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第一章 数控技术基础知识 教 案课题第一节认识数控机床课时2教学目标1、使学生了解数控系统的基本概念、数控系统的组成，融职业素质教育于课堂教学中。2、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。教学重点难点数控系统的基本概念、数控系统的组成教学内容数控机床的图片展示一、数控机床的基本概念数控（Numerical Control，简称NC）是采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行控制的方法。数控机床（Numerically Controlled Machine tool） 是指装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机床。二、 数控机床的组成计算机数控机床由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其组成框图如图1所示。图1数控机床的组成框图三常见的数控机床 图2数控车床在数控机床上加工不同的零件，通过观察，了解应选用哪一种类型的数控机床，通过选择数控机床了解数控机床的分类。 图3 数控铣床图4立式数控铣床图5数控车床图6加工中心四数控机床的加工特点1适应范围广2加工精度高，产品质量稳定3生产效率高4自动化程度高，劳动强度低5良好的经济效益6有利于生产管理的现代化五数控加工的主要对象1多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件。2几何形状复杂的零件3精度及表面粗糙度要求高的零件4加工过程中需要进行多工序加工的零件5用普通机床加工时，需要昂贵工装设备的零件。六数控机床的产生和发展趋势在数控机床上加工如图1-3所示的零件，观察思考采用什么机床才能完成，以过一步了解数控机床的发展趋势。（1）数控机床的产生 1952年，美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。1952年的第一代电子管数控机床 1959年的第二代晶体管数控机床 1965年的第三代集成电路数控机床 1970年的第四代小型计算机数控机床 1974年的第五代微型计算机数控系统 1990年的第六代基于PC的数控机床（2）数控机床的发展趋势1）高速度2）高精度化3）多功能化4）智能化5）高柔性化6）复合化作业课后习题教学后记让学生一开始就对数控机床有一些感性认识，可提高学生的学习兴趣。第一章 数控技术基础知识 教 案课题第二节 数控机床的分类及用途课时2教学目标使学生了解数控机床的分类及其作用，让对学生本课程产生兴趣。教学重点难点理解数控系统的分类及主要用途教学内容说说“数控机床与普能机床的区别”，引入新课。一、按工艺分类1金属切削类数控机床（1）普通数控机床 数控车床、数控铣床、数控刨床、数控磨床、数控镗床、 数控钻床（2）数控加工中心2金属成型类数控机床3特种加工类数控机床4其全类型数控机床二、按控制运动的轨迹分类1点位控制数控系统仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。2、直线控制数控机床其也称为平行控制，既能控制位移终点位置，还能实现平行坐标轴的直线切削加工，并且可以设定直线切削加工的进给速度。适用于加工直线轮廓零件。3轮廓控制数控系统轮廓控制(连续控制)系统：具有控制几个进给轴同时谐调运动(坐标联动)，使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的数控系统。适用范围：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。三、按伺服驱动系统的控制方式分类按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量装置可分为开环数控系统和闭环数控系统，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。1开环数控系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。电机机械执行部件A相、B相C相、f、nCNC插补指令脉冲频率f脉冲个数n换算脉冲环形分配变换功率放大图7开环数控系统开环系统无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。2半闭环数控系统半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈图8半闭环数控系统3、半闭环控制数控机床半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。4、全闭环数控系统全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。位置控制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件CNC插补指令实际位置反馈实际速度反馈图9全闭环数控系统从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。作业课后习题教学后记数控机床的分类方法较多，其中按伺服系统的控制方法分类讲解时包括的知识点较多，学生理解有一定难度，应注意数控机床工作过程的分析以帮助掌握。第一章 数控技术基础知识 教 案课题第三节 计算机数控系统的基本组成及其功能课时2教学目标使学生了解计算机数控系统的工作过程、基本组成及其功能。教学重点难点理解计算机数控系统的工作过程、基本组成及其功能。教学内容复习内容：计算机的组成及功能新授：一、计算机数控系统的组成计算机数控系统由输入输出装置、计算机数字控制装置、可编程序控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。CNC系统基本组成如图10图10 计算机数控系统的组成CNC系统的核心是计算机数字控制装置（CNC）装置），数控系统是在软件的控制下有条不紊地完成各项工作的。二、计算机数控系统的工作过程CNC软件要完成9个方面的工作，如图11图11 CNC对零件程序的处理流程图1. （1）零件程序的输入输入设备的2个任务：一是从光电阅读机或键盘输入零件加工程序，并将其存放在零件程序存储中，如图12； 图12 输入过程图二是从零件程序存储器中把零件程序逐段往外调出，送入缓冲区，以便译码时使用，如图13图13 读出过程图（2）译码译码是将输入的程序段按照一定的规则翻译成数控系统能够识别的数据形式，并按约定的形式存放在指定译码结果缓冲器中。（3）刀具补偿CNC系统的零件加工程序是把零件的轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹，所以必须在刀具半径和刀具长度上给予补偿。（4）进给速度处理 在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱动系统失步。（5）插补（6）位置控制（7）I/O处理（8）显示（9）诊断三、 CNC数控系统的功能1.基本功能1）控制功能（U、V、W）CNC能控制和能联动控制的进给轴数。 2）准备功能（G功能）准备功能又称为G功能，用地址码G加两位数字组成，简称G代码，ISO标准中规定准备功能有G00至G99共100种。G代码分为模态代码和非模态代码两种。模态代码又称为续效代码，是指该G代码在一个程序段中一经指定就一直有效，直到后续的程序段中出现同组的G代码时才失效。非模态代码又称为非续效代码，是指只有在写有该代码的程序段中有 。表一：3）插补功能4）主轴功能（S功能）主轴速度功能也称为S功能或S指令，用来指定主轴的速度。S功能由地址码S加数字组成，数字表示主轴转速的大小，速度单位可以为m/min或r/min；主轴的实际转速常用机床操作面板上的“主轴转速倍率”开关调整。编程时总是假定此倍率开关指在100%的位置。S后面的数字有时代表实际转速值，有时表示某种转速的代码。系统中用M03表示正转、M04表示反转5）进给功能（F功能） 进给功能也称为F功能或F指令，用来指定刀具相对于工件运动的速度或螺纹导程。F指令由地址码F加数字组成，数字表示进给速度的大小，进给速度的单位可以为mm/min或mm/r，分别由G98和G99指令来设置。6）辅助功能（M功能）辅助功能又称为M功能，由地址码M加两位数字组成。7）刀具功能（T功能）刀具功能也称为T功能或T指令，在自动换刀的数控机床中，该指令用来选择所需的刀具，同时也用来选择刀具偏置和