機床運動控制課程設(shè)計

1、機床運動控制課程設(shè)計Design Practice of Machine Tool Movment課程代碼：JX學(xué) 分：3 學(xué) 時：120（其中：講課學(xué)時：84 實踐學(xué)時：36 ）先修課程：高等數(shù)學(xué)、機械制圖，工程力學(xué)，金屬工藝學(xué)，公差與技術(shù)測量，機械原理，機械設(shè)計、機床運動控制、機床數(shù)控技術(shù)適用專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)建議教材： 自編（在開始階段先選用相關(guān)的教材）開課系部：機械工程系一、課程的性質(zhì)與任務(wù)課程性質(zhì)：機床運動控制課程設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校機械類專業(yè)學(xué)生一次較全面的設(shè)計能力的訓(xùn)練，是設(shè)計課程的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，在實現(xiàn)學(xué)生總體培養(yǎng)目標(biāo)中占有重要地位。機床運動控制課程設(shè)計是機械設(shè)計

2、制造及其自動化專業(yè)的必修課。課程任務(wù)：鞏固、加深和擴大在本課程和先修課程學(xué)到的知識，樹立正確的設(shè)計思想；培養(yǎng)機械自控控制系統(tǒng)設(shè)計一般方法，培養(yǎng)分析和解決工程問題的能力；進行電氣設(shè)計基本技能的訓(xùn)練，學(xué)習(xí)運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；通過機床運動控制課程設(shè)計，使學(xué)生將所學(xué)理論和生產(chǎn)設(shè)計結(jié)合起來、將學(xué)與畫結(jié)合起來，牢固地掌握制圖知識、設(shè)計知識，提高設(shè)計技能和繪制機械圖樣的基本技能。二、本課程的四線、四點1）邏輯線機床運動控制課程設(shè)計是在機床運動控制、傳感器與測試技術(shù)等一系列先修課程的基礎(chǔ)上進行的，根據(jù)設(shè)計流程首先以常見的機械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容、步驟和方法，給出電氣自動控制系統(tǒng)

3、課程設(shè)計題目，給出了電氣圖的參考圖例。然后給定學(xué)生設(shè)計任務(wù)書后指導(dǎo)學(xué)生在本課程設(shè)計中正確運用上述先修課中學(xué)過的知識，鼓勵采用計算機繪圖。在設(shè)計過程中根據(jù)設(shè)計題目按照總體設(shè)計工作圖設(shè)計安裝配線調(diào)試運行這樣一個過程進行。2）歷史線機械設(shè)計按時間來分，可分為三個階段，分別是：從古代社會到17世紀(jì)為機械設(shè)計起源和古代機械設(shè)計階段，由17世紀(jì)至第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為近代機械設(shè)計，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束直到現(xiàn)在為現(xiàn)代設(shè)計階段。如果按其內(nèi)容來分，可分為：直覺設(shè)計階段，經(jīng)驗設(shè)計階段和理論設(shè)計階段。兩種劃分是一一對應(yīng)的，是從不同角度來劃分機械設(shè)計的發(fā)展史。每一個階段在設(shè)計理論，方法和制造工藝方面都有明顯的特色。自建國

4、初期全國高等教育全面學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)開始，國內(nèi)工科院校機械類各專業(yè)即陸續(xù)開出了機械原理和機械零件課程，直至今日，該兩課程的設(shè)置已有50余年的歷史。但是隨著技術(shù)的發(fā)展機械類專業(yè)的名稱也變成了機械設(shè)計制造及其自動化。在教學(xué)實踐中深切體會到，對于工科類課程教學(xué)，僅僅進行課堂授課和少數(shù)幾個單元實驗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，學(xué)生學(xué)完課程后不會應(yīng)用所學(xué)知識，對理論知識點的理解也是一知半解。為了解決這一問題，一些院校大膽地進行了教學(xué)改革，有的在國內(nèi)率先開設(shè)“機電綜合實踐”課程。課程開設(shè)四個模塊：電氣控制電路設(shè)計安裝與調(diào)試、PLC應(yīng)用、數(shù)控編程與加工、單片機應(yīng)用。實驗室提供基本器材，學(xué)完相關(guān)理論課程后，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)的形式集中

5、2周時間在實驗室完成教學(xué)任務(wù)，取得了很好的效果。有的院校開設(shè)了電氣自動控制（或機床電氣自動控制）課程設(shè)計，我校在成立之后開設(shè)了機床電氣自動控制但是并沒有開設(shè)相應(yīng)的課程設(shè)計。從2007年開始國家教育部決定逐步實施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”（簡稱質(zhì)量工程），而質(zhì)量工程的核心思想就在于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神。“學(xué)習(xí)”這個詞即包括了“學(xué)”也包括“習(xí)”，光學(xué)不習(xí)就不是學(xué)習(xí)。為了適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的實踐能力和創(chuàng)新精神需要，我們在綜合了機床電氣自動控制可編程序控制器（PLC）、自動控制技術(shù)和電機與拖動等課程開設(shè)了機床運動控制課程的同時又開設(shè)了機床運動控制課程設(shè)計。在這個課程中首先是設(shè)置了電

6、氣制圖的內(nèi)容。什麼是設(shè)計和開發(fā)呢？我們說的是工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)，從國外說設(shè)計（Design）一詞是Designare而來，是“畫上記號”的意思，相當(dāng)于“制圖”、“計劃”的意義。在我國古代的文獻周禮考工記的“設(shè)色之工，畫、鍾、筐”的“設(shè)”字，就是“制圖”和“計劃”之意。但是，目前大多數(shù)院校機械專業(yè)的機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)都沒有開設(shè)電氣制圖課程，電氣控制課程教學(xué)一開始就需要會看電氣圖，課程培養(yǎng)的結(jié)果也需要讓學(xué)生學(xué)會看圖畫圖，因此需要補充這門知識。在整個設(shè)計過程中學(xué)生要學(xué)會綜合運用機械設(shè)計、工程圖學(xué)、工程力學(xué)、工程材料和互換性技術(shù)測量、機床運動控制等多門課程的知識, 分析問題和解決問題。通過課

7、程設(shè)計，學(xué)生對機床運動控制系統(tǒng)設(shè)計的原則、步驟和方法等會有一個比較完整的了解和掌握，對培養(yǎng)學(xué)生機床運動控制系統(tǒng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和工程意識具有十分重要的作用, 并為以后的專業(yè)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。3）價值線機床運動控制課程設(shè)計是設(shè)計能力培養(yǎng)的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，也是高等工科院校機械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的設(shè)計能力訓(xùn)練。通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，可培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計機床運動動作控制、位置控制系統(tǒng)，學(xué)習(xí)運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱樣本有關(guān)技術(shù)資料和編寫技術(shù)文件等能力，上述這些能力實際也是學(xué)生實際工作能力的體現(xiàn)，這也是本課程設(shè)計的價值的體現(xiàn)。4）哲學(xué)線哲學(xué)思想可以貫穿所有學(xué)科，對所有學(xué)科都有指導(dǎo)意義

8、。機床運動控制課程設(shè)計是一門綜合性的實踐教學(xué)課程，在課程的教學(xué)指導(dǎo)過程中要貫穿現(xiàn)代設(shè)計哲學(xué)的思想。設(shè)計哲學(xué)是關(guān)于設(shè)計領(lǐng)域根本觀點的學(xué)說體系，是設(shè)計普遍知識的概括和總結(jié)。如設(shè)計與需求、設(shè)計的尺度、設(shè)計的內(nèi)容與形式、設(shè)計的美學(xué)等。對于本課程設(shè)計還特別強調(diào)學(xué)習(xí)辯證唯物論的認(rèn)識論，理解認(rèn)識來源于實踐，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，又是認(rèn)識的目的，一個正確的認(rèn)識，往往需要經(jīng)過由實踐到認(rèn)識由認(rèn)識到實踐的多次反復(fù)，才能完成。本課程設(shè)計的內(nèi)容除了最后要答辯之外只要條件準(zhǔn)許都要求實踐的驗證，只停留在圖紙上只能得到一半成績。機床運動控制課程設(shè)計是實踐性很強的一門課程，其記憶點和理解點主要是對于先修課程的理解和記憶，實

9、用點和工藝點是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想，訓(xùn)練綜合運用電氣設(shè)計和有關(guān)先修機械設(shè)計課程的理論、結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展有關(guān)電氣設(shè)計方面的知識。本課程的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計是基于機械設(shè)計基礎(chǔ)的電氣設(shè)計，其設(shè)計內(nèi)容主要是學(xué)會選用電器、各種功能控制單元和控制器，學(xué)會應(yīng)用，而不是設(shè)計這些控制單元的具體的電路。對于需要一些特殊的控制器也是只需要能從接口的角度提出要求。但是基于機械設(shè)計基礎(chǔ)的電氣設(shè)計需要考慮的是結(jié)構(gòu)，安裝和布線方面的內(nèi)容，這是現(xiàn)在電氣設(shè)計比較缺乏的能力，尤其是嵌入式技術(shù)很發(fā)達的現(xiàn)在。通過本次設(shè)計讓學(xué)生完成一個完整的設(shè)計過程，為喜歡電氣設(shè)計的學(xué)生開辟了一條可

10、以發(fā)展的路。對于大部分盡管學(xué)生畢業(yè)以后不一定會從事電氣設(shè)計，但是由于他了解了電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計過程使得他在擬訂整體機械設(shè)計方案可以充分考慮機電的配合發(fā)揮電氣控制的特點，這個能力對于培養(yǎng)有創(chuàng)新能力的人才是很有用的。三、課程的基本內(nèi)容及教學(xué)要求課程教學(xué)內(nèi)容：本課程設(shè)計，包括：（一）電氣控制與PLC部分（動作控制）主要以中小型電氣控制系統(tǒng)設(shè)計為主，針對具體生產(chǎn)設(shè)備或某具體工藝過程，設(shè)計相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)，學(xué)生可根據(jù)課題需要，經(jīng)論證后采用傳統(tǒng)繼電接觸控制或PLC控制工作方式。常用的選題：1、單一工作目的的機床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計，例如銑床、磨床、車床及其它機械加工的通用或?qū)Ｓ迷O(shè)備電氣控制系統(tǒng)；2、工藝不太

11、復(fù)雜的各類生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)（典型的組合機床控制系統(tǒng)）；3、簡單工業(yè)生產(chǎn)裝備的電氣控制系統(tǒng)。 具體選題需要看教學(xué)的實驗條件。（二）自動控制系統(tǒng)部分（位置控制）熟悉自動控制系統(tǒng)的組成、原理及工作方式，了解自動控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟與方法，增強學(xué)生分析系統(tǒng)、解決系統(tǒng)中出現(xiàn)問題的能力。常用選題：數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)的設(shè)計和計算，數(shù)控機床主軸控制系統(tǒng)的設(shè)計和計算。課程的重點、難點：機械設(shè)計課程設(shè)計重點和難點在于如何培養(yǎng)學(xué)生具有綜合應(yīng)用先修課程知識的能力，遇到問題時如何查閱相關(guān)資料的能力。課程教學(xué)要求：每個學(xué)生必須獨立完成課程設(shè)計。設(shè)計題目為機床的電氣運動控制或位置控制系統(tǒng)。設(shè)計工作量：1、對于基于繼電接

12、觸控制方式組合機床的運動控制每個學(xué)生小組應(yīng)完成電氣控制系統(tǒng)圖紙資料一份（包括電氣安裝圖、位置圖、互連圖和電氣元件清單）、設(shè)計說明書約60008000字。課程設(shè)計完成后應(yīng)調(diào)試成功并進行答辯，成績單獨記分。2、對于基于PLC控制方式機床的運動控制每個學(xué)生小組應(yīng)完成電氣控制系統(tǒng)圖紙資料一份（包括電氣安裝圖、位置圖、互連圖、電氣元件清單、程序流程圖、程序梯形圖）、設(shè)計說明書約60008000字。課程設(shè)計完成后應(yīng)調(diào)試成功并進行答辯，成績單獨記分。3、對于數(shù)控機床伺服進給、主軸系統(tǒng)的設(shè)計和計算每個學(xué)生小組應(yīng)完成數(shù)控機床伺服進給、主軸裝配圖紙資料一份（包括裝配總圖、零件圖和目錄）、設(shè)計計算書和設(shè)計說明書約6

13、0008000字。課程設(shè)計完成后應(yīng)調(diào)試成功并進行答辯，成績單獨記分四、課程學(xué)時分配步驟主要內(nèi)容（電氣控制與PLC部分（動作控制）學(xué)時比例1、設(shè)計準(zhǔn)備工作（1）加強電氣制圖有關(guān)知識（2）熟悉設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計的內(nèi)容和要求；（3）熟悉設(shè)計指導(dǎo)書、有關(guān)資料和圖紙等；（4）觀看錄像、實驗裝置實物、10%2、總體設(shè)計 （1）確定電力傳動方案和控制方案 （2) 設(shè)計電氣控制原理圖； （3) 設(shè)計電氣柜、操作臺、配電板及非標(biāo)準(zhǔn)器件與零件； （4) 繪制電氣安裝圖、位置圖、互連圖（程序流程圖、程序梯形圖）； （5）選擇電氣元器件及裝置；制定電氣設(shè)備裝置、元件、器件的清單及備件，易損件的清單；40%3、安裝、

14、調(diào)試 在實驗裝置上進安裝、調(diào)試30%4、編寫設(shè)計計算說明書（1）編寫設(shè)計計算說明書，內(nèi)容包括所有的計算，并附有必要的簡圖；（2）說明書最后一段內(nèi)容應(yīng)寫出設(shè)計總結(jié)：一方面總結(jié)設(shè)計課題的完成情況，另一方面總結(jié)個人所做設(shè)計的收獲體會以及不足之處8%5、答辯（1）做答辯準(zhǔn)備；（2）參加答辯2%步驟主要內(nèi)容（自動控制系統(tǒng)部分（位置控制）學(xué)時比例1、設(shè)計準(zhǔn)備工作（1）加強電氣制圖有關(guān)知識（2）熟悉設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計的內(nèi)容和要求；（3）熟悉設(shè)計指導(dǎo)書、有關(guān)資料和圖紙等；（4）觀看錄像、實驗裝置實物、10%2、總體設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)書進行數(shù)控機床伺服進給、主軸系統(tǒng)的設(shè)計10%3、傳動件的設(shè)計計算（1）滾珠絲剛

15、杠副及其支撐的選?。?）計算各傳動件上的作用力（3）伺服電機的選取（4）聯(lián)軸器的選取5%4、系統(tǒng)的設(shè)計和計算數(shù)控機床伺服進給、主軸系統(tǒng)的設(shè)計和計算（1） 對伺服電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量及加速能力匹配校核（2） 對機床傳動裝置鋼度變化及彈性系統(tǒng)剛性變化引起的定位誤差的驗算25%5、裝配圖的繪制（1）畫底線圖，畫剖面線；（2）選擇配合，標(biāo)注尺寸；（3）編寫零件序號，列出明細(xì)欄；（4）加深線條，整理圖面；（5）書寫技術(shù)條件、減速器特性等10%6、零件工作圖的繪制（1）繪制齒輪類零件圖；（2）繪制軸類零件圖；（3）繪制其他零件圖（由指導(dǎo)教師定）5%7、編寫設(shè)計計算說明書（1）編寫設(shè)計計算說明書，內(nèi)容包括所

16、有的計算，并附有必要的簡圖；（2）說明書最后一段內(nèi)容應(yīng)寫出設(shè)計總結(jié)：一方面總結(jié)設(shè)計課題的完成情況，另一方面總結(jié)個人所做設(shè)計的收獲體會以及不足之處8%8、安裝、調(diào)試上機安裝、調(diào)試與測試25%9、答辯（1）做答辯準(zhǔn)備；（2）參加答辯2%五、大綱說明1、教學(xué)過程中要把握課程的四點四線。2、該課程的教學(xué)手段及教學(xué)方法建議課程設(shè)計的進行方式是在教師指導(dǎo)下由學(xué)生獨立完成。設(shè)計分階段進行，每一階段的設(shè)計都要認(rèn)真檢查，沒有原則錯誤時才能繼續(xù)進行下一段設(shè)計，以保證設(shè)計質(zhì)量，循序完成設(shè)計任務(wù)。指導(dǎo)教師在教學(xué)過程要嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)，對學(xué)生設(shè)計的進展情況要及時掌握，對出現(xiàn)的問題要及時進行指導(dǎo)，提出修改建議，但反對學(xué)生照抄照搬

17、、敷衍塞責(zé)，容忍錯誤存在或依賴教師。3、考核方式建議；為了確保設(shè)計任務(wù)的順利進行，設(shè)計時以組為單位進行設(shè)計，每組約5-6人，每個設(shè)計小組內(nèi)設(shè)置幾個崗位，相應(yīng)的崗位和職責(zé)見表1。在每組設(shè)計過程選擇不同的零件圖進行設(shè)計和繪制，給出相應(yīng)的難度系數(shù)如表2。表1 課程設(shè)計小組內(nèi)崗位設(shè)置、職責(zé)與評分系數(shù)崗位職責(zé)崗位系數(shù)工作質(zhì)量考核內(nèi)容組員1）認(rèn)真參與設(shè)計，確保能力提升。1.00工作態(tài)度、圖紙和說明書質(zhì)量評定副組長1）負(fù)責(zé)小組成員考勤，填寫考勤表。2）設(shè)計結(jié)束時，收齊圖紙按時交給指導(dǎo)教師，申請答辯。1.021）本人工作態(tài)度、圖紙和說明書質(zhì)量評定。2）小組成員的表現(xiàn)組長1）發(fā)揮小組成員的長處，分配崗位，調(diào)動小

18、組成員的積極性。2）保證小組每個成員積極參與設(shè)計，經(jīng)受鍛煉，獲得長進。3）了解小組成員的工作狀態(tài)，及時與指導(dǎo)教師溝通。1.051）本人工作態(tài)度、圖紙和說明書質(zhì)量評定。2）小組成員的表現(xiàn)設(shè)計得分按照圖紙質(zhì)量、說明書、答辯情況及綜合設(shè)計表現(xiàn)，按百分制評分（圖紙質(zhì)量40%，說明書10%答辯40%、平時出勤10%）。在此基礎(chǔ)上再乘以崗位系數(shù)。崗位系數(shù)見表1如果有調(diào)試環(huán)節(jié)設(shè)計得分按照圖紙質(zhì)量、說明書、答辯情況、綜合設(shè)計表現(xiàn)及調(diào)試結(jié)果，按百分制評分（圖紙質(zhì)量20%，說明書5%答辯20%、調(diào)試結(jié)果50%、平時出勤5%）。在此基礎(chǔ)上再乘以崗位系數(shù)。調(diào)試結(jié)果為一次調(diào)試成功滿分、兩次調(diào)試成功得80分等依次遞減。以上各項成績單獨記分最終按照百分比計算。最終得分=設(shè)計得分（百分制）崗位系數(shù)4、與本課程教學(xué)相關(guān)的先行課和后續(xù)課學(xué)習(xí)本課程之前，必須系統(tǒng)學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)、機械制圖，工程力學(xué)，金屬工藝學(xué)，公差與技術(shù)測量，機械原理，機械設(shè)計、機床運動控制、機床數(shù)