数控技术教案概论第1部分.docx
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数控技术教案概论第1部分.docx
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数控技术教案概论第1部分
教案
课程名称:
数控
授课教师:
授课班级:
选用教材:
彭晓南.《数控技术》.机工版
教师职业道德规范
一、努力传授知识技能,传承民族精神,弘扬爱国主义,为祖国和人民培养人才。
二、追求高尚的师德风范,为人师表,教书育人,成为学生健康成长的指导者和引路人。
三、在教育教学和日常生活中,自觉遵守以下职业道德规范:
(一)自觉学习和宣传马列主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想,在教育、教学活动中同党的路线、方针、政策保持一致,用正确的理论和思想观点教育影响学生,帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观。
绝不在课堂上和学生当中散布不利于学生健康成长的言论。
(二)自觉遵守宪法和国家各项法律、规定,依法执教,履行《教师法》规定的权利和义务;遵守校规校纪,保证教学秩序和教学安全,维护良好的教学环境。
教学过程中努力杜绝各种教学事故。
(三)爱岗敬业。
以做人民教师为荣,志存高远;以培育人才、繁荣学术、发展先进文化和推进社会进步为己任;恪尽职守,积极奉献,立足本职,争创佳绩。
(四)善待学生。
尊重学生人格,关心学生,耐心为学生释疑解惑,对学生一视同仁。
指导学生树立社会主义大学生的道德情操,遵守社会公德。
养成良好的行为习惯,帮助学生或学生社团组织开展健康、高雅的文化活动,提高学生的思想道德文化素质,做学生的良师益友。
绝不歧视、挖苦、辱骂和体罚学生。
(五)严谨治学。
崇尚科学精神,努力掌握最新的科学知识,对业务精益求精,与时俱进,不断创新。
坚决反对弄虚作假,抄袭剽窃、不求进取、敷衍了事的不良风气。
(六)关心集体。
积极参加学科和教研室建设,服从领导、顾全大局,热心参与集体活动,维护国家、学校、集体的荣誉和形象;爱护公物,保护环境,节约资源;善于团结协作,同事间以诚相待,互相尊重,互相关心,互相帮助。
平等友爱,共同进步。
(七)廉洁从教。
自觉抵制社会不良风气的影响,不以教师的特殊地位“吃、拿、卡、要”学生及其家长、亲属,谋求私利;不接受学生及其家长的馈赠及吃请。
(八)讲究仪表,注意教风教态,举止大方有度,语言规范健康,衣着整洁、端正,打扮朴素、得体。
《数控技术》教案
授课学时分配表
课程名称
数控技术
课程代码
授课教师
陈其祥
职称
工程师
授课学期
2008—2009学年第一学期
计划学时
第7周——第17周;共55学时;其中理论53学时
实验0学时,习题2学时,等
学时分配
章节
名称
学时
其中
理论学时
习题学时
模块1
数控技术概论
10%
70%
30%
模块2
计算机数控系统
15%
60%
40%
模块3
位置检测传感器件
5%
70%
30%
模块4
电气驱动执行部件
5%
50%
50%
模块5
进给伺服系统
10%
60%
40%
模块6
数控机床机械系统
15%
40%
60%
模块7
数控编程技术
30%
30%
70%
模块8
故障分析诊断
10%
50%
50%
第九章
第十章
第十一章
章节
名称
学时
其中
理论学时
实践学时
第十二章
第十三章
第十四章
第十五章
第十六章
第十七章
第十八章
第十九章
第二十章
第二十一章
第二十二章
第二十三章
第二十四章
第二十五章
第二十六章
第二十七章
教研室主任意见
课程表
节次
星期
地点
星期一
星期二
星期三
星期四
星期五
星期六
星期日
备注
第1-2节
班级
教室
第3-4节
班级
教室
第5-6节
班级
教室
第7-8节
班级
教室
晚自习
班级
教室
教师授课教案
第一部分数控技术概论模块(10℅总课时)
数控技术概论知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
了解数控技术的产生和技术特点,了解数控机床的基本组成和各组成部分的作用,理解数字控制系统的组成和分类,开环和闭环控制系统的概念,掌握数控机床按照轨迹控制功能和伺服功能的分类,理解多功能CNC系统与经济型数控系统的概念和技术经济意义。
了解适应控制系统、直接数控系统、FMC、FMS、CIMS的概念和应用意义及发展现状。
理解数控技术在金属切削机床中的应用、在电加工机床和其他特种加工设备中的应用、了解数控技术在工业机器人及CNC三坐标测量机中的应用及发展、数控技术的发展现状和发展趋势与机械加工自动化的现状及先进制造技术理念。
难点:
开环和闭环控制系统的概念。
要点:
数控机床按照轨迹控制功能和伺服功能的分类。
教学方法及教学资源、实验实训设备
(1)课堂教学;
(2)PPT课件辅助教学;
(3)播放视频资料,增加感性认识,为今后的实训奠定基础;
(4)数控实训中心参观、现场教学,可完成的教学内容:
①数控机床分类、组成、基本功能;
②现场加工过程、加工工艺、刀具处理、程序编辑输入演示;
③数控车床和数控铣床现场加工演示;
④现场组织学生讨论、分析数控加工的技术特点和应用意义。
教学过程及时间分配:
知识点1.1
一、数控设备的产生与发展
1.数控设备的产生
科学技术和社会生产的不断发展,对加工机械产品的生产设备提出了三高(高性能、高精度和高自动化)的要求。
为了解决上述问题,一种新型的数字程序控制机床应运而生,它极其有效地解决了上述一系列矛盾,为单件、小批量生产,特别是复杂型面零件提供了自动化加工手段。
2.数控设备的发展
在第一台数控机床问世至今的50年中,先后经历了电子管(1952年)、晶体管和印刷电路板(1960年)、小规模集成电路(1965年)、小型计算机(1970年)、微处理器或微型计算机(1974年)和基于PC-NC的智能数控系统(90年代后)等六代数控系统。
前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬逻辑(硬线)数控系统,简称NC(NumericalControl),目前已被淘汰。
第四代数控系统采用小型计算机取代专用控制计算机,数控的许多功能由软件来实现,故这种数控系统又称为软线数控,即计算机数控系统,简称CNC(ComputerNumericalControl)。
1974年采用以微处理器为核心的数控系统,形成第五代微型机数控系统,简称MNC(Micro-computerNumericalControl)。
以上CNC与MNC统称为计算机数控。
CNC和MNC的控制原理基本上相同,目前趋向采用成本低、功能强的MNC。
现在发展了基于PC-NC的第六代数控系统,它充分利用现有PC机的软硬件资源,规范设计新一代数控。
在数控系统不断更新换代的同时,数控机床的品种得以不断地发展。
数控机床是数控设备的典型代表。
数控激光与火焰切割机等数控设备也得到了广泛的应用。
二、数控设备的工作原理、组成与特点
1.数控设备的工作原理
图1-1是数控设备的一般工作原理图。
图1-1数控设备的工作原理
2.数控设备的组成与功能
数控设备的基本结构框图如图1-2所示。
主要由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和受控设备等四部分组成。
图1-2数控设备基本结构框图
3.数控机床的适用特点
简要归纳如下:
1.高精度的工件
2.轮廓形状复杂的工件
3.单件,小批量,昂贵材料,不允许报废的关键件
4.和加工批量有关的适应条件分析:
板书设计:
1.插图1-1设计:
数控设备的一般工作原理图。
2.插图1-2设计:
数控设备的组成结构
(由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和受控设备等四部分组成。
)
3.其他相关标题,主要内容要点等按常规进行书写
要求板书清晰整洁美观,图面大小适度规范,无错字别字和不规范文字符号
作业:
1.数控机床的组成原理框图
2.数控机床加工的基本原理
课后教学小结:
1.讲清数控加工的基本原理,有助于后续教学内容的讲授
2.通过对比方法讲述数控加工和传统加工的异同点,有助于对数控加工的认识
3.通过课件图片和加工过程录相资料片的播放,加深NC加工的感性理解
作业中存在的主要问题:
无明显作业问题
知识点1.2
一、数控机床的应用特点
数控设备的主要应用特点
数控设备是一种高效能自动化加工设备。
与普通设备相比,数控设备具有如下特点。
(1)适应性强;
(2)精度高,质量稳定;
(3)生产率高;
(4)能完成复杂型面的加工;
(5)减轻劳动强度,改善劳动条件;
(6)有利于生产管理。
三、数控设备的分类
数控机床通常从以下不同角度进行分类。
1.按工艺用途分类
目前,数控机床的品种规格已达500多种,按其工艺用途可以划分为以下四大类:
(1)金属切削类它又可分为两类:
①普通数控机床
②数控加工中心
(2)金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床,常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。
(3)特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。
(4)测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。
2.按控制运动的方式分类
(1)点位控制数控机床
(2)点位直线控制数控机床
(3)轮廓控制数控机床
【1】点位空置数控机床
(1)特点:
仅控制坐标点到下一坐标点的精确定位位移,位移过程中不进行任何加工
(2)定位位移方式
①单坐标依次位移到理论位置
②2~3坐标同时位移到理论位置(各坐标的速度和坐标长度成正比)
(3)定位速度:
为提高效率,通常为最高恒速的倒浴盆速度曲线;
(4)应用:
数控钻床,数控镗床,数控冲床,数控点焊机等
【2】直线控制数控机床
(1)特点:
①控制点---点之间的精确定位;
②同时控制定位过程中的速度;位移过程中可以进行切削加工;
③运动方式通常只可沿坐标轴的直线移动,(部分可45°方向运动)
④通常可进行主轴调速,刀具半径和长度补偿;
(2)应用:
低档NC车床,铣床,镗床,镗铣床等(虽有2~3走,但同时可控的只有一轴;
【3】轮廓控制数控机床
(1)特点:
①两轴以上的联动插补控制功能,
②插补中对位置和速度进行严格的连续不间断控制,
③具有直线,圆弧,非圆曲线的轨迹插补功能,
④具有刀具半径,长度,间隙,螺距等补偿功能,
⑤加工功能:
复杂的2维曲线,3维曲面加工功能
⑥可取代点位系统,直线系统,
(2)应用:
各类通用的数控机床(车,铣,镗,加工中心,特种加工机床等)
3.按伺服系统的控制方式分类
(1)开环数控机床
如图1-3所示。
开环控制的数控机床一般适用于中、小型经济型数控机床。
图1-3数控机床开环控制框图
特点
①不使用位置检测装置
②控制信息单项流动
③使用直接的电/机,数/模转换功能伺服电机——步进电机
④精度取决于电机的步距角和机械传动精度
⑤结构简单,成本低,稳定性好
⑥精度较低,适用于低档数控机床
※由于该伺服方式稳定,低成本,结构简单,并且应用滚珠丝杠后传动精度大幅度提高,
系统硬件和软件的改进使步距角,分辨率,进给速度均大幅提高,并且继续在开发高级的步进伺服系统,其应用前景较为广泛。
(2)半闭环控制数控机床,如图1-4所示。
这类控制可以获得比开环系统更高的精度,调试比较方便,因而得到广泛应用。
图1-4数控机床半闭环控制框图
半闭环系统特点
①使用角位移传感器检测电机转子或丝杠的角位移量;
②实际角位移量经转换成为工作台的直线位移量,再与指令位置信号进行比较,由差值控制伺服电机驱动工作台向减小偏差的方向移动,直到差值为零时停止进给;
③当CNC系统不断发出新的进给信号,则驱动工作台移至理论位置;
④由于调节信号取自系统工作链的中段,所以称为半闭环系统;
⑤环内有增加系统阻尼的速度检测元件和调节电路,将实际速度与理论速度之进行比②
较,并进行动态的调整,减少负载变化对进给速度的影响,提高位置控制质量,(电③
流调节用于检测,调节,平衡伺服电机的工作电流)
⑥调节环内不包含全部运动部件,控制精度低于全闭环系统,高于开环系统,
⑦环内不包含了大惯量运动部件,系统调试简单,稳定性较好,系统结构不复杂,成本中等,角位移传感器无需接长,维护修理安装简单,
⑧适用于中等精度中档的各类数控机床;
(3)闭环控制数控机床,其控制框图如图1-5所示。
图1-5数控机床闭环控制框图
闭环系统特点
①使用直线位移传感器检测系统终端工作台的机械位移量;
②实际位移量经处理与指令位置信号进行比较,由差值控制伺服电机驱动工作台向减小偏差的方向移动,直到差值为零时停止进给;
③当CNC系统不断发出新的进给信号,则驱动工作台移至理论位置;
④由于调节环内包含了所有的调解对象,所以成为(全)闭环系统;
⑤环内有增加系统阻尼的速度检测元件和调节电路,将实际速度与理论速度之进行比较,并进行动态的调整,减少负载变化对进给速度的影响,提高位置控制质量,(电流调节用于检测,调节,平衡伺服电机的工作电流)
⑥环内包含了全部运动部件,理论上控制精度取决于传感检测精度,控制精度最高,
⑦环内包含了大惯量运动部件,系统调试困难,稳定性较差,系统结构复杂,成本高,维护修理难度大,传感器接长困难。
⑧适用于高精度数控机床;如数控精密镗铣床。
4.按所用数控系统的档次分类
按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低、中、高档三类。
以上中、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。
※主要是按照NC系统的技术参数,关键部件的技术功能水平,功能指标分类;
※分三类:
高级型,普及型,经济型
类型
主控机
进给
联动轴数
进给分辨率
进给速度
(m/min)
自动化程度
高级型
32位CPU
交流数字伺服系统
5轴以上联动
0.1μm
≥24
通讯,网络,监控管理功能
普及型
16~32位
交流/直流伺服系统
4轴以下
1μm
≤24
人机对话接口等
经济型
单片,单板机
步进伺服系统
3轴以下
5~10μm
6~8
基本NC功能
板书设计:
1.插图1-3设计数控机床开环控制框图
图1-3数控机床开环控制框图
2.插图1-4设计:
数控机床半闭环控制框图
图1-4数控机床半闭环控制框图
3.插图1-5设计:
数控机床闭环控制框图
图1-5数控机床闭环控制框图
3.其他相关标题,主要内容要点等按常规进行书写
要求板书清晰整洁美观,图面大小适度规范,无错字别字和不规范文字符号
作业:
1.数控机床按运动方式的分类
2.数控机床按伺服系统控制方式的分类组成框图
课后教学小结:
1.讲清数控加工的应用特点,有助于对数控技术迅速发展及其重要性的理解
2.通过对比方法讲述数控机床按运动方式的分类的异同点和应用选择
3.讲清数控机床按伺服系统控制方式的分类组成框图的意义,有助于后续伺服系统讲授
3.通过课件图片和加工过程录相资料片的播放,加深NC机床分类的感性认识
作业中存在的主要问题:
部分作业的数控机床按伺服系统控制方式的分类组成框图绘制欠规范
其余无明显作业问题
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