数控设备与编程教案.docx
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数控设备与编程教案
瓦房店市职业教育中心
2013至2014学年第一学期
教师学期授课计划
课程名称数控设备与编程
任教专业班级12数控1.2.3
教研组计算机教研组
教师名称xx
瓦房店市职业教育中心2013学年第一学期
授课计划
数控专业12年级数控设备与编程学科教师xxxxx
本学期课时
64
每周具体上课时间
周一，二，四
教材名称
数控设备与编程
教学目标
掌握数控设备基本结构与编程基础知识
教材版本
高等教育出版社
周次
月日—月日
课时
教学内容
1
9月3日-9月7日
8
参观实习
2
9月10日-9月14日
8
参观实习
3
9月17日-9月21日
8
第一章数控设备的基础知识
4
9月24日-9月28日
8
第二章数控加工设备的典型机械机构
5
10月1日-10月5日
8
第二章数控加工设备的典型机械机构
6
10月8日-10月12日
8
第二章数控加工设备的典型机械机构
7
10月15日-10月19日
8
第三章数控加工程序编制的基本知识
8
10月22日-10月26日
8
第三章数控加工程序编制的基本知识
9
10月29日-12月2日
8
第三章数控加工程序编制的基本知识
10
12月5日-12月9日
8
第四章数控车床的编程与操作
12
12月12日-12月16日
8
第四章数控车床的编程与操作
12
12月19日-12月23日
8
第四章数控车床的编程与操作
13
12月26日-12月30日
8
第四章数控车床的编程与操作
14
12月3日-12月7日
8
数控机床的的调试程序
15
12月10日-12月14日
8
练习
16
12月17日-12月21日
8
练习
17
12月24日-12月28日
8
CAXA车编程
18
12月31日-1月4日
16
CAXA车编程
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.3
课型
新授课
第1课
课题
第—章数控设备的基本知识第一节概述
教学方法
讲授法
教学目标
认知
什么是数控技术与数控设备以及数控设备的特点
技能
明确数控技术与数控设备以及数控设备的特点
情感
提高学生专业素质
教材分析
重点
明确数控技术与数控设备以及数控设备的特点
难点
明确数控技术与数控设备以及数控设备的特点
关键
明确数控技术与数控设备以及数控设备的特点
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
课程导入
新授内容
导语：
由机床发展历史导入正文
正文：
第—章数控设备的基本知识
第一节概述
一、什么是数控机床
数控制机床（NumericalControlMachineTools）简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。
它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。
经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。
二、数控机床的特点
与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：
（1）加工精度高，质量稳定。
（2）能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。
（3）生产效率高。
（4）对产品改型设计的适应性强。
（5）有利于制造技术向综合自动化方向发展。
（6）监控功能强，具有故障诊断的能力。
（7）减轻工人劳动强度、改善劳动条件。
认真听讲
板书设计
课题
一
1
2
3
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.4
课型
新授课
第2课
课题
第二节数控设备的组成及工作原理
教学方法
讲授法
教学目标
认知
了解数控设备的组成及其主要功能
技能
掌握数控设备的组成及其主要功能
情感
提高学生专业素质
教材分析
重点
掌握数控设备的组成及其主要功能
难点
掌握数控设备的组成及其主要功能
关键
掌握数控设备的组成及其主要功能
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
复习提问
新授内容
什么是数控机床？
数控机床有什么特点？
第二节数控设备的组成及工作原理
1）在数控机床上加工工件时，首先要根据加工零件的图样与工艺方案，用规定的格式编写程序单，并且记录在程序载体上；
2）把程序载体上的程序通过输入装置输入到数控装置中去；
3）数控装置将输入的程序经过运算处理后，向机床各个坐标的伺服系统发出信号；
4）伺服系统根据数控装置发出的信号，通过伺服执行机构（如步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机），经传动装置（如滚珠丝杠螺母副等），驱动机床各运动部件，使机床按规定的动作顺序、速度和位移量进行工作，从而制造出符合图样要求的零件。
由上述数控机床的工作过程可知，数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。
下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。
1．加工程序载体
2．数控装置
（1）输入装置
1）纸带输入方式。
2）MDI手动数据输入方式。
3）采用DNC直接数控输入方式。
（2）信息处理
（3）输出装置
3．伺服系统和测量反馈系统
4．机床主体
5．数控机床的辅助装置
机床主机是数控机床的主体。
它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。
思考回答
认真听讲
板书设计
课题
一
1
2
3
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.6
课型
新授课
第3课
课题
第三节数控加工设备的分类
教学方法
讲授法
教学目标
认知
了解数控加工设备的分类
技能
掌握数控加工设备分类的依据
情感
提高学生专业素质
教材分析
重点
掌握数控加工设备分类的依据
难点
掌握数控加工设备分类的依据
关键
掌握数控加工设备分类的依据
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
复习提问
新授内容
数控机床的基本组成有哪些？
第三节数控加工设备的分类
数控机床的种类繁多，根据数控机床的功能和组成的不同，可以从多种角度对数控机床进行分类。
1.按运动轨迹分类
（1）点位控制系统
（2）直线控制系统
（3）轮廓控制系统
2.按伺服系统控制方式分类
（1）开环伺服系统
（2）闭环伺服系统
（3）半闭环伺服系统
3.按功能水平分类
数控机床按数控系统的功能水平可分为低、中、高三档。
4.按工艺用途分类
数控机床按不同工艺用途分类有数控的车床、铣床、磨床与齿轮加工机床等。
在数控金属成型机床中，有数控的冲压机、弯管机、裁剪机等。
在特种加工机床中有数控的电火花切割机、火焰切割机、点焊机、激光加工机等。
近年来在非加工设备中也大量采用数控技术，如数控测量机、自动绘图机、装配机、工业机器人等。
加工中心是一种带有自动换刀装置的数控机床，它的出现突破了一台机床只能进行一种工艺加工的传统模式。
它是以工件为中心，能实现工件在一次装夹后自动地完成多种工序的加工。
常见的有以加工箱体类零件为主的镗铣类加工中心和几乎能够完成各种回转体类零件所有工序加工的车削中心。
近年来一些复合加工的数控机床也开始出现，其基本特点是集中多工序、多刀刃、复合工艺加工在一台设备中完成。
思考回答
认真听讲
板书设计
课题
一
1
2
3
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.10
课型
新授课
第4课
课题
第四节数控技术的应用与发展
教学方法
讲授法
教学目标
认知
了解数控技术的应用与发展
技能
了解数控技术的应用与发展
情感
培养学生专业素养
教材分析
重点
了解数控技术的应用与发展
难点
了解数控技术的应用与发展
关键
了解数控技术的应用与发展
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
课程导入
新授内容
随着电子、信息等高新技术的不断发展，随着市场需求个性化与多样化，未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。
数控技术是制造业实现这些先进制造技术的基础，而数控技术水平高低和数控设备拥有量是体现国家综合国力水平、衡量国家工业现代化的重要标志之一。
第四节数控技术的应用与发展
一、现代制造技术的发展趋势
21世纪是知识经济新时代，制造业作为我国新世纪的战略产业将面临着剧烈的挑战和经历一场深刻的技术变革。
在传统制造技术基础之上发展起来的先进制造技术代表了制造技术发展的前沿，对制造业的发展将产生巨大影响。
当前先进制造技术的发展大致有以下特点：
1．信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合
2．计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程分析（CAD/CAM/CAE）
3．加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展
4．工艺研究由“经验”走向“定量分析”
5．虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用
二、数控机床和数控系统的发展
随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向发展。
1．高速度、高精度化
2．“开放式”
3．智能化
4．复合化
5．高可靠性
6．多种插补功能
7．人机界面的友好
认真听讲
板书设计
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.12
课型
新授课
第5课
课题
第四节数控技术的应用与发展
教学方法
讲授法
教学目标
认知
了解数控技术的应用与发展
技能
了解数控技术的应用与发展
情感
培养学生专业素养
教材分析
重点
了解数控技术的应用与发展
难点
了解数控技术的应用与发展
关键
了解数控技术的应用与发展
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
新授内容
三、数控技术与计算机集成制造系统
1．性制造单元（FlexibleManufacturingCell）
FMC在早期是作为简单和初级的柔性制造技术而发展起来的。
它在MC的基础上增加了托盘自动交换装置或机器人、刀具和工件的自动测量装置、加工过程的监控功能等，它和MC相比具有更高的制造柔性和生产效率。
2．柔制造系统（FlexibleManufacturingSystem）
FMS是集自动化加工设备、物流和信息流自动处理为一体的智能化加工系统。
FMS由一组CNC机床组成，它能随机地加工一组具有不同加工顺序及加工循环的零件。
实行自动运送材料及计算机控制，以便动态地平衡资源的供应，从而使系统自动地适应零件生产混合的变化及生产量的变化。
（1）加工系统
（2）物料运贮系统
（3）信息系统
3．DNC
DNC是DirectNumericalControl或DistributedNumericalControl的简称，意为直接数字控制或分布数字控制。
4．计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem）简介
CIMS是用于制造业工厂的综合自动化大系统。
它在计算机网络和分布式数据库的支持下，把各种局部的自动化子系统集成起来，实现信息集成和功能集成，走向全面自动化，从而缩短产品开发周期、提高质量、降低成本。
它是工厂自动化的发展方向，未来制造业工厂的模式。
（1）CIMS的概念
（2）CIMS的构成
认真听讲
板书设计
课题
一
1
2
3
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.13
课型
新授课
第6课
课题
第二章数控机床的机械结构第一节概述
教学方法
讲授法
教学目标
认知
了解数控机床结构要求和特点
技能
了解数控机床结构要求和特点
情感
培养学生专业素质
教材分析
重点
了解数控机床结构要求和特点
难点
了解数控机床结构要求和特点
关键
了解数控机床结构要求和特点
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
课程导入
新授内容
数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。
为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。
第二章数控机床的机械结构
第一节概述
与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。
（1）目前数控机床的主传动电机已不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。
（2）转速高，功率大。
（3）变速范围大。
（4）主轴速度的变换迅速可靠。
在进给传动系统方面，具有下列特点：
（1）尽量采用低摩擦的传动副。
如采用静压导轨、滚动导滚和滚珠丝杠等，以减小摩擦力。
（2）选用最佳的降速比，以达到提高机床分辨率，使工作台尽可能大地加速以达到跟踪指令、系统折算到驱动轴上的惯量尽量小的要求。
思考回答
认真听讲
板书设计
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.17
课型
新授课
第7课
课题
第二节数控机床的主传动系统
教学方法
讲授法
教学目标
认知
了解对主传动系统的要求和主传动的变速方式
技能
了解对主传动系统的要求和主传动的变速方式
情感
培养学生专业素质
教材分析
重点
了解对主传动系统的要求和主传动的变速方式
难点
了解对主传动系统的要求和主传动的变速方式
关键
了解对主传动系统的要求和主传动的变速方式
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
复习提问
新授内容
传动系统具有特点有那些？
第二节数控机床的主传动系统
一、对主传动系统的要求
1．具有更大的调速范围，并能实现无级调速。
2．有较高的精度和刚度，传动平稳，噪声低。
3．良好的抗振性和热稳定性。
二、主传动的变速方式
数控机床主轴的变速方法有无级变速、分段无级变速和内置电动机变速等几种。
1．无级变速
（1）调速电动机无级变速
（2）机械无级变速
2.分段无级变速
（1）液压拨叉操纵机构
（2）电磁离合器操纵机构
2.内置式调速电动机无级变速
思考回答
认真听讲
板书设计
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.18
课型
新授课
第8课
课题
第二节数控机床的主传动系统
教学方法
讲授法
教学目标
认知
主轴箱与主轴组件
技能
了解主轴箱与主轴组件
情感
培养学生专业素质
教材分析
重点
了解主轴箱与主轴组件
难点
了解主轴箱与主轴组件
关键
了解主轴箱与主轴组件
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
复习提问
新授内容
对主传动系统的要求和主传动的变速方式是什么？
三、主轴箱与主轴组件
1．主轴箱
数控机床的主轴部件主要指主轴及其支承，此外根据主轴上装夹刀具或工件的区别还包括一些相应的其他装置，如动力刀架、C轴控制装置、刀具自动装卸装置、准停装置、吹屑装置等。
2．主轴组件
数控机床主轴组件的精度、刚度和热变形对加工质量有着直接的影响，由于数控机床在加工过程中不进行人工调整，这些影响就更为严重。
（1）主轴轴承的配置形式
（2）主轴内刀具的自动夹紧和切屑清除装置
3．主轴准停装置
在自动换刀数控铣镗床上，切削扭矩通常是通过刀杆的端面键来传递的，因此在每一次自动装卸刀杆时，都必须使刀柄上的键槽对准主轴上的端面键，这就要求主轴具有准确周向定位的功能。
在加工精密坐标孔时，由于每次都能在主轴固定的圆周位置上装刀，就能保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而提高孔径的正确性，这是主轴准停装置带来的另一个好处。
思考回答
认真听讲
板书设计
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.20
课型
新授课
第9课
课题
第三节数控机床的进给传动系统
教学方法
讲授法
教学目标
认知
进给传动系统
技能
了解进给传动系统
情感
培养学生专业素质
教材分析
重点
了解进给传动系统
难点
了解进给传动系统
关键
了解进给传动系统
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
复习提问
新授内容
总结
作业
第三节数控机床的进给传动系统
一、数控机床对进给传动系统的要求
为确保数控机床进给系统的传动精度和工作平稳性等，在设计机械传动装置时，提出如下要求。
1.高的传动精度与定位精度
2.宽的进给调速范围
3.响应速度要快
4.无间隙传动
5.稳定性好、寿命长
6.使用维护方便
二、进给传动机构
数控机床中，无论是开环还是闭环伺服进给系统，为了达到前述提出的要求，机械传动装置的设计中应尽量采用低摩擦的传动副，如滚珠丝杠等，以减小摩擦力；通过选用最佳降速比来降低惯量；采用预紧的办法来提高传动刚度；采用消隙的办法来减小反向死区误差等。
1．减速机构
（1）齿轮传动装置
齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床中传动装置几乎都离不开齿轮传动。
在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个，一是将高转速低转矩的伺服电机（如步进电机、直流或交流伺服电机等）的输出，改变为低转速大转矩的执行件的输出；另一是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。
此外，对开环系统还可以保证所要求的精度。
思考回答
认真听讲
板书设计
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.23
课型
新授课
第10课
课题
第三节数控机床的进给传动系统
教学方法
讲授法
教学目标
认知
进给传动系统
技能
了解进给传动系统
情感
培养学生专业素质
教材分析
重点
了解进给传动系统
难点
了解进给传动系统
关键
了解进给传动系统
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
复习提问
新授内容
1）速比的确定
①开环系统在步进电机驱动的开环系统中，步进电机至丝杠间设有齿轮传动装置，其速比决定于系统的脉冲当量、步进电机步矩角及滚珠丝杠导程，其运动平衡方程式为：
所以其速比可计算如下：
式中m——步进电机每转所需脉冲数（
）；
α——步进电机步距角（º/脉冲）；
δ——脉冲当量（mm/脉冲）；
L——滚珠丝杠的导程（mm）。
因为开环系统执行件的运动位移决定于脉冲数目，故算出的速比不能随意更改。
②闭环系统对于闭环系统，执行件的位置决定于反馈检测装置，与运动速度无直接关系，其速比主要是由驱动电动机的额定转速或转矩与机床要求的进给速度或负载转矩决定的，所以可对它进行适当的调整。
电动机至丝杠间的速比运动平衡方程式如下：
式中
——伺服电机的转速，
；
——脉冲频率（次/s）；
——工作台在电动机转速为
时的移动速度
（mm/min）。
其余符号同前。
思考回答
认真听讲
板书设计
教学总结
课时计划
授课班级
12数控
授课时间
9.12
课型
新授课
第12课
课题
第三节数控机床的进给传动系统
教学方法
讲授法
教学目标
认知
进给传动系统
技能
了解进给传动系统
情感
培养学生专业素质
教材分析
重点
了解进给传动系统
难点
了解进给传动系统
关键
了解进给传动系统
教具资料
教学环节
教师讲授指导内容
学生活动
时间
组织教学
复习提问
新授内容
总结
2）啮合对数及各级速比的确定
（2）同步齿形带传动
同步齿形带传动，是一种新型的带传动，它利用齿形带的齿形与带轮的轮齿依次相啮合传动运动和动力，因而兼有带传动，齿轮传动及链传动的优点，即无相对滑动，平均传动比准确，传动精度高，而且齿形带的强度高，厚度小，重量轻，故可用于高速传动；齿型带无需特别张紧，故作用在轴和轴承等上的载荷小，传动效率高，在数控机床上亦有应用。
2．滚珠丝杠螺母副机构
（1）滚珠丝杠副的工作原理及特点
滚珠丝杠副是一种新型的传动机构，它的结构特点是具有螺旋槽的丝杠螺母间装有滚珠作为中间传动件，以减少摩擦。
滚珠丝杠副的特点是：
1）传动效率高，摩擦损失小。
滚珠丝杠副的传动效率η＝0.92～0.96，比常规的丝杠螺母副提高3～4倍。
因此，功率消耗只相当于常规的丝杠螺母副的1/4～1/3。
2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，
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