數(shù)控機床課程教學(xué)大綱

《數(shù)控機床》課程教學(xué)大綱課程名稱：數(shù)控機床課程代碼：MEAU2021英文名稱：CNCMachineTool課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學(xué)分/學(xué)時：2.5學(xué)分/45學(xué)時開課學(xué)期：第6學(xué)期適用專業(yè)：機械工程、機械電子工程先修課程：機械制圖、電工與電子技術(shù)、計算機信息技術(shù)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、互換性與技術(shù)測量、機械原理、機械設(shè)計、液壓與氣動原理、機械制造技術(shù)后續(xù)課程：無開課單位：機電工程學(xué)院課程負責(zé)人：汪彬大綱執(zhí)筆人：汪彬大綱審核人：倪俊芳一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質(zhì)及主要內(nèi)容，指明學(xué)生需掌握知識與能力及其應(yīng)達到的水平）課程性質(zhì)：數(shù)控機床是機械工程和機械電子工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。本課程針對機械工程和機械電子工程專業(yè)的特點，從數(shù)控機床基本原理入手，同時結(jié)合機械原理、計算機控制和伺服驅(qū)動等技術(shù)，并且以實際應(yīng)用為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生在生產(chǎn)制造領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)控機床的能力。教學(xué)目標：數(shù)控機床是一種集機械技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)及自動檢測技術(shù)于一身的精密制造設(shè)備。本課程的主要內(nèi)容包括：概述、計算機數(shù)字控制系統(tǒng)、數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計和總體布局、數(shù)控機床的主運動部件、進給伺服系統(tǒng)、數(shù)控機床的位置檢測裝置、進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)、數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置及數(shù)控加工編程。通過這些內(nèi)容的理論講授和實踐訓(xùn)練，使學(xué)生掌握數(shù)控加工程序的編寫能力，并通過機床數(shù)控系統(tǒng)控制綜合實驗，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控機床應(yīng)用、設(shè)計、維護及解決實際問題的能力。通過相關(guān)應(yīng)用專題的功能講解、技術(shù)剖析和加工演示，拓展學(xué)生的知識，了解數(shù)控機床作為一種精密制造設(shè)備在機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用情況，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用數(shù)控技術(shù)解決與專業(yè)相關(guān)的具體工程問題，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)控機床應(yīng)用、設(shè)計與維護能力。本課程的具體教學(xué)目標如下：1.掌握數(shù)控加工工藝文件的制定和數(shù)控加工程序的編制的基本知識，能夠應(yīng)用數(shù)控機床的編程知識合理解決實際問題。掌握應(yīng)用該技術(shù)處理工程問題的方法。培養(yǎng)學(xué)生針對具體功能需求，編寫和調(diào)試數(shù)控加工程序的能力；2.掌握機床數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)和工作原理、伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及分析方法，以及數(shù)控機床位置測量系統(tǒng)的工作原理。培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計數(shù)控機床控制系統(tǒng)或數(shù)控實驗裝置的能力；3.掌握數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)、傳動及電氣控制部分的工作原理及設(shè)計方法。培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計精密自動化設(shè)備并解決工程設(shè)計實際問題的能力；4.熟悉數(shù)控機床的各種技術(shù)參數(shù)，并能熟練使用相關(guān)機械類儀器和設(shè)備檢測數(shù)控機床和數(shù)控加工中的各種關(guān)鍵參數(shù)，了解數(shù)控設(shè)備發(fā)展趨勢及在先進制造領(lǐng)域的應(yīng)用。教學(xué)目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系：畢業(yè)要求指標點課程目標對應(yīng)關(guān)系說明畢業(yè)要求1：工程知識1-3掌握機械設(shè)計制造，控制理論，工程測試及信息處理，管理科學(xué)等知識，具有設(shè)計、制造自動化裝備的能力教學(xué)目標3掌握數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)、傳動及電氣控制部分的工作原理及設(shè)計方法。培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計精密自動化設(shè)備并解決工程設(shè)計實際問題的能力畢業(yè)要求2：問題分析2-1能運用數(shù)理和工程知識進行機械專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題中的內(nèi)涵識別與理解分析教學(xué)目標1.掌握數(shù)控加工工藝文件的制定和數(shù)控加工程序的編制的基本知識，能夠應(yīng)用數(shù)控機床的編程知識合理解決實際問題。掌握應(yīng)用該技術(shù)處理工程問題的方法。培養(yǎng)學(xué)生針對具體功能需求，編寫和調(diào)試數(shù)控加工程序的能力畢業(yè)要求4：研究4-1能夠基于機械專業(yè)知識，選擇機械設(shè)計方案，設(shè)計實驗方案教學(xué)目標2掌握機床數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)和工作原理、伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及分析方法，以及數(shù)控機床位置測量系統(tǒng)的工作原理。培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計數(shù)控機床控制系統(tǒng)或數(shù)控實驗裝置的能力；畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具5-2能熟練使用機械類儀器和設(shè)備檢測機械裝備和機械加工的關(guān)鍵參數(shù)教學(xué)目標4熟悉數(shù)控機床的各種技術(shù)參數(shù)，并能熟練使用相關(guān)機械類儀器和設(shè)備檢測數(shù)控機床和數(shù)控加工中的各種關(guān)鍵參數(shù)，了解數(shù)控設(shè)備發(fā)展趨勢及在先進制造領(lǐng)域的應(yīng)用。二、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分配（含課程教學(xué)、自學(xué)、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點內(nèi)容和難點內(nèi)容。重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：?）緒論（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1）數(shù)控機床定義、特點及其組成數(shù)控機床分類的選擇有什么不同。作業(yè)內(nèi)容：步進電機驅(qū)動的開環(huán)伺服系統(tǒng)設(shè)計計算。自學(xué)拓展：參考相關(guān)資料進行變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。數(shù)控機床的位置檢測裝置（5學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1）數(shù)控機床的位置檢測裝置概述編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器感應(yīng)同步器光柵磁柵目標及要求：了解數(shù)控機床位置檢測裝置的分類及使用要求；掌握脈沖編碼器、光柵的工作原理和選用；熟悉旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁柵的工作原理。討論內(nèi)容：編碼器在其它自動化設(shè)備上的應(yīng)用。作業(yè)內(nèi)容：光柵在位置檢測中的計算及應(yīng)用。自學(xué)拓展：根據(jù)不同類型數(shù)控機床位置檢測裝置的需要學(xué)會選用不同的檢測裝置。進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)（4學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1）概述齒輪傳動副滾珠絲杠螺母傳動裝置及支承數(shù)控機床導(dǎo)軌機械傳動部件的設(shè)計實例目標及要求：掌握滾珠絲杠副、數(shù)控機床導(dǎo)軌的選用方法；熟悉數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的特點、作用及組成；了解了解數(shù)控機床傳動部件的一般設(shè)計步驟和方法。討論內(nèi)容：數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)與普通機床進給傳動系統(tǒng)的區(qū)別。作業(yè)內(nèi)容：單軸開環(huán)數(shù)控裝置進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計。自學(xué)拓展：二軸及以上閉環(huán)數(shù)控裝置進給傳動系統(tǒng)的設(shè)計。數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置（3學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1）數(shù)控機床的自動換刀裝置8.2數(shù)控機床的工作交換裝置8.3數(shù)控機床的回轉(zhuǎn)工作臺目標及要求：了解自動換刀裝置的類型、特點及應(yīng)用；熟悉刀具的選擇方式和交換方式；了解數(shù)控機床工作交換裝置、回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用?。討論內(nèi)容：結(jié)合數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)討論如何選擇合理的刀具及工作交換裝置。作業(yè)內(nèi)容：常用的換刀裝置種類及其換刀特點。自學(xué)拓展：工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)及與數(shù)控機床的連接。數(shù)控加工編程（9學(xué)時）（支撐教學(xué)目標1）9.1數(shù)控加工編程基礎(chǔ)9.2程序編制中的工藝分析9.3手工編程中的數(shù)學(xué)處理9.4FANUC數(shù)控車編程9.5SIEMENS802S/C數(shù)控車編程9.6FANUC數(shù)控銑床編程9.7FANUC加工中心編程9.8FANUC0i系統(tǒng)宏程序編程目標及要求：了解數(shù)控加工程序編制的內(nèi)容和步驟；掌握掌握數(shù)控加工工藝分析及加工方法；掌握程序編制代碼及程序格式、坐標系定義；掌握各G指令、M指令功能及格式定義和編程方法；掌握程序編制中非圓曲線的節(jié)點計算方法；了解數(shù)控加工的自動編程系統(tǒng)。自學(xué)拓展：學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)控加工的自動編程軟件的使用方法。三、教學(xué)方法在教學(xué)方式上，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容，綜合運用課堂講授和仿真、課堂討論、課堂練習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)方法和自學(xué)指導(dǎo)法，通過引入問題和啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生更加明確教學(xué)內(nèi)容的知識體系，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機，提高課堂的積極性。在目前的實驗教學(xué)條件基礎(chǔ)上，及時采用實驗練習(xí)法，強化所學(xué)知識的理解和運用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。在實驗教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考解決方案，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容作鋪墊。教學(xué)內(nèi)容體系、前后關(guān)聯(lián)和相關(guān)重點結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，本課程所采用的教學(xué)方法說明如下：緒論、數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計與總體布局。教學(xué)內(nèi)容比較多、雜，所涉及數(shù)控機床設(shè)計原則、總體布局等知識點較難理解。在教學(xué)中采用講授法、演示法和自學(xué)指導(dǎo)法相結(jié)合，將抽象問題具體化。在講授數(shù)控機床的構(gòu)成及特點時，可以以典型數(shù)控機床為例，充分利用多媒體手段，展示數(shù)控機床結(jié)構(gòu)、組成及功能。強化學(xué)生對數(shù)控機床主要特征的理解，在講授數(shù)控機床發(fā)展趨勢時，引導(dǎo)學(xué)生通過各種手段自學(xué)相關(guān)內(nèi)容。在講授數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計和總體布局時，引入普通機床設(shè)計及分析知識，促進學(xué)生對相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的理解。計算機數(shù)控系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、數(shù)控機床的位置檢測裝置。教學(xué)內(nèi)容涉及計算機原理、軟件技術(shù)和電機控制等知識，教學(xué)時比較容易設(shè)計明確的功能目標。在教學(xué)中采用講授法、演示法和分析法相結(jié)合。在講授數(shù)控系統(tǒng)各模塊的基本功能框圖和工作原理的基礎(chǔ)上，演示簡單的代碼運行過程，設(shè)置明確的實驗?zāi)繕?，讓學(xué)生驗證系統(tǒng)代碼實現(xiàn)的功能，以便學(xué)生更好理解教學(xué)內(nèi)容。演示相關(guān)內(nèi)容時，考慮到相關(guān)模塊的前后關(guān)聯(lián)，在實驗中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。例如在講授CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)時，可以讓學(xué)生現(xiàn)場觀察數(shù)控裝置硬件部分與典型計算機裝置在組成上的異同，來理解它們在控制功能上的不同，為后續(xù)的教學(xué)內(nèi)容作鋪墊。實驗設(shè)置按照教學(xué)內(nèi)容可以采用循序漸進的方法，先硬件，后軟件，設(shè)定具體項目，驗證系統(tǒng)的各項功能，從而讓學(xué)生更好了解數(shù)控系統(tǒng)；在講解伺服系統(tǒng)時，先講授數(shù)控機床所應(yīng)用的各種電機的工作原理和控制方法，如何通過演示電機控制過程來讓學(xué)生更好理解伺服系統(tǒng)。在講授數(shù)控機床的位置檢測裝置的工作原理時，只講它們在數(shù)控機床上的應(yīng)用，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)在其它機械設(shè)備上的應(yīng)用的可能性。數(shù)控機床的主運動部件、、進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)和數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置。教學(xué)內(nèi)容涉及數(shù)控機床各種機械結(jié)構(gòu)，對于缺乏實際工作經(jīng)驗的學(xué)生而言，內(nèi)容比較抽象，對所有部件的結(jié)構(gòu)逐一講解的效果較差。教學(xué)中采用講授法和討論法相結(jié)合。開始教學(xué)時，只講授數(shù)控機床主傳動和進給傳動系統(tǒng)的基本工作原理和過程，給出基本結(jié)構(gòu)框架，并提出具體實現(xiàn)目標。然后，引導(dǎo)學(xué)生自行梳理原來學(xué)習(xí)過的機械傳動知識，討論數(shù)控機床主傳動、進給系統(tǒng)可以采用的傳動形式及設(shè)計方法，最后選出最優(yōu)方案；數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置內(nèi)容主要采用講授方法。數(shù)控加工編程。本課程開設(shè)在第6學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)性學(xué)習(xí)過加工的相關(guān)知識。本教學(xué)內(nèi)容建立在機械制圖、機械原理、機械設(shè)計等多門機械工程專業(yè)主干課程基礎(chǔ)上，涉及互換性與測量技術(shù)、機械制造技術(shù)等應(yīng)用性較強的知識，屬于數(shù)控機床應(yīng)用的內(nèi)容。教學(xué)中主要采用講授法、實驗練習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法相結(jié)合。組織教學(xué)內(nèi)容時，首先使學(xué)生掌握數(shù)控加工編程的基礎(chǔ)知識和數(shù)控工藝分析方法，然后將專題分為數(shù)控車床編程、數(shù)控銑床編程、加工中心編程等具體應(yīng)用，在使學(xué)生掌握數(shù)控加工編程基本指令使用方法的基礎(chǔ)上，講授一般機械零件數(shù)控加工的編程方法，并通過編程指令演示結(jié)合學(xué)生實驗練習(xí)，使學(xué)生掌握數(shù)控加工編程的基本知識。根據(jù)學(xué)生所感興趣的具體應(yīng)用，給學(xué)生提供相關(guān)參考資料，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)拓展，強化對學(xué)生理論與實際結(jié)合的能力、工程問題分析能力的培養(yǎng)。本部分的教學(xué)內(nèi)容將充分結(jié)合數(shù)控技術(shù)的新進展，拓寬學(xué)生的視野，從理論知識和應(yīng)用方面不斷更新教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)方法的實際執(zhí)行過程中，每個教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)具有明確的目的性。同時，以上教學(xué)方法需要根據(jù)教學(xué)過程中的實際效果、學(xué)生對知識點的掌握和應(yīng)用情況不斷改進。教學(xué)效果不好、學(xué)生對知識點理解程度不高時，應(yīng)適當調(diào)整教學(xué)方法，適當增加演示法或?qū)嶒炗?xùn)練法，或在講授后續(xù)教學(xué)內(nèi)容時，引導(dǎo)學(xué)生前后聯(lián)系，結(jié)合前置難點內(nèi)容進行討論，強化知識掌握。在學(xué)生對知識掌握情況較好，系統(tǒng)性較好、實驗訓(xùn)練效果較好的情況下，適當提高教學(xué)內(nèi)容或?qū)嶒瀮?nèi)容的難度，或增加發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)法和自學(xué)指導(dǎo)法，設(shè)置具體應(yīng)用問題，引導(dǎo)學(xué)生探索解決方案。四、考核及成績評定方式考核方式：閉卷筆試，平時測驗及作業(yè)，實驗報告成績評定方式：筆試成績70%，平時成績