第一章數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)知識教案

1、第一章 數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)知識 教 案課題第一節(jié)認識數(shù)控機床課時2教學(xué)目標1、使學(xué)生了解數(shù)控系統(tǒng)的基本概念、數(shù)控系統(tǒng)的組成，融職業(yè)素質(zhì)教育于課堂教學(xué)中。2、使學(xué)生了解本門課程的性質(zhì)、任務(wù)與作用，明確課程學(xué)習(xí)的目標、要求，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣。教學(xué)重點難點數(shù)控系統(tǒng)的基本概念、數(shù)控系統(tǒng)的組成教學(xué)內(nèi)容數(shù)控機床的圖片展示一、數(shù)控機床的基本概念數(shù)控（Numerical Control，簡稱NC）是采用數(shù)字化信息對機床的運動及其加工過程進行控制的方法。數(shù)控機床（Numerically Controlled Machine tool） 是指裝備了計算機數(shù)控系統(tǒng)的機床，簡稱CNC機床。二、 數(shù)控機床的組成計算機

2、數(shù)控機床由輸入輸出裝置、計算機數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機床本體等部分組成，其組成框圖如圖1所示。圖1數(shù)控機床的組成框圖三常見的數(shù)控機床 圖2數(shù)控車床在數(shù)控機床上加工不同的零件，通過觀察，了解應(yīng)選用哪一種類型的數(shù)控機床，通過選擇數(shù)控機床了解數(shù)控機床的分類。 圖3 數(shù)控銑床圖4立式數(shù)控銑床圖5數(shù)控車床圖6加工中心四數(shù)控機床的加工特點1適應(yīng)范圍廣2加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定3生產(chǎn)效率高4自動化程度高，勞動強度低5良好的經(jīng)濟效益6有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化五數(shù)控加工的主要對象1多品種、單件小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件。2幾何形狀復(fù)雜的零件3精度及表面粗糙度要求高的零件4加工過程中需要進行多工序加工的零件

3、5用普通機床加工時，需要昂貴工裝設(shè)備的零件。六數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展趨勢在數(shù)控機床上加工如圖1-3所示的零件，觀察思考采用什么機床才能完成，以過一步了解數(shù)控機床的發(fā)展趨勢。（1）數(shù)控機床的產(chǎn)生 1952年，美國帕森斯公司和麻省理工學(xué)院研制成功了世界上第一臺數(shù)控機床。半個世紀以來，數(shù)控技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，加工精度和生產(chǎn)效率不斷提高。數(shù)控機床的發(fā)展至今已經(jīng)歷了兩個階段和六代。1952年的第一代電子管數(shù)控機床 1959年的第二代晶體管數(shù)控機床 1965年的第三代集成電路數(shù)控機床 1970年的第四代小型計算機數(shù)控機床 1974年的第五代微型計算機數(shù)控系統(tǒng) 1990年的第六代基于PC的數(shù)控機床（2）數(shù)控

4、機床的發(fā)展趨勢1）高速度2）高精度化3）多功能化4）智能化5）高柔性化6）復(fù)合化作業(yè)課后習(xí)題教學(xué)后記讓學(xué)生一開始就對數(shù)控機床有一些感性認識，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。第一章 數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)知識 教 案課題第二節(jié) 數(shù)控機床的分類及用途課時2教學(xué)目標使學(xué)生了解數(shù)控機床的分類及其作用，讓對學(xué)生本課程產(chǎn)生興趣。教學(xué)重點難點理解數(shù)控系統(tǒng)的分類及主要用途教學(xué)內(nèi)容說說“數(shù)控機床與普能機床的區(qū)別”，引入新課。一、按工藝分類1金屬切削類數(shù)控機床（1）普通數(shù)控機床 數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控刨床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床、 數(shù)控鉆床（2）數(shù)控加工中心2金屬成型類數(shù)控機床3特種加工類數(shù)控機床4其全類型數(shù)控機床二、按控制運動的軌跡

5、分類1點位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實現(xiàn)刀具相對于工件從一點到另一點的精確定位運動；對軌跡不作控制要求；運動過程中不進行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機。2、直線控制數(shù)控機床其也稱為平行控制，既能控制位移終點位置，還能實現(xiàn)平行坐標軸的直線切削加工，并且可以設(shè)定直線切削加工的進給速度。適用于加工直線輪廓零件。3輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制(連續(xù)控制)系統(tǒng)：具有控制幾個進給軸同時諧調(diào)運動(坐標聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運動，在運動過程中進行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面的機床。現(xiàn)代的數(shù)控機床基本上都是裝備的這種數(shù)

6、控系統(tǒng)。三、按伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式分類按數(shù)控系統(tǒng)的進給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。1開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置進給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。電機機械執(zhí)行部件A相、B相C相、f、nCNC插補指令脈沖頻率f脈沖個數(shù)n換算脈沖環(huán)形分配變換功率放大圖7開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機械傳動機構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進電機作為伺服驅(qū)動元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，在精度和

7、速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。2半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進行檢測，不是直接檢測運動部件的實際位置。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元+-電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋圖8半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)3、半閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進行

8、補償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機床中得到了廣泛應(yīng)用。4、全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點如圖的虛線所示，直接對運動部件的實際位置進行檢測。位置控制調(diào)節(jié)器速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動檢測與反饋單元位置控制單元速度控制單元+-電機機械執(zhí)行部件CNC插補指令實際位置反饋實際速度反饋圖9全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。 由于位置環(huán)內(nèi)的許多機械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的

9、鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機床等。作業(yè)課后習(xí)題教學(xué)后記數(shù)控機床的分類方法較多，其中按伺服系統(tǒng)的控制方法分類講解時包括的知識點較多，學(xué)生理解有一定難度，應(yīng)注意數(shù)控機床工作過程的分析以幫助掌握。第一章 數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)知識 教 案課題第三節(jié) 計算機數(shù)控系統(tǒng)的基本組成及其功能課時2教學(xué)目標使學(xué)生了解計算機數(shù)控系統(tǒng)的工作過程、基本組成及其功能。教學(xué)重點難點理解計算機數(shù)控系統(tǒng)的工作過程、基本組成及其功能。教學(xué)內(nèi)容復(fù)習(xí)內(nèi)容：計算機的組成及功能新授：一、計算機數(shù)控系統(tǒng)的組成計算機數(shù)控系統(tǒng)由輸入輸出裝置、計算機數(shù)字控制裝置、可編程序控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置等組成。CNC系統(tǒng)基本

10、組成如圖10圖10 計算機數(shù)控系統(tǒng)的組成CNC系統(tǒng)的核心是計算機數(shù)字控制裝置（CNC）裝置），數(shù)控系統(tǒng)是在軟件的控制下有條不紊地完成各項工作的。二、計算機數(shù)控系統(tǒng)的工作過程CNC軟件要完成9個方面的工作，如圖11圖11 CNC對零件程序的處理流程圖1. （1）零件程序的輸入輸入設(shè)備的2個任務(wù)：一是從光電閱讀機或鍵盤輸入零件加工程序，并將其存放在零件程序存儲中，如圖12； 圖12 輸入過程圖二是從零件程序存儲器中把零件程序逐段往外調(diào)出，送入緩沖區(qū)，以便譯碼時使用，如圖13圖13 讀出過程圖（2）譯碼譯碼是將輸入的程序段按照一定的規(guī)則翻譯成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并按約定的形式存放在指定譯碼結(jié)

11、果緩沖器中。（3）刀具補償CNC系統(tǒng)的零件加工程序是把零件的輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡，所以必須在刀具半徑和刀具長度上給予補償。（4）進給速度處理 在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅(qū)動系統(tǒng)失步。（5）插補（6）位置控制（7）I/O處理（8）顯示（9）診斷三、 CNC數(shù)控系統(tǒng)的功能1.基本功能1）控制功能（U、V、W）CNC能控制和能聯(lián)動控制的進給軸數(shù)。 2）準備功能（G功能）準備功能又稱為G功能，用地址碼G加兩位數(shù)字組成，簡稱G代碼，ISO標準中規(guī)定準備功能有G00至G99共100種。G代碼分為模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼兩種。模態(tài)代碼又稱為續(xù)效代碼，是指該G代碼在一個

12、程序段中一經(jīng)指定就一直有效，直到后續(xù)的程序段中出現(xiàn)同組的G代碼時才失效。非模態(tài)代碼又稱為非續(xù)效代碼，是指只有在寫有該代碼的程序段中有 。表一：3）插補功能4）主軸功能（S功能）主軸速度功能也稱為S功能或S指令，用來指定主軸的速度。S功能由地址碼S加數(shù)字組成，數(shù)字表示主軸轉(zhuǎn)速的大小，速度單位可以為m/min或r/min；主軸的實際轉(zhuǎn)速常用機床操作面板上的“主軸轉(zhuǎn)速倍率”開關(guān)調(diào)整。編程時總是假定此倍率開關(guān)指在100%的位置。S后面的數(shù)字有時代表實際轉(zhuǎn)速值，有時表示某種轉(zhuǎn)速的代碼。系統(tǒng)中用M03表示正轉(zhuǎn)、M04表示反轉(zhuǎn)5）進給功能（F功能） 進給功能也稱為F功能或F指令，用來指定刀具相對于工件運動的速度或螺紋導(dǎo)程。F指令由地址碼F加數(shù)字組成，數(shù)字表示進給速度的大小，進給速度的單位可以為mm/min或mm/r，分別由G98和G99指令來設(shè)置。6）輔助功能（M功能）輔助功能又稱為M功能，由地址碼M加兩位數(shù)字組成。7）刀具功能（T功能）刀具功能也稱為T功能或T指令，在自動換刀的數(shù)控機床中，該指令用來選擇所需的刀具，同時也用來選擇刀具偏置和