机床数控原理教案与讲稿

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1、教 案授课时间2月28日 至 3月 1日课时数4授课方式理论课 讨论课 习题课 实验课 上机课 技能课 其他授课单元第一章 数控系统概述11 基本概念概念12 计算机数控系统1. 3 数控机床与现代机械制造系统目的与要求1、认识数控技术的重要性，明确课程学习的目标、要求，激发学习本课程的兴趣。2、了解计算机数控系统3、掌握数控加工技术的基本概念重点与难点 1 计算机数控系统2 数控机床与现代机械制造系统主要内容1、 数控系统的基本概念2、 数字控制的基本原理3、 数控机床的种类分别4、 CNC系统的功能5、 CNC系统的软件构成6、 现代机械制造系统教学方法手段（教具）借助辅助教材利用板书的方

2、式进行教学参考资料数控机床构造蔡厚道 北京理工大学出版社思考题、作业无讲 稿第一章 数控系统概述1.1基本概念新课导入 内容：计算机直接数控系统就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。早期的DNC系统，其中的数控机床不再带有自己的数控装置，它们的插补和控制功能全部由中央计算机来完成，这种方式可靠性不高，已被淘汰。现代的DNC系统中，各台数控机床的数控装置全部保留，并与DNC系统的中央计算机组成计算机网络，实现集中处理和分级控制，使系统具有生产管理、作业调度、工况显示、监控和刀具寿命管理的能力，为FMS的发展提供了基础。因此现代的DNC系统又被称为分布式数字控制

3、系统。 目的：使学生了解数控机床的发展过程以及在国民生活中的应用。 时长：3-5分钟新课讲授：1、数控系统的基本概念 数控系统，就是利用数字化信息进行控制的系统，被控制的对象可以是各种生产过程，在本书中讨论的数控系统特指利用数字化信息对机床进行控制的系统。1）数字化信息数字信息构成的控制程序2）控制对象各种生产过程 数控系统组成框图2、数字控制的基本原理原理：首先将被加工零件的有关信息（几何信息、工艺信息等）表示成数字控制装置所能接受的指令信息，然后由数字控制装置对指令信息和反馈信息进行处理，计算出机床各坐标运动的控制信息，最后将控制信息转换为机床各坐标部件的实际运动，加工出符合设计要求的零件

4、。实质：机床数字控制是一种信息变换与处理的过程，其基本原理可以用“分解与合成”进行概括。1）零件表面信息的分解 ；2）刀具轨迹信息的分解 ；3）基本曲线信息的分解 ；4）坐标运动的实现 ；5）刀具轨迹的合成 ；6）加工路径的合成 ；3、数控系统的分类1） 按运动轨迹分类 点位数控系统 这种数控系统仅控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移动过程中不进行加工，对移动部件的移动速度和运动轨迹没有严格要求。 直线数控系统 这类数控系统除了控制机床运动部件从一点到另一点的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和运动轨迹。 轮廓数控系统 这类数控系统能对两个以上机床坐标轴的移动速度和运动轨迹同

5、时进行连续相关的控制，能够进行各种斜线、圆弧、曲线的加工。2） 按伺服系统分类 开环数控系统 无检测反馈，信号流程单向，结构简单，成本较底，调试简单，精度、速度受到限制，执行元件通常采用步进电机。 半闭环数控系统 有检测反馈，但不包含机械传动元件的误差，精度较高，稳定性高，调试方便，执行元件通常采用伺服电机。 闭环数控系统 有检测反馈，包含机械传动元件误差，精度高，稳定性不易保证，调试复杂，执行元件通常采用伺服电机。3） 按功能水平分类 经济型数控系统 这类数控系统通常采用8位CPU或单片机控制，分辨率一般为0.01mm，进给速度达68m/min，联动轴数在3轴以下，具有简单的CRT字符显示或

6、数码管显示功能。 普及型数控系统 这类数控系统通常采用16位的CPU，分辨率可达0.001mm，进给速度达1024m/min，联动轴数在4轴以下，具有平面线性图形显示功能。 高级型数控系统 这类数控系统通常采用32位的CPU，分辨率高达0.0001mm，进给速度可达100m/min，联动轴数在5轴以上，具有3维动态图形显示功能。 4、机床数控技术的发展1）1952年，电子管数控系统，第一代 2）1959年，晶体管数控系统，第二代 3）1963年，集成电路数控系统 ，第三代4）1970年，小型计算机数控系统 第四代5）1974年，微型计算机数控系统， 第五代6）20世纪80年代， 基于PC的数控

7、系统，第六代1.2计算机数控系统1、CNC系统的功能1）基本功能 控制功能 G功能 插补功能 主轴功能 M功能 刀具功能 补偿功能 显示功能 2）先进功能 模拟加工功能 监测和诊断功能 动力刀具和C轴功能 虚拟轴功能 DXF图形文件支持功能 循环加工功能 测量检验功能 自适应控制功能 2、CNC系统的软件构成CNC系统的这些子软件并不是完全独立的，很多情况下它们必须交叉运行。3、CNC系统的硬件构成 从CNC系统的外部硬件构成上看，一般可以分为键盘、显示器、主机单元、控制单元和功率模块几个部分。从CNC系统的内部硬件结构上看， CNC系统的硬件构成一般可分为单CPU结构和多CPU结构两大类。

8、单CPU结构的CNC系统硬件构成图 多CPU结构的CNC系统硬件构成图单CPU结构的CNC系统的特点是：CNC系统的所有功能都是通过一个CPU进行集中控制、分时处理来实现的；该CPU通过总线与存储器和各种接口电路相连。这种结构简单、易于实现，但由于只有一个CPU，系统功能受到CPU字长、运算频率等因素的限制，难以满足一些复杂功能的要求。 多CPU结构的CNC系统的特点是结构模块化，这样缩短了设计制造周期，具有良好的适应性和扩展性。由于每个CPU分管各自的任务，形成若干个模块，如果某个模块出现了故障，其他模块仍能正常工作，并且插件模块更换方便，可以使故障对系统的影响减少到最小，提高了可靠性。 4

9、、CNC系统的工作过程1.3现代机械制造系统1、现代机械制造系统简介1）计算机直接数控系统（DNC）计算机直接数控系统就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。早期的DNC系统，其中的数控机床不再带有自己的数控装置，它们的插补和控制功能全部由中央计算机来完成，这种方式可靠性不高，已被淘汰。现代的DNC系统中，各台数控机床的数控装置全部保留，并与DNC系统的中央计算机组成计算机网络，实现集中处理和分级控制，使系统具有生产管理、作业调度、工况显示、监控和刀具寿命管理的能力，为FMS的发展提供了基础。因此现代的DNC系统又被称为分布式数字控制系统。2）柔性制造系统（F

10、MS） 带有自动换刀装置的数控加工中心是FMS的基本级别。其后出现的柔性制造单元（FMC）是较高的一个级别，它一般由一台单元控制计算机、多台加工中心和自动更换工件的托盘站或工业机器人组成。在多台加工中心和FMC的基础上，增加刀具和工件在加工设备和仓储之间的流通和自动化立体仓库的存储，以及工件检测，并由高一级计算机对整个系统进行控制和管理，这样就构成了FMS，它可以实现对多品种零件的全部机械加工或部件装配。 3）计算机集成制造系统（CIMS） 计算机集成制造系统是指将制造工厂全部生产经营活动（市场需求、设计、制造、管理和销售等）中所涉及的子系统通过计算机和网络有机集成在一起的自动化系统。包括管理

11、信息系统（MIS）、工程设计系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）、质量保证系统（QAS）、制造自动化系统（MAS）、数据库（DB）和通讯网络（NET）。 CIMS示范工程2、数控机床与现代机械制造系统的关系现代机械制造系统的一个共同特点是都以数控机床作为其基本组成单元和技术基础。因此，现代数控机床必须具备有单元功能和通信功能。1）单元功能：单元功能是数控机床能够作为一个独立的机械制造单元而必须具备的功能，包括任务管理、托盘管理和刀具管理。2）通信功能 ：数控机床作为现代机械制造系统中的制造执行单元，对上需要与上级控制计算机进行通信，接收控制信息和反馈现场情况；对下需要与执行机构和传感器进行

12、通信，发出控制指令和接收反馈信号；中间要与其它制造单元进行通信，进行相互任务的协调。 【教学后记】：教 案授课时间3月5 日 至 3 月 7 日课时数2授课方式理论课 讨论课 习题课 实验课 上机课 技能课 其他授课单元第二章 数控加工的程序编制 2.1 程序编制的基础知识 2.1.1 程序的输入方式及机床通信方法2.1.2 数控加工程序的译码与诊断 目的与要求1、了解数控编程的基本概念2、掌握数控机床的坐标系建立和方向的判断3、掌握数控编程中的指令代码及程序结构和格式4、掌握数控编程中的有关标准及代码重点与难点1、数控机床坐标系和方向 2、编程中的指令代码及程序结构和格式（难点） 3、数控加

13、工程序的译码与诊断（难点）主 要内容1、 数控加工程序输入 2 、数控机床的通信方式 3、 数控加工程序的译码与诊断4、数控机床的坐标系确定5、数控机床编程的准备G功能指令6、数控机床编程的辅助M功能指令教学方法手段（教具） 借助辅助教材利用板书的方式进行教学参考资料 数控编程 机械工业出版社思考题、作业讲 稿第二章 数控加工的程序编制旧课复习： 内容：数控系统基本概念，数控机床与现代机械制造 目的：使学生复习以往知识，对新课的导入起到一定的作用。 时长：5分钟新课导入 内容：计算机直接数控系统就是使用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。早期的DNC系统，其中的数控机床不再带有自己的数控装置，它们的插补和控制功能全部由中央计算机来完成，这种方式可靠性不高，已被淘汰。现代的DNC系统中，各台数控机床的数控装置全部保留，并与DNC系统的中央计算机组成计算机网络，实现集中处理和分级控制，使系统具有生产管理、作业调度、工况显示、监控和刀具寿命管理的能力，为FMS的发展提供了基础。因此现代的DNC系统又被称为分布式数字控制系统。 目的：使学生了解数控机床的发展过程以及在国民生活中的应用。 时长：3-5分钟新课讲授：2.1数控加工程序输入1、数控加工程序的输入方式1）键盘方式输入 键盘是数控