数控机床的产生和发展教案.doc

本文由【中文word文档库】收集河南科技学院中等职业学校专业骨干教师国家级培训教案专业：数控技术应用 姓名：王奋战课 题: 1-1数控机床的产生和发展 1-2数控机床的工作原理及组成【教学目标】1、了解数控机床的产生及发展过程2、掌握数控机床的组成及各部分功能3、理解数控机床的工作原理4、熟悉数控机床的特点及适用场合【重点、难点】1、数控、数控机床的概念 2、数控装置、伺服系统、位置检测反馈装置的作用3、数控机床的工作原理及组成【教学方法】讲授法、演示法【教具、参考书】实物、挂图 数控机床加工工艺与编程【教学手段】多媒体课件、计算机、上海宇龙仿真软件【教学时数】1学时 【时间分配】1、数控机床的产生和发展（25分钟）2、数控机床的工作原理及组成（10分钟）2、特点及适用场合（10分钟）3、小结、布置作业（5分钟）【教学过程】组织教学（2-3）分钟导入新课（3-5）分钟讲授新课（35）分钟出示课件：第一章 数控机床概述1-1数控机床的产生和发展一、概念1、数控（NC）机床：采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床，称为数控机床。2、计算机数控（CNC）：采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算机数控。二、数控机床的产生和发展1、产生 机械产品的自身要求 单件、多品种小批量零件约占80%以上2、发展1952年 美国Parsons公司和MIT 三坐标数控立铣床 1955年 数控机床进入实用化阶段-复杂曲面加工数控系统采用电子管元件-电子管时代1959年 采用晶体管和印制板电路-第二代数控系统1965年 出现小规模集成电路-第三代数控系统1970年 出现小型计算机代替专用硬接线装置第四代数控系统（CNC系统）1974年 以微处理为核心的数控系统 第五代数控系统（MNC系统）3、我国1958年 起步20世纪 60年代末70年代初 研制出一些晶体管式数控系统20世纪80年代初1985年 进入实用阶段19861990年 数控机床大发展时期1991年 300多种【课堂小结】本次课主要对数控机床的产生和发展进行了学习，这些内容是学习好数控编程这门课的基础。1-2数控机床的工作原理及组成出示挂图：一、数控机床的工作原理数控机床零件加工的步骤：1、分析零件图，确定加工方案，用规定代码编程2、输入数控装置3、数控装置对程序进行译码、运算，向机床各伺服机构和辅助控制装置发信号驱动执引加工零件二、数控机床的组成1、程序载体程序包括加工零件所需的全部信息和刀具相对工件的位移信息。载体穿孔纸带、磁带、磁盘（软盘、硬盘、内存RAM）2、输入装置作用：将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置 穿孔纸带光电阅读机磁带录放机磁盘驱动器和驱动卡MDI手动输入3、CNC装置作用：接收输入装置输入的加工信息，完成数值计算、逻辑判断、输入输出控制等功能。4、伺服系统作用：将数控装置发来的各种动作指令，转化成机床移动部件的运动。5、位置反馈系统6、机床本体主运动系统 进给运动系统 辅助部分（液压、气动、冷却、润滑）三、数控机床的特点和适用场合1、数控机床的特点1) 适合加工复杂零件由于数控装置具有高超的运算能力2) 适应性和灵活性强3) 加工精度高、加工质量稳定闭环控制可提高精度，自动加工可避免人为误差4) 生产效率高零件加工时间=机动时间+辅助时间5) 自动化程度高自动换刀、检测、装卸工件6) 经济效益好7) 价格较贵8) 调试和维修较复杂【课堂小结】本次课主要对数控机床的工作原理及组成进行了学习，这些内容是学习好数控编程这门课的基础。【作业】P22 1、3、5课 题:1-3数控机床分类 1-4数控技术发展趋势【教学目标】1、 掌握按运动方式、控制方式分类的情况2、 掌握数控技术的发展趋势3、 了解数控机床按工艺用途、数控系统功能水平及联动轴数的分类【重点、难点】 重点：1、点位、直线、轮廓控制数控机床的特点 2、开环、闭环、半闭环控制数控机床的特点 有无检测之件 检测之件安装位置 3、“柔性”概念及FMC、FMS、CIMS的含义【教学方法】讲授法、演示法【教具、参考书】实物、挂图 数控机床加工工艺与编程【教学手段】多媒体课件、计算机、上海宇龙仿真软件【教学时数】:2学时【时间分配】1、复习旧课要点（10分钟） 2、数控机床分类（40分钟） 3、发展趋势（40分钟） 4、小结布置作业（10分钟）【教学过程】组织教学（2-3）分钟导入新课（3-5）分钟讲授新课（35）分钟出示课件：1-3数控机床分类数控机床可以根据不同的方法进行分类，常用的分类方法有按数控机床加工原理分类、按数控机床运动轨迹分类和按进给伺服系统控制方式分类。一、按数控机床加工原理分类按数控机床加工原理可把数控机床分为普通数控机床和特种加工数控机床。1）普通数控机床 如数控车床、数控铣床、加工中心、车削中心等各种普通数控机床，其加工原理是用切削刀具对零件进行切削加工。2）特种加工数控机床 如线切割数控机床，对硬度很高的工件进行切割加工；如电火花成型加工数控机床，采用电火花原理对工件的形腔进行加工。二、按数控机床运动轨迹分类数控机床运动轨迹主要有三种形式：点位控制运动、直线控制运动和连续控制运动。1）点位控制运动 点位控制运动指刀具相对工件的点定位，一般对刀具运动轨迹无特殊要求，为提高生产效率和保证定位精度，机床设定快速进给，临近终点时自动降速，从而减少运动部件因惯性而引起的定位误差。2）直线控制运动 直线控制运动指刀具或工作台以给定的速度按直线运动。3）连续控制运动 连续控制运动也称为轮廓控制运动，指刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动，运动轨迹为任意方向的直线、圆弧、抛物线或其它函数关系的曲线。这种数控系统有一个轨迹插补器，根据运动轨迹和速度精确计算并控制各个伺服电机沿轨迹运动。三、按进给伺服系统控制方式分类由数控装置发出脉冲或电压信号，通过伺服系统控制机床各运动部件运动。数控机床按进给伺服系统控制方式分类有三种形式：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。1）开环控制系统 这种控制系统采用步进电机，无位置测量元件，输入数据经过数控系统运算，输出指令脉冲控制步进电机工作，如图1-1所示，这种控制方式对执行机构不检测，无反馈控制信号，因此称之为开环控制系统。开环控制系统的设备成本低，调试方便，操作简单，但控制精度低，工作速度受到步进电机的限制。图1-1 开环控制系统2）闭环控制系统 这种控制系统绝大多数采用伺服电机，有位置测量元件和位置比较电路。如图1-2所示，测量元件安装在工作台上，测出工作台的实际位移值反馈给数控装置。位置比较电路将测量元件反馈的工作台实际位移值与指令的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作，直至到达实际位置，误差值消除，此称之为闭环控制。闭环控制系统的控制精度高，但要求机床的刚性好，对机床的加工、装配要求高，调试较复杂，而且设备的成本高。图1-2 闭环控制系统3）半闭环控制系统(图1-3) 这种控制系统的位置测量元件不是测量工作台的实际位置，而是测量伺服电机的转角，经过推算得出工作台位移值，反馈至位置比较电路,与指令中的位移值相比较，用比较的误差值控制伺服电机工作。这种用推算方法间接测量工作台位移，不能补偿数控机床传动链零件的误差，因此称之为半闭环控制系统。半闭环控制系统的控制精度高于开环控制系统，调试比闭环控制系统容易，设备的成本介于开环与闭环控制系统之间。图1-3 半闭环控制系统四、按所用数控装置类型分类1）硬件式数控机床（NC机床）组成：晶体管和集成电路特点：通用性、灵活性差，制造周期长、成本高2）软件式数控机床（CNC机床）组成：采用小型或微型计算机，加上通用或专用大规模集成电路特点：很高柔性五、按加工方式分类1、金属切削类数控机床1）数控车床（NC Lathe）。 2）数控铣床（NC Milling Machine）。 3）加工中心（Machine Center）。 4）数控钻床（NC Drilling Machine）。 5）数控镗床（NC Boring Machine）。 6）数控齿轮加工机床（NC Gear Holling Machine）。 7）数控平面磨床（ NC Surface Grinding Machine）。2、金属成型类数控机床3、数控特种加工机床1）数控电火花加工机床（NC Diesinking Electric Discharge Machine）。2）数控线切割机床（NC Wire Electric Discharge Machine）。3）数控激光加工机床（NC Laser Beam Machine）。4、其它类型数控机床六、按功能方式分类高、中、低档三类经济型数控：在我国指由单板机、单片机和步进电动机组成数控系统和其它功能简单、价格低的数控系统【课堂小结】1-4数控技术发展趋势1、高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化、通用化和标准化 提高自诊断及保护功能2、高柔性化 柔性：指机床适应加工对象变化的能力3、高精度化利用数控系统的补偿功能采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术提高数控机床机械本体中基础大件的结构刚性和热稳定性4、高速度化机械方面：提高切削速度和减少辅助时间数控系统：CPU5、复合化工序复合化功能复合化6、制造系统自动化【课堂小结】本次课主要对数控机床的分类及发展趋势进行了学习，这些内容是进一步学习好数控编程这门课的基础。【作业】P22 7、8、11【板书设计】：第一章 数控机床概述1-1数控机床的产生和发展一、 概念1、数控（NC）机床2、计算机数控（CNC）二、 数控机床的产生和发展1、产生2、发展1-2数控机床的工作原理及组成一、 数控机床的工作原理二、数控机床的组成1、程序载体2、输入装置3、CNC装置4、伺服系统5、位置反馈系统6、机床本体三、数控机床的特点和适用场合1、 数控机床的特点2、 数控机床的适用场合1-3数控机床分类一、按数控机床加工原理分类1、普通数控机床2、特种加工数控机床 二、按数控机床运动轨迹分类1、点位控制运动2、直线控制运动3、连续控制运动三、按进给伺服系统控制方式分类1、开环控制系统2、闭环控制系统3、半闭环控制系统四、按所用数控装置类型分类五、按加工方式分类六、按功能方式分类1-4数控技术发展趋势1、高可靠性2、高柔性化3、高精度化4、高速度化5、复合化6、制造系统自动化课 时 计 划第 6 页序 号专业及班级数控技术应用数控 班8授课类型2讲授年月 日07年 月 日新授课课题1.2.3数控机床坐标系1.2.4机床加工坐标系设定的实例课时教学目的1、了解加工坐标系的概念及确定2、掌握加工坐标系的设定方法3、理解加工坐标系确定的原则4、熟悉机床加工坐标系（FANUC 0M）设定的步骤重点与难点1、加工坐标系的概念2、加工坐标系的设定方法3、数控铣床（ FANUC 0M）加工坐标系的设定时 间内 容 及 讲 授 方 法教 具1233521组织教学：检查出勤情况复习提问：1、什么是数控编程？ 2、程序编制的内容及步骤是什么？引入新课：程序编制好后输入数控机床的电脑系统应该就能执行，但是程序中所给定的字是有坐标系做参考的，所以在应用程序进行加工前，应该建立一系列坐标系。这节课我们将学习数控机床的坐标系。讲 新 课：第一章 数控机床加工程序编制基础1.2.3加工坐标系1、加工坐标系的确定 2、加工坐标系的设定 （1）加工坐标系的选择 （2）设定加工坐标系指令 1.2.4机床加工坐标系设定的实例1、准备工作 2、装夹工件毛坯 3、对刀测量 4、计算设定值 5、设定加工坐标系 6、校对设定值 归纳总结：本次课主要对书空机床坐标系、坐标系原点及坐标系运动方向进行了学习，请同学们认真理解掌握。布置作业：书后习题检查意见 签 字： 课 题: 1.2.3加工坐标系 1.2.4机床加工坐标系设定的实例【教学目标】1、了解加工坐标系的概念及确定2、掌握加工坐标系的设定方法3、理解加工坐标系确定的原则4、熟悉机床加工坐标系（FANUC 0M）设定的步骤【重点、难点】1、加工坐标系的概念 2、加工坐标系的设定方法3、数控铣床（ FANUC 0M）加工坐标系的设定【教学方法】讲授法、演示法【教具、参考书】实物、挂图 数控机床加工工艺与编程【教学手段】多媒体课件、计算机、上海宇龙仿真软件【教学时数】1学时 【时间分配】1、 加工坐标系的确定 （3分钟）2、加工坐标系的设定 （15分钟）3、机床加工坐标系设定的实例（20分钟）4、小结、布置作业（3-5分钟）【教学过程】组织教学（2-3）分钟导入新课（3-5）分钟讲授新课（35）分钟出示课件：1.2.3加工坐标系 1、 加工坐标系的确定 加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。 加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。 在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。对于加工人员来说，则应在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定（即给出原点设定值），设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的 ,这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。图1 . 12中O 3 为加工原点。 2、加工坐标系的设定 方法一 ： 在机床坐标系中直接设定加工原点。 例：以图 1 . 12为例，在配置FANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点0 3 。 （1）加工坐标系的选择 编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。 设工作台工作面尺寸为 800mm320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点0 3 就在距机床原点 O 1 为 X 3 、 Y 3 、 Z 3 处。并且 X 3 =-345.700mm, Y 3 =-196.220mm, Z 3 =-53.165mm。 （2）设定加工坐标系指令 1）G54G59为设定加工坐标系指令。G54对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在MDI 方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定的加工原点O 3 ，将其坐标值 X3= -345.700mm Y3= -196.220mm Z3=-53.165mm 设在G54中，则表明在数控系统中设定了1号工件加工坐标。设置页面如图1 . 14。 图 1 . 14 加工坐标系设置 2）G54G59在加工程序中出现时，即选择了相应的加工坐标系。 方法二： 通过刀具起始点来设定加工坐标系。 (1)加工坐标系的选择 加工坐标系的原点可设定在相对于刀具起始点的某一符合加工要求的空间点上。 应注意的是，当机床开机回参考点之后，无论刀具运动到哪一点，数控系统对其位置都是已知的。也就是说，刀具起始点是一个已知点。 (2)设定加工坐标系指令 图 1 . 15 设定加工坐标系 G92为设定加工坐标系指令。在程序中出现G92程序段时，即通过刀具当前所在位置即刀具起始点来设定加工坐标系。 G92指令的编程格式：G92 X a Y b Z c 该程序段运行后，就根据刀具起始点设定了加工原点，如图 1 . 15所示。 从图 1 . 15中可看出，用G92设置加工坐标系，也可看作是：在加工坐标系中，确定刀具起始点的坐标值，并将该坐标值写入G92编程格式中。 例题： 在图 1 . 16中，当a=50mm,b=50mm,c=10mm时，试用G92指令设定加工坐标系。 设定程序为 G92 X50 Y50 Z10 图 1.16 设定加工坐标系应用 1.2.4机床加工坐标系设定的实例 下面以数控铣床（ FANUC 0M）加工坐标系的设定为例，说明工作步骤 图 1 . 17 零件图样 图 1 . 18 X 、 Y 向对刀方法 在选择了图 1 . 17所示的被加工零件图样，并确定了编程原点位置后，可按以下方法进行加工坐标系设定： 1、准备工作 机床回参考点，确认机床坐标系； 2、装夹工件毛坯 通过夹具使零件定位，并使工件定位基准面与机床运动方向一致； 3、对刀测量 用简易对刀法测量 ,方法如下: 用直径为 10的标准测量棒、塞尺对刀，得到测量值为X = -437.726, Y = -298.160,如图 1 . 18 所示。 Z = -31.833，如图 1 . 19 所示。 4、计算设定值 按图 1 . 18 所示 ,将前面已测得的各项数据,按设定要求运算。 X坐标设定值 ： X= -437.726+5+0.1+40= -392.626mm 注： -437.726mm为X坐标显示值； +5mm为测量棒半径值； +0.1mm为塞尺厚度； +40.0为编程原点到工件定位基准面在X坐标方向的距离。 图 1 . 19Z向对刀方法 Y坐标设定值： Y= -298.160+5+0.1+46.5= -246.46mm 注：如图 1 . 18 所示， -298.160mm为坐标显示值；+5mm为测量棒半径