数控技术教学大纲

《机床数控技术》课程教学大纲课程编号：数控技术课程类别：专业教学课程授课对象：机械制造及自动化专业开课学期：第7学期学分：2学分主讲教师：倪俊芳指定教材：宋天麟，《数控机床及其使用与维护》，东南大学出版社，2003年教学目的：使学生较全面地了解数控技术的基本知识与核心技术，掌握数控加工编程方法、掌握数控机床操作技能、学习数控系统的控制原理及数控设备的维修技能。并具备进一步学习和研究计算机辅助设计和制造、柔性制造系统、计算机集成制造技术与自动化工厂等高新制造技术领域知识的相关能力。第一章概述课时：2周，共4课时第一节数控机床及其特点一、数控机床的概念数字控制的概念，数控机床与数字控制的关系，数控机床的概念二、数控机床的特点通过从加工范围，加工精度，采用夹具，生产率，经济效益，工人操作等角度将数控机床与普通机床相比较，分析数控机床的优越性能三、数控机床的构成数控机床的工作原理及构成模块，各构成模块的概念和功能，分析其如何相互协调工作。第二节数控机床分类一、按控制系统分类点位控制，直线控制和轮廓控制的概念和应用二、按执行机构伺服系统类型分类开环，闭环和半闭环的概念，反馈装置和精度三、按数控装置类型分类硬件式数控和软件式数控的概念及其优缺点第三节数控机床的发展一、国外数控机床的发展介绍国外数控机床的主要发展历程二、国内数控机床的发展介绍国内数控机床的主要发展历程三、数控机床的发展趋势分析未来数控机床的主要发展方向思考题：1、数控机床与普通机床的异同？2、数控机床由哪几部分组成？3、简述数控机床的分类？第二章数控编程课时：4周，共8课时第一节编程的概念一、编程的目的数控编程的概念和意义二、编程的步骤分析数控编程的主要步骤及其注意点，对刀点、刀位点和对刀的概念和关系三、编程的方法手工编程和自动编程的概念第二节手工程序编制的标准一、数控的主要标准介绍ISO、EIA和ASCII码标准二、我国数控的标准介绍机械部标准和穿孔纸带的代码第三节数控机床的坐标系一、数控机床的坐标轴和运动方向机床坐标和运动方向的命名原则，右手螺旋法则二、绝对坐标系统与相对坐标系统绝对坐标和相对坐标的概念三、机床原点与工件原点机床原点与工件原点的概念及其关系第四节数控指令一、准备功能指令准备功能指令的作用、组成和常用G指令的介绍，刀具补偿功能二、辅助功能指令辅助功能指令的作用、组成和常用G指令的介绍三、其他功能指令指定机床进给速度的F指令，指定主轴转速的S指令，指定刀具的T指令四、数控程序的结构一个完整数控程序的组成结构及分析五、数控程序的程序段格式介绍字地址程序段格式和分隔符固定顺序格式第五节程序编制中的数值计算基点和节点的概念，非圆曲线节点的计算，等间距直线逼近法，等弦长直线逼近法，等误差直线逼近法和圆弧逼近法第六节数控编程实例分析通过对几个编程实例的分析，进一步巩固掌握数控编程第七节自动编程自动编程的概念和框架思考题：1、简述数控编程的步骤？2、什么是刀具补偿功能？3、什么是自动编程？与手工编程的不同点？第三章插补计算原理课时：3周，共6课时第一节插补计算原理一、插补的概念插补的概念和意义二、插补的方式按产生数学模型分和按输出数值形式分第二节逐点比较法一、逐点比较法的概念和特点逐点比较法的工作原理，工作节拍和特点二、逐点比较法的两种插补分析逐点比较法的直线插补和圆弧插补，给出其偏差判别公式三、坐标转换和终点判别象限和坐标转换的概念，终点判别的实现方法四、逐点比较法的合成进给速度脉冲频率和进给速度的关系思考题：1、什么是插补？2、逐点比较法的工作原理和特点？3、逐点比较法的终点如何判别？第四章进给伺服电机课时：2周，共4课时第一节伺服系统概述一、伺服驱动系统的性能进给速度的范围，工作的稳定性，跟随误差和位移精度二、伺服驱动系统的组成开环伺服系统和闭环伺服系统第二节伺服系统装置步进电机的分类，机构和工作原理思考题：1、对数控机床伺服系统的要求？2、伺服驱动系统有哪几部分组成？3、步进电机是如何工作的？第五章机床结构和机械部件课时：3周，共6课时第一节数控机床的结构设计一、数控机床的结构设计要求对加工精度、切削效率和使用效率要求二、提高机床的结构刚度构件的合理结构形式，合理的结构布局三、提高机床的抗震性机床的强迫震动和自激震动第二节数控机床的主运动部件一、主运动变速系统的参数动力参数和运动参数二、主运动有级变速系统的设计转速数列，变速级数与变速组传动副数的关系，变速组的变速范围和级比，结构网和结构式，设计步骤、方法和原则三、主运动无级变速系统的设计主运动宽调速直流电动机，恒功率和恒转矩传动，主轴转速的自动变换，液压变速机构和电磁离合器变速四、主轴部件主轴端部的结构形状，主轴部件的支承，主轴的材料和热处理第三节自动换刀装置一、自动换刀装置的形式回转刀架换刀、更换主轴换刀、更换主轴箱换刀和带刀库的自动换刀系统二、刀库的形式鼓轮式和链式三、设计刀库时应考虑的主要问题确定刀库储存量、缩短选刀时间、运动速度应适宜、运行平稳和刀座在刀库中的排列等四、刀具的选择方式顺序选择刀具和任意选择刀具五、任意选择刀具的编码方式刀具编码方式、刀座编码方式、编码附件方式六、刀具（刀座）识别装置接触式刀具识别装置、非接触式刀具识别装置、利用plc实现随机换刀七、刀具交换装置交换装置的形式、刀具的夹持思考题：1、数控机床的结构设计的要求是什么？2、简述主运动有级变速系统的设计步骤？3、简述加工中心是如何自动选刀的？第六章数控机床的位置检测装置课时：2周，共4课时第一节位置检测装置的要求一、基本要求抗干扰性，精度和速度，使用维护性和成本二、位置检测装置的分类数字式测量、模拟式测量、增量式测量、绝对式测量、直接测量和间接测量第二节感应同步器位置检测装置一、感应同步器的工作原理利用电磁耦合原理将位移或转角转变为电信号二、感应同步器的分类直线感应同步器、圆感应同步器三、鉴相型系统的工作原理通过检测感应电压的相位来测量位移四、鉴幅型系统的工作原理通过检测感应电压的幅值来测量位移五、感应同步器的特点及使用时应注意的事项精度高、可拼接、适应性强、寿命长、注意安装间隙第三节旋转变压器位置检测装置一、旋转变压器的工作原理电磁耦合原理，精度较低，用于精度不高或大型机床粗测或中测系统中。二、磁阻式多极旋转变压器无接触式磁阻可变的耦合变压器第四节磁尺位置检测装置一、磁性标尺平面实体型磁尺、带状磁尺、线状磁尺和圆型磁尺二、磁头速度响应型磁头和磁通响应型磁头三、检测线路鉴幅型系统工作原理和鉴相型系统工作原理四、磁尺特点制造工艺简单、可以制作较长、难以跟上高的移动速度第五节光栅位置检测装置一、光栅检测的工作原理及分类应用于闭环系统中测量长度、角度、速度、加速度，直线光栅和圆光栅，放大作用、平均效应和莫尔条纹的移动规律二、直线光栅检测装置的辨向至少两个光电元件才能进行光栅检测工作三、提高光栅分辨精度的措施提高刻线精度和增加线纹密度，采用倍频方法来提高分辨率四、光栅检测装置的特点精度高、无磨损、调试困难，对环境要求高第六节脉冲编码器一、原理光电感应获取脉冲信号，无磨损，可得到较快的响应速度二、增量式编码器相对于前一点或转数计数，若因故停机后不能再找到原前执行部件的正确位置三、绝对值式编码器通过读取编码器上的图案来表示数值，克服增量式的缺点，但易误读四、葛莱编码器每个十进制数字之间只有一位二进制码不同，能把误读控制在一个信号之内，提高了精度思考题：1、位置检测装置分为哪几类？2、简述旋转变压器的工作原理？3、简述光栅检测的工作原理和特点？参考书目1廖效果，朱启逑．数字控制机床[M]．武汉：华中理工大学出版社，1992．92顾京．数控机床加工程序编制[M]．北京：机械工业出版社，1997．83严爱珍．机床数控原理与系统[M]．北京：机械工业出版社，19994高钟毓．机电一体化设计[M]．北京：机械工业出版社，2000．95叶伯生．计算机数控系统原理、编程与操作[M]．武汉：华中理工大学出版社，19996于华．数控机床的编程及实例[M]．北京：机械工业出版社，19967李善术．数控机床及其应用[M]．北京：机械工业出版社，19968刘文信，孙学礼．机床数控技术[M]．北京：机械工业出版社，19959王永章．机床的数字控制技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，199510刘又午，杜君文．数字控制机床[M]．北京：机械工业出版社，199711张俊生．金属切削机床与数控机床[M]．北京：机械工业出版社，199612杨有君．数字控制技术与数控机床[M]．北京：机械工业出版社，199913方沂．数控机床编程与操作[M]．北京：国防工业出版社，1999．914王侃夫．数控机床故障诊断及维护[M]．北京：机械工业出版社，200015刘跃南．机床计算机数控及其应用[M]．北京：机械工业出版社，199916许祥泰，刘艳芳．数控加工编程实用技术[M]．北京：机械工业出版社，2000．117李峻勤，费仁元．数控机床及其使用与维修[M]．北京：国防工业出版社，2000．1018杨岳．CAM技术与应用[M]．北京：机械工业出版社，200019孙大涌，屈贤明，张松滨．先进制造技术[M]．北京：机械工业出版社，200120王志平．机床数控技术应用[M]．北京：高等教育出版社，1998．7执笔人：倪俊芳2006年10月8日