机床数控系统电子教案(48学时).doc

机床数控系统教 案（48学时、2007版） 主讲教师: 张爱红无锡职业技术学院无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目一 数控系统概述单元一 数控系统的基本概念教学目标1 使学生了解本门课程的性质、任务与作用，明确课程学习的目标、要求，激发学生学习本课程的兴趣。2 使学生了解数控系统的基本概念、数控系统的组成及主要工作过程，融职业素质教育于课堂教学中。教学重点教学难点（带*为难点）1 本课程的性质、任务、作用，学习的方法。2 数控系统组成及各部分功能。3 数控概念的建立。*4.数控系统的主要工作过程。 教学方法教学手段1 讲述数控相关的基本概念、数控系统组成及各部分功能，以及数控系统的主要工作过程。2 通过讲授数控系统的一般组成引入到计算机数控系统的组成，并通过Fanuc 0i-TC数控系统的组成进行案例式教学。3 借助于多媒体课件，数控系统综合实验台，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1本课程的性质、任务、作用，学习方法约10分钟；2数控相关的基本概念、数控系统组成及各部分功能约60分钟；3数控系统的主要工作过程约20分钟。教学条件多媒体课件、数控系统综合实验台课外作业查阅、收集数控系统资料检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目一 数控系统概述单元一 数控系统的基本概念一、课程性质、任务、作用，学习方法二、数控系统的基本概念1.数控：数字控制的简称。2.数控系统：用数字控制技术实现的自动控制系统。3.数控机床：数控系统与机床本体的结合体。三、数控系统的组成1.数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、驱动装置、机床电器逻辑控制装置四部组成，机床本体为被控对象。2.计算机数控系统的组成1）采用计算机数控装置的数控系统称为CNC。2）现代数控系统的开关量控制采用PLC。3) Fanuc 0i-C数控系统的主要部件:数控装置（显示器、数控键盘）、操作面板、伺服放大器、伺服电机、I/O单元等。3.Fanuc 0i-C数控系统的部件连接：经FANUC 串行伺服总线FSSB，用一条光缆与多个进给伺服放大器（i 系列）相连。进给伺服电动机使用is 系列。最多可接4 个进给轴电机。伺服电动机上装有脉冲编码器，标配为1,000,000 脉冲/转。编码器既用做速度反馈，又用作位置反馈。系统支持半闭环控制和使用直线尺的全闭环控制。检测器的接口有并行口（A/B 相脉冲）和串行口两种。位置检测器可用增量式或绝对式。四、数控系统的主要工作过程程序输入加工信息预处理（译码、刀补计算、坐标变换等） 轨迹插补、位置控制、开关量控制以及机床的状态监控。无 锡 职 业 技 术 学 院教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目一 数控系统概述单元二 数控系统的分类教学目标1 使学生了解数控系统三种不同分类方法。2 使学生熟悉轮廓控制数控系统的特点与分类（按联动坐标轴数）。3 使学生理解开环、闭环及半闭环伺服系统的区别。4 使学生了解不同功能水平数控系统的特点及应用。教学重点教学难点（带*为难点）1 轮廓控制数控系统的特点与分类。 *2.开环、闭环及半闭环伺服系统的区别。3全功能数控系统的特点及应用。教学方法教学手段1 根据数控系统不同的分类方法，讲述数控系统的特点及应用。2 通过讲授轮廓控制数控系统的应用引入到坐标轴联动控制，并通过四轴联动数控铣床（XK5032）的数控改造进行案例式教学。3 根据开环、闭环及半闭环伺服系统的异同，进行对比教学。4借助于多媒体课件，数控系统综合实验台，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1按被控机床的运动轨迹分类约30分钟；2按伺服系统分类约40分钟；3按数控系统功能水平分类约20分钟。教学条件多媒体课件、数控机床课外作业作业一：简述开环、半闭环、闭环数控系统的区别。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目一 数控系统概述单元二 数控系统的分类一、按被控机床的运动轨迹分类1.点位控制数控系统: 控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置,这一类系统的设备有数控钻床、数控坐标镗床和数控冲床等。2.直线控制数控系统：不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的工具移动轨迹是一条直线，此类控制方式的设备主要有简易数控车床、数控镗铣床等。3.轮廓控制数控系统：这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中心、电加工机床和特种加工机床等。二、按伺服系统分类1.开环控制数控系统：这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件，被广泛应用于经济型数控系统中。2.半闭环控制数控系统：位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，调试方便，可以获得比较稳定的控制特性。参见下图：3.全闭环控制数控系统：位置检测装置安装在机床工作台上，调试时，其系统稳定状态很难达到。三、按数控系统功能水平分类1.经济型数控系统：又称简易数控系统，通常仅能满足一般精度要求的加工，能加工形状较简单的直线、斜线、圆弧及带螺纹类的零件，采用的微机系统为单板机或单片机系统，如：经济型数控线切割机床，数控钻床，数控车床，数控铣床及数控磨床等。2.普及型数控系统：通常称之为全功能数控系统，这类数控系统功能较多，但不追求过多，以实用为准。3.高档型数控系统：指加工复杂形状工件的多轴控制数控系统，且其工序集中、自动化程度高、功能强、具有高度柔性。用于具有5轴以上的数控铣床，大、中型数控机床、五面加工中心，车削中心和柔性加工单元等。无 锡 职 业 技 术 学 院教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目一 数控系统概述单元三 数控加工信息预处理教学目标1 使学生了解数控加工程序代码的分类及译码过程。2 使学生理解刀具长度补偿的原理。3 使学生理解刀具半径补偿的执行过程、C功能刀具补偿方法。4 使学生了解进给速度处理的过程。教学重点教学难点（带*为难点）1 数控加工信息的译码。 2. 刀具长度补偿计算。3. 刀具半径补偿执行过程。*4.C功能刀具半径补偿。5进给速度处理。教学方法教学手段1根据数控系统的一般工作过程引入到数控加工信息的预处理。2 根据数控加工程序代码的分类，讲授不同代码的译码，并举例说明。3 通过对数控系统有无刀具补偿功能的对比，强化学生对所学内容的理解。4借助于多媒体课件，数控机床，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1数控加工信息的译码约15分钟；2刀具补偿功能约50分钟；3进给速度处理约20分钟。用5分钟作归纳与总结。教学条件多媒体课件、数控机床、数控系统综合实验台课外作业上网查阅数控加工信息预处理的相关知识。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目一 数控系统概述单元三 数控加工信息预处理一、数控加工信息的译码以程序段为单位处理用户加工程序，将其中的轮廓信息、加工速度和辅助功能信息等翻译成便于计算机处理的信息格式，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能，存放在指定的存储器中。二、刀具补偿计算1.刀具长度补偿刀具长度补偿在数控车床和数控铣床、加工中心中都有应用。数控铣床与数控加工中心，刀具长度补偿只对应主轴轴向一个坐标进行补偿。2.刀具半径补偿主要运用于数控铣床与数控加工中心。刀具半径补偿的执行过程分为三步：刀补建立、刀补进行、刀补撤销。刀补仅在二维坐标（平面）内进行。3.C功能刀具半径补偿：1）补偿方法 2）程序间的转接 3）补偿实例三、进给速度处理1.进给速度计算1）脉冲增量插补方式速度处理因为：F = 60f 所以：f = F/（60）F：编程时的进给速度, 单位：mm/min； ：脉冲当量,单位：mm； f：脉冲源的频率，单位：Hz。2）数据采样插补方式速度处理L = KFTs /（601000）L：一个插补周期对应的进给位移，单位：mm；K：速度倍率；F：编程时对应的进给速度, 单位：mm/min；Ts：插补周期 ms。2.加/减速控制1） 前加减速和后加减速2） 加减速特性曲线无 锡 职 业 技 术 学 院教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目一 数控系统概述单元四 轮廓插补原理教学目标1 使学生了解数控系统插补技术的功能与分类。2 使学生了解不同插补技术的应用。3 使学生掌握直线与圆弧逐点比较插补算法。教学重点教学难点（带*为难点）1 插补技术的含义。 2. 插补技术的分类与应用。*3.第一象限逐点比较插补算法的实现过程。教学方法教学手段1根据数控系统的一般工作过程及数控系统的核心技术引入到插补技术。2通过讲授插补技术的概念、分类及应用,说明两类插补技术的不同。3. 重点讲解逐点比较插补算法,并给出具体的实例,进行案例式教学。4借助于多媒体课件，插补算法软件，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1插补技术的含义约10分钟；2插补技术的分类与应用约10分钟；3第一象限直线逐点比较插补算法的实现过程（含举例）约35分钟。4. 第一象限圆弧逐点比较插补算法的实现过程（含举例）约35分钟。教学条件多媒体课件、插补算法软件课外作业作业二：逆时针加工第象限圆弧OA，起点坐标为O（6，0），终点坐标为A（0，6），试进行逐点比较插补计算并画出运动轨迹图。检查方法随堂练习，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目一 数控系统概述单元四 轮廓插补原理一、插补技术机床数控系统的核心技术之一是插补技术，在已知运动轨迹的起点与终点坐标、轨迹的曲线方程，由数控系统实时地计算出各个中间点坐标的过程，称为插补。二、插补方法分类 1.脉冲增量插补法在计算过程中不断向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲，驱动坐标轴电机运动。常用的有：逐点比较法与数字积分法，用于以步进电动机为驱动装置的开环数控系统。第I象限直线插补轨迹 第I象限逆圆插补轨迹2. 数据采样插补法采用小段直线逼近给定轨迹，插补输出的是下一个插补周期内各轴要运动的距离，故可达到很高的速度，其中计算机通常包含在伺服控制环内。用于以交直流伺服电机为驱动装置的闭环/半闭环数控系统。三、逐点比较插补法 1.插补计算步骤第一拍：偏差判别第二拍：坐标进给第三拍：偏差计算第四拍：终点判别 2.插补计算实例（逐点比较法） 1）欲加工第一象限直线，起点坐标为O(0,0),终点坐标为A(6,4)。脉冲当量为1，写出其逐点比较法插补计算的过程。2）欲加工第一象限逆时针圆弧，起点坐标为A(6,0),终点坐标为B(0,6)。脉冲当量为1，写出其逐点比较法插补计算的过程。无 锡 职 业 技 术 学 院教 案教 师 姓 名张爱红授课形式实验授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目一 数控系统概述单元五 刀具补偿与轮廓插补原理教学目标1使学生了解刀具补偿的分类与作用；2使学生掌握刀具补偿的原理与基本操作过程；3. 使学生了解数控系统中插补运算的重要性；4要求学生通过观察插补原理的模拟演示，验证插补计算的过程。教学重点教学难点（带*为难点）1刀具补偿与轨迹插补软件的使用。 *2. 验证刀具长度补偿与刀具半径补偿。3. 验证直线与圆弧逐点比较插补计算的过程。教学方法教学手段1通过示范，讲解刀具补偿与轨迹插补软件的使用方法。2. 给定刀具补偿的任务（题目），要求学生在规定的时间内完成。3要求学生验证第一象限直线与圆弧逐点比较插补算法的实现过程。4借助于多媒体课件、录像与插补算法软件，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1讲解、示范刀具补偿与轨迹插补软件的使用方法约30分钟；2给定刀具补偿的任务，要求学生在规定的时间内完成约30分钟；3要求学生验证第一象限直线与圆弧逐点比较插补算法的实现过程约30分钟。教学条件多媒体课件、插补算法软件课外作业实验指导书：实验一检查方法随堂练习，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目一 数控系统概述单元五 刀具补偿与轮廓插补原理一、实验目的1了解刀具补偿的作用；2刀具补偿在数控车床和数控铣床的应用实例；3掌握刀具补偿的基本过程与原理；4验证刀具补偿的程序。5了解数控系统中插补运算的重要性；6观察插补原理的模拟演示，验证插补原理；7了解现代数控系统采用的插补方法。二、实验原理1刀具长度补偿2刀具半径补偿3刀具半径补偿的执行过程4. 轮廓插补技术（1）基准脉冲插补 （2）数据采样插补三、实验设备、仪器、工具或材料1电脑 20台2数控原理综合实验软件 1套四、实验步骤1打开数控原理综合实验软件；2验证刀具长度、半径补偿的执行过程；3验证逐点比较法直线、圆弧的插补执行过程。五、注意事项1注意区分左刀补和右刀补；2注意刀具半径补偿的半径输入不宜过大；3.每次输入数据后，都要按下回车键，以便系统确认输入。六、实验数据、现象记录1 刀具补偿执行过程、数据或现象等的记录。2 逐点比较插补法执行过程、数据或现象等的记录。无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目二 进给伺服驱动系统单元一 步进驱动系统教学目标1 使学生了解数控机床对进给伺服系统的要求、进给伺服系统的分类。2 使学生熟悉步进驱动系统的组成与控制原理。3 使学生了解脉冲分配控制方法。4 使学生了解步进电机的主要特性。5 使学生熟悉步进电机的选用方法。教学重点教学难点（带*为难点）1 数控机床对进给伺服系统的要求。2 进驱动系统的组成与*控制原理。*3.脉冲分配控制方法。4. 数控机床中步进电动机的选用方法。 教学方法教学手段1通过讲授计算机数控系统的组成引入到进给伺服驱动系统，并介绍数控机床对进给伺服系统的要求、进给伺服系统的分类。2通过讲授进给伺服系统的分类引入到步进驱动系统，并介绍步进驱动系统的组成与控制原理。3结合经济型数控机床，介绍步进电机的主要特性、步进电机的选用方法等。4 借助于多媒体课件，数控系统综合实验台，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1数控机床对进给伺服系统的要求、进给伺服系统的分类约15分钟；2步进驱动系统的组成与控制原理约25分钟；3脉冲分配控制方法约20分钟。4. 步进电机的主要特性、选用方法约30分钟；教学条件多媒体课件、数控系统综合实验台课外作业查阅步进电机资料。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目二 进给伺服驱动系统单元一 步进驱动系统一、 数控机床对进给伺服系统的要求二、1精度高2响应快、无超调3调速范围宽二、进给伺服系统的分类三、1步进驱动系统2直流伺服驱动系统3交流伺服驱动系统三、步进驱动系统的组成步进驱动系统没有位置反馈回路与速度反馈回路，一般用于对速度和精度要求不高的中、小型经济型数控机床上。四、 步进驱动系统的控制五、1.工作台位移量的控制：进给脉冲的数量N定子绕组通电状态变化次数N步进电动机转子角位移机床工作台位移量L。2. 工作台进给速度控制：进给脉冲频率f定子绕组通电断电状态的变化频率f步进电动机转速工作台的进给速度V。3. 工作台运动方向控制：改变步进电动机输入脉冲信号的循环顺序方向，就可改变步进电动机定子绕组中电流的通断循环顺序，从而使步进电动机实现正转和反转，相应的工作台进给方向就被改变。五、步进电动机（1、2：简要说明，注意与数控机床伺服控制课程的衔接）1. 结构2. 工作原理3.3. 主要特性六、 步进电动机的驱动电源1脉冲分配控制 2.驱动放大电路七、七、步进电机的选用1. 首先要确定步进电动机的类型。2. 根据机床的加工精度要求，选择进给轴的脉冲当量3. 根据所选步进电动机的步距角、丝杠的螺距以及所要求的脉冲当量，计算减速齿轮的降速比。4. 电动机在最快移动速度时，由矩频特性决定的电动机输出转矩要大于负载转矩，并留有余量。5. 步进电动机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系。无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目二 进给伺服驱动系统单元二 交流伺服驱动系统教学目标1使学生熟悉交流伺服系统的组成。2使学生熟悉机床常用位置检测元件的应用。3 使学生熟悉伺服电动机及伺服驱动器与数控系统的连接。4 使学生理解闭环位置控制的实现过程。5 使学生了解全数字伺服系统的特点。教学重点教学难点（带*为难点）1交流伺服系统的组成。*2.闭环位置控制的实现。2 机床常用位置检测元件的应用。3 伺服电动机及伺服驱动器与数控系统的连接。教学方法教学手段1通过讲授进给伺服系统的分类引入到交流伺服驱动系统，并介绍交流伺服系统的组成与闭环位置控制的实现过程。2 通过讲授交流伺服系统的组成，介绍交流伺服电机、位置检测装置的相关知识，以及闭环伺服系统的连接。3 通过比较模拟伺服系统与全数字伺服系统的区别，引入全数字伺服系统的构成与特点。4借助于多媒体课件，数控系统综合实验台，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1交流伺服系统的组成与闭环位置控制的实现约30分钟；2交流伺服电机与机床常用位置检测元件的应用约20分钟；3伺服电动机及伺服驱动器与数控系统的连接约20分钟。4全数字伺服系统的特点约20分钟。教学条件多媒体课件、数控系统综合实验台课外作业作业三: 简述闭环位置控制的概念与实现方法。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目二 进给伺服驱动系统单元二 交流伺服驱动系统一、交流伺服驱动系统的组成一般闭环伺服系统的结构是一个三环结构系统，外环是位置环，中环是速度环，内环为电流环。 二、闭环位置控制的实现插补程序输出X，新的指令位置X+X与计数器中的实际位置XF进行比较，其差值经增益放大，并由D/A转换为模拟电压，使工作台向误差减小的方向移动。 三、交流伺服电动机（简单回顾，注意与数控机床伺服控制课程的衔接）1、结构(永磁同步电机)主要由：定子、转子和检测元件等几部分组成。2、工作原理3、主要特性参数四、位置检测元件（1、2简单回顾，注意与数控机床伺服控制课程的衔接）1、光栅尺通常由标尺光栅、指示光栅、光源、光电二极管等元件组成。2、光电编码器通常由光电码盘、光源、透镜、光栅板、光敏元件等元件组成。3.在数控机床中的应用五、进给伺服系统的连接1、模拟式伺服系统连接SINUMERIC 810数控系统、SIMODRIVE 611A进给驱动模块、1FT5伺服电机之间的连接。2、伺服系统的参数1）速度环2）位置环3、全数字式伺服系统CNC系统与伺服驱动之间传递的信息包括：位置、速度、扭矩等，伺服驱动装置本身具有位置反馈与位置控制功能，可独立完成位置控制。无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式实验授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目二 进给伺服驱动系统单元三 闭环伺服系统的连接教学目标1使学生熟悉闭环/半闭环位置伺服系统的组成。2使学生理解闭环/半闭环位置伺服系统的工作原理。3使学生熟悉伺服驱动装置、数控装置上的接口名称与功能。4使学生熟悉数控系统不同功能部件间的连接。教学重点教学难点（带*为难点）1闭环/半闭环伺服系统的组成。*2.闭环/半闭环位置伺服系统的工作原理。3伺服驱动装置、数控装置上的接口名称与功能。4数控系统不同功能部件间的连接。教学方法教学手段1讲授闭环/半闭环伺服系统的组成，并介绍闭环/半闭环位置伺服系统的工作原理。2示范并讲解伺服驱动装置、数控装置上的接口名称与功能，以及闭环伺服系统不同部件间的连接。3借助于多媒体课件，数控系统综合实验台、录像，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1介绍闭环/半闭环伺服系统的组成，闭环/半闭环位置伺服系统的工作原理约20分钟；2示范并讲解伺服驱动装置、数控装置上的接口名称与功能，以及闭环伺服系统不同部件间的连接约25分钟；3学生分组完成连接图的测绘、连接约45分钟。教学条件多媒体课件、数控系统综合实验台课外作业实验指导书：实验二检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目二 进给伺服驱动系统单元三 闭环伺服系统的连接一、实验目的1了解伺服结构的组成原理；2掌握FANUC驱动装置的接口情况；3掌握闭环系统的连接过程。二、实验原理闭环控制数控系统的位置检测装置安装在机床工作台上（半闭环数控系统的位置检测装置：编码器一般与电机同轴连接），用以检测机床工作台的实际运行位置，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行控制。三、实验设备、仪器、工具或材料1数控系统综合实验台 3台2工具 若干3万用表 4台四、实验步骤1.认识数控系统及驱动装置；2熟悉驱动装置的接口；3注意区分闭环系统的连接特点；4进行实际的接线，查看接口状态。五、注意事项1CNC与放大器之间以及放大器和电机之间连接所使用的电缆不能超过50m；2作为电流反馈线(IRn和ISn)，要求使用中号双绞线，否则，易造成系统使用中的不正常噪声和振动。 3采用分离型增量式检测装置，通常用光栅尺。六、实验数据、现象记录1、 控制单元接口名称与功能：JA7A：串行主轴或位置编码器接口；JS1A/JS2A：伺服模块接口；CP1B:直流电源输出接口；JA1:CRT显示器接口；JA2:手动数据输入装置接口；JD5A:RS232C串行通信接口；JA3B:手轮接口。2、 伺服驱动装置接口名称与功能：JS1B/JS2B:B型数控系统接口；CX2A/CX2B:直流24V输入/输出接口；JX1A/JX1B:模块连接接口；JF1/JF2:位置编码器接口（使用B型接口时）；TB2(L/M):三相交流变频电源输出端。无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目三 主轴驱动系统单元一 交流主轴电机教学目标1使学生熟悉数控机床对主轴控制的要求。2使学生了解主轴系统的分类。3使学生熟悉主轴电机的结构特点与工作特性。4使学生理解主轴分段无级调速的实现方法。教学重点教学难点（带*为难点）1数控机床对主轴控制的要求。2主轴驱动系统的分类与组成。3主轴电机的结构特点与工作特性。*4主轴分段无级调速的实现方法。教学方法教学手段1通过回顾进给伺服驱动系统引入到主轴驱动系统，并介绍数控机床对主轴控制的要求、主轴系统的分类。2通过回顾进给伺服电机的结构与工作原理引入到主轴电机，主要介绍主轴电机的结构特点与工作特性。3介绍采用主轴分段无级调速的缘由，以及具体的实现方法。4借助于多媒体课件，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1数控机床对主轴控制的要求约15分钟；2主轴驱动系统的分类与组成约10分钟；3主轴电机的结构特点与工作特性约20分钟。4. 采用主轴分段无级调速的缘由，以及具体的实现方法约45分钟；教学条件多媒体课件、数控系统综合实验台课外作业下载网络课件学习检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目三 主轴驱动系统单元一 交流主轴电机一、数控机床对主轴控制的要求1.调速范围宽：以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。主轴变速分为有级变速、无级变速和分段无级变速三种形式，其中有级变速仅用于经济型数控机床，大多数数控机床均采用无级变速或分段无级变速。2.恒功率范围宽：低速段为恒转矩输出，额定转速以上为恒功率输出。3.自动加减速控制：加、减速时间要短。4. 准停控制：为满足加工中心自动换刀(ATC)以及某些加工工艺的需要。5. 在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴(C轴)的控制功能。二、主轴驱动系统分类1直流主轴驱动系统：直流驱动系统可采用可控硅和脉宽调制PWM调速两种形式。2. 交流主轴驱动系统：鼠笼式感应交流电动机配置矢量变换控制变频调速主轴驱动系统。三、交流主轴电机的结构与工作特性1结构2工作特性主轴电机的特性曲线：四、主轴分段无级调速方法1. 分段无级调速概述2. M代码执行自动换档控制过程3. 自动换档的实现方法：1) 液压拨叉变速换档2) 电磁离合器变速换档三、主轴电机的结构特点四、主轴电机的工作特性五、主轴分段无级调速无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目三 主轴驱动系统单元二 交流主轴驱动装置教学目标1 使学生熟悉交流主轴驱动装置的组成。2 使学生掌握主轴通用变频器的接线。3 使学生掌握主轴变频器参数设定的方法。4 使学生掌握主轴伺服驱动装置转速控制的方法。5 使学生掌握主轴伺服驱动装置的接线。教学重点教学难点（带*为难点）1交流主轴驱动装置的组成。2主轴通用变频器的接线。*3.主轴变频器参数设定的方法。4 主轴伺服驱动装置的接线。教学方法教学手段1通过讲授交流主轴驱动系统的组成引入到交流主轴驱动装置，并介绍主轴变频器(R-A500)的接线与控制方法。2通过主轴变频器与主轴伺服驱动装置的比较，引入对主轴伺服驱动装置接线与控制方法的介绍。4借助于多媒体课件，数控系统综合实验台，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1交流主轴驱动装置的组成约15分钟；2主轴通用变频器的接线约15分钟；3. 主轴变频器参数设定的方法约15分钟；4主轴伺服驱动装置的接线与控制约40分钟；5归纳与总结约5分钟。教学条件多媒体课件、数控系统综合实验台课外作业作业四：简述通用变频器的预置设定过程。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目三 主轴驱动系统单元二 交流主轴驱动装置一、 交流主轴驱动装置的组成由电网端逆变器、控制调节器、负载端逆变器、微处理器组成的控制器等部分组成。二、 通用变频器三、1. 接线( R-A500 )：电源接线、控制信号接线。2. 预置设定：基本步骤包括模式选择、选择需设定的功能码、读取原先设定的数据、数据更新。三、伺服驱动主轴1.主轴转速控制方法（YASKAWA）1）模拟电压指定：数控装置通过其主轴模拟电压输出接口输出0土10V模拟电压至NCOM端，电压正负控制电动机转向，电压大小控制电动机转速。如果数控装置输出的电压为单极性0+10V，则可通过FORWARD RUN（正转）与REVERS RUN（反转）开关量指定正反转。2）12位二进制指定：数控装置通过输出12位二进制代码（共12根信号）至主轴驱动控制主轴转速。3）2位BCD码指定：数控装置输出0099二位BCD码（共8根信号）至主轴驱动控制主轴转速。4）3位BCD码指定：数控装置通过输出000999三位BCD码（共12根信号）至主轴驱动控制主轴转速。2. 开关量信号控制1）正反转信号：用于指定主轴正反转。2）准备好信号：欲使主轴驱动工作时，可闭合RDY触点，主轴驱动进入正常工作状态。3）急停信号：当EMG常闭触点打开时，电动机立即制动至停转。4）报警输出信号：当主轴驱动报警时，报警信号ALM输出，同时报警代码(ALMCODE)通过AC0、ACl、AC2、AC3编码输出，指示报警内容。3.接线图（YASKAWA）1） 电源接线2） 控制信号接线无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目三 主轴驱动系统单元三 主轴准停控制教学目标1 使学生理解主轴准停控制的概念。2 使学生了解主轴准停控制在数控机床中的应用。3使学生了解机械准停控制的实现过程。4使学生熟悉三种常用的电气准停方法。教学重点教学难点（带*为难点）1主轴准停控制的概念。2. 主轴准停控制在数控机床中的应用。3机械准停控制的实现过程。4电气准停的优点。*5.电气准停控制的实现过程。教学方法教学手段1讲授主轴准停控制的概念，在讲其应用时，举例说明（如：加工中心换刀、精镗孔后的退刀等）。2将电气准停与机械准停进行比较，突出电气准停控制的优点。3将三种电气准停控制进行比较，说明三者间的不同之处。4借助于多媒体课件、数控机床，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1介绍主轴准停控制的概念及应用约20分钟；2讲解机械准停控制系统的组成与实现过程约25分钟；3 介绍电气准停控制系统的特点、组成及实现过程约40分钟。4 总结与归纳约5分钟。教学条件多媒体课件、数控机床课外作业下载网络课件学习检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目三 主轴驱动系统单元三 主轴准停控制一、主轴准停的概念主轴准停功能（又称：主轴定位功能），即当主轴停止时，控制其停于固定位置。主要应用于加工中心换刀控制，精镗孔退刀等场合。二、机械准停控制1.系统组成：典型的V形槽轮定位盘准停结构。 2.准停控制过程：主轴减速至某一可以设定的低速转动，当无触点开关有效信号被检测到后，立即使主轴电动机停转并断开主传动链，同时准停油缸定位销伸出并压向定位盘。当定位盘V形槽与定位销正对时，定位销插入V形槽中，准停到信号有效，表明准停动作完成。三、电气准停控制 电气控制准停的优点：（1）机械结构简化（2）准停时间缩短（3）可靠性增加（4）性价比提高等。1. 磁传感器型准停1）系统组成2）准停控制过程准停控制由主轴驱动装置完成。3）2. 编码器型准停1）系统组成2）准停控制过程准停控制由主轴驱动装置完成，灵活性比磁传感器型准停好。31. 数控系统型准停1）系统组成 2）准停控制过程准停控制是由数控系统完成，采用这种控制方式时，数控系统须具有主轴闭环控制功能，主轴准停的控制原理与进给位置控制的原理非常相似。无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目四 可编程控制器及接口技术单元一 数控机床中的PLC教学目标1 使学生了解PLC在数控机床中的配置方式。2 使学生熟悉数控机床PLC的两种形式。3 使学生熟悉数控机床PLC的控制对象。4 使学生熟悉PLC开关量的输入/输出接口。教学重点教学难点（带*为难点）1 PLC在数控机床中的配置方式。2 数控机床PLC的两种形式。3 数控机床PLC的控制对象。*4.数控机床PLC的信号处理。4 PLC开关量的输入/输出接口。教学方法教学手段1通过数控机床两类控制量的介绍引入到数控机床PLC的配置方式及控制对象（举例），并说明数控机床PLC信号的处理过程。2根据数控机床PLC的两种不同形式，说明各自的特点及应用。3结合SINUMERIC 802S系统的输入/输出接口应用讲解PLC开关量的输入/输出接口电路。4借助于多媒体课件、数控综合实验台，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1PLC在数控机床中的配置方式、数控机床PLC的控制对象、数控机床PLC的信号处理约35分钟；2数控机床PLC的两种形式约10分钟；3PLC开关量的输入/输出接口及应用约45分钟。教学条件多媒体课件、数控系统综合实验台课外作业下载网络课件学习检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目四 可编程控制器及接口技术单元一 数控机床中的PLC一、数控机床控制的分类1、坐标轴运动的位置控制等（连续量）由伺服驱动系统完成。2、加工过程的顺序控制（开关量）由可编程控制器(PLC)完成。二、PLC在数控机床中的配置方式1、 PLC在机床一侧2、 PLC及其接口在电气控制柜中3、 PLC在电气控制柜中，而输入输出接口在机床一侧三、数控机床PLC的信号处理PLC处于数控系统与机床之间，主要起到信息处理和桥梁的作用，它们间的关系可以表示为：CNC（数控系统侧） - PLC- MT（机床侧）。1M、S、T功能 2数据接口信号处理3急停控制 4坐标轴控制5主轴控制 6刀架控制 7冷却控制8导轨润滑四、数控机床PLC的形式1、内装型PLC：从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部即可实现。2、独立型PLC：又称“通用型”PLC。独立型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。 五、PLC开关量的输入/输出接口及应用1、直流开关量输入接口: 信号接收器RV的主要功能为信号电隔离、滤波防扰动和电平转换(即将+24V机床侧开关信号转换为TIL电平信号)。2、直流开关量输出接口: 直流开关量输出信号用于驱动机床强电箱中的中间继电器线圈和指示灯等，进而由中间继电器触点进一步控制外部接触器、电磁阀等。3、开关量输入输出中，应注意的问题：a) 开关量信号检测元件与CNC接口电路的配接。b) 中间继电器线圈一定要并联保护二极管。c) 弱电信号与强电驱动信号在走线槽中要尽量分别走线。在交流接触器线圈等感性负载两端要就近并联RC灭弧器。无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目四 可编程控制器及接口技术单元二 数控机床PLC典型应用程序教学目标1. 使学生理解主轴定向PLC控制程序的实现过程。2. 使学生理解主轴正反转及齿轮换挡控制PLC程序的实现过程。3. 使学生理解润滑系统自动控制的实现过程。教学重点教学难点（带*为难点）1 主轴定向PLC控制程序的实现过程。2 主轴正反转及齿轮换挡控制PLC程序的实现过程。*3.润滑系统自动控制的实现过程。教学方法教学手段1通过案例法（典型PLC应用程序），使学生掌握数控机床PLC程序的分析方法。2讲解主轴定向控制程序前，先放一段录像，结合具体的应用实例，效果更好。3借助于多媒体课件、录像、数控机床，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学时安排1主轴定向PLC控制程序的实现过程约15分钟；2主轴正反转及齿轮换挡控制PLC程序的实现过程约30分钟；3 润滑系统自动控制的实现过程约40分钟。4 回顾与总结约5分钟。教学条件多媒体课件、数控机床课外作业作业五：简述润滑系统正常工作时的控制过程。检查方法随堂提问，按效果计平时成绩。备注授课主要内容项目四 可编程控制器及接口技术单元二 数控机床PLC典型应用程序主题：数控机床PLC典型应用程序(M代码、润滑控制)的控制过程分析。教学方法：引入法、案例法、任务法。教学手段：多媒体课件与板书相结合。一、 主轴定向控制1.初始状态2. 开始执行M19定向指令(自动操作方式下)3. 定向正常完成4. 定向报警时：在规定的时间内没有正常完成主轴定向控制。二、 主轴正/反转及齿轮换档控制1.主轴换挡结构简图（低速挡、高速挡）（TMR功能指令）2. 操作方式选择、M代码译码（DEC功能指令）3. 主轴转动控制4. 主轴变速换挡控制三、 润滑系统自动控制1.电气接线图 ：PLC的I/O接线，接触器与润滑电机接线。 2.正常工作过程：润滑电机运行15s 润滑电机停25min - 润滑电机运行15s 3.报警的原因：电机过载、油路泄漏、油路堵塞、油位低等。4.报警灯控制：利用定时器功能指令TMR实现。 5.诊断号:#652（bit4为过载诊断号、bit5为润滑油不足诊断号、bit6为油路泄漏诊断号、bit7为油路堵塞诊断号），如为1，说明出现相应的报警。四、回顾与总结：1. M代码的实现：工作在自动方式下，CNC（数控系统）对数控加工程序译码，并将译码的结果输出-PLC（可编程控制器），由PLC处理后输出-MT（机床）侧执行元件（如继电器等），通过继电器控制机床的动作（如：主轴正反转等）。2. 润滑系统的自动控制:正常工作过程、引起报警的原因。无 锡 职 业 技 术 学 院 教 案教 师 姓 名张爱红授课形式讲授授课时数2授 课 日 期年 月 日 周授课班级授课项目及单元名称项目四 可编程控制器及接口技术单元三 数控系统中的接口技术教学目标1 使学生了解数控装置键盘输入接口的分类及信息输入的过程；2 使学生了解数控装置显示接口的分类及其常用的功能；3 使学生了解数控装置手轮输入接口的特点；4 使学生了解数控装置串行接口的分类、使用时的注意事项；5 使学生理解协议的概念、了解常见的网络通信协议及其特点。教学重点教学难点（带*为难点）1 数控装置键盘输入接口的分类及信息输入的过程；2 数控装置显示接口的分类及其常用的功能；3 数控装置手轮输入信号；4 数控装置串行