數控技術教案

PAGEPAGE4學院數控技術課程教案課程編號：教師姓名：專業(yè)班級：開課時間：教案填寫要求1.一門課程的教案應包括三個層面的設計：（1）課程內容、教學基本要求、教學手段、教學方法設計等，主要解決本門課教什么、怎么教的問題（2）各章節(jié)內容、教學方法、要求設計等，主要解決各章節(jié)教什么，怎么教；（3）2.一次課的教案內容原則上應包括本次課的教學目的、教材分析、教學過程、教學后記等方面。其中教學目的是課堂教學活動圍繞的中心和力求達到的目標。教材分析則要找出本次課的重、難點及關鍵，并確立突出重點、克服難點、抓住關鍵的方案；教學過程是教案的主體，要按引入新課、講授、總結與鞏固三方面詳細設計；教學后記是教案執(zhí)行情況的經驗總結，目的在于改進和調整教案，為下一輪課講授設計更加良好的教學方案。學院教案首頁課次1課型課堂教學章節(jié)第一章數控技術基礎1.1數控機床的系統(tǒng)組成及其各部分功能教學目的1.使學生了解本門課程的性質、任務與作用，明確課程學習的目標、要求，激發(fā)學生學習本課程的興趣。3.使學生了解數控系統(tǒng)的基本概念、數控機床的組成及主要工作過程，教學重點1.本課程的性質、任務、作用，學習的方法。2.數控系統(tǒng)組成及各部分功能。3.數控概念的建立。教學難點數控系統(tǒng)的主要工作過程。教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.通過介紹現在機床使用的范圍越來越廣，數控系統(tǒng)的重要性，告訴學生本課程的學習目的和學習要求。2.以表格和圖片、動畫、短篇錄像等教學方式來講述機床系統(tǒng)的目的、內容和特點，讓學生對所學內容記憶深刻。我認為第一節(jié)課是至關重要的，必須要利用各種教學手段激發(fā)學生對本課程的學習興趣，為后續(xù)教學打下良好的基礎。學院教案續(xù)頁教學過程引言本學期我們一起來學習數控系統(tǒng)，當今工業(yè)化的步伐正在加快，現代化設備尤其是數控機床的應用也越來越普及，數控系統(tǒng)的重要性不言而喻。闡述現狀，提出問題，展開本次課的教學，充分運用案例式教學，激發(fā)學生的學習熱情和學習興趣。教學內容正文一、課程性質、任務、作用，學習方法二、數控系統(tǒng)的基本概念

1.數控：數字控制的簡稱。2.數控系統(tǒng)：用數字控制技術實現的自動控制系統(tǒng)。3.數控機床：數控系統(tǒng)與機床本體的結合體。三、數控機床的組成1.數控機床一般由輸入/輸出裝置、數控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機床強電柜、機床本體五部分組成，機床本體為被控對象。2.計算機數控系統(tǒng)的組成1）采用計算機數控裝置的數控系統(tǒng)稱為CNC。2）現代數控系統(tǒng)的開關量控制采用PLC。3)Fanuc0i-C數控系統(tǒng)的主要部件:數控裝置（顯示器、數控鍵盤）、操作面板、伺服放大器、伺服電機、I/O單元等。3.Fanuc0i-C數控系統(tǒng)的部件連接：經FANUC串行伺服總線FSSB，用一條光纜與多個進給伺服放大器（αi系列）相連。進給伺服電動機使用αis系列。最多可接4個進給軸電機。伺服電動機上裝有脈沖編碼器，標配為1,000,000脈沖/轉。編碼器既用做速度反饋，又用作位置反饋。系統(tǒng)支持半閉環(huán)控制和使用直線尺的全閉環(huán)控制。檢測器的接口有并行口（A/B相脈沖）和串行口兩種。位置檢測器可用增量式或絕對式。四、數控機床的主要工作過程程序輸入→加工信息預處理（譯碼、刀補計算、坐標變換等）→軌跡插補、位置控制、開關量控制以及機床的狀態(tài)監(jiān)控。總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.通過講解，使學生認識到數控系統(tǒng)的重要性，激發(fā)其學習興趣。2.講述數控相關的基本概念、數控機床組成及各部分功能，以及數控系統(tǒng)的主要工作過程。3.通過講解CA6140普通車床與數控機床的不同，并通過CK6130車床的組成進行案例式教學。4.借助于多媒體課件，數控系統(tǒng)綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案首頁課次2課型課堂教學章節(jié)第一章數控技術基礎1.2數控機床的分類1.3數控機床的加工對象教學目的1.了解數控系統(tǒng)三種不同分類方法。2.熟悉輪廓控制數控系統(tǒng)的特點與分類（按聯動坐標軸數）。3.理解開環(huán)、閉環(huán)及半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別。4.了解數控機床的加工對象。教學重點1.輪廓控制數控系統(tǒng)的特點與分類。2.開環(huán)、閉環(huán)及半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的特點。3.全功能數控系統(tǒng)的特點及應用。教學難點1.開環(huán)、閉環(huán)及半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別。2.使學生了解不同功能水平數控系統(tǒng)的特點及應用。教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記在本次教學過程，數控機床的分類是比較難的內容，通過結合實際，并通過多媒體教學展示多張機床圖片，使學生有形象化的認識，使得課堂的教學內容不是那么的死板和僵化，并說明數控機床的適用的加工對象，進而闡述數控機床的優(yōu)點。采用循序漸進的方法推進，授課效果較好。學院教案續(xù)頁教學過程引言數控機床的組成：輸入/輸出裝置、數控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、機床強電柜、機床本體五部分組成，機床本體為被控對象。教學內容正文第二節(jié)數控機床分類一、按被控機床的運動軌跡分類1.點位控制數控系統(tǒng):控制工具相對工件從某一加工點移到另一個加工點之間的精確坐標位置,這一類系統(tǒng)的設備有數控鉆床、數控坐標鏜床和數控沖床等。2.直線控制數控系統(tǒng)：不僅要控制點與點的精確位置，還要控制兩點之間的工具移動軌跡是一條直線，此類控制方式的設備主要有簡易數控車床、數控鏜銑床等。3.輪廓控制數控系統(tǒng)：這類系統(tǒng)能夠對兩個或兩個以上坐標方向進行嚴格控制，采用此類控制方式的設備有數控車床、銑床、加工中心、電加工機床和特種加工機床等。二、按伺服系統(tǒng)分類1.開環(huán)控制數控系統(tǒng)：這類數控系統(tǒng)不帶檢測裝置，也無反饋電路，以步進電動機為驅動元件，被廣泛應用于經濟型數控系統(tǒng)中。2.半閉環(huán)控制數控系統(tǒng)：位置檢測元件被安裝在電動機軸端或絲杠軸端，調試方便，可以獲得比較穩(wěn)定的控制特性。參見下圖：3.全閉環(huán)控制數控系統(tǒng)：位置檢測裝置安裝在機床工作臺上，調試時，其系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)很難達到。三、按數控系統(tǒng)功能水平分類1.經濟型數控系統(tǒng)：又稱簡易數控系統(tǒng)，通常僅能滿足一般精度要求的加工，能加工形狀較簡單的直線、斜線、圓弧及帶螺紋類的零件，采用的微機系統(tǒng)為單板機或單片機系統(tǒng)，如：經濟型數控線切割機床，數控鉆床，數控車床，數控銑床及數控磨床等。2.普及型數控系統(tǒng)：通常稱之為全功能數控系統(tǒng)，這類數控系統(tǒng)功能較多，但不追求過多，以實用為準。3.高檔型數控系統(tǒng)：指加工復雜形狀工件的多軸控制數控系統(tǒng)，且其工序集中、自動化程度高、功能強、具有高度柔性。用于具有5軸以上的數控銑床，大、中型數控機床、五面加工中心，車削中心和柔性加工單元等。四．按工藝用途分類1.金屬切削加工類：數控鏜銑床、數控車床、數控磨床、加工中心、數控齒輪加工機床等。2.金屬成型加工類：數控折彎機、數控彎管機等。3.特種加工類：數控線切割機、電火花加工機、激光加工機等。4.測量、繪圖類：數控裝配機、數控測量機等。第三節(jié)數控機床加工對象一、數控加工的優(yōu)點柔性好加工精度高能加工復雜型面生產效率高勞動條件好有利于生產管理易于建立計算機通信網絡二、數控加工的不足之處數控機床價格較貴，加工成本高，提高了起始階段的投資。技術復雜，增加了電子設備的維護，維修困難。對工藝和編程要求較高，加工中難以調整，對操作人員的技術水平要求較高。三、數控加工技術的主要應用對象1.幾何形狀復雜的零件2.多品種小批量生產的零件3.必須嚴格控制公差的零件4.貴重的、不允許報廢的關鍵零件總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）根據數控系統(tǒng)不同的分類方法，講述數控系統(tǒng)的特點及應用。通過講授輪廓控制數控系統(tǒng)的應用引入到坐標軸聯動控制，并通過四軸聯動數控銑床（XK5032）的數控改造進行案例式教學。根據開環(huán)、閉環(huán)及半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的異同，進行對比教學。4．借助于多媒體課件等多種教學方式，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案首頁課次3課型課堂教學章節(jié)第二章計算機(CNC)裝置2.1概述2.2CNC裝置的工作原理教學目的1.了解數控系統(tǒng)在數控機床中的作用2.掌握數控系統(tǒng)的組成，各部件的作用3.了解MNC系統(tǒng)的構成教學重點數控系統(tǒng)的組成，各部件的作用教學難點數控系統(tǒng)的組成，各部件的作用教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記本次課題的課堂教學講述的內容：1、數控裝置的工作原理。2．數控裝置的主要功能和特點。這次課的有一定的難度，要求學生一次性弄懂有困難，要從學生的實際出發(fā)，講清楚數控裝置的特點和數控裝置的工作過程，不能急于求成，并通過數控實驗臺給學生以直觀認識，告訴學生這是一個循序漸進的過程。學院教案續(xù)頁教學過程引言同學們，我們從今天開始進入具體模塊的學習，今天我們學習的是數控系統(tǒng)的組成及相關問題。教學內容正文第一節(jié)概述一、基本概念：1.NC硬件數控:即由硬件電路來完成插補的數控動作，出現的年代：1952-19652.CNC計算機數字控制:由硬件和軟件共同完成數控的功能，具有柔性。1974年以后二、構成及各部分的功能：1、構成2、各部分的功能1）輸入裝置:完成程序,參數等信息的輸入MDI信息載體2)輸出裝置:完成打印,穿孔顯示等3)通信線路:實現串行通訊及網絡功能4)CNC:完成與外圍設備聯系,控制系統(tǒng)各部分功能5)PLC:完成機床的順序控制,換刀,APC等6)主軸單元:接受CNC的指令,控制主軸電機的轉速及旋向7)速度單元:接收CNC的指令,控制各伺服軸的動作第二節(jié)CNC裝置的工作原理數控系統(tǒng)的主要工作過程是根據輸入的信息（加工程序），進行數據處理（刀具長度和半徑補償）和插補運算（確定刀具或工件的運動軌跡），從而獲得理想的運動軌跡信息。一、計算機數字控制裝置的工作原理1.輸入2.譯碼3.刀具補償4.進給速度處理—分解合速度5.插補—“數據點的密化”6.位置控制:處在伺服回路的位置環(huán)上.7.I/O處理8.顯示9.診斷二.CNC裝置的功能基本功能——數控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；選擇功能——用戶可根據實際要求選擇的功能?？刂乒δ堋⒉逖a功能、準備功能、主軸功能、進給功能、刀具功能、輔助功能、字符顯示功能、自診斷功能等屬于基本功能.而補償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能、網絡功能和人機對話編程功能屬于選擇功能.三.CNC裝置的優(yōu)點1.具有靈活性2.具有通用性3.豐富的數控功能4.系統(tǒng)的可靠性高5.使用和維修方便6.基于PC平臺的CNC特點總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.掌握數控裝置的工作原理。2.分清數控裝置的基本功能和選擇功能。3..作業(yè)：P361學院教案首頁課次4課型課堂教學章節(jié)第二章計算機(CNC)裝置2.3CNC裝置的硬件結構教學目的1．了解數控裝置的硬件結構2．理解單處理器和多處理器結構的工作原理3．理解數控裝置硬件的具體實現形式。4．了解硬件分類。5．大板式和功能模塊式結構的特點與區(qū)別。教學重點1．CNC裝置硬件的分類。2．典型數控系統(tǒng)的硬件結構，各部件的作用。教學難點典型數控系統(tǒng)的硬件結構，各部件的作用教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.CNC裝置的硬件結構是本章學習的重點，弄懂裝置的分類，尤其是單微處理器和多微處理器的結構尤其重要。2.通過案例教學法，啟發(fā)學生從幾個常用的數控系統(tǒng)出發(fā)，去分析問題、解決問題。學院教案續(xù)頁教學過程引言同學們，計算機系統(tǒng)由哪兩大部分組成呢？（提問）硬件。那數控系統(tǒng)的硬件又包括哪些內容呢？教學內容正文第三節(jié)CNC裝置的硬件結構一、分類：1、按微處理器分類；1）單微處理器：只有一個CPU、采用集中控制分時方法處理數控的各個任務。缺點：①不易進行功能的擴展和提高。②處理速度低、數控功能差。2）多CPU：單CPU的彌補：增加浮點協處理器、8086+8087硬件分擔插補采用全智能化的CRT、PLC部件。兩個及兩個以上的CPU組成的CNC稱為多微處理機系統(tǒng)。模塊分為帶CPU的主模塊和不帶CPU的從模塊。特點：1、性能價格比高單CPU限制性能多提高速度，擴展性能。2、采用模塊化結構，良好的適應性和擴展性3、硬件易于組織規(guī)模生產。4、可靠性高。多CPU結構分類：共享存儲器以存儲器為中心，各模塊工作時，通過優(yōu)先接受使用請求，使用完成要撤消，釋放存儲器。共享總線以總線為中心，各模塊工作時，僅有一個模塊可占用總線，多個請求時由總線仲裁器來裁決。2、按照電路板結構分：1）大板結構：主電路板是大板，其他電路板是小印刷電路板，它們插在電路板的插槽內一塊構成CNC裝置，FANUC-C,0等2）模塊化結構：控制單元母版框架，各功能模塊，軟件硬件的設計成模塊化特點：各功能塊功能獨立，便于開發(fā)同一功能的系列產品，維修維護方便二、典型數控系統(tǒng)的硬件結構：1、fanuc-6M系統(tǒng)的硬件介紹2、SIN840C系統(tǒng)的硬件結構：總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.總結裝置硬件結構的特點和分類。2.分析兩種典型數控系統(tǒng)的硬件結構。3.課后作業(yè)：P365學院教案首頁課次5課型課堂教學章節(jié)第二章計算機(CNC)裝置2.4CNC裝置的軟件結構教學目的1、了解CNC系統(tǒng)的軟件的軟硬件界面2．計算機數字控制裝置的數據轉換流程3．理解軟件結構的特點教學重點數控軟件部分和硬件部分的聯系2．CNC系統(tǒng)軟件各部分的作用。教學難點CNC系統(tǒng)軟件各部分的作用程。教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記軟件結構設計到的知識點比較多，需要學生預先復習一下相應的計算機知識，講解時和數控設備的維護聯系起來，突出其應用性。學院教案續(xù)頁教學過程引言數控裝置的硬件和軟件之間有聯系嗎？怎么聯系？引入本次課的內容。教學內容正文第四節(jié)CNC裝置的軟件結構一組成與功能：CNC系統(tǒng)軟件管理軟件程序的輸入輸出顯示通信控制軟件譯碼刀具補償速度處理插補運算位置控制等各程序簡介：1輸入程序：①把零件程序經緩沖器到存儲②把存儲的程序讀入緩沖器記錄垂直校驗：每個程序數必須有偶數行代碼否則以空格代替水平奇偶：每行代碼中1的個數必須為偶數（ISO）或奇數（EIA）2譯碼程序：進行代碼的識別，及功能代碼的解譯①代碼識別是指將讀入代碼按內部碼地址的不同進行處理②功能處理是指將代碼識別的結果按功能再分類，轉入相應的功能程序例如：N50G90G01X106.Y-60.F46M05;3數據處理：對功能代碼進行預處理任務：①刀具半徑補償，速度計算，輔助功能的處理其中：刀具半徑補償：將零件的輪軌跡轉化為刀具中心的軌跡。速度代碼： 確定加工數據數的速度。輔助加工的處理：指順序程序的處理，設置接口信號。數據的處理為插補程序做準備，稱為預計算。A位置b速度。4插補計算程序：作用是對加工軌跡的細化。早期：全部由硬件來完成，由硬件來實施完成速度及位置的分配?，F在：軟件插補+硬件插補由軟件完成粗插補，將整個軌跡分成幾個大段，再由硬件執(zhí)行個數的細化。5伺服控制軟件：作用：將位置指令（周期內4ms）轉化為速度指令。原理：=1\*GB3①系統(tǒng)4ms計算一次指令值Dc讀一次Df值=2\*GB3②通過計數器計算出△D=Dc-Df,③（ΔD*Kd）/4s為速度。6輸出程序：將數據處理、插補、伺服處理的結果輸出至對應的接口電路7管理程序：管理：數據的輸入、處理及切削加工處理主板、時鐘信號、故障信號管理為主程序，執(zhí)行周期較長，實時程序靠中斷完成8診斷程序：對系統(tǒng)內的軟件，硬件進行診斷，對故障做出相應的報警提示例如：編程、超程、伺服、PLC等二、CNC軟件的特點：1多任務并行處理：多個任務，多個程序共用運行。2多重實時中斷處理：理解P90圖：中斷是指終止現行程序轉去執(zhí)行另一程序。待另一程序處理完畢后、再繼續(xù)執(zhí)行原程序，多重中斷：按中斷的級別排隊。實時：是指在確定的有限時間里對外部產生的隨機事件作出響應。并完成響應和處理。三、典型數控軟件的工作過程：見中斷優(yōu)先級（1）開機后，系統(tǒng)首先進入初始化程序。進行硬、軟件初始狀態(tài)的設置。隨后進入中斷第一級，進行CRT顯示及ROM檢查。（2）PLC控制能夠檢測出機床選擇的操作方式，處理完成后轉入機床的方式處理方式：JOGSTOPHANDLE進行工件原點及對刀。MDI可進行機床參數、刀具參數和數控程序的處理。選擇“MEM〃按循環(huán)啟動按鈕則自動運行零件程序總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.數控機床的軟件結構實現方式。2.數控機床硬軟件之間的關系。學院教案首頁課次6．7課型課堂教學章節(jié)第三章數控檢測裝置3.1概述3.2感應同步器3.5旋轉變壓器教學目的1.了解檢測裝置的分類，2.了解檢測裝置性能指標和要求。3.了解感應同步器的結構和類型，4.理解感應同步器工作原理和典型應用。5.掌握旋轉變壓器的工作原理和應用教學重點1.數控機床對檢測裝置的要求。2.感應同步器的原理及應用。教學難點感應同步器的原理及應用。教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記機床的檢測裝置的精度決定了機床加工的精度，其重要性是不言而喻的。對具體每一個檢測裝置，側重點是它們的應用。講解時聰應用講起，利用啟發(fā)式教學，結合實踐。學院教案續(xù)頁教學過程引言數控機床加工的精度主要取決于什么呢？是機床本身？加工工藝？檢測裝置精度？（討論）。引出本次課主題教學內容正文第一節(jié)：概述位置檢測裝置是數控機床的重要組成部分。在閉環(huán)系統(tǒng)中，它的主要作用是檢測位移量，并發(fā)出反饋信號和數控裝置發(fā)出的指令信號相比較，若有偏差，經放大后控制執(zhí)行部件，使著向消除偏差的方向運動直至偏差等于零為止。一．機床對檢測裝置的要求：1.受溫度、濕度影響小，工作可靠，能長期保持精度，抗干擾能力強;2.在機床執(zhí)行部件工作范圍內，能滿足精度和速度的要求；進給速度20—30m/min，轉速高達100000r/min。3.使用維護方便，適應機床工作環(huán)境；4.成本低.二．分類1．直接測量和間接測量2．數字式測量和模擬式測量3．增量式測量和絕對式測量4．直線型和旋轉型常見的直線型檢測裝置:直線式感應同步器,長光柵,激光干涉儀,常見的旋轉型檢測裝置:旋轉式感應同步器,圓光柵，旋轉變壓器,光電編碼器測速發(fā)電機作為常用的測速元件.三．數控檢測裝置傳感器的性能指標及其要求:1.精度2.分辨率3.靈敏度:4.遲滯:5.測量范圍和量程:6.零漂與溫漂:第二節(jié)感應同步器一、結構與工作原理1．結構感應同步器和旋轉變壓器均為電磁式檢測裝置，屬模擬式測量，二者工作原理相同電磁感應原理,其輸出電壓隨被測直線位移或角位移而改變。感應同步器按其結構特點一般分為直線式和旋轉式兩種：直線式感應同步器由定尺和滑尺組成，用于直線位移測量。旋轉式感應同步器由轉子和定子組成，用于角位移測量。2．工作原理當滑尺任意一繞組加交流激磁電壓時，由于電磁感應作用，在定尺繞組中必然產生感應電壓，該感應電壓取決于滑尺和定尺的相對位置。當只給滑尺上正弦繞組加勵磁電壓時，二、應用1.使用特點⑴精度高⑵可拼接成各種需要的長度⑶對環(huán)境的適應強⑷使用壽命長⑸注意安裝間隙2．兩種工作方式：鑒相式和鑒幅式鑒幅式系統(tǒng)的另一種型式為脈寬調制型系統(tǒng)第五節(jié)旋轉變壓器一、結構與工作原理旋轉變壓器是一種角位移測量裝置，由定子和轉子組成。旋轉變壓器通過測量電動機或被測軸的轉角來間接測量工作臺的位移。旋轉變壓器分為單極和多極形式,先分析一下單極工作情況。二、應用旋轉變壓器作為位置檢測裝置，有兩種典型工作方式，鑒相式和鑒幅式。鑒相式是根據感應輸出電壓的相位來檢測位移量；鑒幅式是根據感應輸出電壓的幅值來檢測位移量。1.鑒相工作方式轉子輸出電壓的相位角和轉子的偏轉角之間有嚴格的對應關系，這樣，只要檢測出轉子輸出電壓的相位角，就可知道轉子的轉角。由于旋轉變壓器的轉子和被測軸連接在一起，所以，被測軸的角位移就知道了。2.鑒幅工作方式如果將旋轉變壓器裝在數控機床的滾珠絲杠上，當角從0到360時，絲杠上的螺母帶動工作臺移動了一個導程，間接測量了執(zhí)行部件的直線位移。測量所走過的行程時，可加一個計數器，累計所轉的轉數，折算成位移總長度?？偨Y與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.將旋轉變壓器和感應同步器放在一起，因為二者的工作原理和應用方式都相似，在把二者的聯系將出來：展開的多級旋轉變壓器就是直線式感應同步器。3.課后作業(yè)。P591，2學院教案首頁課次8課型課堂教學章節(jié)第三章數控檢測裝置3.3光柵教學目的1.了解長光柵裝置的結構和工作原理，2.摩爾條紋的特點3.熟悉光柵位移—數字變換電路4.光柵的具體應用教學重點光柵的工作原理及應用教學難點光柵的工作原理及應用教學方法講授法教具掛圖PPT。實物授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記機床的光柵是最重要的檢測裝置，其難度比較大。講解時配以實物，詳細拆解給學生看，在通過小錄像、falsh，給學生以形象的認識，講解效果較好。學院教案續(xù)頁教學過程引言數控機床的最重要的檢測裝置：光柵。教學內容正文一．種類：分類方法1：物理光柵尺；計量光柵尺分類方法2：透射光柵尺；反射光柵尺分類方法3：增量式光柵尺；絕對是光柵尺二．結構：光源、指示光柵、標尺光柵、光電元件。三．工作原理1、指示光柵與標尺光柵刻度等寬。2、平行裝配，且無摩擦3、兩尺條紋之間有一定夾角4、當指示光柵與標尺光柵相對運動時，會產生與光柵線垂直的橫向的條紋，該條紋為莫爾條紋，當移動一個柵距時，摩爾條紋也移動一個紋距四．輸出信號與測量電路1．產生原理：2．鑒相與倍頻總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.光柵的工作原理。2.光柵的應用。3.作業(yè)：P593學院教案首頁課次9課型課堂教學章節(jié)第三章數控檢測裝置3.3光電脈沖編碼器教學目的1.了解光電脈沖編碼器的分類；2.了解光電脈沖編碼器的結構，3.理解光電脈沖編碼器的工作原理4.了解光電脈沖編碼器的應用教學重點光電編碼器的工作原理及應用。教學難點光電編碼器的輸出信號及應用教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記光電編碼器同光柵的工作原理是相似的，只不過一個是直線光柵，一個是圓光柵，從復習光柵入手，引入本次的內容，在著重強調其不同點，然后輔以實物講解。學院教案續(xù)頁教學過程引言光柵的工作原理和應用（提問）。教學內容正文一．構成：光源、指示光柵、圓光柵、光電元件。二．信號：A/B/CA\B相差90度用于計數及方向判別；C用于回參考點通過倍頻電路來提高分辨率總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.光電編碼器的工作原理。輸出信號2光電編碼器的應用。3.作業(yè)：P594學院教案首頁課次10．11課型課堂、實驗教學章節(jié)第四章伺服驅動系統(tǒng)操作4.1概述。4.2步進電動機及其控制系統(tǒng)。教學目的1.了解數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求、進給伺服系統(tǒng)的分類。2.熟悉步進驅動系統(tǒng)的組成與控制原理。3.了解脈沖分配控制方法。4.了解步進電機的主要特性。5.熟悉步進電機的選用方法。教學重點1.數控系統(tǒng)界面操作數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求。2.步進驅動系統(tǒng)的組成與控制原理。3.脈沖分配控制方法。4.數控機床中步進電動機的選用方法。教學難點1.步進驅動系統(tǒng)的組成與控制原理。2.脈沖分配控制方法。教學方法講授法、實驗教學教具掛圖PPT、數控機床實驗臺授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1．通過講授計算機數控系統(tǒng)的組成引入到進給伺服驅動系統(tǒng)，并介紹數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求、進給伺服系統(tǒng)的分類。2．通過講授進給伺服系統(tǒng)的分類引入到步進驅動系統(tǒng)，并介紹步進驅動系統(tǒng)的組成與控制原理。3．結合經濟型數控機床，介紹步進電機的主要特性、步進電機的選用方法等。4．借助于多媒體課件，數控系統(tǒng)綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言機床運動的動力來自：電動機。教學內容正文一.數控機床對進給伺服系統(tǒng)的要求1．精度高2．響應快、無超調3．調速范圍寬二、進給伺服系統(tǒng)的分類1．步進驅動系統(tǒng)2．直流伺服驅動系統(tǒng)3．交流伺服驅動系統(tǒng)三、步進驅動系統(tǒng)的組成步進驅動系統(tǒng)沒有位置反饋回路與速度反饋回路，一般用于對速度和精度要求不高的中、小型經濟型數控機床上。四.步進驅動系統(tǒng)的控制1.工作臺位移量的控制：進給脈沖的數量N→定子繞組通電狀態(tài)變化次數N→步進電動機轉子角位移ψ→機床工作臺位移量L。2.工作臺進給速度控制：進給脈沖頻率f→定子繞組通電／斷電狀態(tài)的變化頻率f→步進電動機轉速ω→工作臺的進給速度V。3.工作臺運動方向控制：改變步進電動機輸入脈沖信號的循環(huán)順序方向，就可改變步進電動機定子繞組中電流的通斷循環(huán)順序，從而使步進電動機實現正轉和反轉，相應的工作臺進給方向就被改變。五、步進電動機（1、2：簡要說明，注意與《數控機床伺服控制》課程的銜接）1.結構2.工作原理3.主要特性1)步距角：電機每步的轉角稱為步距角，步距角越小精度越高。2)最大靜轉矩：步進電機最大的承載能力。3)啟動頻率：步進電機由靜止突然啟動，進入不失步的正常運行的最高頻率。超過了啟動頻率，轉子跟不上定子的磁場旋轉，會產生失步。4)連續(xù)運行頻率當電機啟動后，能逐漸不失步連續(xù)升速的最高頻率。六.步進電動機的驅動電源1．脈沖分配控制2.驅動放大電路七、步進電機的選用1.首先要確定步進電動機的類型。2.根據機床的加工精度要求，選擇進給軸的脈沖當量3.根據所選步進電動機的步距角、絲杠的螺距以及所要求的脈沖當量，計算減速齒輪的降速比。4.電動機在最快移動速度時，由矩頻特性決定的電動機輸出轉矩要大于負載轉矩，并留有余量。5.步進電動機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系。總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.伺服系統(tǒng)的作用和組成。2.步進電動機的組成和工作原理。3.步進電動機的控制原理和技術參數學院教案首頁課次12課型課堂教學章節(jié)第四章伺服驅動系統(tǒng)操作4.3直流伺服電動機及其速度控制教學目的1.理解直流伺服電機的結構；2.理解直流伺服電機的工作原理；3.理解直流伺服電機的工作特性；4.熟練掌握直流電機的速度控制方法。教學重點直流伺服電動機的工作特性及驅動裝置教學難點直流伺服電動機的驅動裝置。教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.通過講授進給伺服系統(tǒng)的分類引入到直流伺服驅動系統(tǒng)，并介紹直流伺服系統(tǒng)的組成與閉環(huán)位置控制的實現過程。2.通過講授直流伺服系統(tǒng)的組成，介紹直流伺服電機的相關知識，以及閉環(huán)伺服系統(tǒng)的連接。3.借助于多媒體課件，數控系統(tǒng)綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言直流伺服電動機，我們在初高中就以學過，找同學來回憶一下。教學內容正文一．直流伺服電動機類型、工作原理1應用：應用在早期的數控機床中。2電機的結構：定子：永磁體轉子：電樞檢測元件：測速發(fā)電機或編碼器3控制原理：直流電機的機械特性公式：n=Ua/Ceφ-RaM/CeCmφ2改變Ua調速，恒轉矩，低速段改變φ（弱磁），恒功率，高速段改變Ra，一般不用。二、直流驅動裝置1.控制裝置：由于使用永磁電機勵磁是不用調節(jié)的，裝置進用來調節(jié)電樞電壓2.調壓裝置的類型：a可控硅調壓電路，改變可控柜元件的導通角，從而獲得平均電壓的調節(jié)主電路原理圖：（講解各元件的作用）：圖中：M為直流電機，KR為過載保護檢測，Rab為能耗制動電阻，通過對十二個晶閘管觸發(fā)角的控制，達到對電機旋轉方向旋轉速度的控制。b晶體管脈寬調制調速系統(tǒng)PWM。功率元件工作在開關狀態(tài)，開關頻率恒定，調節(jié)一個周期內晶體管的導通時間來改變直流電機電樞兩端的平均電壓主電路的原理圖講解原理：VD1-VD4位續(xù)流二極管，用于保護功率晶體管，VT1-VT4為大功率三極管，其工作在開關狀態(tài)，成對使用：即Ub1=Ub4,Ub2=Ub3.控制電路框圖：原理框圖中，振蕩器用于產生頻率固定的脈沖，三角波產生器產生的三角波用于進行脈寬調制。二者的區(qū)別：可控硅是直接對交流電進行控制PWM是先將交流整流成穩(wěn)定的直流電壓，再對直流電壓進行開關控制PWM由于頻率高，所以電流脈動小?？偨Y與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.直流電機工作原理，。2.直流電機工作特性曲線。3.直流電機速度控制的方法的掌握4．作業(yè)：P871.3.6。學院教案首頁課次13課型課堂教學章節(jié)第四章伺服驅動系統(tǒng)操作4.4交流伺服電動機及其速度控制教學目的1.理解交流伺服電機的結構；2.理解交流伺服電機的工作原理；3.理解交流伺服電機的工作特性；4.熟練掌握交流電機的速度控制方法。教學重點交流伺服電動機的工作特性及驅動裝置教學難點交流伺服電動機的驅動裝置教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.通過講授直流伺服驅動系統(tǒng)引入到交流伺服驅動系統(tǒng)，并介紹交流伺服系統(tǒng)的組成與閉環(huán)位置控制的實現過程。2.通過講授交流伺服系統(tǒng)的組成，介紹交流伺服電機的相關知識，以及閉環(huán)伺服系統(tǒng)的連接。3.借助于多媒體課件，數控系統(tǒng)綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言交流伺服電動機，我們在初高中就以學過，找同學來回憶一下。教學內容正文交流伺服電機取代直流伺服電機是由于直流電機存在機械換向，需進行維護。一．交流伺服電機的結構：交流伺服電機也可稱為同步電機或里翻外的直流電機1．電機軸2.前端蓋3.三相繞組線圈4.壓板5.定子6.磁鋼7.后壓板8.動力線接頭9.后端蓋10.反饋插頭11.脈沖編碼器12.電機后蓋其結構：轉子（永磁鐵）定子為繞組檢測元件：編碼器二．原理：給定子通過三相交流電流，由定子產生旋轉磁場轉子磁場和定子的磁場相吸引，在旋轉磁場的帶動下產生旋轉。通過轉子位置的檢測，系統(tǒng)保證旋轉過程同步三、介紹幾種交流伺服電機的控制原理1．無刷直流電機的控制：當轉子旋轉時，需要周期性的開通或關斷六個晶體管，才使電樞的磁場與勵磁保持同步，保證磁轉矩。轉子位置傳感器與電機軸同步安裝，負責控制晶體管的通斷。2．SPWM控制原理：該控制系統(tǒng)同樣包括速度環(huán)及電流環(huán)，速度指令和速度反饋經比較后輸出轉矩指令Tm，而Tm與電流幅值成比例，電流指令與交流電流指令發(fā)生器的旋轉位置的正弦波相乘，輸出交流的電流指令，再控制脈寬調制電路，從而控制逆變的狀態(tài)。四、主軸分段無級調速方法1.分段無級調速概述2.M代碼執(zhí)行自動換檔控制過程3.自動換檔的實現方法：1).液壓撥叉變速換檔2).電磁離合器變速換檔總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.交流電動機的結構和工作原理2.交流電動機調速裝置3.主軸分段調速的方法。4.作業(yè)：P878。學院教案首頁課次.14。15課型課堂教學章節(jié)第五章插補原理5.1加工程序預處理教學目的1.了解數控加工程序代碼的分類及譯碼過程。2.理解刀具長度補償的原理。3.理解刀具半徑補償的執(zhí)行過程、C功能刀具補償方法。4.了解進給速度處理的過程。教學重點1.數控加工信息的譯碼。2.刀具長度補償計算。3.刀具半徑補償執(zhí)行過程。.B功能和C功能刀具半徑補償。4.進給速度處理。教學難點B功能和C功能刀具半徑補償教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.根據數控系統(tǒng)的一般工作過程引入到數控加工信息的預處理。2.根據數控加工程序代碼的分類，講授不同代碼的譯碼，并舉例說明。3.通過對數控系統(tǒng)有無刀具補償功能的對比，強化學生對所學內容的理解4借助于多媒體課件，數控機床，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言數控系統(tǒng)的一般工作過程是什么？（提問并回顧第二章的內容）。教學內容正文一、數控加工信息的譯碼以程序段為單位處理用戶加工程序，將其中的輪廓信息、加工速度和輔助功能信息等翻譯成便于計算機處理的信息格式，將其區(qū)分成幾何的、工藝的數據和開關功能，存放在指定的存儲器中。二、刀具補償計算

1.刀具長度補償刀具長度補償在數控車床和數控銑床、加工中心中都有應用。數控銑床與數控加工中心，刀具長度補償只對應主軸軸向一個坐標進行補償。2.刀具半徑補償主要運用于數控銑床與數控加工中心。刀具半徑補償的執(zhí)行過程分為三步：刀補建立、刀補進行、刀補撤銷。刀補僅在二維坐標（平面）內進行。3.B功能刀具半徑補償4.C功能刀具半徑補償：1）補償方法2）程序間的轉接3）補償實例三、進給速度處理1.進給速度計算1）脈沖增量插補方式速度處理因為：F=60δf所以：f=F/（60δ）F：編程時的進給速度,單位：mm/min；δ：脈沖當量,單位：mm；f：脈沖源的頻率，單位：Hz。2）數據采樣插補方式速度處理ΔL=K?F?Ts/（60×1000）ΔL：一個插補周期對應的進給位移，單位：mm；K：速度倍率；F：編程時對應的進給速度,單位：mm/min；Ts：插補周期ms。2.加/減速控制1).前加減速和后加減速2).加減速特性曲線總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1加工程序的預處理2進給速度處理。3刀具長度和半徑補償2.作業(yè)：P1191,。學院教案首頁課次16.17課型課堂教學章節(jié)第五章插補原理5.2脈沖增量插補5.3數據采樣插補5.4插補計算實例教學目的1.了解數控系統(tǒng)插補技術的功能與分類。2.了解不同插補技術的應用。3.掌握直線與圓弧逐點比較插補算法。4了解DDA法教學重點插補技術的含義。2.插補技術的分類與應用。3.第一象限逐點比較插補算法的實現過程。教學難點第一象限逐點比較插補算法的實現過程。教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.根據數控系統(tǒng)的一般工作過程及數控系統(tǒng)的核心技術引入到插補技術。2通過講授插補技術的概念、分類及應用,說明兩類插補技術的不同。3.重點講解逐點比較插補算法,并給出具體的實例,進行案例式教學。4.借助于多媒體課件，插補算法軟件，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言我們首先來回顧一下，數控機床的重要功能：插補。教學內容正文一、插補技術

機床數控系統(tǒng)的核心技術之一是插補技術，在已知運動軌跡的起點與終點坐標、軌跡的曲線方程，由數控系統(tǒng)實時地計算出各個中間點坐標的過程，稱為插補。二、插補方法分類1.脈沖增量插補法在計算過程中不斷向各個坐標軸發(fā)出相互協調的進給脈沖，驅動坐標軸電機運動。常用的有：逐點比較法與數字積分法，用于以步進電動機為驅動裝置的開環(huán)數控系統(tǒng)。第I象限直線插補軌跡第I象限逆圓插補軌跡2.數據采樣插補法采用小段直線逼近給定軌跡，插補輸出的是下一個插補周期內各軸要運動的距離，故可達到很高的速度，其中計算機通常包含在伺服控制環(huán)內。用于以交直流伺服電機為驅動裝置的閉環(huán)/半閉環(huán)數控系統(tǒng)。三、逐點比較插補法1.插補計算步驟第一拍：偏差判別第二拍：坐標進給第三拍：偏差計算第四拍：終點判別2.插補計算實例（逐點比較法）1）欲加工第一象限直線，起點坐標為O(0,0),終點坐標為A(5,4)。脈沖當量為1，寫出其逐點比較法插補計算的過程。2）欲加工第一象限逆時針圓弧，起點坐標為A(5,0),終點坐標為B(0,5)。脈沖當量為1，寫出其逐點比較法插補計算的過程。四．DDA法總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.插補的多層含義。2.逐點比較插補法和DDA法的實現過程。3作業(yè)：1）逆時針加工第Ⅰ象限圓弧AB，起點坐標為A（4，1），終點坐標為B（1，4），試進行逐點比較插補計算并畫出運動軌跡圖。2）逆時針加工第Ⅰ象限直線OA，起點坐標為O（0，0），終點坐標為A（5，3），試進行逐點比較插補計算并畫出運動軌跡圖。學院教案首頁課次18課型課堂教學章節(jié)第六章、PLC和接口技術6.2數控機床的PLC教學目的1.了解PLC在數控機床中的配置方式。2.熟悉數控機床PLC的兩種形式。3.熟悉數控機床PLC的控制對象。4.熟悉PLC開關量的輸入/輸出接口。教學重點1.PLC在數控機床中的配置方式。2.數控機床PLC的兩種形式。3.數控機床PLC的控制對象和信號處理。4.PLC開關量的輸入/輸出接口。教學難點數控機床PLC的信號處理教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.通過數控機床兩類控制量的介紹引入到數控機床PLC的配置方式及控制對象（舉例），并說明數控機床PLC信號的處理過程。2.根據數控機床PLC的兩種不同形式，說明各自的特點及應用。3.結合SINUMERIC802S系統(tǒng)的輸入/輸出接口應用講解PLC開關量的輸入/輸出接口電路。4.借助于多媒體課件、數控綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言我們學習過《數控機床電氣控制（含PLC）》的課程，大家來舉一些實例，談一談數控機床的PLC應用（討論）。教學內容正文一、數控機床控制的分類

1、坐標軸運動的位置控制等（連續(xù)量）由伺服驅動系統(tǒng)完成。2、加工過程的順序控制（開關量）由可編程控制器(PLC)完成。二、PLC在數控機床中的配置方式1.PLC在機床一側2.PLC及其接口在電氣控制柜中3.PLC在電氣控制柜中，而輸入／輸出接口在機床一側三、數控機床PLC的信號處理PLC處于數控系統(tǒng)與機床之間，主要起到信息處理和橋梁的作用，它們間的關系可以表示為：CNC（數控系統(tǒng)側）->PLC->MT（機床側）。1．M、S、T功能2．數據接口信號處理3．急?？刂?．坐標軸控制5．主軸控制6．刀架控制7．冷卻控制8．導軌潤滑四、數控機床PLC的形式1、內裝型PLC：從屬于CNC裝置，PLC與NC間的信號傳送在CNC裝置內部即可實現。2、獨立型PLC：又稱“通用型”PLC。獨立型PLC獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規(guī)定控制任務的裝置。五、PLC開關量的輸入/輸出接口及應用1、直流開關量輸入接口:信號接收器RV的主要功能為信號電隔離、濾波防擾動和電平轉換(即將+24V機床側開關信號轉換為TIL電平信號)。2、直流開關量輸出接口:直流開關量輸出信號用于驅動機床強電箱中的中間繼電器線圈和指示燈等，進而由中間繼電器觸點進一步控制外部接觸器、電磁閥等。3、開關量輸入輸出中，應注意的問題：1）.開關量信號檢測元件與CNC接口電路的配接。2）.中間繼電器線圈一定要并聯保護二極管。3）.弱電信號與強電驅動信號在走線槽中要盡量分別走線。在交流接觸器線圈等感性負載兩端要就近并聯RC滅弧器?？偨Y與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.數控機床PLC的控制對象和形式。2.PLC開關量的輸入/輸出接口及應用.3.作業(yè)P1523,5。學院教案首頁課次19課型課堂教學章節(jié)第六章、PLC和接口技術6.4輸入輸出及其通信接口教學目的1.了解數控裝置鍵盤輸入接口的分類及信息輸入的過程；2.了解數控裝置顯示接口的分類及其常用的功能；3.了解數控裝置手輪輸入接口的特點；4.了解數控裝置串行接口的分類、使用時的注意事項；5.理解協議的概念、了解常見的網絡通信協議及其特點。教學重點1.數控裝置鍵盤輸入接口的分類及信息輸入的過程；2.數控裝置顯示接口的分類及其常用的功能；3.數控裝置串行接口的分類、使用時的注意事項；4.常見的網絡通信協議及其特點。教學難點數控裝置手輪輸入信號；教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.通過對數控裝置的介紹，引出數控系統(tǒng)中的接口技術。2.分別就鍵盤輸入接口、顯示接口、手輪接口、串行通信接口、網絡接口來介紹數控系統(tǒng)中的接口技術，并給出具體的應用實例。3．借助于多媒體課件、數控綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言我們要想給數控機床輸入零件加工程序，要通過什么途徑呢？（提問）有哪些控制介質呢？教學內容正文一、數控裝置的鍵盤輸入接口1.分類：全編碼鍵盤與非編碼鍵盤。2.鍵盤輸入信息的過程：操作者按鍵-〉鍵掃描-〉鍵譯碼-〉執(zhí)行按鍵功能。1）全編碼鍵盤：鍵的識別由鍵盤的硬件邏輯自動提供被按鍵的ASCII代碼或其他編碼，并能產生一個選通脈沖向CPU申請中斷，CPU響應后將鍵的代碼輸入內存，通過譯碼執(zhí)行該鍵的功能，其優(yōu)點是使用方便、但是價格昂貴。2）非編碼鍵盤：鍵的識別與譯碼由軟件來實現，采用程序查詢的方法來掃描鍵盤。二、數控裝置的顯示功能接口1.分類：現代CNC裝置采用CRT、LCD作為顯示器2.顯示接口的功能：顯示器既能顯示字符，又能顯示圖形，還具有豐富的軟件菜單功能以簡化操作過程。三、數控裝置的串行通信接口數據在設備間的傳送可用串行或并行方式，相隔距離較遠時可采用串行通信的方式。1.常用的串行通信接口RS232C/20Ma電流環(huán)、RS422/RS449。2.使用RS232C串行通信接口要注意的問題1).要區(qū)分互相通信的設備是DTE還是DCE。2).有兩個地，即機殼地（連到系統(tǒng)屏蔽罩上）和信號地（信號參考點），通信電纜總長不超過30m。3).RS232C的邏輯與TTL、MOS電路電平不同。四、數控裝置的網絡通信接口1.協議的概念：通信一定在兩個系統(tǒng)的對應層次內進行，而且要遵守一系列的規(guī)則和約定，稱之為協議。2.常見的網絡通信協議及其特點:1)以ISO開放式互聯系統(tǒng)參考模型的七層結構為基礎的有關協議。采用IEEE802局部網絡有關協議。3)制造自動化協議MAP(FANUC、Siemens、A-B等公司支持MAP協議)。五、其他接口手輪（手搖脈沖發(fā)生器）輸入接口?？偨Y與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.數控機床的各種控制形式接口。2.課后作業(yè)：P1526。學院教案首頁課次20課型課堂教學章節(jié)第七章典型數控系統(tǒng)及應用西門子數控系統(tǒng)概述教學目的1.熟悉西門子數控系統(tǒng)的組成。2.了解西門子數控系統(tǒng)的發(fā)展歷程。3.了解西門子數控系統(tǒng)不同系列的性能特點及應用。4.熟悉西門子數控系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)之間的對應關系。教學重點1.西門子數控系統(tǒng)的組成。2.西門子數控系統(tǒng)不同系列的性能特點及應用。3.西門子數控系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)之間的對應關系。教學難點西門子數控系統(tǒng)不同系列的性能特點及應用。教學方法講授法教具掛圖PPT。數控實驗臺授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.講授西門子數控系統(tǒng)的一般組成。2．根據西門子數控系統(tǒng)的發(fā)展歷程引出西門子數控系統(tǒng)不同系列的性能特點及其在數控機床中的應用。3．講授西門子數控系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)及可編程控制器之間的對應關系。4．借助于多媒體課件、數控系統(tǒng)綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的認識。學院教案續(xù)頁教學過程引言我們學院有哪些數控系統(tǒng)的機床？引出本次課內容。教學內容正文一、西門子數控系統(tǒng)組成西門子數控系統(tǒng)主要包括：控制及顯示單元、PLC輸入/輸出單元（PP）、PROFIBUS總線單元、伺服驅動單元、伺服電機等部分。二、西門子數控系統(tǒng)的發(fā)展歷程1．SINUMERIK802S/C系統(tǒng)SINUMERIK802S/C系統(tǒng)專門為低端數控機床市場而開發(fā)的經濟型CNC控制系統(tǒng)。802S/C兩個系統(tǒng)具有同樣的顯示器，操作面板，數控功能，PLC編程方法等，所不同的只是SINUMERIK802S帶有步進驅動系統(tǒng)，控制步進電機，可帶3個步進驅動軸及一個±10V模擬伺服主軸；SINUMERIK802C帶有伺服驅動系統(tǒng),它采用傳統(tǒng)的模擬伺服±10V接口,最多可帶3個伺服驅動軸及一個伺服主軸。2．SINUMERIK802D系統(tǒng)該系統(tǒng)屬于中低檔系統(tǒng)，其特點是：全數字驅動，中文系統(tǒng)，結構簡單(通過PROFIBUS連接系統(tǒng)面板、I/O模塊和伺服驅動系統(tǒng))，調試方便。具有免維護性能的SINUMERIK802D核心部件-控制面板單元（PCU）具有CNC、PLC、人機界面和通訊等功能，集成的PC硬件可使用戶非常容易地將控制系統(tǒng)安裝在機床上。3．SINUMERIK840D/810D/840Di系統(tǒng)840D/810D是幾乎同時推出的，具有非常高的系統(tǒng)一致性，顯示/操作面板、機床操作面板、S7-300PLC、輸入/輸出模塊、PLC編程語言、數控系統(tǒng)操作、工件程序編程、參數設定、診斷、伺服驅動等許多部件均相同。SINUMERIK810D是840D的CNC和驅動控制集成型，SINUMERIK810D系統(tǒng)沒有驅動接口，SINUMERIK810DNC軟件選件的基本包含了840D的全部功能。采用PROFIBUS-DP現場總線結構西門子840Di系統(tǒng)，全PC集成的SINUMERIK840Di數控系統(tǒng)提供了一個基于PC的控制概念。4．SINUMERIK840C系統(tǒng)SINUMERIK840C系統(tǒng)一直雄居世界數控系統(tǒng)水平之首，內裝功能強大的PLC135WB2，可以控制SIMODRIVE611A/D模擬式或數字式交流驅動系統(tǒng)，適合于高復雜度的數控機床。三、西門子交流驅動系統(tǒng)1.SIMODRIVE611A：模擬式伺服，配合1FT5系列進給驅動電機(600V)和1PH7主軸電機,可控制主軸，進給軸，及普通異步電機。2.SIMODRIVE611D：數字式伺服，配合1FT6/1FK6系列進給驅動電機和1PH7主軸電機，可控制主軸，進給軸等，只能配合810D、840D、840C數控系統(tǒng)。3.SIMODRIVE611U：通用型伺服，可接收模擬信號或數字信號（PROFIBUS）,可以進行位置控制、速度控制及轉矩控制。配合1FT6/1FK6和1PH7電機，是理想的驅動系統(tǒng)解決方案之一。4.SIMODRIVE611UE：通用E型伺服，通過PROFIBUS接連，其余同611U?？偨Y與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.總結西門子系統(tǒng)的特點。2.預習后面的內容。學院教案首頁課次21.22.23課型實踐教學章節(jié)第七章典型數控系統(tǒng)及應用西門子數控系統(tǒng)的部件連接教學目的1.能正確識別西門子數控系統(tǒng)各部件。2.了解西門子數控系統(tǒng)各部件的功能。3.連接西門子數控系統(tǒng)各部件。4.西門子數控系統(tǒng)的供電與接地。5.動手操作能力得到加強；6.使學生逐步具備安全守紀、嚴謹踏實、團結互助的職業(yè)素養(yǎng)。教學重點1.西門子數控系統(tǒng)各部件的功能。2.西門子數控系統(tǒng)各部件的接口。3.西門子數控系統(tǒng)部件間的連接。4.西門子數控系統(tǒng)、伺服驅動系統(tǒng)的供電與接地。教學難點西門子數控系統(tǒng)各部件的接口。教學方法講授法教具掛圖PPT。數控實驗臺授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.針對目前應用較多的一種西門子數控系統(tǒng)（案例法、任務法），從系統(tǒng)組成入手，著重介紹各部件的功能、部件間的連接，通過講練結合的形式，增加學生動手實踐的機會。2.在系統(tǒng)通電前的檢查過程中，加強對學生進行安全意識教育，培養(yǎng)他們嚴謹踏實、一絲不茍的工作作風。3.借助于多媒體課件、數控綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言西門子系統(tǒng)的概述。教學內容正文一、連接總圖數控單元(PCU)中集成了人機界面、數控運算和可編程控制系統(tǒng)（PLC）三個功能軟件。與之配套的有：數控編程鍵盤、手輪、機床控制面板、數字量輸入輸出模塊以及伺服驅動系統(tǒng)。二、各個功能部件功能、接口介紹1.系統(tǒng)與顯示單元：系統(tǒng)與顯示單元合為一體,此單元有一塊486工控機作主控CPU,負責數控運算、界面管理、PLC邏輯運算等。其顯示單元為10.4吋真彩液晶顯示屏（OP），與鍵盤輸入單元組成人機界面。與系統(tǒng)其他單元間的通訊采用PROFIBUS現場總線，另有2個RS232接口與外界通訊。2.PP單元（輸入/輸出模塊）：最大144點輸入，96點輸出，由PROFIBUS完成與PCU的通訊。3．PROFIBUS總線單元：1）由PROFIBUS子模塊、各單元上相應的PROFIBUS接口以及PROFIBUS總線電纜組成。2）PROFIBUS總線連接時要求各接點進出方向正確，兩根線不交叉且連接可靠，屏蔽接牢。3）各接點插頭上的設置開關嚴格遵循終端為“ON”，中間為“OFF”的原則。4.SIMODIVE611U數字伺服驅動單元及伺服電機：1）SIMODIVE611U數字伺服驅動單元件由電源模塊、功率模塊、611U控制模塊組成。其中電源模塊負責將380V交流電轉換成600V直流母線電壓。2）伺服電機通常有1FK6/1FK7/1FT6，主軸電機：1PH7等。三、供電與接地1.數控系統(tǒng)供電：1)數控系統(tǒng)采用24V直流供電，要選擇好直流穩(wěn)壓電源的容量。2)數控系統(tǒng)中需要直流24V供電部件有：數控系統(tǒng)和鍵盤、機床控制面板、數字輸入輸出模塊等。3)盡可能采用單獨的24VDC電源為數字輸出外部供電。2．驅動電源供電驅動電源模塊將三相交流進線電源轉化為600V直流，并通過直流母線為功率模塊供電，電源模塊中沒有制動電阻，采用向電網饋電方式制動，必須對其上電與斷電的時序進行控制。為了保證驅動器就緒信號有效，端子NS1與NS2必須短接。3．接地1）數控系統(tǒng)的電源共地連接指24V直流電源的0V與保護地PE連接；2）需將電動機的動力電纜的屏蔽層與驅動器的屏蔽連接架連接，或將伺服電動機電纜的屏蔽網與接地體保持良好接觸。四、部件連接按照圖紙要求，完成部件連接。五、連接操作注意事項通電前，要認真檢查模塊的接線，確保連接正確無誤。總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.總結學生接線情況。2.完成實驗報告，處理實驗中出現的問題。學院教案首頁課次24課型課堂教學章節(jié)第七章典型數控系統(tǒng)及應用基本控制邏輯的實現教學目的1熟悉伺服驅動器使能控制的實現方法。2.熟悉急停和限位控制的實現方法。3.熟悉機床面板基本操作功能的實現方法。4.熟悉車床刀架控制的實現方法。教學重點1.伺服驅動器使能控制的實現。2.急停和限位控制功能的實現。3.機床面板基本操作功能的實現。4.車床刀架的控制過程。教學難點車床刀架的控制過程。教學方法講授法教具掛圖PPT授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.將教學內容分解為四項任務（基本控制邏輯的實現），學生可以帶著任務（問題）學，從而學習目的明確，效果好。2.上述列舉的基本控制邏輯，屬于典型案例（案例法），可以起到舉一反三的作用，有助于促進學生邏輯思維能力的發(fā)展。3．借助于多媒體課件、PLC軟件、數控綜合實驗臺，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言西門子系統(tǒng)的連接。教學內容正文一、伺服驅動器使能控制為了保證數控系統(tǒng)與伺服驅動系統(tǒng)的安全可靠運行，其中有許多使能控制信號，只有當所有的使能條件全部滿足后，伺服電機與伺服主軸才能工作。二、急停和限位控制1.急?？刂疲浩淠康氖窃诰o急情況下，使機床上所有運動部件制動，并在最短的時間內停止。2.限位控制：限位控制也是數控機床的一個基本安全功能?？煞譃椋河蚕尬弧④浵尬?，其中硬限位是數控機床的外部安全措施，而軟限位則是數控系統(tǒng)的內部安全功能。加工區(qū)域限制屬于另一種形式上的軟限位。三、機床面板基本操作功能控制1.進給倍率和主軸倍率：在機床控制面板上的倍率選擇開關用于進給軸或主軸的速度修調。通常采用編碼式旋轉波段開關作為倍率選擇開關。其編碼方式有：格林碼或二進制碼兩種。2.電子手輪：利用電子手輪可在手動方式下移動坐標軸，進行工具原點和刀具參數的設定，手輪每一刻度稱為1個增量，其硬件接口采用RS-422標準的差分協議。3.進給軸的手動控制：手動移動坐標軸時，既可以采用連續(xù)點動方式，也可以采用增量點動方式。4.程序運行控制選項：數控系統(tǒng)均配備了零件程序運行的控制選項，這些選項既可通過人機界面的選擇窗口激活，也可通過機床控制面板上的選擇鍵激活。四、車床刀架控制1.電動刀架控制原理：數控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號，刀架電機正轉繼電器動作，電機正轉，通過減速機構和升降機構將上刀體上升至一定位置，離合盤起作用，帶動上刀體旋轉到所選擇刀位，發(fā)訊盤發(fā)出刀位信號，刀架電機反轉繼電器動作，電機反轉，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機構鎖緊刀架。2.電動刀架設定：電動刀架可為四或六工位（即刀架上可裝四或六把刀具），機床數據MD14510[20]所設定的數據應與刀架工位相吻合。每把刀具都有一固定刀號，通過霍爾開關進行到位檢測。到位信號經故障設置引至I/O演示板下方的接插件上。刀架電機順時針旋轉時為選刀過程，逆時針旋轉時為鎖緊過程，鎖緊時間由機床數據MD14510[22]決定（一般根據具體刀架，可設為1～1.6S左右）。3.電動刀架PLC控制程序：梯形圖程序參見多媒體課件?？偨Y與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.基本控制邏輯功能的實現。2.數控車窗換刀的過程。3課外作業(yè)：觀察實際機床的邏輯功能實現。學院教案首頁課次25課型實踐教學章節(jié)第七章典型數控系統(tǒng)及應用西門子數控系統(tǒng)參數教學目的1.理解機床參數的功能。2.熟悉機床參數的分類。3.掌握機床參數的設定方法。教學重點1.機床參數的功能。2.機床參數的分類。3.機床參數的設定與調試。教學難點機床參數的設定與調試教學方法講授法教具掛圖PPT。數控實驗臺授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.根據數控系統(tǒng)的基本調試過程引入到機床參數的設置，列舉機床參數的功能，并說明其重要性。2.根據機床參數的分類，舉例說明（案例法）每一種參數的取值與設定方法。3.借助于多媒體課件、數控系統(tǒng)綜合實驗臺，采用講練結合的形式，提高學生學習的興趣，加深對所學內容的理解。學院教案續(xù)頁教學過程引言數控系統(tǒng)調試過程的準備。教學內容正文一.機床參數的功能1.機床數據是數控系統(tǒng)與機床以及伺服驅動之間匹配的媒介。2.機床數據是數控系統(tǒng)功能管理和開放的鑰匙。3．機床數據是機床動態(tài)特性的調節(jié)閥門。4.機床數據為PLC邏輯控制提供靈活的方式。二、機床參數分類與設定1．通用機床數據2．軸機床數據主要是與機床各運行軸相關的機械電氣參數。1）機床進給軸及相關機床數據；2）機床主軸及相關機床數據。3．PLC機床數據與PLC相關的機床數據。4．伺服驅動數據MD880:電機轉速；MD918:PROFIBUS地址；MD1005:電機編碼器每轉脈沖數；MD1120：電流環(huán)增益；MD1121:電流環(huán)積分時間；MD1407/MD1408:速度環(huán)增益；MD1409/MD1410:速度環(huán)積分時間。5．其他機床數據顯示機床數據。總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.總結參數調節(jié)的過程。2.完成試驗報告。學院教案首頁課次27課型課堂、實踐教學章節(jié)第七章典型數控系統(tǒng)及應用西門子數控系統(tǒng)的數據保護教學目的1.熟悉西門子數控系統(tǒng)存儲器的配置情況。2.掌握西門子數控系統(tǒng)冷、熱兩種起動方法。3.掌握西門子數控系統(tǒng)（正常0、缺省值1、存儲數據2）三種起動方法。4.掌握西門子數控系統(tǒng)機床數據的三種保護方法。教學重點1．西門子數控系統(tǒng)存儲器的配置。2．西門子數控系統(tǒng)冷、熱兩種起動方法。3．西門子數控系統(tǒng)（正常0、缺省值1、存儲數據2）三種起動方法。4.西門子數控系統(tǒng)機床數據的三種保護方法。教學難點西門子數控系統(tǒng)機床數據的三種保護方法。教學方法講授法教具掛圖PPT。數控實驗臺授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.通過介紹西門子數控系統(tǒng)存儲器的配置，說明靜態(tài)存儲器區(qū)存放工作數據（可修改），高速閃存區(qū)存放固定數據，通常作為數據備份區(qū)，以及存放系統(tǒng)程序。2示范并介紹西門子數控系統(tǒng)冷、熱兩種起動方法。3.示范并介紹西門子數控系統(tǒng)（正常0、缺省值1、存儲數據2）三種起動方法。4.示范并介紹西門子數控系統(tǒng)機床數據的三種保護方法。5借助于多媒體課件、數控系統(tǒng)綜合實驗臺、傳輸軟件，將學生分組，要求在規(guī)定時間內完成實驗任務（任務法），切實提高學生的動手能力學院教案續(xù)頁教學過程引言數控系統(tǒng)的參數。教學內容正文西門子802D數控系統(tǒng)數據存儲方法1.機內存儲2.機外存儲3.PC卡存儲二、西門子802D數控系統(tǒng)兩種起動方法冷啟動:S1開關選擇。熱啟動操作面板選擇。三、西門子802D數控系統(tǒng)三種起動方法1.方式0：正常上電啟動。2.方式1：缺省值上電啟動。3.方式2：按存儲數據上電啟動。四、機床數據的保護1.機內存儲機內存儲即將靜態(tài)存儲器SRAM區(qū)已修改過的有用數據存放到高速閃存FLASHROM區(qū)保存。通常系統(tǒng)斷電后，SRAM區(qū)的數據由高能電容C上的電壓進行保持，對于長期不通電的機床，SRAM區(qū)的數據將丟失。當重新上電時，系統(tǒng)啟動過程中自動調用備份數據區(qū)上一次存儲的機床數據，若沒有做過數據存儲則在啟動過程中自動調用出廠數據。機內存儲即數據存儲功能是一種不需任何工具的方便快速的數據保護方法。2.機外存儲通過RS232串行口傳輸。3存儲卡存儲通過數控系統(tǒng)的存儲操作總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.總結數據保護的過程。2.完成試驗報告。學院教案首頁課次28課型課堂教學章節(jié)第七章典型數控系統(tǒng)及應用華中數控系統(tǒng)概述教學目的了解華中（世紀星）數控系統(tǒng)的特點。2．熟悉華中數控系統(tǒng)功能部件的接口與功能。教學重點1.熟悉華中數控系統(tǒng)功能部件的接口。2.掌握華中數控系統(tǒng)功能部件的功能。教學難點華中數控系統(tǒng)功能部件的功能教學方法講授法教具掛圖PPT。數控實驗臺授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.以華中世紀星綜合實驗臺為例，介紹實驗臺的組成及其結構，了解數控系統(tǒng)在數控機床中的的地位和作用。2.通過現場拆卸數控系統(tǒng)功能部件的接口，直觀形象了解各種接口的結構和定義，學生很容易掌握。3.對于教學難點“華中數控系統(tǒng)功能部件的功能”，要從機床部件在實驗臺(機床)中的原理和作用，理解它們的功能。學院教案續(xù)頁教學過程引言我們學院有哪些數控系統(tǒng)的機床？引出本次課內容。比如國產品牌。教學內容正文一、華中數控系統(tǒng)的概況武漢華中數控股份有限公司是國內自主開發(fā)數控系統(tǒng)的龍頭企業(yè)，是國家高新技術產業(yè)化基地。華中數控以“世紀星”系列數控單元為典型產品，HNC-21/22T為車削系統(tǒng)，HNC－21/22M為銑削系統(tǒng)，最大聯動軸數為4軸，采用開放式體系結構，內置嵌入式工業(yè)PC。伺服系統(tǒng)的主要產品包括：HSV-11系列交流伺服驅動裝置，HSV-16/20系列全數字交流伺服驅動裝置，步進電機驅動裝置，交流伺服主軸驅動裝置與電機，永磁同步交流伺服電機等。二、華中數控系統(tǒng)的功能部件1.數控裝置2.變頻調速主軸單元3.交流伺服驅動單元4.步進驅動單元5.輸入與輸出裝置工作臺三、華中數控系統(tǒng)功能部件的接口與功能1.電源接口—XS12.PC鍵盤接口—XS23.以太網接口—XS34.軟驅接口—XS45.RS232接口—XS56.遠程I/O接口—XS67.手持單元接口—XS88.主軸控制接口—XS99.開關量輸入接口—XS10、XS1110.模擬接口式、脈沖接口式伺服總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.總結華中系統(tǒng)的特點。2.預習后面的內容。學院教案首頁課次29.30課型實踐教學章節(jié)第七章典型數控系統(tǒng)及應用華中數控系統(tǒng)的部件連接教學目的1.通過華中數控系統(tǒng)各模塊的連接使學生熟悉華中數控系統(tǒng)、驅動器的供電與接地。2.理解急停與超程解除控制線路的設計原理。教學重點華中數控系統(tǒng)各模塊的連接。2．急停與超程解除控制線路的設計原理。教學難點急停與超程解除控制線路的設計原理教學方法講授法教具掛圖PPT。數控實驗臺授課班級授課日期相關素材（參考資料、指導學生閱讀材料等）教學后記1.通過綜合實驗臺的講解及連接，實現教學目標。2分組進行，每組人數以不超過10人為宜。3首先講解對實驗臺各部分的工作原理，然后演示各部分的連接方法，比如CNC、變頻器、伺服驅動單元和電機以及編碼器或光柵等相互之間的接線，然后分組按照要求自己接線，在接線的時候可以詢問指導老師。4其次講解急停與超程解除控制線路的設計原理，設定超程故障，采用超程解除的方法進行解除。5最后要對實驗臺的連接順序和步驟以及超程解除方法作歸納。6在連接中，要注意電源和控制信號的流向。學院教案續(xù)頁教學過程引言華中系統(tǒng)的概述。教學內容正文一、連接總圖一、華中數控系統(tǒng)各功能模塊1、電源部分的連接2、繼電器與輸入輸出開關量3、數控裝置與手搖的連接4、數控裝置與光柵尺的連接5、數控裝置與主軸連接6、數控裝置與步進驅動器連接7、數控裝置與交流伺服連接8、數控系統(tǒng)刀架電機的連接二、急停與超程解除控制線路的工作原理有急停按鈕的常閉觸點以串聯方式，連接到系統(tǒng)的急?；芈分?。在正常情況下，急停按鈕處于松開狀態(tài)，其觸點處于常閉狀態(tài)。按下急停按鈕后，其觸點斷開，使得系統(tǒng)的急停回路所控制的中間繼電器KA斷電，而切斷移動裝置（如進給軸電機/主軸電機/刀庫/架電機等）的動力電源同時連接在PLC輸入端的中間繼電器KA的一組常開觸點向系統(tǒng)發(fā)出急停報警此信號在打開急停按鈕時則作為系統(tǒng)的復位信號總結與鞏固（小結、考核知識點、作業(yè)等）1.總結學生接線情況。2.完成