数控技术00004.docx
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数控技术00004
数控技术课程教案
数控技术课程教案
河北工程学院
《数控技术》教案
课程编码：
课程名称：
数控技术
学时：
46学时学分：
3学分
开课学期：
第七学期
课程类别：
必修
课程性质：
专业基础课
先修课程：
电工电子技术，微机原理及应用，
机械工程控制基础等
教材：
《机床数字控制》（第一版）廖效果编著
机械工业出版社
授课对象：
机电学院机械制造及自动化本科
工业设计、材料成型与控制本科
授课教师：
机械制造系魏效玲，薛会民，刘洵，
柴保明，吴炳胜
第一节教学内容第一章概论
一、教学目的
掌握数字控制和数控机床等基本概念、组成及分类，了解数字控制原理及数控机床的加工特点，了解数控技术的产生背景、发展现状及发展趋势。
二、教学时间:
2课时
三、内容
数控与数控机床的基本概念、加工过程、 特点、主要技术指标、组成与分类，加工的适应性、数控技术的发展、十五目标及数控技术的发展趋势
四、教学方法
介绍基本概念，讲授数字控制原理，分析数控机床的组成，根据以上讲述内容再归纳数控机床的加工特点，借助简图和表格等形式配合内容讲解。
结合数控技术的发展将课程前沿问题介绍给学生。
对编程基本知识先提出问题，启发学生思维，然后再讲解。
四、作业
1、数控机床、数控技术的基本概念
2、数控机床的特点、组成、各部分作用、分类
3、数控机床的加工原理、使用范围
4、数控技术的发展趋势
5、什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？
6、按伺服系统的控制原理数控机床分哪几类？
7、数控机床的发展趋势主要有哪些？
8、如何提高数控机床的精度、速度和可靠性
9、.CNC装置的主要技术指标有哪些？
第二节内容第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1．学习数控加工工艺的基础知识。
2．介绍程序编制的代码及格式
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
利用多媒体直观的教学形式，介绍程序编制的基本概念、手工编程的内容和步骤，数控加工的工艺分析和数控加工方法，程序编制的代码及程序格式。
四、教学方法
根据已加工好的零件，在具体加工过程中如何根据其加工图纸来编写其加工程序，数控机床如何根据加工程序加工来说明手工程序编制的内容和方法。
同时，在编写零件的加工程序前要进行工艺分析，分析时要注意哪些问题，循序渐进完成课堂内容，介绍两种典型的程序编制代码。
五、作业
1、程序编制的概念、手工程序编制的内容和步骤？
2、对刀点、刀位点、对刀概念
3、选择对刀点的原则？
4、加工路线，确定加工路线的原则？
5、ISO和EIA代码的区别？
现在广泛使用哪种代码？
第三节内容第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1．掌握机床常用的编程指令G、M、S、T、F。
2．让学生掌握程序编制前应首先了解机床坐标的规定，和程序原点的确定。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
介绍数控机床的坐标系规定及坐标轴方向的命名，工件坐标系和机床坐标系的关系，绝对坐标和相对坐标的概念，程序编制中的数值计算方法，常用的G指令和M指令功能
四、教学方法
通过多媒体图片让学生看清车床和铣床的坐标轴是如何规定的，直角坐标系在机床中是如何应用的，常用的G、M指令功能及类型，基点和节点在数值的区别。
五、作业
1、G00、G01、G02、G03、M02、M03、M04、M05功能？
模态和非模态区别？
2、车床的X、Z轴如何规定？
铣床的Z、X、Y轴如何规定？
3、机床坐标系和工件坐标系，机床原点和工件原点，基点和节点概念
4、绝对坐标和相对坐标的概念及关系。
第四节内容第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1、掌握机床常用的编程指令。
2．通过对常用指令的编程格式讲解，使学生进一步掌握程序编制方法，能独立编写简单的加工程序。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
与坐标系相关的指令G92，平面坐标系选定指令G17,G18,G19（模态，G17模态，初态），以及与控制方式有关的指令编程格式，如G00，G01，G02,G03，其绝对编程和相对编程形式。
四、教学方法
要正确编制加工程序，仅仅学会编程代码是不够的。
本节通过编程实例讲解编程方法，重点把工艺方面知识多介绍一些，要与生产实际紧密结合，通过布置作业和编程实验加深理解和掌握。
五、作业
1、自己给出零件直线、圆弧加工尺寸，编写其绝对和相对加工程序，
第五节内容第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
本节课内容还是主要讲授手工编程所用其它代码，每个代码应配以实例讲解，同组代码重点讲解一种，其他可通过课堂和课后作业掌握，手工编程必须经过大量练习才能熟练编制。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
通过实例分别介绍刀具长度补偿指令G40（49）、G44、G43，刀具半补偿指令G40G41G42，回程序起点指令G26,G27,G28,G29,固定循环指令，G33螺纹加工指令，
四、教学方法
对以上讲解的各种指令在车、铣床的编程格式及应用要逐个的介绍，每个指令通过实例给学生直观的讲解编程方法。
五、作业
1、给出被加工零件的几何尺寸，利用刀具补偿指令编写其加工程序，
2、进行综合实例练习，编写完程序上机加工，练习机床的操作能力，并检验程序的正确与否，在操作中解决问题。
第六节内容第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
本节课内容还是主要讲授手工编程所用其它代码，每个代码应配以实例讲解，同组代码重点讲解一种，其他可通过课堂和课后作业掌握，手工编程必须经过大量练习才能熟练编制。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
G75车槽固定循环指令，G81钻孔循环，G84钢性攻丝循环，G24锥面固定循环指令，G77柱面固定循环指令以及其它相关指令如：
延时指令、镜像指令等
四、教学方法
通过一个个实例把各指令的编程格式讲清楚并让学生会用。
五、作业
1、对已给孔进行加工，要求编写钻孔和攻丝加工程序并在程序中体现延时指令功能。
2、对已给的棒料进行加工，要求写出其粗、精加工程序，注意使用讲过的循环指令。
3、
第七节内容第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
本节课综合讲解编程知识，同时对前面答疑和作业中存在的问题加以讲解。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
针对实训基地的数控机床编程要求，综合讲解和练习实际零件的程序编制
四、教学方法
选择实际生产加工中零件，练习编程的全过程，通过答疑、批改作业，发现的问题在习题课中解决。
根据生产加工零件，对各种加工方法进行工艺分析，确定合理加工方案，编写加工程序
五、作业
1．如图1所示，原点为起刀点，试用绝对坐标或增量坐标编写孔加工程序。
图1图2
2．手工编写图2所示零件的车削加工程序。
该零件需要精加工，图中φ100表面不加工。
选用具有直线、圆弧插补功能的数控车床加工该零件。
第八节内容第二章数控加工程序的编制
一、教学目的
1．掌握自动编程系统的软件程序的构成。
2．了解APT自动编程系统。
3．能读懂用APT语言编写的零件源程序。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1.自动编程系统的软件程序的构成，利用CAM系统讲解自动编程的基本步骤，
2．介绍APT自动编程系统
3．讲解例题
四、教学方法
先讲自动编程系统的组成、特点及发展，再通过例题讲述APT语言源程
序的编制，把在编程过程中涉及到的控制面、APT语句和后置处理程序语句等内容介绍。
五、作业
1．如图所示，原点为起刀点，圆弧半径均为R10，用APT语言编制轮廓铣削加工程序。
第九节内容第三章位置检测装置
一、教学目的
1、了解位置检测装置作用，位置检测装置的分类，数控机床对位置检测装置的要求。
2、掌握感应同步器结构与工作原理，应用。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1．置检测装置作用，分类及数控机床对位置检测装的要求
2．感应同步器结构与工作原理，应用
3、感应同步器的特点及使用注意事项
四、教学方法
结合多媒体图例，介绍检测装置分类，讲具体装置时要与各种分类相联系。
要把鉴相型和鉴幅型感应同步器的结构图利用课件讲清楚。
五、作业
1、简述感应同步器结构与工作原理。
第十节内容第三章位置检测装置
一、教学目的
1、了解现代位置测量装置的先进技术，重点了解各种检测装置的性能、特点及应用范围，能够正确选用各种检测装置。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1、掌握旋转变压器、感应同步器结构与工作原理，应用。
2、磁尺位置检测装置组成、原理
四、教学方法
通过简图介绍旋转变压器的工作原理、转子和定子绕组的布置及感应电压的变化与感应同步器的区别，同时让学生明白转子绕组为什么由两个互相垂直的绕组构成。
以上三种位置检测装置的共同特点和工作方式要掌握。
五、作业
1、简述旋转变压器、磁尺位置检测装置的结构与工作原理、应用
第十一节内容第三章位置检测装置
一、教学目的
1．掌握脉冲编码器的工作原理、应用。
2．掌握光栅的工作原理、应用。
3．了解光栅位移-数字转换系统
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1、光栅的工作原理、应用
2、光栅位移-数字转换系统
3、脉冲编码器（绝对式与增量式）
4、介绍当前的测量技术
四、教学方法
这节介绍数字检测装置，比较模拟与数字检测装置的特点，分析绝对和增量测量装置的工作原理，研究间接、直接测量的精度影响。
了解现代测量技术。
讲清楚光栅位置检测装置用倍频提高精度的原理。
五、作业
1．简述绝对式与增量式脉冲编码器的工作原理。
2．简述光栅的工作原理，写出W和P与θ的关系。
掌握莫尔条纹的特点及变化规律。
3、光栅位置检测装置用倍频提高精度的原理
第十二节内容第四章数控装置
一、教学目的
1．了解数控装置的作用、特点、硬件结构。
2．会合理选择数控机床
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1．数控装置的组成、优点、CNC装置的功能，
2．数控装置的硬件结构、分类，各结构形式的硬件功能
3、CNC装置软件和硬件的功能界面划分
4、数控软件的数据转换流程
四、教学方法
计算机数控装置可借助图片和实验室的数控机床讲解，了解数控装置作用、功能、特点，绘出数控软件的数据转换流程，并分析各部分的作用。
五、作业
1．简述数控装置的作用。
2．两种CNC装置的硬件结构形式比较优缺点
3、绘出数控软件的数据转换流程
第十三节内容第四章数控装置
一、教学目的
1、掌握数控软件的特点、基本结构形式。
2、了解输入/输出接口的任务。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1、数控软件的特点、基本结构形式。
2、输入/输出接口的任务
3、CNC系统进给速度控制
4、CNC输入数据处理及故障诊断
四、教学方法
分析数控装置软件的特点、结构形式，由微机原理中学到的接口技术，对数控装置的数控软件的特点讲述。
五、作业
1、数控软件的特点，3种软件比较优缺点。
2．输入/输出接口的任务。
第十四节内容第五章数控插补原理
一、教学目的
1、掌握数控装置的工作过程。
2、掌握插补的基本概念，了解插补方法和分类。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1．数控装置的工作过程。
2．插补的基本概念、插补方法的分类
3、逐点比较法插补的原理、介绍逐点比较法直线插补的算法、象限处理。
四、教学方法
在讲插补原理前，讲述数控装置的工作过程，使学生有一个总体认识，便于以后学习。
最后介绍基本概念，通过多媒体手段把直线插补的偏差判别式推导出来，便于学生认识和掌握。
五、作业
1、什么叫插补？
目前应用较多的插补算法有哪些？
2、试述逐点比较法插补的四个节拍，并推导第Ⅰ象限直线插补公式。
3、设欲加工第一象限直线OE、起点坐标为O（0，0），终点坐标为E（6，8），脉冲当量δ＝1，试用逐点比较法插补之并画出插补轨迹。
第十五节内容第五章数控插补原理
一、教学目的
1．掌握逐点比较法的插补原理。
2．熟练掌握逐点比较法基本算法、象限处理。
3．逐点比较法圆弧插补，比较直线和圆弧插补的异同之处
4．要求通过例题与习题熟练掌握逐点比较法插补全过程，弄明白逐点比较法插补的实质。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1．逐点比较法圆弧插补
2．逐点比较法象限处理
3．逐点比较法的合成进给速度
四、教学方法
逐点比较法是最简单的插补方法，按插补的四个步骤讲解，学生容易理解和掌握。
重点讲解第一象限插补，其它象限插补公式找出规律，要求学生自己掌握，并能验证插补轨迹的对错。
有一点需要说明的是：
逐点比较法直线插补各象限的插补公式一样，只是各象限的进给方向不同而已，终点坐标均为绝对值。
圆弧插补偏差计算式中的坐标值是动态变化的，而且不同象限，顺逆不同，插补计算式不同，坐标进给方向不同。
五、作业
1、用逐点比较法加工第一象限顺圆，起点坐标为A（0,4），终点坐标为B（4，0），写出插补过程，并画出插补轨迹。
2、设欲加工第二象限逆圆AB，起点A（6，0），终点E（0，6），脉冲当量δ＝1，试用逐点比较法插补之并画出插补轨迹。
3、比较直线和圆弧插补的异同之处
第十六节内容第五章数控插补原理
一、教学目的
1．熟练掌握数字积分法直线、圆弧插补原理、各象限处理方法。
2．要求通过例题与习题熟练掌握数字积分法插补全过程。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1．数字积分法直线插补
2．数字积分法圆弧插补
3、数字积分法插补的象限处理
四、教学方法
从积分求面积开始，理解数字积分法的实质就是把积分运算变成求和运算。
利用两个积分器对要插补的直线和圆弧分别在X和Y方向累加求和，最后得到直线或圆弧的终点坐标值。
再利用十进制数进行长度分割、累加，将积分原理讲透，然后讲直线、圆弧插补，通过直线和圆弧插补例题，学习插补全过程。
注意教材对直线和圆弧插补的总结
五、作业
1、用数字积分法加工第一象限直线OB的插补过程，其中O（0，0），B（6，7），并画出插补轨迹。
2、第一象限逆圆，起点为（6，0），终点为（0，6），用数字积分法，选用3位寄存器对此圆弧进行插补并划出插补轨迹图。
4、比较直线和圆弧插补的异同之处，便于理解和掌握数字积分法的原理和实质。
5、掌握圆弧和圆弧、直线和直线插补中不同象限之间的区别。
第十七节内容第五章数控插补原理
一、教学目的
1．掌握数据采样插补原理。
2．了解扩展DDA数据采样直线、圆弧插补原理。
3、掌握刀具补偿原理
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1、掌握数据采样插补原理，扩展DDA数据采样直线、圆弧插补原理
2、刀具补偿原理、刀具半径补偿的概念、作用和实质，分类，两种半径补偿的优缺点，刀补原理的哪一点不同，在原理框图上如何体现。
3、直线与直线过渡的转接情况分析
四、教学方法
刀具半径补偿的实质是把零件的轮廓轨迹变成刀具的中心轨迹。
利用刀具长度和半径补偿可以简化编程，在编程时除了会用其代码，还要懂其原理。
重点讲解刀补的作用、步骤。
左右偏刀补的概念，可借助图片和实验室的数控机床讲解，。
五、作业
1．何谓刀具长度补偿、刀具半径补偿？
其执行过程如何？
2.B功能刀具半径补偿与C功能刀具半径补偿的区别在何处？
3、在切削过程中，刀具半径补偿的执行过程分为哪三个步骤？
4、给出要求加工的零件轮廓，采用C功能刀具半径补偿（G42或G41）处理后，绘出刀具中心轨迹。
5、画出直线过渡的不同转接过渡类型图
第十八节内容第六章数控机床的伺服系统
一、教学目的
1．掌握机床伺服系统的组成、分类和对伺服系统的要求。
2．常见的数控进给伺服系统的类型（开、闭环）
3、掌握步进电机的工作原理、性能指标。
说明：
重点掌握步进电机的结构、工作原理和主要性能指标。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1．伺服系统的组成
2．对伺服系统的基本要求
3．伺服系统的分类
4．步进电机工作原理
5、主要性能指标
四、教学方法
数控机床的伺服系统是一个自动控制系统它与普通机床进给系统有着本质区别，对伺服系统有明确认识。
按步进电机的结构，工作原理及性能指标顺序讲解。
工作原理结合多媒体课件图片介绍，重点介绍反应式步进电机。
五、作业
1．简述伺服系统的作用、组成与分类。
2．简述步进电机的工作原理。
3．影响步进电机步距角有哪些？
4、数控机床对进给伺服系统的要求是什么
5、开、闭环伺服系统的主要区别？
6、常用的步进电动机的性能指标有哪些？
其含义是什么？
7、简述反应式步进电动机的结构特点，
第十九节内容第六章数控机床的伺服系统
一、教学目的
1．宽调速直流伺服电机特点：
2、常见的直流伺服电机的调速控制方法
3、数控机床用交流电机特点。
4、交流电机变频调速与控制。
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1、宽调速直流伺服电机特点：
2、常见的直流伺服电机的调速控制方法
3、数控机床用交流电机
4、交流电机的速度控制
5、交流电机变频调速与控制
四、教学方法
直流伺服电机和交流伺服电机比较各自的优点。
为什么交流电机在数控机床的应用愈来愈广泛，交流电机主要用来调速，介绍三种不同的调速特性，讲述应用最多的变频调速。
五、作业
1．什么是大惯量直流电动机？
有什么特点？
2、直流电动机调速方式有哪几种？
3、交流电动机调速方式有哪几种？
通常采用哪种调频调压的方法
4．为什么变频的同时要改变电压？
5．变频器的作用？
第二十节内容第六章数控机床的伺服系统
一、教学目的
1．步进电机开环进给系统的传动计算。
2．步进电机的驱动电路。
3．提高开环进给伺服系统精度的措施
4、半闭环进给系统位置检测装置的安装和传动计算
二、教学时间:
2课时
三、内容与进度
1、步进电机和伺服电机选择
2、步进电机的驱动电路，硬件环行分配器的设计，工作过程，软件环行分配器工作顺序。
单电压与双电压驱动线路各自特点，应用情况。
3．提高开环进给伺服系统精度的措施
4、半闭环进给系统位置检测装置的安装和传动计算
四、教学方法
学会选择电机，在实际工作中能正确应用，尤其在毕业设计训练环节中能独立计算动力部件。
讲清学习的重要性，调动学生的主动性，再按设计步骤讲述，最后以数控机床的工作过程为主线总结整个课程内容。
五、作业
1．如何选择步进电机，交流伺服电机？
2．跟随误差对加工精度的影响如何？
3、实现步进电动机控制脉冲的环形分配器有哪些主要方法？
4、简述高低切换驱动电源、恒流斩波型驱动电源、单电压驱动电源的工作原理，各有何优缺点？
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