第一章数控技术基础知识教案机械制造数控机床_机械制造-数控机床.pdf

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1、学习好资料 欢迎下载 第一章 数控技术基础知识 教 案 课题 第一节认识数控机床 课时 2 教学目标 1、使学生了解数控系统的基本概念、数控系统的组成，融职业素质教育于课堂教学中。2、使学生了解本门课程的性质、任务与作用，明确课程学习的目标、要求，激发学生学习本课程的兴趣。教 学 重 点难点 数控系统的基本概念、数控系统的组成 教学内容 一、数控机床的基本概念 数控（Numerical Control，简称 NC）是采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的方法。数控机床（Numerically Controlled Machine tool）是指装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机

2、床。二、数控机床的组成 计算机数控机床由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其组成框图如图1 所示。图 1 数控机床的组成框图 三常见的数控机床 图 2 数控车床 在数控机床上加工不同的零件，通过观察，了解应选用哪一种类型的数控机床，通过选择数控机床了解数控机床的分类。学习好资料 欢迎下载 数 控 机 床的 图 片 展示 图 3 数控铣床 图 4 立式数控铣床 使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二

3、数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 图 5 数控车床 图 6加工中心 四数控机床的加工特点 1适应范围广 2加工精度高，产品质量稳定 3生产效率高 4自动化程度高，劳动强度低 5良好的经济效益 使学生了解数控系统的基本概

4、念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载

5、 6有利于生产管理的现代化 五数控加工的主要对象 1多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件。2几何形状复杂的零件 3精度及表面粗糙度要求高的零件 4加工过程中需要进行多工序加工的零件 5用普通机床加工时，需要昂贵工装设备的零件。六数控机床的产生和发展趋势 在数控机床上加工如图 1-3 所示的零件，观察思考采用什么机床才能完成，以过一步了解数控机床的发展趋势。（1）数控机床的产生 1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。1952 年的第一代电子管

6、数控机床 1959年的第二代晶体管数控机床 1965年的第三代集成电路数控机床 1970年的第四代小型计算机数控机床 1974年的第五代微型计算机数控系统 1990年的第六代基于PC的数控机床（2）数控机床的发展趋势 1）高速度 2）高精度化 3）多功能化 4）智能化 5）高柔性化 6）复合化 作业 课后习题 教学后记 让学生一开始就对数控机床有一些感性认识，可提高学生的学习兴趣。使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控

7、机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 第一章 数控技术基础知识 教 案 课题 第二节 数控机床的分类及用途 课时 2 教 学 目标 使学生了解数控机床的分类及其作用，让对学生本课程产生兴趣。教学重点难点 理解数控系统的分类及主

8、要用途 教学内容 说说“数控机床与普能机床的区别”，引入新课。一、按工艺分类 1金属切削类数控机床（1）普通数控机床 数控车床、数控铣床、数控刨床、数控磨床、数控镗床、数控钻床 （2）数控加工中心 2金属成型类数控机床 3特种加工类数控机床 4其全类型数控机床 二、按控制运动的轨迹分类 1点位控制数控系统 仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。2、直线控制数控机床 其也称为平行控制，既能控制位移终点位置，还能实现平行坐标轴的直线切削加工，并且可以设定直线切削加工的进给速度。适用于加工

9、直线轮廓零件。3轮廓控制数控系统 轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的

10、数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。三、按伺服驱动系统的控制方式分类 按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。1开环数控系统 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。图 7

11、开环数控系统 开环系统无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。2半闭环数控系统 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。电机 机械执行部件 A相、B相 C相、f、n CNC 插补指令 脉冲频率f 脉冲个数n 换算 脉冲环形分配变换 功率放大 使学生了解数控系统的基本概念数控

12、系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 图

13、8 半闭环数控系统 3、半闭环控制数控机床 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代 CNC机床中得到了广泛应用。4、全闭环数控系统 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。图 9 全闭环数控系统 从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。由于位置环内的许多机

14、械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相位置控制调速度控制 检测与反馈单位置控制单元 速度控制单元+-电机 机械执行部件 CNC插补 实际位置实际速度位置控制调速度控制 检测与反馈单位置控制单元 速度控制单元+-电机 机械执行部件 CNC插补 实际位置实际速度使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统

15、和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。作业 课后习题 教学后记 数控机床的分类方法较多，其中按伺服系统的控制方法分类讲解时包括的知识点较多，学生理解有一定难度，应注意数控机床工作过程的分析以帮助掌握。

16、使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控

17、加工的学习好资料 欢迎下载 第一章 数控技术基础知识 教 案 课题 第三节 计算机数控系统的基本组成及其功能 课时 2 教学目标 使学生了解计算机数控系统的工作过程、基本组成及其功能。教 学 重点难点 理解计算机数控系统的工作过程、基本组成及其功能。教 学 内容 复习内容：计算机的组成及功能 新授：一、计算机数控系统的组成 计算机数控系统由输入输出装置、计算机数字控制装置、可编程序控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。CNC 系统基本组成如图10 图 10 计算机数控系统的组成 CNC系统的核心是计算机数字控制装置（CNC）装置），数控系统是在软件的控制下有条不紊地完成各项工作的

18、。二、计算机数控系统的工作过程 CNC 软件要完成 9 个方面的工作，如图 11 使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高

19、自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 图 11 CNC 对零件程序的处理流程图 1.（1）零件程序的输入 输入设备的 2 个任务：一是从光电阅读机或键盘输入零件加工程序，并将其存放在零件程序存储中，如图 12；图 12 输入过程图 二是从零件程序存储器中把零件程序逐段往外调出，送入缓冲区，以便译码时使用，如图 13 图 13 读出过程图（2）译码 译码是将输入的程序段按照一定的规则翻译成数控系统能够识别的数据形式，并按约定的形式存放在指定译码结果缓冲器中。（3）刀具补偿 CNC 系统的零件加工程序是把零件的轮廓轨迹转换成刀

20、具中心轨迹，所以必须在刀具半径和刀具长度上给予补偿。（4）进给速度处理 在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。（5）插补（6）位置控制（7）I/O 处理（8）显示（9）诊断 三、CNC数控系统的功能 1.基本功能 1）控制功能（U、V、W）CNC能控制和能联动控制的进给轴数。2）准备功能（G功能）准备功能又称为 G功能，用地址码 G加两位数字组成，简称 G代码，ISO 标准中规定准备功能有 G00至 G99共 100 种。G代码分为模态代码和非模态代码两种。模态代码又称为续效代码，是指该 G代码在一个程序段中一经指定就一直有效，直到后续的程序段中出现同组

21、的 G代码时才失效。非模态代码又称为非续效代码，是指只有在写有该代码的程序段中有。表一：使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产

22、效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 3）插补功能 4）主轴功能（S 功能）主轴速度功能也称为 S 功能或 S 指令，用来指定主轴的速度。S 功能由地址码S 加数字组成，数字表示主轴转速的大小，速度单位可以为 m/min 或 r/min；主轴的实际转速常用机床操作面板上的“主轴转速倍率”开关调整。编程时总是假定此倍率开关指在 100%的位置。S 后面的数字有时代表实际转速值，有时表示某种转速的代码。系统中用 M03表示正转、M04表示反转 5）进给功能（F功能）进给功能也称为 F 功能或 F 指令，用来指定刀具相对于

23、工件运动的速度或螺纹导程。F指令由地址码 F加数字组成，数字表示进给速度的大小，进给速度的单位可以为 mm/min或 mm/r，分别由 G98和 G99指令来设置。6）辅助功能（M功能）辅助功能又称为 M功能，由地址码 M加两位数字组成。使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数

24、控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的学习好资料 欢迎下载 7）刀具功能（T功能）刀具功能也称为 T功能或 T指令，在自动换刀的数控机床中，该指令用来选择所需的刀具，同时也用来选择刀具偏置和补偿。T功能由地址符 T加四位数字组成，前两位表示刀具号，后两位表示补偿号。T0303 表示选择 3 号刀具和 3 号刀具长度补偿值及刀尖圆弧半径补偿值；T0300表示选择 3 号刀具，取消刀具补偿。8）

25、字符显示功能（CRT）9）自诊断功能 2.选择功能 1）补偿功能 2）固定循环功能 3）图形显示功能 4）通信功能 5 人面对话编程功能 作业 课后习题 教学后记 对数控系统的五大功能的理解对后续学习十分重要，要讲细致透彻。使学生了解数控系统的基本概念数控系统的组成融职业素质教育于课堂教学中使学生了解本门课程的性质任务与作用明确课程学习的目标要求激发学生学习本课程的兴趣数控系统的基本概念数控系统的组成一数控机床的基本概念数简称机床二数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置计算机数控装置伺服系统和机床本体等部分组成其组成框图如图所示图数控机床的组成框图三常见的数控机床图数控车床数控机床上加工不同的零件通过观察了解应选用哪图立式数控铣床学习好资料欢迎下载图数控车床图加工中心四数控机床的加工特点适应范围广加工精度高产品质量稳定生产效率高自动化程度高劳动强度低良好的经济效益学习好资料欢迎下载有利于生产管理的现代化五数控加工的