在参数表中, 您关机重启后偏移量不变,您也可以看偏移量保存选项。 偏移量保存选项: 如果您选择了偏移量保存选项,系统将提示您是否把偏移量保存为持久偏移量。 启动时把工件偏移量 253 拷贝到工件偏移量 1: 如果您选择了这个选项,当 Mach3 启动时工件偏移量 1 会被工件偏移量 253 替代, 如果在启动时您经常要使用一个坐标系(如机床坐标系)您可以选择此选项,即使 前一位操作者改动了坐标系您在启动之后使用的仍然是您常用的坐标系。 这些选项在第 7 章会有更详细的介绍。 命令队列中没有修调进给:如果您选择了此选项,进给修调命名会推迟到命令队列 中没有其他命令才执行,当进给修调设定在 100%以上时为了避免超出允许的速度和 加速度,选择这个选项是有必要的。

复原开关安全:选择此选项可以防止复原开关激活后的复原动作,在复原开关和极 限开关同在轴两端时为了防止机床损坏可以选择此选项。 旋转轴最短行程:
Rev 1.84-A2 5-21 Mach3 数控铣床使用手册

配制 Mach3

如果您选择了此选项,旋转轴将通过最短的行程移动到指定的位置。 运行调试:如果选择了此选项,系统将给程序员提供额外的诊断,使用此功能需要 得到 Art 公司的特殊许可。 使用监测狗: 如果您选择了此选项,触发起和紧急停止按钮将不能正常工作,在加载加工策略时 电脑的速度很慢,您可以不选此选项, 脉冲放大:如果您选择了此选项,系统可以在处理器计时脉冲的基础上极大的提高 计时脉冲的精确性(使步进电机运行更加平稳),一般您都需要选择此选项。
如果运行 Macropump,将在宏档案中 寻找一份档案 macropump.m1s,并会每 200 milli 秒运行它.

界面自动放大: 如果您选择了此选项 Mach3 会放大所有的界面和界面上的所有对 象。 紧急停止模式下开启电荷泵:如果您选择了此选项在紧急停止的情况下电荷泵仍然 保持信号输出,这对接口板的逻辑电平有要求。 Z 轴坐标与 output #6:如果您选择了此选项,Output #6 的输出决定于 Z 轴在当前坐 标系中的位置,如果 Z>0 这个输出是有效的,您必须配置 Z 轴来使用这个功能,但 是它的步距和方向信号的输出必须定义为不存在的脚针,如接口 0、脚针 0。 穿梭加速度:当电子手轮用于 G 代码行程序的执行时,穿梭加速度可以用于 Mach3 控制电子手轮。 提前显示:如果您选择了此选项,系统将会提前显示即将被执行的 G 代码程序行序 号,一般不需要调谐。 单步点动步距: 点击循环点动步距按钮可以依次执行步距数字读出器中的步距,这比 在单步数字读出器中输入数值方便的多,您也可以编写特殊值 999 切换到连续点动 模式。 基准开关位置:这些数值是用于定义基准的机械坐标位置,在点击复原按钮之后, 这些数值是以设定单位为单位的绝对坐标位置。

5.6.7

配置其他逻辑条目

Using Mach3Mill

5-22

Rev 1.84-A2

配制 Mach3

图 5.22 –逻辑配置对话框

配置下拉(Configure)菜单中的逻辑(Logic)对话框如图 5.22 所示,其功能如下: G20 和 G21 控制:如果您选择了锁定设置单位数字读出器,通过 G20 和 G21 可以改 变轴的单位,但是数字读出器中还是显示系统设置的单位。 更换刀具:如果您选择了更换刀具,系统将忽略 M6 更换刀具的命令,只能调用宏命 令更换刀具。如果您选择了自动更换刀具可以调用 M6 开始或 M6 结束命令,但是在 更换刀具时您不能使用循环开始按钮。 角度道具:旋转轴的测量单位是角度(也就是说 G20/G21 不能改变轴的单位)。 程序结束或 M30 或返回程序开头: 一般在程序结束部分或返回程序开头定义这些功 能。注意:当您选择这些条目移除原有的偏移量运行 G92.1 时,您必须弄清楚这些功 能如何工作,或者您会发现当前的左边位置与程序结束部分的要求相差很大。 间歇反弹和指引反弹:Mach2 的脉冲必须稳定才能是有效的,因此当系统的频率为 35000Hz 时 100 要有 3 微秒(100 ÷ 35000 = 0.0029)左右的反弹时间,指引脉冲和其 他的输入信号反弹可以单独设定。 程序安全:选择此选项可以激活 Input #1 为互锁防护罩。 编辑器:点击编辑 G 代码按钮调用编辑器的可执行文件,您可以点击浏览找到合适 的文件。 串行输出:把串行通讯端口定义为以波特率输出的串行输出,这个端口可以用于执 行宏命令的 VB 语言,也可以用于控制机床特殊的功能(如液晶显示器、刀具更换、 夹具和屑料传送)。 其他选项: 持久数字读出器:如果您选择了此选项,启动 Mach 时轴数字读出器的读数和关闭 Mach3 时的读数是一样的,但是轴的位置可能并不是机床关闭之前的位置,特别是 在步进电机驱动的机床中。 撤销圆凿和凹度检查:如果您没有选择此选项,在进行切割补偿的时候系统会检查 切内圆的刀具直径是否过大而不进行切割,选择此选项可以撤销类似的提示。 等离子模式:如果您选择了这个选项,Mach3 将常速运行以适应等离子切割的要 求。
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配制 Mach3

撤销角度鉴别:此选项只与常速运行有关,如果您没有选择此选项,当改变方向的 角度大于在常速模式角度限制数字读出器中设定的角度时,系统会把它当作精确停 止模式以防止角度过大,详见第 10 章常速。 持久进给修调: 如果您选择了此选项,当工件程序运行到结束部分时仍然会是您选 择的进给修调。 激活 Wave 音频文件:如果您选择了此选项,在 Mach3 中可以打开 Wave 音频文件, 有时候系统会发出 Wave 音频格式的错误信号和提示信号。 激活语音:如果您选择了此选项,Mach3 可以通过微软语音代理提供相关的语音信 息,您可以在控制面板的语音选项中配置。 G04 以微秒为单位的暂停:如果您选择了此选项,G4 5000 命令将会给出 5 秒的暂 停,如果您没有选择此选项 G4 5000 将会给出 1 个小时 23 分 20 秒的暂停。 设置电荷泵输出信号为 5kHz:为了与激光控制装置匹配,电荷泵的输出信号因应该 设定为 5kHz 而不是标准的 12.5kHz。 使用安全 Z:如果选择了此选项,Mach3 将会使用您定义的安全 Z 位置。 注意: 如果您的机床不能定义基准,您最好不要选择此选项,因为在没有定义基准的 条件下机械坐标系是任意的。 持久刀具选择:如果您选择了此选项,在 Mach3 停机之后会保存您所选的刀具。

5.7

如何保存开遍文件
打开 Mach3.exe 程序图标之后系统会提示您使用哪个开编文件,一般您要使用的开编 文件是 Mach3 文件夹中的 XML 文件,您可以通过 Internet 浏览器查阅并打印这些文 件(因为 XML 文件是网页标记语言)。 在安装 Mach3 时系统为 Mach3Mill 和 Mach3Turn 建立了桌面图标,您也可以新建自 己的桌面图标,因此在一台电脑上可以控制不同的机床。 如果您有多台机床,并且每台机床需要不同的电机调试或者安排了不同的限位开关 和极限开关,这是非常有用的。 您可以打开 Mach3.exe 之后再选择您要运行的文件,也可以直接点击您要运行文件的 桌面图标。 开编文件的加载是通过在桌面图标属性的 P 文件,您可以查看 Mach3Mill 属性,右 击图标再从菜单中选择属性就可以查看。 XML 格式的开编文件是可以编辑的,但是如果您对文件输入还不熟悉的话建议您不 要对开编文件进行编辑,这样可能会出现乱码,有些标签只有在使用 Mach3 菜单调 试了默认值之后才能显示。最好使用 Mach3 配置菜单对 XML 文件进行更新。 在新建了开编文件之后会新建一个文件夹用来保存其宏命令,当您要从开编文件中 拷贝宏指令时您必须把所有的宏指令都拷贝到新的开编文件中。

Using Mach3Mill

5-24

Rev 1.84-A2

Mach3 控制和程序运行

6. Mach3 控制和运行工件程序
编写本章是为了说明如何使用 Mach3 界面控制实现设置和对机床的控 制,对机床操作员和程序编写员来说是相当中肯的。

6.1

介绍
本章包括很多细节,您可以忽略 6.2,在返回界面控制细节之前请您把注意力集中在 工件程序的输入和编辑上。

6.2

控制在本章如何解释
当您第一次看到 Mach3 的界面时,您可能会对一排排的选项和数据读出器感到沮 丧,其实这些选项和数据读出器都是以一定的逻辑组合排列的,我们把它叫作控制 系列。本章中所提到的控制包括 Mach3 按钮和与按钮相关的快捷键、数字读出器、 表格和发光二极管。 本章对所有的控制系列的元素都作了介绍,让广大的用户了解了控制系列的重要 性。 当您使用控制系列时并不是这个系列所有的控制都会在 Mach3 的界面上显示,这将 增强界面的可读性,也可以防止再加工过程中工件的突然改变。

图 6.1 – 界面开关控制系列

通过界面设计可以从界面上移除或添加控制装置,您也可以完全重新设计界面并添 加您需要的控制装置,详见 Mach3 Customisation wiki。

6.2.1

界面开关控制系列

每个界面上都有开关控制装置,当您在界面之间切换时他们也不会改变,仍然会显 示系统当前运行状态的信息。
6.2.1.1 紧急复位(Reset)

紧急复位按钮是一个开关,当系统接到紧急复位的命令时,紧急复位按钮的发光二 极管将持续发光,如果您激活了电荷泵脉冲监视器它将输出脉冲信号。
6.2.1.2 表格

智能表格将显示最后的错误信息、当前模式、当前加载的工件程序的名称以及使用 的 Profile。
6.2.1.3 界面选择按钮

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Mach3 数控铣床使用手册

Mach3 控制和程序运行

图 6.2 – 轴的控制系列

使用界面选择按钮可以在各个界面之间切换,它们的快捷键就在它们名称的后面, 虽然快捷键都是大写字母但是您在使用快捷键的时候也可以输入小写字母。

6.2.2

轴控制系列

轴的控制系列与刀具的当前位置连接(精确的说就是控制点)。 这些轴能实现如下的控制::
6.2.2.1 坐标值数字读出器

如果您没有在配置(Configure)下拉菜单逻辑(Logic)对话框中锁定单位设置,坐 标数字读出器将以当前的单位显示,数字读出器显示的数值为控制点当前的坐标, 这个坐标系是加上了当前部件偏移量和其他偏移量的坐标,此坐标也可以切换为绝 对机械坐标。 您可以在数字读出器中输入新的数值,当您输入新的数值之后当前部件偏移量将发 生改变,控制点在当前坐标系得坐标值也将变成您所设定的数值,在您对多轴坐标 的操作还不熟悉的时候我们建议您不要使用偏移量单元设置。
6.2.2.2 定义基准

在基准定义之后其法光二极管会发光。 您可以使用定义全部按钮为所有的轴定义基准,也可以在配置(Configure)下拉菜 单诊断(Referencing)对话框中对轴进行单独定义。 ? 如果没有定义轴的原点或基准,轴将不能移动,如果您在配置下拉菜单基准 定义对话框中选择了 Auto Zero DRO when homed ,轴当前所在位置的机床 绝对坐标值将被设定为复原开关或基准位置(复原开关或基准在配置下拉菜 单的状态对话框中定义),复原开关或基准位置一般都为零。 ? 如果您定义了复原开关或基准的位置,在没有信号的时候轴的移动方向是配 置下拉菜单基准定义对话框中定义的方向,直道有信号输入时轴才停止移 动,然后轴还会往回移动一定的距离,确保没有信号输入。如果您在配置下 拉菜单基准定义对话框中选择了 Auto Zero DRO when homed ,轴当前所在

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Mach3 控制和程序运行 位置的机床绝对坐标值将被设定为复原开关或基准位置(复原开关或基准在 配置下拉菜单的状态对话框中定义)。 定义全部(De-Ref All)按钮不能使轴移动,但是在定义时可以使轴停止转动。
6.2.2.3 机械坐标

机械坐标(MachineCoords)按钮是用来显示绝对机械坐标,在现实机械绝对坐标系 得时候发光二极管将给出提示。
6.2.2.4 缩放比例

使用 G51 设定轴的缩放比例,使用 G50 可以清除缩放比例,缩放比例设定之后马上 就会在 G 代码中表现出来,缩放比例发光二极管也会发光给出提示,缩放比例数字 读出器可以显示设置的缩放比例,您也可以通过数字读出器改变缩放比例,
6.2.2.5 软件限位

软件限位(Softlimits)按钮可以激活在配置下拉菜单复原和限制对话框中设置的软件 限位。
6.2.2.6 校验

校验(Verify)按钮只在有复原开关的条件下使用,使用校验可以校验加工过程中的 失步现象。
6.2.2.7 直径或半径修正

使用旋转直径控制系列可以知道工件的大概尺寸,在计算包括旋转轴的坐标运动混 合进给时这个尺寸是非常有用的,发光二极管会提示用户设置一个非零数值。

6.2.3

定义特殊功能

在各类界面上设置了一些快速精确移动刀具(控制 点)到指定位置(如更换刀具)的按钮,这些按钮 包括归零:把所有的轴移动到零点,直达更换刀具 位置,直达 Z 轴安全位置,直达原点位置。 另外 Mach3 能记住两个不同的坐标系并到达命令 指定的位置,这些功能的控制按钮是设定基准点和 直达基准点以及设定可变位置和直达可变位置。

6.2.4

手动数据输入和施教控制系列

图 6.4 – 控制点的存储和施教

在手动数据输入框 中可以输入 G 代码 并立即执行,您可 以通过双击手动数 据输入框或使用热 键进入手动数据输 入。手动数据输入 框工作时它的颜色 图 6.5 – 手动输入输入框 是变化的,有一个 弹出式对话框显示 最近输入的命令,当您需要重复使用某个命令时,您可以通过使用弹出式对话框的 上下箭头找到。通过使用手动数据输入输入命令后,点击回车(Enter)键 Mach3 将 执行命令,点击 Esc 键可以清楚并重新选定命令。需要提醒您注意的是当您在使用手 动数据输入功能时,所有的键盘输入(包括键盘模拟器和普通的键盘)都是输入到
Rev 1.84-A2 6-3 Mach3 数控铣床使用手册

Mach3 控制和程序运行 手动数据输入框中,而不是控制 Mach3,点动也将 不能工作,因此在使用手动数据输入之后必须点击 Esc。 Mach3 能够执行所有的手动数据输入命令,并把它 们存在一个文件夹里面用于施教,点击开始施教并 输入命令然后点击停止施教,发光二极管将提示您 是在施教模式。输入的命令一般是在命名为 "C:/Mach3/GCode/MDITeach.tap"的文件夹中,在 Mach3 中点击加载/编辑加载文件,然后在程序运 行窗口观察命令的运行。如果您想保存施教命令, 您可以点击编辑下拉菜单的另存为(Save As),把 文件重命名并保存在一个方便的文件夹中。

6.2.5

点动控制系列

点动控制界面是一个弹出式界面,您可以通过 Tab 键弹出或关闭点动控制界面,其界面如图 6.6 所 示。 不管当前的界面上有没有显示点动开/关(Jog ON /OFF),您都可以通过以下方式点动轴:(a)点动 热键(热键是在配置下拉菜单中的热键中定义), 包括连接在键盘模拟器上的电子手轮;(b)电子手 轮,连接在并口编码器上或连接在 Modbus 上;(c) 操纵杆,通过 USB 接口连接,或者其它能与 Windows 系统兼容的操纵杆。 如果点动开/关没有显示或者点动开/关处于关的 状态,由于安全原因不能使用点动。
图 6.6 – 点动控制系列

6.2.5.1

热键点动

热键点动有三种模式:连续点动、分步点动和电子首轮模式,您可以使用界按钮点 动模式(Jog Mode)并根据发光二极管来选择您所要的模式。 如果您选择了连续点动模式,在您使用热键之后轴将以定义的较慢的点动速度移 动。 在连续点动模式中点动速度是在点动速度(Slow Jog Percentage)数字读出器中设定 的,您可以输入 0.1% 到 100%之间的任何数值,如果您使用数字读出器旁边的箭头 设置速度,每按一下箭头速度将改变 5%。 通过使用 Shift 键和热键一起配合可以对点动速度进行修调,当点动速度设定在 100%时将会有发光二极管提示。 在分步点动模式中每按一下点动按钮轴移动一定的距离,移动的距离为程序中 F 字 母所定义的进给,您也可以在分步(Step)数字读出器中输入进给量,您可以对分步 (Step)数字读出器输入一系列的进给量,然后使用循环点动模式在设置的进给量下 实现循环点动。 分步点动模式可以通过开关按钮选择,在使用分步点动模式时您也可以通过按下 Ctrl 键临时进入连续点动模式。
6.2.5.2 并口或 Modbus 电子手轮点动

三个以上的正交编码器连在并口或 ModBus 上可以作为电子手轮用,通过点动模式 (Jog Mode)选择电子手轮点动模式(MPG Jog Mode),您就可以用它来控制 Mach3。
Using Mach3Mill 6-4 Rev 1.84-A2

Mach3 控制和程序运行 发光二极管会显示电子手轮是控制哪根轴,您可以通过快捷键更改所控制的电子手 轮,Alt-A 按钮控制电子手轮 1, Alt-B 控制电子手轮 2 ,Alt-C 控制电子手轮 3。 在电子手轮视图上面是一系列的选择点动模式的按钮。 电子手轮速度(MPG Velocity):可以通过旋转电子手轮旋钮控制轴速度,可以保证 Mach3 较精确的控制轴的加速度和速度,电子手轮分步/速度(MPG Step/Velocity) 和电子手轮速度的操作相似。 在单步模式下您每点击一下电子手轮编码器,轴会移动一定的距离,这个距离是在 单步点动中设置的步距,电子手轮在短时间内不能连续点动,即当轴准备移动时点 击电子手轮编码器 Mach3 将忽略您的操作,也就是说轴要在轮子大步距移动结束之 后才开始移动,步距是在电子手轮进给数字读出器中设定的进给量。 单步模式通常在精细加工中使用,一般情况下我们建议您使用速度(Velocity)模 式。
6.2.5.3 主轴速度控制系列

根据机床设计的不同,主轴速度的控制可以分为以下三种类型:(a) 手动设定速度, 手动启用和停止; (b) 手动设定速度,M 代码通过输出信号启用和停止; (c)使用电 子手轮设定速度,或者通过 step/direction 驱动。 本章中讲到的主轴速度控制系列采用的控制类型是(c)。 您可以通过工件程序设定主轴速度, 在数字读出器中将显示您设定的速 度,您也可以直接在数字读出器中设 定速度。 在滑轮配置时您在配置下拉菜单接口 和脚针对话框主轴设置标签中曾设定 过最大速度和最小速度,通过电子手 轮设定主轴转速时 Mach3 将不会接受 小于之前设定的最小速度或大于之前 设定的最小速度的任何速度。 如果您配置了主轴指引脉冲并在相关 的脚针上安装了传感器,在转速数字 读出器(RPM DRO)上将会显示主轴 的当前速度,但是这个数字读出器并 不能用于设定主轴速度,一般都是通 过工件程序设定主轴速度。

图 6.6 – 主轴速度控制系列

6.2.6
6.2.6.1

进给控制系列

进给单位每分钟

进给数字读出器(Prog Feed DRO)会显示当前的进给速度(单位为英寸或毫米每分 钟),进给量的设定通过工件程序的 F 字母也可以通过 F 数字读出器直接设定, Mach3 将以这个进给速度来进行加工,当进给速度大于设定的最大速度时您必须改 变你所设定的进给速度。
6.2.6.2 进给单位每转

现代的机床一般用每 tip 切割量来衡量机床的加工,这样可以很容易的计算出每转进 给(每 tip 进给 x 刀具 tip 数),进给数字读出器(The Prog Feed)将显示主轴每转进 给,其单位为当前单位(英寸或毫米)每转,主轴每转进给可以通过工件程序 F 字 母设置也可以通过进给数字读出器直接设置。
Rev 1.84-A2 6-5 Mach3 数控铣床使用手册

Mach3 控制和程序运行 主轴的每转进给是由 S 数字读出器或主轴指 引脉冲的速度决定的,在配置下拉菜单逻辑 对话框可以选择 Mach3 通过何种方式控制主 轴每转进给。 设置每转进给时 Mach2 必须知道主轴速度的 测量方法(也就是说是(a)通过工件程序 S 字 母定义或者主轴速度控制系列中的 S 数字读 出器(b)通过连接在主轴上指引脉冲测量主轴 速度)。 注意:除非主轴转速在 1 转每分钟控制系列 中的数字化数值差别非常大,因此使用每转 进给模式的每分钟进给将造成事故。
6.2.6.3 进给显示

图 6.7 速度控制系列

轴作坐标运动的实际进给以单位每分钟(Units/min)和单位每转(Units/rev)为单位 显示,如果主轴的速度没有设置并且也没有测量主轴的速度,进给每转就变得没有 任何意义。
6.2.6.4 进给修调

在 M49(关闭修调进给)没有使用时,您可以通过数字读出器对进给进行手动修 调,其变化范围在 20% 到 299%之间,您可以通过箭头按钮和快捷键改变修调百分率 (每按一下按钮修调进改变 10%),也可以点击重置把修调百分率设定为 100%,进 行修调进给操作时发光二极管将给出提示。 FRO 数字读出器将显示进给的修调百分率。

6.2.7

程序运行控制系列

程序运行控制系列用于执行加载的工件程序或手动

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