四川省高校教師資格 (2)

1、 課程名稱數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用課題名稱數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)及工作原理課時(shí)1授課日期任課教師目標(biāo)群體教學(xué)環(huán)境多媒體教室學(xué)習(xí)目標(biāo)1、 知識(shí)目標(biāo)：掌握數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及各機(jī)構(gòu)的作用、掌握數(shù)控機(jī)床的基本工作原理。2、 能力目標(biāo)：認(rèn)識(shí)數(shù)控機(jī)床、掌握數(shù)控機(jī)床的一些術(shù)語、能指出數(shù)控機(jī)床 的一些結(jié)構(gòu)名稱。3、 情感價(jià)值目標(biāo)：端正學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)主義情操。學(xué)習(xí)重點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)及數(shù)控機(jī)床的基本工作原理學(xué)習(xí)難點(diǎn)數(shù)控機(jī)床各機(jī)構(gòu)的作用教法.學(xué)法教法：?jiǎn)l(fā)式教法 視頻教學(xué) 講解方法學(xué)法：討論式學(xué)法 辯證式學(xué)法教學(xué)準(zhǔn)備數(shù)控機(jī)床掛圖 PPT 講義參考教材數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社 主編 韓宏

2、鸞板書設(shè)計(jì)：教學(xué)過程、內(nèi)容及時(shí)間分配教學(xué)方法與手段【說課】（1min）各位老師大家好： 今天我說課的內(nèi)容是數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)及工作原理。此次授課的主要對(duì)象是15級(jí)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用班級(jí)的學(xué)生，學(xué)生的基本情況是擁有了一定的機(jī)械制造基礎(chǔ)知識(shí)也掌握了數(shù)控技術(shù)的概念性知識(shí)，而且本門課程也進(jìn)行了第一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，因此考慮到學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)風(fēng)格并結(jié)合教材的重點(diǎn)、難點(diǎn)，在教學(xué)方法上除了傳統(tǒng)的講授法外再結(jié)合圖例和PPT視頻的教學(xué)手段來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，力求內(nèi)容深入淺出，幫助學(xué)生理解。以上就是我的說課內(nèi)容。【引入】（2min） 大家都知道第二次世界大戰(zhàn)對(duì)全世界的人民造成了巨大的傷害，我們的祖國(guó)在

3、抗擊法西斯侵略的過程中也付出沉痛的代價(jià)。請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合當(dāng)時(shí)的形式討論一下各國(guó)的國(guó)力（給同學(xué)們2分鐘的時(shí)間討論）。大家都知道當(dāng)時(shí)世界軍事最強(qiáng)盛的國(guó)家是德國(guó)法西斯，原因是因?yàn)樗麄儞碛袕?qiáng)大的機(jī)械制造技術(shù)和最先進(jìn)的精密加工機(jī)床。從這個(gè)例子可以看出機(jī)械制造技術(shù)對(duì)于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力起著至關(guān)重要的作用。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步以數(shù)控技術(shù)為核心的機(jī)械制造業(yè)已經(jīng)成為了衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)及工作原理掌握數(shù)控技術(shù)的前提是要了解數(shù)控機(jī)床的構(gòu)造和它的工作原理。數(shù)控機(jī)床是一種高度自動(dòng)化的機(jī)床，它在加工工藝與加工表面形成方法上與普通機(jī)床基本相同，最根本的不同在于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的原理

4、與方法上：數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字化的信息來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的?！靖攀觥浚涸跀?shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化。先根據(jù)零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具參數(shù)，再按數(shù)控機(jī)床規(guī)定采用的代碼和程序格式，將與加工零件有關(guān)的信息如工件的尺寸、刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、切削進(jìn)給量、背吃刀量)以及輔助操作(換刀、主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、切削液的開與關(guān))等編制成數(shù)控加工程序，然后將程序輸入到數(shù)控裝置中，經(jīng)數(shù)控裝置分析處理后，發(fā)出指令控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工?！景鍟吭诤诎迳袭嫵鰯?shù)控機(jī)床的主要硬件構(gòu)成圖。（給同學(xué)們3min時(shí)間觀看圖示）【講解】黑板上的構(gòu)成

5、圖我們可以看出數(shù)控機(jī)床主要的組成部分有1、輸入輸出裝置 2、數(shù)控裝置（CNC裝置） 3、伺服裝置4、PLC及輔助控制裝置 5、驅(qū)動(dòng)裝置 6、檢測(cè)反饋裝置 7、機(jī)床本體 以上就是組成數(shù)控機(jī)床的主要部分，那么每部分的作用是什么呢？我們只有理解了每部分的作用是什么才能把數(shù)控機(jī)床的工作過程具體化。（打開PPT）用PPT開始講解各部分的作用（30min）一、 輸入輸出裝置（即控制介質(zhì)）輸入裝置將各種加工信息傳遞于計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備。在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已淘汰，后發(fā)展成盒式磁帶，再發(fā)展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現(xiàn)通用DNC網(wǎng)絡(luò)通訊串行通信的方式輸入。輸出指輸出內(nèi)

6、部工作參數(shù)（含機(jī)床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機(jī)床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時(shí)間后，再將輸出與原始資料作比較、對(duì)照，可幫助判斷機(jī)床工作是否維持正常?？刂平橘|(zhì)PPT圖示穿孔紙帶 U盤 顯示器鍵盤 總結(jié)輸入輸出裝置的作用：用于輸入零件的加工信息，如零件的工藝工藝過程、工藝參數(shù)等，以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)零件的加工；并輸出機(jī)床的內(nèi)部工作參數(shù)，如機(jī)床工作狀態(tài)，故障參數(shù)等。二、 數(shù)控裝置（CNC裝置）CNC的概念：（Computer Numerical Control）是指以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控裝置系統(tǒng)。CNC單元是數(shù)控機(jī)床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和

7、輸出三個(gè)部分組成。CNC單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、插補(bǔ)、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其它的還有主運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停信號(hào)；選擇和交換刀具的刀具指令信號(hào)，冷卻、潤(rùn)滑的啟停、工件和機(jī)床部件松開、夾緊、分度臺(tái)轉(zhuǎn)位等輔助指令信號(hào)等。如何控制刀具或工件的運(yùn)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床的核心問題。數(shù)控機(jī)床的信息數(shù)字化就是把刀具與工件的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)分割成一些最小單位量，即最小位移量。數(shù)控系統(tǒng)按照程序的要求，經(jīng)過信息處理、分配，使坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工。CNC裝置每發(fā)出一個(gè)脈沖，機(jī)床執(zhí)行部件的最小位

8、移量稱為脈沖當(dāng)量。常用機(jī)床的脈沖當(dāng)量為0.010.001 mm/脈沖，脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床精度越高。各種斜線、圓弧、曲線均可由以脈沖當(dāng)量為單位的微小直線段擬合而成。插補(bǔ)就是根據(jù)給定進(jìn)給速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓的已知點(diǎn)之間計(jì)算中間點(diǎn)的方法。目前加工行業(yè)中常用的數(shù)控裝置系統(tǒng)有：發(fā)那科、西門子、廣州數(shù)控、華中數(shù)控等。PPT圖示 總結(jié)數(shù)控裝置系統(tǒng)的作用：數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心中樞，它從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出或接受控制介質(zhì)輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，從而控制機(jī)床各部分的工作，使其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。

9、三、 伺服裝置。伺服系統(tǒng)主要完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)控制(包括進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、主軸運(yùn)動(dòng)、位置控制等)，它由伺服驅(qū)動(dòng)電路和伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它接受來自數(shù)控裝置的位置控制信息，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和精確的定位運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。由于是數(shù)控機(jī)床的最后控制環(huán)節(jié)，它的性能將直接影響數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率、加工精度和表面加工質(zhì)量。PPT圖示伺服裝置及伺服電機(jī) 總結(jié)伺服裝置的作用：把來自數(shù)控裝置的位置控制移動(dòng)指令轉(zhuǎn)變成機(jī)床工作部件的運(yùn)動(dòng)，使工作臺(tái)按規(guī)定軌跡移動(dòng)或精確定位，從而加工出符合圖樣要求的零件。四、 PLC及輔助控制系統(tǒng)可編程控制器 (PC

10、，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。當(dāng)PLC用于控制機(jī)床順序動(dòng)作時(shí)，也可稱之為編程機(jī)床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對(duì)數(shù)控機(jī)床的控制。輔助控制系統(tǒng)包括主軸運(yùn)動(dòng)部件的變速、轉(zhuǎn)換和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、

11、潤(rùn)滑裝置的啟停，工件和機(jī)床部件的松開、夾緊，分度工作臺(tái)分度轉(zhuǎn)位等開關(guān)輔助動(dòng)作，通常是指數(shù)控機(jī)床中的強(qiáng)電控制裝置。PLC接收CNC提供M、S、T等輔助代碼從而有序的控制著這些輔助設(shè)備的開關(guān)動(dòng)作。PPT圖示可編程控制器（PLC） 總結(jié)PLC及輔助控制系統(tǒng)的作用：接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號(hào)，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運(yùn)算，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輔助設(shè)備電器，帶動(dòng)機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動(dòng)作。五、 驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置主要包括主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。1、 主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也叫主傳動(dòng)系統(tǒng)，是在系統(tǒng)完成主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力裝置部分，主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成主軸上安裝的刀具或工件的切

12、削力矩和切削速度、配合進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工處理想的零件。它是零件加工的成型運(yùn)動(dòng)之一，它的精度對(duì)零件加工精度有較大的影響。2、 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)把經(jīng)放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過簡(jiǎn)單的滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，使工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 最后加工出圖紙所要求的零件，通常把伺服裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)動(dòng)裝置統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。PPT圖示主軸電機(jī) 主軸部件 滾珠絲杠示意圖（注：主軸部件結(jié)構(gòu)在以后第四節(jié)內(nèi)容講解）1一螺母 2一絲杠 3一滾珠 4一滾珠循環(huán)裝置（注：滾珠絲杠工作原理在以后第三節(jié)內(nèi)容講解）總結(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的作用：它是數(shù)控機(jī)床的驅(qū)動(dòng)部件，在數(shù)控裝置的

13、控制下通過伺服裝置實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)時(shí)可完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。六、 檢測(cè)反饋裝置測(cè)量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測(cè)距儀、磁柵等。通常安裝在機(jī)床的工作臺(tái)或絲杠上，它把機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際位移轉(zhuǎn)變成電信號(hào)反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，以控制機(jī)床向消除該誤差的方向移動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)裝置安裝的位置不同時(shí)機(jī)床的性能也不同。如：1、當(dāng)檢測(cè)元件安裝在絲杠的頂端或電動(dòng)機(jī)的端頭時(shí)我們稱之為：半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。該類機(jī)床采用的角度檢測(cè)裝置（如：光電編碼器）。PPT圖示這類控制機(jī)床的特點(diǎn)是：調(diào)試方便，價(jià)格較低，同時(shí)精度較高。2、當(dāng)檢測(cè)元件直

14、接安裝在機(jī)床的移動(dòng)工作臺(tái)上時(shí)我們稱之為：全閉環(huán)控制機(jī)床。該類機(jī)床采用直線位移檢測(cè)裝置（如：直線光柵）PPT圖示這類控制機(jī)床特點(diǎn)是:控制精度很高，但控制電路復(fù)雜，調(diào)試復(fù)雜，價(jià)格更高。3、 當(dāng)機(jī)床沒有安裝檢測(cè)元件時(shí)我們稱之為：開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。這類控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，調(diào)試方便，價(jià)格低廉，但控制精度很低?？偨Y(jié)檢測(cè)元件的作用：檢測(cè)反饋裝置將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的實(shí)際位移檢測(cè)出來，經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置將反饋回來的實(shí)際位移值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制驅(qū)動(dòng)裝置按指令設(shè)定值運(yùn)動(dòng)。測(cè)量裝置安裝在數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)或絲杠上，相當(dāng)于普通機(jī)床的刻度盤和人的眼睛。七、 機(jī)床本體數(shù)控

15、機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床在整體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。PPT圖示總結(jié)： 數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，只是在整體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面發(fā)生了很大的變化?！具^渡】通過對(duì)數(shù)控機(jī)床的主要組成部分的學(xué)習(xí)，同學(xué)們對(duì)數(shù)控機(jī)床有了初步的認(rèn)識(shí)。請(qǐng)結(jié)合數(shù)控機(jī)床各部分的作用詳細(xì)解釋數(shù)控機(jī)床的整體工作過程（給同學(xué)們5分鐘時(shí)間思考并作答）播放數(shù)控加工視頻（數(shù)控銑加工維納斯人像視頻5分鐘）簡(jiǎn)單的來講：數(shù)控機(jī)床的整體工作過程如圖所示課后總結(jié)：數(shù)控技術(shù)為機(jī)械制造業(yè)帶來了