四川省高校教師資格 (2)

1、 課程名稱數控機床的應用課題名稱數控機床結構及工作原理課時1授課日期任課教師目標群體教學環(huán)境多媒體教室學習目標1、 知識目標：掌握數控機床的基本結構及各機構的作用、掌握數控機床的基本工作原理。2、 能力目標：認識數控機床、掌握數控機床的一些術語、能指出數控機床 的一些結構名稱。3、 情感價值目標：端正學習態(tài)度，培養(yǎng)學生對數控技術的學習興趣，激發(fā)學生的愛國主義情操。學習重點數控機床的基本結構及數控機床的基本工作原理學習難點數控機床各機構的作用教法.學法教法：啟發(fā)式教法 視頻教學 講解方法學法：討論式學法 辯證式學法教學準備數控機床掛圖 PPT 講義參考教材數控機床的應用機械工業(yè)出版社 主編 韓宏

2、鸞板書設計：教學過程、內容及時間分配教學方法與手段【說課】（1min）各位老師大家好： 今天我說課的內容是數控機床的應用第二節(jié)數控機床的結構及工作原理。此次授課的主要對象是15級數控技術應用班級的學生，學生的基本情況是擁有了一定的機械制造基礎知識也掌握了數控技術的概念性知識，而且本門課程也進行了第一節(jié)的教學內容，因此考慮到學生的專業(yè)基礎和學習風格并結合教材的重點、難點，在教學方法上除了傳統(tǒng)的講授法外再結合圖例和PPT視頻的教學手段來提高學生的學習興趣，力求內容深入淺出，幫助學生理解。以上就是我的說課內容。【引入】（2min） 大家都知道第二次世界大戰(zhàn)對全世界的人民造成了巨大的傷害，我們的祖國在

3、抗擊法西斯侵略的過程中也付出沉痛的代價。請同學們結合當時的形式討論一下各國的國力（給同學們2分鐘的時間討論）。大家都知道當時世界軍事最強盛的國家是德國法西斯，原因是因為他們擁有強大的機械制造技術和最先進的精密加工機床。從這個例子可以看出機械制造技術對于國家的經濟發(fā)展和綜合國力起著至關重要的作用。隨著科技的發(fā)展和社會的進步以數控技術為核心的機械制造業(yè)已經成為了衡量一個國家綜合國力的重要標準。第二節(jié) 數控機床的結構及工作原理掌握數控技術的前提是要了解數控機床的構造和它的工作原理。數控機床是一種高度自動化的機床，它在加工工藝與加工表面形成方法上與普通機床基本相同，最根本的不同在于實現自動化控制的原理

4、與方法上：數控機床是用數字化的信息來實現自動控制的?！靖攀觥浚涸跀悼貦C床上加工零件時，首先要將被加工零件圖上的幾何信息和工藝信息數字化。先根據零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過程、工藝參數、刀具參數，再按數控機床規(guī)定采用的代碼和程序格式，將與加工零件有關的信息如工件的尺寸、刀具運動中心軌跡、位移量、切削參數(主軸轉速、切削進給量、背吃刀量)以及輔助操作(換刀、主軸的正轉與反轉、切削液的開與關)等編制成數控加工程序，然后將程序輸入到數控裝置中，經數控裝置分析處理后，發(fā)出指令控制機床進行自動加工?！景鍟吭诤诎迳袭嫵鰯悼貦C床的主要硬件構成圖。（給同學們3min時間觀看圖示）【講解】黑板上的構成

5、圖我們可以看出數控機床主要的組成部分有1、輸入輸出裝置 2、數控裝置（CNC裝置） 3、伺服裝置4、PLC及輔助控制裝置 5、驅動裝置 6、檢測反饋裝置 7、機床本體 以上就是組成數控機床的主要部分，那么每部分的作用是什么呢？我們只有理解了每部分的作用是什么才能把數控機床的工作過程具體化。（打開PPT）用PPT開始講解各部分的作用（30min）一、 輸入輸出裝置（即控制介質）輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設備。在數控機床產生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現已淘汰，后發(fā)展成盒式磁帶，再發(fā)展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現通用DNC網絡通訊串行通信的方式輸入。輸出指輸出內

6、部工作參數（含機床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數，故障診斷參數等），一般在機床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常?？刂平橘|PPT圖示穿孔紙帶 U盤 顯示器鍵盤 總結輸入輸出裝置的作用：用于輸入零件的加工信息，如零件的工藝工藝過程、工藝參數等，以控制機床的運動實現零件的加工；并輸出機床的內部工作參數，如機床工作狀態(tài)，故障參數等。二、 數控裝置（CNC裝置）CNC的概念：（Computer Numerical Control）是指以計算機為核心的數控裝置系統(tǒng)。CNC單元是數控機床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和

7、輸出三個部分組成。CNC單元接受數字化信息，經過數控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅動執(zhí)行部件作進給運動。其它的還有主運動部件的變速、換向和啟停信號；選擇和交換刀具的刀具指令信號，冷卻、潤滑的啟停、工件和機床部件松開、夾緊、分度臺轉位等輔助指令信號等。如何控制刀具或工件的運動是數控機床的核心問題。數控機床的信息數字化就是把刀具與工件的運動坐標分割成一些最小單位量，即最小位移量。數控系統(tǒng)按照程序的要求，經過信息處理、分配，使坐標移動若干個最小位移量，實現刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。CNC裝置每發(fā)出一個脈沖，機床執(zhí)行部件的最小位

8、移量稱為脈沖當量。常用機床的脈沖當量為0.010.001 mm/脈沖，脈沖當量越小，數控機床精度越高。各種斜線、圓弧、曲線均可由以脈沖當量為單位的微小直線段擬合而成。插補就是根據給定進給速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓的已知點之間計算中間點的方法。目前加工行業(yè)中常用的數控裝置系統(tǒng)有：發(fā)那科、西門子、廣州數控、華中數控等。PPT圖示 總結數控裝置系統(tǒng)的作用：數控裝置是數控機床的核心中樞，它從內部存儲器中取出或接受控制介質輸入裝置送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，從而控制機床各部分的工作，使其進行規(guī)定的有序運動和動作。

9、三、 伺服裝置。伺服系統(tǒng)主要完成機床的運動及運動控制(包括進給運動、主軸運動、位置控制等)，它由伺服驅動電路和伺服驅動電機組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數控機床的進給系統(tǒng)。它接受來自數控裝置的位置控制信息，將其轉換成相應坐標軸的進給運動和精確的定位運動，驅動機床執(zhí)行機構運動。由于是數控機床的最后控制環(huán)節(jié)，它的性能將直接影響數控機床的生產效率、加工精度和表面加工質量。PPT圖示伺服裝置及伺服電機 總結伺服裝置的作用：把來自數控裝置的位置控制移動指令轉變成機床工作部件的運動，使工作臺按規(guī)定軌跡移動或精確定位，從而加工出符合圖樣要求的零件。四、 PLC及輔助控制系統(tǒng)可編程控制器 (PC

10、，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產設備的邏輯及開關控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。當PLC用于控制機床順序動作時，也可稱之為編程機床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成為數控機床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調配合，共同完成對數控機床的控制。輔助控制系統(tǒng)包括主軸運動部件的變速、轉換和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、

11、潤滑裝置的啟停，工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作臺分度轉位等開關輔助動作，通常是指數控機床中的強電控制裝置。PLC接收CNC提供M、S、T等輔助代碼從而有序的控制著這些輔助設備的開關動作。PPT圖示可編程控制器（PLC） 總結PLC及輔助控制系統(tǒng)的作用：接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運算，再經功率放大后驅動相應的輔助設備電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關量動作。五、 驅動裝置驅動裝置主要包括主軸驅動系統(tǒng)和進給驅動系統(tǒng)。1、 主軸驅動系統(tǒng)也叫主傳動系統(tǒng)，是在系統(tǒng)完成主運動的動力裝置部分，主軸驅動系統(tǒng)通過該傳動機構變成主軸上安裝的刀具或工件的切

12、削力矩和切削速度、配合進給運動加工處理想的零件。它是零件加工的成型運動之一，它的精度對零件加工精度有較大的影響。2、 進給驅動系統(tǒng)把經放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡單的滾珠絲杠驅動機床工作臺，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動， 最后加工出圖紙所要求的零件，通常把伺服裝置和進給驅動動裝置統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)。驅動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。PPT圖示主軸電機 主軸部件 滾珠絲杠示意圖（注：主軸部件結構在以后第四節(jié)內容講解）1一螺母 2一絲杠 3一滾珠 4一滾珠循環(huán)裝置（注：滾珠絲杠工作原理在以后第三節(jié)內容講解）總結驅動裝置的作用：它是數控機床的驅動部件，在數控裝置的

13、控制下通過伺服裝置實現主軸和進給驅動運動。當幾個進給運動聯動時可完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。六、 檢測反饋裝置測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉編碼器、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。當檢測裝置安裝的位置不同時機床的性能也不同。如：1、當檢測元件安裝在絲杠的頂端或電動機的端頭時我們稱之為：半閉環(huán)控制數控機床。該類機床采用的角度檢測裝置（如：光電編碼器）。PPT圖示這類控制機床的特點是：調試方便，價格較低，同時精度較高。2、當檢測元件直

14、接安裝在機床的移動工作臺上時我們稱之為：全閉環(huán)控制機床。該類機床采用直線位移檢測裝置（如：直線光柵）PPT圖示這類控制機床特點是:控制精度很高，但控制電路復雜，調試復雜，價格更高。3、 當機床沒有安裝檢測元件時我們稱之為：開環(huán)控制數控機床。這類控制數控機床的特點是：結構簡單，工作穩(wěn)定可靠，調試方便，價格低廉，但控制精度很低?？偨Y檢測元件的作用：檢測反饋裝置將數控機床各坐標軸的實際位移檢測出來，經反饋系統(tǒng)輸入到機床的數控裝置中，數控裝置將反饋回來的實際位移值與設定值進行比較，控制驅動裝置按指令設定值運動。測量裝置安裝在數控機床的工作臺或絲杠上，相當于普通機床的刻度盤和人的眼睛。七、 機床本體數控

15、機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結構以及操作機構等方面都已發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數控機床的要求和充分發(fā)揮數控機床的特點。PPT圖示總結： 數控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，只是在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結構以及操作機構等方面發(fā)生了很大的變化?！具^渡】通過對數控機床的主要組成部分的學習，同學們對數控機床有了初步的認識。請結合數控機床各部分的作用詳細解釋數控機床的整體工作過程（給同學們5分鐘時間思考并作答）播放數控加工視頻（數控銑加工維納斯人像視頻5分鐘）簡單的來講：數控機床的整體工作過程如圖所示課后總結：數控技術為機械制造業(yè)帶來了重