数控机床电气控制课程教学大纲

1《数控机床电气控制》课程教学大纲课程编号0070681课程类别必修课参考理论学时数技方向92+（30实验）加工方向48+（10实验）参考学分数技方向5加工方向3先修课程电工与电子技术、数控机床适用专业数控技术、机电一体化、电气自动化一、课程性质与目的“数控机床电气控制”是为数控技术应用专业开设的一门重要的职业技术课。它以数控实用技术为背景，理论联系实际，课程体系完整。通过本课程的学习，使学生掌握数控机床电气系统的基本知识和基本的分析、计算方法，并得到必要的实践技能的训练，为将来成为数控技术专门人才打下基础。二、课程基本要求1.掌握数控机床电气控制的基本理论，进给运动控制(点位控制、直线控制、轮廓控制)，闭环控制,主轴控制，辅助控制。2.熟悉掌握数控机床电路的基本分析方法，分析主电路、控制电路、独立电源的基本特性。3.重点掌握数控系统I/O接口、模拟接口电路，分析接口的基本概念、主要信号功能，了解接口信号相互作用。4.了解电磁兼容概念，运用电磁兼容采取抗干扰措施。5.熟练掌握伺服系统特性，估算扭矩，了解电机与驱动器的选用、电路连接。6.了解国内、外典型数控装置特性、功能，了解选用方法、系统连接、调试。7.掌握PLC控制电路特点，了解在数控机床上的典型应用，梯形图设计与调试。8.了解系统参数的作用、形式、功能，调试方法。9.掌握数控车床、铣床、加工中心的控制特点、、电路设计、电路配线、连接、联调。10.学会正确使用常用的仪器和仪表、调节设备，掌握电气系统的基本测试技术。三、课程教学内容1.数控机床控制基础（chapter1）数控技术的发展历程、数控机床的结构、数控机床控制系统、进给运动控制（插补）、开关量（顺序）控制。2.数控机床电气系统（chapter2）机床电气原理图识图、数控机床常用控制电器及选择（隔离开关、断路器、接触器、继电器、主令电器、保护电器）机床动力线路、机床控制线路、机床电源线路、配线规则（载流量、颜色）抗电磁干扰。23.可编程序控制器PLC（chapter3）PLC概述、PLC的基本应用知识、数控系统与PLC系统，数控机床PLC系统的设计及调试、数控机床PLC应用实例。4.数控机床运动控制与位置检测（chapter4）进给运动控制方式、步进电机及驱动、直流伺服电机及驱动、交流伺服电机及驱动、全数字交流伺服、主轴运动控制、交流变频器、编码器、光栅尺、闭环控制实现。5.国产典型数控系统（chapter5）数控系统体系结构、接口连接、参数设定。6.日本FANUC数控系统（chapter6）（6系统、0系统、18系统）外结构特点、内部结构、接口连接、参数设定、调试方法。7.德国SIEMENS数控系统（chapter7）(810/820系统、802系统、840系统)外结构特点、内部结构、接口连接、参数设定、调试方法。8.数控车床控制（chapter8）数控车床电气控制特点与功能、二坐标控制、主轴控制、换刀控制、辅助控制、分进给/转进给控制、主轴转速检测，电路设计、连接、联调方法。9.数控铣床控制（chapter9）数控铣床电气控制特点与功能、三坐标控制、主轴控制、换刀控制、辅助控制，电路设计、连接、联调方法。10.加工中心控制（chapter10）加工中心电气控制特点与功能、主轴准停控制、刀库与换刀机械手控制、旋转工作台控制、交换工作台控制，电路设计、连接、联调方法。四、理论学时分配表：序号内容数技方向课时数加工方向课时数1数控机床控制基础442数控机床电气控制1283可编程序控制器1244数控机床运动控制与位置检测1285国产典型数控系统1246日本FANUC数控系统847德国SIEMENS数控系统848数控车床控制849数控铣床控制8410加工中心控制84合计9248五、本课程实验内容及要求31.交流主电路、交流控制电路实验,2学时要求:学会各种机床电器安装及连线，正确完成机床电路的配线，通电测试电路功能。2.直流控制电路与接口电路实验，2学时要求:先剖析一台数控装置对外接口电路，再正确选择外部元件和设备,正确连接后通电试验，加深对开关量信号和模拟量信号控制特性的理解，3.PLC控制实验,4学时要求:先用一台PLC装置通过对外接口连接局部控制电路，编制梯形图（程序），然后通电试验，加深梯形图（程序）对电路功能的理解。4.步进电机特性与驱动实验2学时要求:先用一台数控装置正确连接驱动器与步进电机，通电后再调到高、中、低不同速度，加载观其现象、测其特性，加深对矩频特性的理解。5.直流伺服电机特性与驱动实验2学时要求:先用一台数控装置正确连接驱动器与直流伺服电机，通电后再调到高、中、低不同速度，加载观其现象、测其特性，加深对控制特性的理解。6.交流伺服电机特性与驱动实验2学时要求:先用一台数控装置正确连接驱动器与交流伺服电机，通电后再调到高、中、低不同速度，加载观其现象、测其特性，加深对控制特性的理解。7.主轴电机、交流变频控制实验2学时要求:先用一台主轴电机正确连接驱动器或交流变频器，通电后用控制信号调到高、中、低不同速度，加载观其现象、测其特性，加深对负载特性的理解。8.编码器、光栅尺实验2学时要求:先将编码器、光栅尺正确连接的电源，再通过转动或直线运动，用示波器观察和分析输出信号波形，测量位置与数据关系。9.数控系统实验，2学时要求:首先将数控装置与多轴进给驱动、主轴进行连接，通电后再在手动、手轮、MDI、自动方式下工作，理解速度、位置、联动的关系以及正常、异常现象的表现。10．系统参数实验，2学时要求:先将数控装置与进给驱动、主轴进行连接，通电后改变系统参数，再在手动、手轮、MDI、自动方式下工作，反复改变系统参数，观察现象，理解参数功能，作用。11.数控车床换刀控制实验2学时要求:先将数控装置、PLC与电动刀架连接，通电后再设置系统参数，理解改变参数后刀架定位的变化,掌握其调整方法。12.多轴联动实验，2学时要求:先将数控装置与多轴进给驱动、滑台进行连接，通电后再在手动、手轮、MDI、自动方式下工作，设置各轴在不同速度下运动，观察轨迹变化，编制整圆运动程序，观察各轴运动变化，加深联动控制的理解。13．加工中心刀库找刀及换刀控制,4学时要求:先熟悉找刀捷径原理、机械手的基本特性,再用PLC实现控制，学会梯形图设计4原理，调试方法。以上共计13个实训项目，总计30学时(数控加工方向选作5个，10学时)。六、本课程实训内容及要求（附加课时）1．数控车床全电路实训，8学时2．数控铣床全电路实训，8学时3．加工中心全电路实训，8学时要求：根据实训条件，选择国产数控系统、日本FANUC数控系统、德国SIEMENS数控系统，设计全电路，完成连线、调试、测试。七、参考教材及书籍1．《数控机床电气控制》本校编，机械工业出版社。2．《数控机床电气控制》廖兆荣编，高等教育出版社。3．《数控机床电气控制》杨立冲编，华中科技大学出版社。4．《数控原理与典型数控系统》王凤蕴编，高等教育出版社。5．《数控机床故障诊断与维修》郭士义编，机械工业出版社。6.《数控机床实验指南》陈吉红编，华中科技大学出版社。