機床運動控制課程設計

1、機床運動控制課程設計Design Practice of Machine Tool Movment課程代碼：JX學 分：3 學 時：120（其中：講課學時：84 實踐學時：36 ）先修課程：高等數(shù)學、機械制圖，工程力學，金屬工藝學，公差與技術(shù)測量，機械原理，機械設計、機床運動控制、機床數(shù)控技術(shù)適用專業(yè)：機械設計制造及其自動化專業(yè)建議教材： 自編（在開始階段先選用相關(guān)的教材）開課系部：機械工程系一、課程的性質(zhì)與任務課程性質(zhì)：機床運動控制課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生一次較全面的設計能力的訓練，是設計課程的一個重要教學環(huán)節(jié)，在實現(xiàn)學生總體培養(yǎng)目標中占有重要地位。機床運動控制課程設計是機械設計

2、制造及其自動化專業(yè)的必修課。課程任務：鞏固、加深和擴大在本課程和先修課程學到的知識，樹立正確的設計思想；培養(yǎng)機械自控控制系統(tǒng)設計一般方法，培養(yǎng)分析和解決工程問題的能力；進行電氣設計基本技能的訓練，學習運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力；通過機床運動控制課程設計，使學生將所學理論和生產(chǎn)設計結(jié)合起來、將學與畫結(jié)合起來，牢固地掌握制圖知識、設計知識，提高設計技能和繪制機械圖樣的基本技能。二、本課程的四線、四點1）邏輯線機床運動控制課程設計是在機床運動控制、傳感器與測試技術(shù)等一系列先修課程的基礎上進行的，根據(jù)設計流程首先以常見的機械電氣控制系統(tǒng)設計內(nèi)容、步驟和方法，給出電氣自動控制系統(tǒng)

3、課程設計題目，給出了電氣圖的參考圖例。然后給定學生設計任務書后指導學生在本課程設計中正確運用上述先修課中學過的知識，鼓勵采用計算機繪圖。在設計過程中根據(jù)設計題目按照總體設計工作圖設計安裝配線調(diào)試運行這樣一個過程進行。2）歷史線機械設計按時間來分，可分為三個階段，分別是：從古代社會到17世紀為機械設計起源和古代機械設計階段，由17世紀至第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為近代機械設計，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束直到現(xiàn)在為現(xiàn)代設計階段。如果按其內(nèi)容來分，可分為：直覺設計階段，經(jīng)驗設計階段和理論設計階段。兩種劃分是一一對應的，是從不同角度來劃分機械設計的發(fā)展史。每一個階段在設計理論，方法和制造工藝方面都有明顯的特色。自建國

4、初期全國高等教育全面學習前蘇聯(lián)開始，國內(nèi)工科院校機械類各專業(yè)即陸續(xù)開出了機械原理和機械零件課程，直至今日，該兩課程的設置已有50余年的歷史。但是隨著技術(shù)的發(fā)展機械類專業(yè)的名稱也變成了機械設計制造及其自動化。在教學實踐中深切體會到，對于工科類課程教學，僅僅進行課堂授課和少數(shù)幾個單元實驗是遠遠不夠的，學生學完課程后不會應用所學知識，對理論知識點的理解也是一知半解。為了解決這一問題，一些院校大膽地進行了教學改革，有的在國內(nèi)率先開設“機電綜合實踐”課程。課程開設四個模塊：電氣控制電路設計安裝與調(diào)試、PLC應用、數(shù)控編程與加工、單片機應用。實驗室提供基本器材，學完相關(guān)理論課程后，以學生自主學習的形式集中

5、2周時間在實驗室完成教學任務，取得了很好的效果。有的院校開設了電氣自動控制（或機床電氣自動控制）課程設計，我校在成立之后開設了機床電氣自動控制但是并沒有開設相應的課程設計。從2007年開始國家教育部決定逐步實施“高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程”（簡稱質(zhì)量工程），而質(zhì)量工程的核心思想就在于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神?！皩W習”這個詞即包括了“學”也包括“習”，光學不習就不是學習。為了適應培養(yǎng)應用型人才的實踐能力和創(chuàng)新精神需要，我們在綜合了機床電氣自動控制可編程序控制器（PLC）、自動控制技術(shù)和電機與拖動等課程開設了機床運動控制課程的同時又開設了機床運動控制課程設計。在這個課程中首先是設置了電

6、氣制圖的內(nèi)容。什麼是設計和開發(fā)呢？我們說的是工業(yè)產(chǎn)品的設計和開發(fā)，從國外說設計（Design）一詞是Designare而來，是“畫上記號”的意思，相當于“制圖”、“計劃”的意義。在我國古代的文獻周禮考工記的“設色之工，畫、鍾、筐”的“設”字，就是“制圖”和“計劃”之意。但是，目前大多數(shù)院校機械專業(yè)的機械設計制造及其自動化專業(yè)都沒有開設電氣制圖課程，電氣控制課程教學一開始就需要會看電氣圖，課程培養(yǎng)的結(jié)果也需要讓學生學會看圖畫圖，因此需要補充這門知識。在整個設計過程中學生要學會綜合運用機械設計、工程圖學、工程力學、工程材料和互換性技術(shù)測量、機床運動控制等多門課程的知識, 分析問題和解決問題。通過課

7、程設計，學生對機床運動控制系統(tǒng)設計的原則、步驟和方法等會有一個比較完整的了解和掌握，對培養(yǎng)學生機床運動控制系統(tǒng)設計能力、創(chuàng)新能力和工程意識具有十分重要的作用, 并為以后的專業(yè)課程設計和畢業(yè)設計奠定基礎。3）價值線機床運動控制課程設計是設計能力培養(yǎng)的一個重要教學環(huán)節(jié)，也是高等工科院校機械類專業(yè)學生第一次較全面的設計能力訓練。通過這一環(huán)節(jié)的訓練，可培養(yǎng)學生學習設計機床運動動作控制、位置控制系統(tǒng)，學習運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱樣本有關(guān)技術(shù)資料和編寫技術(shù)文件等能力，上述這些能力實際也是學生實際工作能力的體現(xiàn)，這也是本課程設計的價值的體現(xiàn)。4）哲學線哲學思想可以貫穿所有學科，對所有學科都有指導意義

8、。機床運動控制課程設計是一門綜合性的實踐教學課程，在課程的教學指導過程中要貫穿現(xiàn)代設計哲學的思想。設計哲學是關(guān)于設計領(lǐng)域根本觀點的學說體系，是設計普遍知識的概括和總結(jié)。如設計與需求、設計的尺度、設計的內(nèi)容與形式、設計的美學等。對于本課程設計還特別強調(diào)學習辯證唯物論的認識論，理解認識來源于實踐，實踐是檢驗真理的唯一標準，又是認識的目的，一個正確的認識，往往需要經(jīng)過由實踐到認識由認識到實踐的多次反復，才能完成。本課程設計的內(nèi)容除了最后要答辯之外只要條件準許都要求實踐的驗證，只停留在圖紙上只能得到一半成績。機床運動控制課程設計是實踐性很強的一門課程，其記憶點和理解點主要是對于先修課程的理解和記憶，實

9、用點和工藝點是培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練綜合運用電氣設計和有關(guān)先修機械設計課程的理論、結(jié)合生產(chǎn)實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展有關(guān)電氣設計方面的知識。本課程的電氣控制系統(tǒng)的設計是基于機械設計基礎的電氣設計，其設計內(nèi)容主要是學會選用電器、各種功能控制單元和控制器，學會應用，而不是設計這些控制單元的具體的電路。對于需要一些特殊的控制器也是只需要能從接口的角度提出要求。但是基于機械設計基礎的電氣設計需要考慮的是結(jié)構(gòu)，安裝和布線方面的內(nèi)容，這是現(xiàn)在電氣設計比較缺乏的能力，尤其是嵌入式技術(shù)很發(fā)達的現(xiàn)在。通過本次設計讓學生完成一個完整的設計過程，為喜歡電氣設計的學生開辟了一條可

10、以發(fā)展的路。對于大部分盡管學生畢業(yè)以后不一定會從事電氣設計，但是由于他了解了電氣控制系統(tǒng)的設計過程使得他在擬訂整體機械設計方案可以充分考慮機電的配合發(fā)揮電氣控制的特點，這個能力對于培養(yǎng)有創(chuàng)新能力的人才是很有用的。三、課程的基本內(nèi)容及教學要求課程教學內(nèi)容：本課程設計，包括：（一）電氣控制與PLC部分（動作控制）主要以中小型電氣控制系統(tǒng)設計為主，針對具體生產(chǎn)設備或某具體工藝過程，設計相應的電氣控制系統(tǒng)，學生可根據(jù)課題需要，經(jīng)論證后采用傳統(tǒng)繼電接觸控制或PLC控制工作方式。常用的選題：1、單一工作目的的機床電氣控制系統(tǒng)設計，例如銑床、磨床、車床及其它機械加工的通用或?qū)Ｓ迷O備電氣控制系統(tǒng)；2、工藝不太

11、復雜的各類生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)（典型的組合機床控制系統(tǒng)）；3、簡單工業(yè)生產(chǎn)裝備的電氣控制系統(tǒng)。 具體選題需要看教學的實驗條件。（二）自動控制系統(tǒng)部分（位置控制）熟悉自動控制系統(tǒng)的組成、原理及工作方式，了解自動控制系統(tǒng)的設計步驟與方法，增強學生分析系統(tǒng)、解決系統(tǒng)中出現(xiàn)問題的能力。常用選題：數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)的設計和計算，數(shù)控機床主軸控制系統(tǒng)的設計和計算。課程的重點、難點：機械設計課程設計重點和難點在于如何培養(yǎng)學生具有綜合應用先修課程知識的能力，遇到問題時如何查閱相關(guān)資料的能力。課程教學要求：每個學生必須獨立完成課程設計。設計題目為機床的電氣運動控制或位置控制系統(tǒng)。設計工作量：1、對于基于繼電接

12、觸控制方式組合機床的運動控制每個學生小組應完成電氣控制系統(tǒng)圖紙資料一份（包括電氣安裝圖、位置圖、互連圖和電氣元件清單）、設計說明書約60008000字。課程設計完成后應調(diào)試成功并進行答辯，成績單獨記分。2、對于基于PLC控制方式機床的運動控制每個學生小組應完成電氣控制系統(tǒng)圖紙資料一份（包括電氣安裝圖、位置圖、互連圖、電氣元件清單、程序流程圖、程序梯形圖）、設計說明書約60008000字。課程設計完成后應調(diào)試成功并進行答辯，成績單獨記分。3、對于數(shù)控機床伺服進給、主軸系統(tǒng)的設計和計算每個學生小組應完成數(shù)控機床伺服進給、主軸裝配圖紙資料一份（包括裝配總圖、零件圖和目錄）、設計計算書和設計說明書約6

13、0008000字。課程設計完成后應調(diào)試成功并進行答辯，成績單獨記分四、課程學時分配步驟主要內(nèi)容（電氣控制與PLC部分（動作控制）學時比例1、設計準備工作（1）加強電氣制圖有關(guān)知識（2）熟悉設計任務書，明確設計的內(nèi)容和要求；（3）熟悉設計指導書、有關(guān)資料和圖紙等；（4）觀看錄像、實驗裝置實物、10%2、總體設計 （1）確定電力傳動方案和控制方案 （2) 設計電氣控制原理圖； （3) 設計電氣柜、操作臺、配電板及非標準器件與零件； （4) 繪制電氣安裝圖、位置圖、互連圖（程序流程圖、程序梯形圖）； （5）選擇電氣元器件及裝置；制定電氣設備裝置、元件、器件的清單及備件，易損件的清單；40%3、安裝、

14、調(diào)試 在實驗裝置上進安裝、調(diào)試30%4、編寫設計計算說明書（1）編寫設計計算說明書，內(nèi)容包括所有的計算，并附有必要的簡圖；（2）說明書最后一段內(nèi)容應寫出設計總結(jié)：一方面總結(jié)設計課題的完成情況，另一方面總結(jié)個人所做設計的收獲體會以及不足之處8%5、答辯（1）做答辯準備；（2）參加答辯2%步驟主要內(nèi)容（自動控制系統(tǒng)部分（位置控制）學時比例1、設計準備工作（1）加強電氣制圖有關(guān)知識（2）熟悉設計任務書，明確設計的內(nèi)容和要求；（3）熟悉設計指導書、有關(guān)資料和圖紙等；（4）觀看錄像、實驗裝置實物、10%2、總體設計根據(jù)設計任務書進行數(shù)控機床伺服進給、主軸系統(tǒng)的設計10%3、傳動件的設計計算（1）滾珠絲剛

15、杠副及其支撐的選?。?）計算各傳動件上的作用力（3）伺服電機的選?。?）聯(lián)軸器的選取5%4、系統(tǒng)的設計和計算數(shù)控機床伺服進給、主軸系統(tǒng)的設計和計算（1） 對伺服電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動慣量及加速能力匹配校核（2） 對機床傳動裝置鋼度變化及彈性系統(tǒng)剛性變化引起的定位誤差的驗算25%5、裝配圖的繪制（1）畫底線圖，畫剖面線；（2）選擇配合，標注尺寸；（3）編寫零件序號，列出明細欄；（4）加深線條，整理圖面；（5）書寫技術(shù)條件、減速器特性等10%6、零件工作圖的繪制（1）繪制齒輪類零件圖；（2）繪制軸類零件圖；（3）繪制其他零件圖（由指導教師定）5%7、編寫設計計算說明書（1）編寫設計計算說明書，內(nèi)容包括所

16、有的計算，并附有必要的簡圖；（2）說明書最后一段內(nèi)容應寫出設計總結(jié)：一方面總結(jié)設計課題的完成情況，另一方面總結(jié)個人所做設計的收獲體會以及不足之處8%8、安裝、調(diào)試上機安裝、調(diào)試與測試25%9、答辯（1）做答辯準備；（2）參加答辯2%五、大綱說明1、教學過程中要把握課程的四點四線。2、該課程的教學手段及教學方法建議課程設計的進行方式是在教師指導下由學生獨立完成。設計分階段進行，每一階段的設計都要認真檢查，沒有原則錯誤時才能繼續(xù)進行下一段設計，以保證設計質(zhì)量，循序完成設計任務。指導教師在教學過程要嚴謹負責，對學生設計的進展情況要及時掌握，對出現(xiàn)的問題要及時進行指導，提出修改建議，但反對學生照抄照搬

17、、敷衍塞責，容忍錯誤存在或依賴教師。3、考核方式建議；為了確保設計任務的順利進行，設計時以組為單位進行設計，每組約5-6人，每個設計小組內(nèi)設置幾個崗位，相應的崗位和職責見表1。在每組設計過程選擇不同的零件圖進行設計和繪制，給出相應的難度系數(shù)如表2。表1 課程設計小組內(nèi)崗位設置、職責與評分系數(shù)崗位職責崗位系數(shù)工作質(zhì)量考核內(nèi)容組員1）認真參與設計，確保能力提升。1.00工作態(tài)度、圖紙和說明書質(zhì)量評定副組長1）負責小組成員考勤，填寫考勤表。2）設計結(jié)束時，收齊圖紙按時交給指導教師，申請答辯。1.021）本人工作態(tài)度、圖紙和說明書質(zhì)量評定。2）小組成員的表現(xiàn)組長1）發(fā)揮小組成員的長處，分配崗位，調(diào)動小

18、組成員的積極性。2）保證小組每個成員積極參與設計，經(jīng)受鍛煉，獲得長進。3）了解小組成員的工作狀態(tài)，及時與指導教師溝通。1.051）本人工作態(tài)度、圖紙和說明書質(zhì)量評定。2）小組成員的表現(xiàn)設計得分按照圖紙質(zhì)量、說明書、答辯情況及綜合設計表現(xiàn)，按百分制評分（圖紙質(zhì)量40%，說明書10%答辯40%、平時出勤10%）。在此基礎上再乘以崗位系數(shù)。崗位系數(shù)見表1如果有調(diào)試環(huán)節(jié)設計得分按照圖紙質(zhì)量、說明書、答辯情況、綜合設計表現(xiàn)及調(diào)試結(jié)果，按百分制評分（圖紙質(zhì)量20%，說明書5%答辯20%、調(diào)試結(jié)果50%、平時出勤5%）。在此基礎上再乘以崗位系數(shù)。調(diào)試結(jié)果為一次調(diào)試成功滿分、兩次調(diào)試成功得80分等依次遞減。以上各項成績單獨記分最終按照百分比計算。最終得分=設計得分（百分制）崗位系數(shù)4、與本課程教學相關(guān)的先行課和后續(xù)課學習本課程之前，必須系統(tǒng)學習過高等數(shù)學、機械制圖，工程力學，金屬工藝學，公差與技術(shù)測量，機械原理，機械設計、機床運動控制、機床數(shù)