数控原理与系统全书电子教案项目16完整版教学设计高职.docx

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1、教学目标知识目标：掌握开环、闭环、半闭环控制系统和点位、点位直线、轮廓控制系统的组成和特点。能力目标：掌握数控系统基础知识素质目标：具有较扎实的基本功和良好的职业素养，具有较强的独立工作能力和创新精神教学重点(1)数控机床的基本概念(2)数控机床的基本组成和分类(3)数控机床的特点和应用范围教学手段实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。教学学时4教学内容与教学过程设计项目一数控系统基础知识任务一数控系统的组成及工作原理R任务描述随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措

2、施之一，不仅能够提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企业采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线。但是，采用这种自动、高效的设备，需要很大的初期投资及较长的生产准备周期，只有在大批量的生产条件(如汽车、拖拉机、家用电器等工业主要零件的生产)下，才会有显著的经济效益。R知识准备工一、数控机床的产生的介绍二、计算机数控的概念与发展1.计算机数控的概念(1)数字控制。数字控制简称数控。用数值数据的控制装置在运行过程中不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。(2)数控机床。若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行

3、，则这种机床称为数控机床(NCmachinetoo1s).,(3)数控系统。在数控机床行业中，数控系统是指计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称；有时则仅指其中的计算机数字控制装置。为区别起见，将其中的计算机数字控制装置称为数控装置。2.计算机的发展三、数控系统的组成1 .输入/输出装置2 .数控装置3 .伺服驱动系统4 .反馈系统5 .辅助控制系统6.机床本体四、数控系统的工作原理(1)目前加工程序的生成方法。手工编程。CAD/CAM。人机对话。(2)程序输入数控系统中的方法。键盘输入方式。穿孔纸带。软盘驱动器。通信接口。R任务实施】HED21S数控系统各

4、组成部分的工作原理1 .任务目标(1) 了解数控系统的特点、基本组成和应用。(2) 了解数控系统常用部件的原理及作用。(3)熟悉数控系统综合实验台，了解数控系统综合实验台的连接和基本操作。2 .工具、仪器和设备HED21S数控系统综合实验台一套、专用连接线一套。3 .相关知识4 .实验内容D感性认识数控系统综合实验台的各组成部分(1)指出数控系统综合实验台的各个组成部件及其原理或作用。(2) 了解数控系统综合实验台各个组成部件之间的连接，认清各个信号线的来源和去向。2)了解数控系统综合实验台的基本操作了解数控系统综合实验台上电顺序，了解HED21S数控车床数控装置的基本操作。进入数控系统，运行

5、演示程序。任务二数控机床的分类K任务描述】数控机床的种类很多，为了便于了解和研究，可以从不同的角度对其进行分类。R知识准备】一、按工艺用途分类1 .金属切削类数控机床2 .金属成型类数控机床3 .特种加工机床4 .其他类型数控机床二、按控制方式分类1 .开环控制数控机床2 .半闭环控制数控机床3 .闭环控制数控机床三、按运动方式分类1 .点位控制数控机床2 .点位直线控制数控机床3 .轮廓切削控制数控机床四、按数控机床的功能水平分类1 .主轴功能主轴不能自动变速的为低档，可以自动无级变速的，甚至具有轴功能的数控机床(数控车床)为中、高档。2 .分辨率和进给速度分辨率为10m、进给速度为815m

6、/min为低档，分辨率为1m,进给速度为1524m/min为中档，分辨率为0.1m,进给速度为15100m/min为高档。3 .伺服进给类型采用开环、步进电动机进给系统为低档；采用半闭环的直流伺服系统为中档；采用闭环控制的直流或交流伺服系统为高档。4 .联动轴数低档数控机床联动轴数为23轴，中高档的则为35轴以上。5 .通信功能低档数控机床一般无通信功能；中档可有RS232C、RS485等通信接口；高档的还有制造自动化协议(manufacturingautomationprotoco1,MAP)通信接口，具有联网功能。6 .主CPU低档数控一般采用8位CPU,中高档的数控已由16位CPU向32

7、位CPU过渡，国外最新的数控已有选用64位CPU,以提高运算速度。7 .显示功能低档数控一般只有简单的数码显示或简单的CRT字符显示，而中档数控则具有较齐全的CRT显示，不仅有字符，而且有图形、人机对话、自诊断功能；高档数控还可以有三维图形显示。8 .内装P1C低档数控无内装P1C,中高档数控都有内装P1C,高档数控内装P1C功能很强，并具有轴控制的扩展功能。认识小型教学数控车床或铳床K任务实施1 .任务目标(1)认识数控车床或铳床的部件组成和各部件之间的几何位置关系。(2) 了解整机的几何精度要求。2 .仪器与设备(1)小型教学数控车床或铳床一台。(2)主轴检验棒一只。(3)百分表与磁力表架

8、一套。(4)标准直角尺(200mmX150mm)一只。(5)平尺(250mm)一只。(6)活动扳手两只，木柄起子两只。(7)内六角扳手一套。3 .实验内容(1)在教师指导下将一台小型数控车床或铳床拆成几个主要部件(如床身部件、主轴箱部件、托板部件、刀架部件、尾座部件等)，然后把它们组装在一起。(2)拆卸前要认真检查机床的几何精度，组装后再次检查几何精度，且应达到拆卸前的精度值。(3)学会分析影响机床几何精度的因素。教学目标知识目标：本项目介绍直线和圆弧的逐点比较插补法、数字积分法，刀具半径补偿和长度补偿的基本原理及应用。通过学习掌握直线和圆弧的逐点比较插补法，了解逐点比较法、DDA法流程，掌握

9、刀具半径补偿及应用。能力目标：掌握数控系统基础知识素质目标：具有较扎实的基本功和良好的职业素养，具有较强的独立工作能力和创新精神教学重点(1)数控系统插补原理：比较插补法，逐点比较法，数字积分法(2)数据处理教学手段实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。教学学时6教学内容与教学过程设计项目二数控系统插补原理和数据处理任务一逐点比较法R任务描述X逐点比较法就是每走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹相比较，判断实际加工点在给定轨迹的什么位置，从而决定下一步的进给方向。如果加工点走到零件轮廓外面去了，那么下一步刀具就要向零件轮廓里面走；如果加工点在零件轮廓里面，那么下一步刀具就要向零件轮廓

10、外面走。这样就能加工出一个非常接近规定的零件轮廓，就能得出一个非常接近规定图形的轨迹。最大偏差不超过一个脉冲当量。K如识准备一、逐点比较法直线插补设第一象限直线OE的起点O为坐标原点，终点E坐标为E(Xe,Ye)。刀具在某一时刻处于点T(Xi,Yi),现假设点N正好处于直线OE上，则有下式成立：*二荃即XJ-XZ=O二、逐点比较法圆孤插补按圆弧走向可以把圆弧分为顺时针走向圆弧和逆时针走向圆弧两种，简称顺圆弧和逆圆弧。在圆弧加工过程中，要描述刀具位置与被加工圆弧之间的相对位置关系，可用动点到圆心的距离大小来反映。五、象限处理任何机床都必须具备处理不同象限、不同走向轮廓曲线的能力，不同曲线的插补计

11、算公式和脉冲进给方向都是不同的。K任务实施】数控插补原理1 .任务目标(D了解数控系统直线插补、圆弧插补原理及其实现方法。(2)通过算法的可视化，加深对常用插补算法的了解。(3)应用标准G代码编程实现直线插补和圆弧插补，掌握标准G代码的直线插补和圆弧插补编程方法。2 .工具、仪器和设备PC(CPU486以上)一台、华中数控插补原理教学软件一套。3 .相关知识(1)基本概念。(2)插补算法。4 .实验内容D逐点比较法插补实验(1)通过给出第一象限的直线插补的步距，从屏幕上观察相应的直线插补图形。(2)通过给出第一象限的圆弧插补的步距，从屏幕上观察相应的圆弧插补图形。(3)通过步距参数的调整，观察

12、直线插补和圆弧插补轨迹偏差值的变化，理解步距参数对插补轨迹及其偏差值的影响，进一步加深对逐点比较法的理解。2)直接函数法插补实验(1)通过给出第一象限直线插补的插补周期TS和进给速度F,从屏幕上观察相应的直线插补图形。(2)通过给出第一象限圆弧插补的插补周期TS和进给速度F,从屏幕上观察相应的圆弧插补图形。(3)通过调整插补周期TS和进给速度F,从屏幕上观察相应的一个插补周期内进给直线长度1的变化，理解插补周期TS和进给速度F对一个插补周期内进给直线长度1的影响。(4)通过调整插补周期TS和进给速度F,比较相应的直线和圆弧插补终点误差，以及圆弧插补偏差值的变化，理解插补周期TS和进给速度F对插

13、补终点误差和插补偏差值的影响。3)G代码编程应用标准G代码指令，在华中数控插补原理教学软件中编制图2-9、图270所示的G代码程序，并通过实际轨迹验证编程的正确性，加深对数控插补原理的理解。任务二数字积分法R任务描述数字积分法又称DDA(digita1differentia1ana1yzer)法,其主要优点在于脉冲分配均匀，易于实现多坐标的联动，并且可以实现平面上各种函数曲线的插补，精度也能满足要求，因此数字积分法在轮廓控制数控系统中获得了相当广泛的应用。R知识准备】一、数字积分法的插补原理数字积分法插补的基本原理是利用对速度分量进行数字积分的方法来确定刀具的位移，使刀具沿规定的轨迹移动。由微

14、积分知识可知，求函数Y二f(t)对变量t的积分时，从几何意义上讲，就是求此函数曲线与横轴所围成的面积S,如图211所示。若子区间At足够小，则积分运算可以用小矩形面积的累加来近似,即S=沏这他r=1如果取at为最小基本单位“1”，即一个脉冲当量，则上式可简化为S=YiZ=I由此可见，当At足够小时，函数的积分运算可转化为求和运算即累加运算。二、数字积分法的直线插补三、数字积分法的圆弧插补原理X轴的被积函数值等于动点Y坐标的瞬时值，Y轴的被积函数值等于动点X坐标的瞬时值。与直线插补比较可知：(1)直线插补时为常数累加，而圆弧插补时为变量(动点坐标)累加。(2)圆弧插补时，X轴动点坐标值累加的溢出

15、脉冲作为丫轴的进给脉冲，Y轴动点坐标值累加溢出脉冲作为X轴的进给脉冲。(3)直线插补过程中，被积函数寄存器存放常值X。(义)。圆弧插补过程时，存放变量y(x),变量y(x)是加工的瞬时坐标值，必须由累加器的溢出脉冲来修改。圆弧插补X轴积分寄存器初值存入Y轴起点坐标y0,Y轴积分寄存器初值存入X轴起点坐标Xoo四、数字积分法插补的进给速度均匀化1 .直线插补的左移规格化寄存器所存的数，若最高位为“1”则称为规格化数；若最高位为“0”，则称为非规格化数。不难理解，规格化数累加一次后必有溢出，而非规格化数累加两次以上才有一次溢出。2 .圆弧插补的左移规格化为提高圆弧插补的速度均匀性，也可用左移规格化的方法，要求被积函数寄存器的容量大于被加工圆弧半径的两倍，且寄存器中次高位为“1”的数称为规格化数。其原因是：当一个坐标进给，而要修正另一个被积函数时，防止在第一次修正时使其溢出。此外，左移Q位，相当于坐标X.y