《數(shù)控加工基礎(chǔ)（第五版）》 教案 第一章 數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)知識

學(xué)科數(shù)控加工基礎(chǔ)課題§1-1數(shù)控機(jī)床概述課次1授課時(shí)間年月日（星期）2教具數(shù)控機(jī)床、課件、視頻教學(xué)目標(biāo)1．掌握數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床的概念2．掌握數(shù)控機(jī)床的組成及各部分的作用3．掌握數(shù)控機(jī)床的工作過程4．了解數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)審批教學(xué)重點(diǎn)1．?dāng)?shù)控技術(shù)基本概念。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成及各部分的作用。3．?dāng)?shù)控機(jī)床的工作過程。4．?dāng)?shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。教學(xué)難點(diǎn)1．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成。2．?dāng)?shù)控機(jī)床的工作過程。教學(xué)后記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法【組織教學(xué)】1．檢查學(xué)生出勤情況。2．強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中應(yīng)注意安全事項(xiàng)?！拘抡n導(dǎo)入】閱讀教材圖1-1所示零件，引導(dǎo)學(xué)生分析零件的形狀、特點(diǎn)，回答問題：1．能否應(yīng)用普通車床和銑床加工該類零件？2．加工這類零件的難點(diǎn)在哪里？3．有更先進(jìn)的設(shè)備加工這類零件嗎？由上述問題，引入新課。【現(xiàn)場參觀】安排學(xué)生參觀數(shù)控車間或觀看數(shù)控加工視頻錄像。通過參觀回答下列問題：1．?dāng)?shù)控車床與普通車床在結(jié)構(gòu)上有何不同？2．?dāng)?shù)控銑床與普通銑床在結(jié)構(gòu)上有何不同？3．?dāng)?shù)控機(jī)床是如何工作的？通過問題，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和數(shù)控機(jī)床的工作過程。【講授新課】§1-1數(shù)控機(jī)床概述簡要介紹數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生歷史與發(fā)展情況，讓學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床發(fā)展歷程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一、數(shù)控技術(shù)的基本概念（重點(diǎn)）1．?dāng)?shù)字控制是一種借助數(shù)字、字符或其他符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動化方法。2．?dāng)?shù)控技術(shù)是指用數(shù)字量和字符發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)。3．?dāng)?shù)控系統(tǒng)是指采用數(shù)字控制技術(shù)的控制系統(tǒng)。補(bǔ)充：數(shù)控系統(tǒng)的兩個(gè)發(fā)展階段和六代的歷程。六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計(jì)算機(jī)、微處理器和基于工控PC機(jī)的通用CNC系統(tǒng)。其中前三代為第一階段稱作硬件聯(lián)接數(shù)控，簡稱NC系統(tǒng)，后三代為第二階段稱作計(jì)算機(jī)軟件數(shù)控，也稱CNC系統(tǒng)。4．計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。5．?dāng)?shù)控機(jī)床（較難理解）是按加工要求預(yù)先編制的程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令對工件進(jìn)行加工的機(jī)床。二、數(shù)控機(jī)床的組成（重點(diǎn)、難點(diǎn)）板書數(shù)控機(jī)床的組成框圖：1．控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置中的程序載體。常用的有閃存卡、移動硬盤、U盤。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，也可通過通信將計(jì)算機(jī)中的程序傳送到數(shù)控裝置。2．?dāng)?shù)控裝置組成：輸入裝置（如鍵盤）、控制運(yùn)算器和輸出裝置（如顯示器）等構(gòu)成。作用：接收控制介質(zhì)中的數(shù)字化信息或輸入裝置輸入的數(shù)字化信息，經(jīng)過控制軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機(jī)床的移動部件，使其進(jìn)行規(guī)定、有序的運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱是由數(shù)控裝置的功能確定的。3．伺服系統(tǒng)組成：驅(qū)動裝置和執(zhí)行部件（如伺服電動機(jī)）。分類：進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。作用：把來自CNC的指令信號轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動部件的運(yùn)動，使工作臺（或滑板）精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴(yán)格的相對運(yùn)動，最后加工出符合圖樣要求的零件。數(shù)控機(jī)床的精度和速度是由伺服系統(tǒng)控制的。4．測量反饋裝置作用：通過測量元件將機(jī)床移動的實(shí)際位置、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反饋到CNC裝置中，使CNC能隨時(shí)判斷機(jī)床的實(shí)際位置、速度是否與指令一致，并發(fā)出相應(yīng)指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。安裝部位：工作臺或絲杠上。5．機(jī)床主體包括床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，還有冷卻、潤滑、換刀、夾緊等輔助裝置。三、數(shù)控機(jī)床的工作過程（重點(diǎn)、難點(diǎn)）引導(dǎo)學(xué)生識讀教材圖1-7，總結(jié)數(shù)控機(jī)床的工作過程：工件圖樣→制定工藝→編寫程序→數(shù)控裝置→伺服系統(tǒng)和輔助裝置有序的動作與操作→刀具與工件的相對運(yùn)動→工件。四、數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)1．加工零件適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性好2．加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定3．綜合功能強(qiáng)，生產(chǎn)效率高4．自動化程度高，減輕工人勞動強(qiáng)度5．生產(chǎn)成本降低，經(jīng)濟(jì)效益好6．?dāng)?shù)字化生產(chǎn)，管理水平提高 【學(xué)習(xí)評價(jià)】1．什么是數(shù)控機(jī)床？2．?dāng)?shù)控機(jī)床主要由哪幾部分組成？3．?dāng)?shù)控裝置有何作用？4．簡述數(shù)控機(jī)床的加工過程。5．與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有何特點(diǎn)？【知識總結(jié)與提升】根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師再對本次課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，并強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)與難點(diǎn)。1．?dāng)?shù)控技術(shù)的基本概念。(重點(diǎn))2．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成(控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床主體、檢測反饋裝置)及各部分的作用。(重點(diǎn)，難點(diǎn))3．?dāng)?shù)控機(jī)床的加工過程。（重點(diǎn)，難點(diǎn)）4．?dāng)?shù)控機(jī)床的特點(diǎn)（適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、生產(chǎn)效率高、勞動強(qiáng)度低、經(jīng)濟(jì)效益好、管理水平高）。5．?dāng)?shù)控機(jī)床有一般機(jī)床所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，但它并不能完全代替普通機(jī)床，也還不能以最經(jīng)濟(jì)的方式解決機(jī)械加工中所有問題。【課后作業(yè)】1．名詞解釋（1）數(shù)控答：數(shù)字控制（NumericalControl）簡稱數(shù)控（NC），是一種借助數(shù)字、字符或其他符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動化方法。（2）數(shù)控技術(shù)答：數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）是指用數(shù)字量和字符發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動控制的技術(shù)，它已經(jīng)成為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)。（3）數(shù)控系統(tǒng)答：數(shù)控系統(tǒng)（NumericalControlSystem）是指采用數(shù)字控制技術(shù)的控制系統(tǒng)。（4）數(shù)控機(jī)床答：數(shù)控機(jī)床（Numerically-ControlledMachineTools）是按加工要求預(yù)先編制的程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令對工件進(jìn)行加工的機(jī)床。2．?dāng)?shù)控機(jī)床一般由哪幾部分組成？各部分具有何作用？答：數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機(jī)床本體組成。（1）控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置中的程序載體。（2）數(shù)控裝置接收控制介質(zhì)中的數(shù)字化信息或輸入裝置輸入的數(shù)字化信息，經(jīng)過控制軟件或邏輯電路進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機(jī)床的移動部件，使其進(jìn)行規(guī)定、有序的運(yùn)動。（3）伺服系統(tǒng)的作用是把來自CNC的指令信號轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動部件的運(yùn)動，使工作臺（或滑板）精確定位或按規(guī)定的軌跡做嚴(yán)格的相對運(yùn)動，最后加工出符合圖樣要求的零件。（4）測量反饋裝置的作用是通過測量元件將機(jī)床移動的實(shí)際位置、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反饋到CNC裝置中，使CNC能隨時(shí)判斷機(jī)床的實(shí)際位置、速度是否與指令一致，并發(fā)出相應(yīng)指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。（5）機(jī)床本體構(gòu)成機(jī)床的主體，主要承擔(dān)承載和支承等作用。3．簡述數(shù)控機(jī)床的工作過程。答：數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，根據(jù)零件圖樣要求及加工工藝，將所用刀具、刀具運(yùn)動軌跡與速度、主軸轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向、冷卻等輔助操作以及相互間的先后順序，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編制成程序，并將其輸入數(shù)控裝置，在數(shù)控裝置內(nèi)部控制軟件的支持下，經(jīng)過處理、計(jì)算后，向機(jī)床伺服系統(tǒng)及輔助裝置發(fā)出指令，驅(qū)動機(jī)床各運(yùn)動部件及輔助裝置進(jìn)行有序的動作與操作，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動，加工出所要求的零件。如圖1-7所示為數(shù)控車床的工作過程。4．與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有何特點(diǎn)？答：與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)：（1）加工零件適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性好。（2）加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。（3）綜合功能強(qiáng)，生產(chǎn)率高。（4）自動化程度高，減輕工人勞動強(qiáng)度。（5）生產(chǎn)成本降低，經(jīng)濟(jì)效益好。（6）數(shù)字化生產(chǎn)，管理水平提高?！狙a(bǔ)充資料】1．?dāng)?shù)控機(jī)床產(chǎn)生的背景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率提出了越來越高的要求，而機(jī)械加工過程的自動化是實(shí)現(xiàn)上述要求的有效途徑。從工業(yè)化革命以來，人們實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工自動化的主要手段有：自動機(jī)床、組合機(jī)床、專用自動生產(chǎn)線等。這些設(shè)備的使用大大提高了機(jī)械加工自動化的程度，提高了勞動生產(chǎn)效率，促進(jìn)了制造業(yè)的發(fā)展。但它也存在固有的缺點(diǎn)，如初始投資大、準(zhǔn)備周期長、柔性差等。因此，上述方法僅適用于批量較大的零件生產(chǎn)。然而，一方面，隨著市場競爭的日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期縮短，小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)所占的比重越來越大，占總加工量的80%以上，在航空、航天、重型機(jī)床以及國防工業(yè)部門尤為突出。因此，迫切需要一種精度高、柔性好的加工設(shè)備來滿足上述需求，這是機(jī)床數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動力。另一方面，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展則為數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)正是在這種背景下誕生和發(fā)展起來的，它極其有效地滿足了上述要求，為小批量、精密復(fù)雜的零件生產(chǎn)提供了自動化加工手段。2．?dāng)?shù)控裝置發(fā)展的6個(gè)階段1948年，美國帕森斯公司接受美國空軍委托，研制直升機(jī)螺旋槳葉片輪廓檢驗(yàn)用樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出采用數(shù)字脈沖控制機(jī)床的設(shè)想。1949年，該公司與美國麻省理工學(xué)院(MIT)開始共同研究，并于1952年試制成功第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床。從1952年第一臺數(shù)控機(jī)床問世后，數(shù)控裝置已先后經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計(jì)算機(jī)、微處理器和基于工控PC機(jī)的通用CNC系統(tǒng)。其中前三代為第一階段，稱作硬件連接數(shù)控，簡稱NC系統(tǒng)；后三代為第二階段，稱作計(jì)算機(jī)軟件數(shù)控，也稱CNC系統(tǒng)。第一代：1952年試制成功三坐標(biāo)數(shù)控銑床，其數(shù)控裝置采用電子管元件。第二代：1959年，數(shù)控裝置采用了晶體管元件和印制電路板，出現(xiàn)帶自動換刀裝置的加工中心(MC，MachiningCenter)。第三代：1965年出現(xiàn)了第三代的集成電路數(shù)控裝置。第四代：20世紀(jì)60年代末，出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)控制的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(簡稱CNC)，使數(shù)控裝置進(jìn)入了以小型計(jì)算機(jī)化為特征的第四代。第五代：1974年，研制成功使用微處理器和半導(dǎo)體存儲器的微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(簡稱MNC)。第六代：20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了PC+CNC智能數(shù)控系統(tǒng)，即以PC機(jī)為控制系統(tǒng)的硬件部分，在PC機(jī)上安裝NC軟件系統(tǒng)，此種方式系統(tǒng)維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化制造。3．?dāng)?shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢（1）高速化隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對數(shù)控機(jī)床加工的高速化要求越來越高。（2）高精度化現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床精度的要求已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動精度、熱變形以及對振動的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視。（3）高可靠性數(shù)控機(jī)床與傳統(tǒng)機(jī)床相比，增加了數(shù)控系統(tǒng)和相應(yīng)的監(jiān)控裝置等，應(yīng)用了大量的電氣、液壓和機(jī)電裝置，導(dǎo)致失效的概率增大。工業(yè)電網(wǎng)電壓的波動和干擾對數(shù)控機(jī)床的可靠性極為不利，而數(shù)控機(jī)床加工的零件型面較為復(fù)雜，加工周期長，要求平均無故障時(shí)間在2萬h以上。為了保證數(shù)控機(jī)床有高的可靠性，就要精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)、嚴(yán)格制造和明確可靠性目標(biāo)以及通過維修分析故障模式并找出薄弱環(huán)節(jié)。國外數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間為7萬~10萬h，國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間僅為10000h左右，國外整機(jī)平均無故障工作時(shí)間在800h以上，而國內(nèi)最高只有300h。（4）功能復(fù)合化復(fù)合機(jī)床是指在一臺機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床，如鏜銑鉆復(fù)合一加工中心、車銑復(fù)合一車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合-復(fù)合加工中心等；工序復(fù)合型機(jī)床，如多面多軸聯(lián)動加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。（5）控制智能化隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化的發(fā)展需求，數(shù)控機(jī)床的智能化程度在不斷提高。點(diǎn)名，查看學(xué)生出勤情況，并強(qiáng)調(diào)安全注意事項(xiàng)問題啟發(fā)法參觀教學(xué)法，參觀數(shù)控實(shí)訓(xùn)車間或播放數(shù)控實(shí)訓(xùn)車間簡介視頻，讓學(xué)生初步了解數(shù)控機(jī)床，并通過問題，讓學(xué)生明確觀察的要點(diǎn)講授法講授法，詳細(xì)講授數(shù)控技術(shù)的基本概念，強(qiáng)調(diào)數(shù)控是一種用數(shù)字化信號進(jìn)行控制的自動控制技術(shù)補(bǔ)充數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的兩個(gè)階段和六代歷程播放數(shù)控機(jī)床加工視頻，講解數(shù)控機(jī)床的概念根據(jù)學(xué)生參觀的內(nèi)容，教師采用啟發(fā)式教學(xué)，講解數(shù)控機(jī)床的組成及各部分的作用問題啟發(fā)：加工程序是通過什么裝置輸入到數(shù)控裝置呢?問題啟發(fā)：數(shù)控機(jī)床的加工動作是由數(shù)控機(jī)床的哪個(gè)部分控制的？詳細(xì)講解數(shù)控裝置的作用，讓學(xué)生明確數(shù)控裝置的核心地位。相當(dāng)于人的大腦。問題啟發(fā)：數(shù)控機(jī)床的加工動作是由數(shù)控機(jī)床的哪個(gè)部分完成的？讓學(xué)生明確伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它相當(dāng)于人的四肢。詳細(xì)講解測量反饋裝置的作用。讓學(xué)生明確它相當(dāng)于人的眼睛。問題啟發(fā)：數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件有哪些？繪制出數(shù)控機(jī)床加工零件的一般過程圖，幫助學(xué)生理解數(shù)控機(jī)床的工作過程教師根據(jù)學(xué)生參觀（或觀看）感受及平時(shí)所見所聞，對比普通機(jī)床講解數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，并作提煉概括教師提出問題，讓學(xué)生回答，檢查學(xué)生學(xué)習(xí)情況根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師再對本次課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，并強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)與難點(diǎn)。布置課后作業(yè)，講解作業(yè)要求補(bǔ)充資料學(xué)科數(shù)控加工基礎(chǔ)課題§1-2數(shù)控機(jī)床的分類及常見數(shù)控機(jī)床簡介課次2授課時(shí)間年月日（星期）2教具數(shù)控機(jī)床、課件、視頻教學(xué)目標(biāo)1．了解數(shù)控機(jī)床的分類方式。2．掌握點(diǎn)位、直線、輪廓數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及區(qū)別。3．掌握開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及區(qū)別。4．熟悉常見數(shù)控機(jī)床的用途。審批教學(xué)重點(diǎn)1．點(diǎn)位、直線、輪廓數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及區(qū)別。2．開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及區(qū)別。3．常見數(shù)控機(jī)床簡介。教學(xué)難點(diǎn)1．點(diǎn)位、直線、輪廓數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及區(qū)別。2．開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及區(qū)別。教學(xué)后記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法【組織教學(xué)】1．檢查學(xué)生出勤情況。2．強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中應(yīng)注意安全事項(xiàng)?！緩?fù)習(xí)提問】1．什么是數(shù)控？2．什么是數(shù)控機(jī)床？3．?dāng)?shù)控機(jī)床主要有哪幾部分組成？4．哪一部分是數(shù)控機(jī)床的核心？5．哪一部分是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行環(huán)節(jié)？6．?dāng)?shù)控機(jī)床是如何加工零件的？7．?dāng)?shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比具有哪些優(yōu)點(diǎn)？【新課導(dǎo)入】普通機(jī)床按加工性質(zhì)和所用刀具可分為哪些種類？數(shù)控機(jī)床的分類方法與普通機(jī)床分類方法是否相同？【講授新課】§1-2數(shù)控機(jī)床的分類及常見數(shù)控機(jī)床簡介一、數(shù)控機(jī)床的分類（重點(diǎn)）1．按加工路線分類（1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床刀具相對于工件移動過程中不進(jìn)行切削加工，它對運(yùn)動軌跡沒有嚴(yán)格要求，只控制刀具實(shí)現(xiàn)從一點(diǎn)坐標(biāo)到另一點(diǎn)坐標(biāo)位置的準(zhǔn)確移動，而不考慮兩坐標(biāo)點(diǎn)之間的運(yùn)動路徑和方向。（2）直線控制方式刀具與工件相對運(yùn)動時(shí)，除控制刀具從起點(diǎn)到終點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要保證平行于坐標(biāo)軸方向的直線切削運(yùn)動。（3）輪廓控制方式刀具與工作相對運(yùn)動時(shí)，能對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸的運(yùn)動同時(shí)進(jìn)行控制。它不僅能夠控制機(jī)床移動部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能按需要嚴(yán)格控制刀具移動軌跡，以加工出任意斜率的直線、圓弧、拋物線及其他函數(shù)關(guān)系的曲線和曲面。2．按控制方式分類（1）開環(huán)控制沒有反饋裝置，伺服系統(tǒng)主要使用步進(jìn)電動機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，容易維修，成本較低。（2）閉環(huán)控制有反饋裝置，反饋裝置安裝在工作臺上，伺服系統(tǒng)采用直流伺服電動機(jī)或交流伺服電動機(jī)，閉環(huán)控制的特點(diǎn)是加工精度高，移動速度快。（3）半閉環(huán)控制也有反饋裝置，但反饋裝置安裝在電動機(jī)軸或絲杠上，采用轉(zhuǎn)角位移檢測元件，測出伺服電動機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實(shí)際位移量，因此，其控制精度低于閉環(huán)控制。3．按加工方式分類（1）金屬切削類數(shù)控機(jī)床（2）金屬成形類數(shù)控機(jī)床（3）數(shù)控特種加工機(jī)床（4）其他類型的數(shù)控機(jī)床二、常見數(shù)控機(jī)床簡介1．?dāng)?shù)控車床車削加工，主要用于旋轉(zhuǎn)體工件的加工。2．?dāng)?shù)控銑床銑削加工或鏜削加工的數(shù)控機(jī)床。3．加工中心帶有刀庫，具有自動換刀功能，工件一次裝夾后可進(jìn)行多工序加工。4．?dāng)?shù)控磨床利用磨具對工件表面進(jìn)行磨削加工。5．?dāng)?shù)控鉆床用于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋等加工6．?dāng)?shù)控電火花成形機(jī)床利用兩個(gè)不同極性的電極在絕緣液體中產(chǎn)生的放電現(xiàn)象去除材料。7．?dāng)?shù)控線切割機(jī)床工作原理與數(shù)控電火花成形機(jī)床一樣，其電極是電極絲，加工液一般采用去離子水【學(xué)習(xí)評價(jià)】1．點(diǎn)位、直線、輪廓數(shù)控機(jī)床各有何特點(diǎn)？2．開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床各有何特點(diǎn)及區(qū)別？3．列舉常見的數(shù)控機(jī)床?！局R總結(jié)與提升】板書：1．?dāng)?shù)控機(jī)床的分類（重點(diǎn)、難點(diǎn)）2．常見的數(shù)控機(jī)床【課后作業(yè)】1．點(diǎn)位、直線、輪廓數(shù)控機(jī)床各有何特點(diǎn)？答：（1）點(diǎn)位控制方式就是刀具相對于工件移動過程中不進(jìn)行切削加工，它對運(yùn)動軌跡沒有嚴(yán)格要求，只要實(shí)現(xiàn)從一點(diǎn)坐標(biāo)到另一點(diǎn)坐標(biāo)位置的準(zhǔn)確移動，而不考慮兩點(diǎn)之間的運(yùn)動路徑和方向。（2）直線控制方式就是刀具與工件相對運(yùn)動時(shí)，除控制從起點(diǎn)到終點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要保證平行于坐標(biāo)軸方向的直線切削運(yùn)動。由于只做平行于坐標(biāo)軸方向的直線進(jìn)給運(yùn)動，因此一般只能加工矩形、臺階形零件。（3）輪廓控制方式就是刀具與工件相對運(yùn)動時(shí)，能對兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)軸的運(yùn)動同時(shí)進(jìn)行控制。它不僅能夠控制機(jī)床移動部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且能按需要嚴(yán)格控制刀具移動軌跡，以加工出任意斜率的直線、圓弧、拋物線及其他函數(shù)關(guān)系的曲線和曲面。2．開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床各有何特點(diǎn)及區(qū)別？答：（1）開環(huán)控制系統(tǒng)中沒有檢測反饋裝置。數(shù)控裝置將工件加工程序處理后，輸出數(shù)字指令信號給伺服驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動機(jī)床運(yùn)動，但不檢測運(yùn)動的實(shí)際位置，即沒有位置反饋信號。開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)主要使用步進(jìn)電動機(jī)，受步進(jìn)電動機(jī)步距精度和工作頻率以及傳動機(jī)構(gòu)傳動精度的影響，開環(huán)控制系統(tǒng)的速度和精度都相對較低。但由于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，容易維修，成本較低。（2）全閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測元件安裝在工作臺上，將工作臺實(shí)際位移量反饋到計(jì)算機(jī)中，與所要求的位置指令進(jìn)行比較，用比較的差值進(jìn)行控制，直到差值消除為止。可見，全閉環(huán)控制系統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動部件的各種誤差和工件加工過程中產(chǎn)生的干擾的影響，從而使加工精度大大提高。其特點(diǎn)是加工精度高，移動速度快。（3）半閉環(huán)控制系統(tǒng)不是直接檢測工作臺的位移量，而是采用角度檢測裝置（如光電編碼器）測出伺服電動機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實(shí)際位移量，反饋到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。由于反饋環(huán)內(nèi)沒有包含工作臺，故稱半閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制精度比全閉環(huán)控制低，但穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試、維修也較容易，兼顧了開環(huán)控制和全閉環(huán)控制兩者的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用比較普遍。點(diǎn)名，查看學(xué)生出勤情況，并強(qiáng)調(diào)安全注意事項(xiàng)教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)上一節(jié)課所學(xué)知識。提問檢查學(xué)生掌握情況，進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識問題啟發(fā)，引入新課教師可通過多媒體錄像或視頻，讓學(xué)生觀察數(shù)控鉆床、車床、銑床加工過程，引領(lǐng)學(xué)生歸納總結(jié)點(diǎn)位控制、直線控制、輪廓控制數(shù)控機(jī)床的各自特點(diǎn)。教師展示開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床控制框圖，根據(jù)信息流向和有無檢測反饋裝置進(jìn)行講解，讓學(xué)生掌握開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床各自特點(diǎn)對比普通機(jī)床進(jìn)行講授，讓學(xué)生了解常見的金屬切削類、金屬成型類床、特種加工、其他類型的數(shù)控機(jī)床等。通過多媒體課件或錄像展示常見數(shù)控機(jī)床的圖片進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解常見數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及用途教師提出問題，讓學(xué)生回答，檢查學(xué)生學(xué)習(xí)情況根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師再對本次課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，并強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)與難點(diǎn)。布置課后作業(yè)，講解作業(yè)要求學(xué)科數(shù)控加工基礎(chǔ)課題§1-3數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系課次3授課時(shí)間年月日（星期）2教具數(shù)控機(jī)床、課件、視頻教學(xué)目標(biāo)1.理解數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定原則。2.掌握數(shù)控車床、數(shù)控銑床各坐標(biāo)軸的確定方法。3.理解工件坐標(biāo)系的概念及用途。4.掌握數(shù)控機(jī)床上有關(guān)點(diǎn)的定義。審批教學(xué)重點(diǎn)1.數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定原則。2.數(shù)控車床、數(shù)控銑床各坐標(biāo)軸的確定方法。3.工件坐標(biāo)系的概念及用途。教學(xué)難點(diǎn)1．?dāng)?shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定原則。2．?dāng)?shù)控銑床坐標(biāo)軸的確定。教學(xué)后記教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法【組織教學(xué)】1．檢查學(xué)生出勤情況。2．強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中應(yīng)注意安全事項(xiàng)?！緩?fù)習(xí)提問】1．點(diǎn)位、直線、輪廓數(shù)控機(jī)床各有何特點(diǎn)？2．開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床各有何特點(diǎn)及區(qū)別？3．列舉常見的數(shù)控機(jī)床?！拘抡n導(dǎo)入】在普通車床上加工工件，需要哪幾種進(jìn)給運(yùn)動？在數(shù)控機(jī)床上，應(yīng)該如何描述機(jī)床的運(yùn)動呢？【講授新課】§1-3數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系一、坐標(biāo)系確定原則（重點(diǎn)、難點(diǎn)）1．刀具相對于靜止工件而運(yùn)動的原則（難點(diǎn)）這一原則使編程人員能在不知道是刀具移近工件還是工件移近刀具的情況下，就可根據(jù)零件圖樣確定零件的加工過程。2．標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)（機(jī)床坐標(biāo)）系的規(guī)定機(jī)床坐標(biāo)系是以機(jī)床原點(diǎn)O為坐標(biāo)系原點(diǎn)并遵循右手笛卡爾直角坐標(biāo)系建立的由X、Y、Z軸組成的直角坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)系是用來確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系。是機(jī)床上固有的坐標(biāo)系，并設(shè)有固定的坐標(biāo)原點(diǎn)。右手笛卡兒直角坐標(biāo)系伸出右手的大拇指、食指和中指，并互為90°，大拇指代表X坐標(biāo)軸，食指代表Y坐標(biāo)軸，中指代表Z坐標(biāo)軸。大拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)軸的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)軸的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)軸的正方向。圍繞X、Y、Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)軸中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸A、B、C的正向。3．運(yùn)動方向的規(guī)定對于各坐標(biāo)軸的運(yùn)動方向，均將增大刀具與工件距離的方向確定為各坐標(biāo)軸的正方向。二、坐標(biāo)軸的確定（重點(diǎn)）1．?dāng)?shù)控車床坐標(biāo)系的確定（1）Z坐標(biāo)軸Z坐標(biāo)軸的運(yùn)動由主要傳遞切削動力的主軸所決定。刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)樵撦S的正方向。（2）X坐標(biāo)軸X坐標(biāo)軸一般為水平方向并垂直于Z坐標(biāo)軸。對于數(shù)控車床而言，X坐標(biāo)軸方向規(guī)定為工件的徑向且平行于車床的橫導(dǎo)軌。同時(shí)也規(guī)定其刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)軸的正方向。（3）Y坐標(biāo)軸Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸，依據(jù)右手笛卡兒直角坐標(biāo)系確定。手工繪圖：后置刀架前置刀架2．?dāng)?shù)控銑床坐標(biāo)系的確定（1）Z坐標(biāo)軸Z坐標(biāo)軸的運(yùn)動由傳遞切削力的主軸所決定，在有主軸的機(jī)床中與主軸軸線平行的坐標(biāo)軸即為Z坐標(biāo)軸。根據(jù)坐標(biāo)系正方向的確定原則，在鉆削、鏜削、銑削加工中，鉆入或鏜入工件的方向?yàn)閆坐標(biāo)軸的負(fù)方向。（2）X坐標(biāo)軸（難點(diǎn)）對于立式銑床，Z坐標(biāo)軸方向是垂直的，站在工作臺前，從刀具主軸向立柱看，水平向右方向?yàn)閄坐標(biāo)軸的正方向；對于臥式銑床，Z坐標(biāo)軸方向是水平的，從主軸向工件看（即從機(jī)床背面向工件看），向右方向?yàn)閄坐標(biāo)軸的正方向。（3）Y坐標(biāo)軸Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸，根據(jù)右手笛卡兒直角坐標(biāo)系進(jìn)行判別。手工繪制數(shù)控銑床坐標(biāo)系：立式銑床臥式銑床歸納：不管是數(shù)控車床還是數(shù)控銑床，確定坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸時(shí)，總是先根據(jù)主軸來確定Z坐標(biāo)軸，再確定X坐標(biāo)軸，最后確定Y坐標(biāo)軸。三、工件坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系不方便編程，為了使編程人員能夠直接根據(jù)圖樣進(jìn)行編程，引入工件坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)系是由機(jī)床廠家確定的，用戶不可以改變。工件坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣確定的，工件坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸一般情況是平行于機(jī)床坐標(biāo)系各坐標(biāo)軸。二者是通過對刀操作，建立相互位置關(guān)系。四、數(shù)控機(jī)床上的有關(guān)點(diǎn)問題討論：一個(gè)完整的坐標(biāo)系有哪些部分組成？前面所學(xué)內(nèi)容是確定機(jī)床的坐標(biāo)軸及其方向，但沒有確定機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)。機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)在何位置？1．機(jī)床原點(diǎn)機(jī)床原點(diǎn)是機(jī)床坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，它是機(jī)床制造廠家設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)基準(zhǔn)位置。數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn)一般為主軸回轉(zhuǎn)中心與卡盤后端面的交點(diǎn)。數(shù)控銑床的機(jī)床原點(diǎn)一般設(shè)在X、Y、Z坐標(biāo)軸的正方向極限位置上。2．機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床參考點(diǎn)是用于對機(jī)床運(yùn)動進(jìn)行檢測和控制的固定位置點(diǎn)。機(jī)床參考點(diǎn)的位置是由機(jī)床制造廠家在每個(gè)進(jìn)給軸上用限位開關(guān)精確調(diào)整好的，坐標(biāo)值已輸入數(shù)控系統(tǒng)中。對于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床，開機(jī)第一步總是先使機(jī)床返回參考點(diǎn)?；貐⒖键c(diǎn)的目的是什么？開機(jī)回參考點(diǎn)的目的就是建立機(jī)床坐標(biāo)系，只有機(jī)床參考點(diǎn)被確認(rèn)后，刀具（或工作臺）移動才有基準(zhǔn)。3．工件原點(diǎn)工件原點(diǎn)是由編程人員設(shè)置在工件坐標(biāo)系上的一個(gè)基準(zhǔn)位置。通常選擇工件上的某一點(diǎn)作為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，原點(diǎn)一般都與零件圖樣的尺寸相一致。車削類零件X向編程原點(diǎn)均取在Z軸軸線上，Z向編程原點(diǎn)一般取在工件左端面或右端面中心處。銑削類零件的編程原點(diǎn)一般選在作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)的端面或孔軸線上。對稱件通常將原點(diǎn)選在對稱面或?qū)ΨQ中心上。歸納總結(jié)：（1）工件坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)不一致。（2）對刀操作是建立工件坐標(biāo)系的方法。（3）對刀的目的就是確定工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。4．刀具相關(guān)點(diǎn)（1）刀位點(diǎn)所謂刀位點(diǎn)，是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)。對圓柱銑刀、端銑刀類刀具，刀位點(diǎn)為它們的底面中心；對鉆頭，刀位點(diǎn)為鉆尖；對球頭銑刀，刀位點(diǎn)為其球心；對車刀、鏜刀類刀具，刀位點(diǎn)為其刀尖。（2）對刀點(diǎn)對刀點(diǎn)是數(shù)控加工中刀具相對于工件運(yùn)動的起點(diǎn)，也可以叫作程序起點(diǎn)或起刀點(diǎn)。通過對刀點(diǎn)，可以確定機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系之間的相互位置關(guān)系。所謂對刀，是指使“刀位點(diǎn)”與“對刀點(diǎn)”重合的操作。（3）換刀點(diǎn)中途換刀。【學(xué)習(xí)評價(jià)】1．?dāng)?shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定的原則有哪些？2．如何確定數(shù)控車床的坐標(biāo)軸？3．如何確定數(shù)控銑床的坐標(biāo)軸？4．機(jī)床原點(diǎn)與工件原點(diǎn)有何區(qū)別？5．機(jī)床回零操作的目的是什么？【知識總結(jié)與提升】1．?dāng)?shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定原則（重點(diǎn)、難點(diǎn)）（1）刀具相對于靜止工件而運(yùn)動的原則。（2）標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系是一個(gè)右手笛卡兒直角坐標(biāo)系。（3）將增大刀具與工件距離的方向確定為各坐標(biāo)軸的正方向。2．坐標(biāo)軸的確定（重點(diǎn)、難點(diǎn)）無論數(shù)控車床還是數(shù)控銑床，都是先根據(jù)傳遞切削力的主軸確定Z坐標(biāo)軸及其正方向。其次，具體機(jī)床情況，確定X軸及其正方向。最后根據(jù)右手定則確定Y軸。3．工件坐標(biāo)系編程時(shí)應(yīng)用的坐標(biāo)系是工件坐標(biāo)系，而不是機(jī)床坐標(biāo)系。4．?dāng)?shù)控機(jī)床上的相關(guān)點(diǎn)（1）機(jī)床原點(diǎn)（2）機(jī)床參考點(diǎn)（3）工件原點(diǎn)（4）刀具相關(guān)點(diǎn)1）刀位點(diǎn)。2）對刀點(diǎn)。3）換刀點(diǎn)?！菊n后作業(yè)】1．?dāng)?shù)控機(jī)床坐標(biāo)系確定的原則有哪些？答：（1）刀具相對于靜止工件而運(yùn)動的原則。這一原則使編程人員能在不知道是刀具移近工件還是工件移近刀具的情況下，就可根據(jù)零件圖樣確定零件的加工過程。（2）標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)（機(jī)床坐標(biāo)）系的規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床坐標(biāo)系是一個(gè)右手笛卡兒直角坐標(biāo)系。伸出右手的拇指、食指和中指，并互呈90°，拇指代表X坐標(biāo)軸，食指代表Y坐標(biāo)軸，中指代表Z坐標(biāo)軸。拇指的指向?yàn)閄坐標(biāo)軸的正方向，食指的指向?yàn)閅坐標(biāo)軸的正方向，中指的指向?yàn)閆坐標(biāo)軸的正方向。圍繞X、Y、Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸分別用A、B、C表示，根據(jù)右手螺旋定則，拇指的指向?yàn)閄、Y、Z坐標(biāo)軸中任意軸的正向，則其余四指的旋轉(zhuǎn)方向即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸A、B、C的正向。（3）運(yùn)動方向的規(guī)定。對于數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的運(yùn)動方向，均將增大刀具與工件距離的方向確定為各坐標(biāo)軸的正方向。2．繪制出數(shù)控車床的坐標(biāo)軸。答：參見教材圖1-17。3．繪制數(shù)控銑床的坐標(biāo)軸。答：參加教材圖1-18。4．機(jī)床原點(diǎn)與工件原點(diǎn)有何區(qū)別？答：機(jī)床原點(diǎn)是機(jī)床制造廠家設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)基準(zhǔn)位置，它不僅是在機(jī)床上建立機(jī)床坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，而且是機(jī)床調(diào)試和加工時(shí)的基準(zhǔn)點(diǎn)。工件原點(diǎn)就是工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，是由編程人員設(shè)置在工件坐標(biāo)系上的一個(gè)基準(zhǔn)位置。選擇工件原點(diǎn)時(shí)，最好把工件原點(diǎn)放在零件圖樣上的尺寸能夠方便地轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)值的地方。5．機(jī)床回零操作的目的是什么？答：對于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床，開機(jī)第一步總是先使機(jī)床返回參考點(diǎn)（即機(jī)床回零）