数控技术及应用 第4版 教案 郑晓峰 -第1-4章 数控技术基础-伺服驱动系统操作

PAGEPAGE4学院数控技术课程教案课程编号：教师姓名：专业班级：开课时间：教案填写要求1.一门课程的教案应包括三个层面的设计：（1）课程内容、教学基本要求、教学手段、教学方法设计等，主要解决本门课教什么、怎么教的问题（2）各章节内容、教学方法、要求设计等，主要解决各章节教什么，怎么教；（3）2.一次课的教案内容原则上应包括本次课的教学目的、教材分析、教学过程、教学后记等方面。其中教学目的是课堂教学活动围绕的中心和力求达到的目标。教材分析则要找出本次课的重、难点及关键，并确立突出重点、克服难点、抓住关键的方案；教学过程是教案的主体，要按引入新课、讲授、总结与巩固三方面详细设计；教学后记是教案执行情况的经验总结，目的在于改进和调整教案，为下一轮课讲授设计更加良好的教学方案。学院教案首页课次1课型课堂教学章节第一章数控技术基础1.1数控机床的系统组成及其各部分功能教学目的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。3.使学生了解数控系统的基本概念、数控机床的组成及主要工作过程，教学重点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。教学难点数控系统的主要工作过程。教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记1.通过介绍现在机床使用的范围越来越广，数控系统的重要性，告诉学生本课程的学习目的和学习要求。2.以表格和图片、动画、短篇录像等教学方式来讲述机床系统的目的、内容和特点，让学生对所学内容记忆深刻。我认为第一节课是至关重要的，必须要利用各种教学手段激发学生对本课程的学习兴趣，为后续教学打下良好的基础。学院教案续页教学过程引言本学期我们一起来学习数控系统，当今工业化的步伐正在加快，现代化设备尤其是数控机床的应用也越来越普及，数控系统的重要性不言而喻。阐述现状，提出问题，展开本次课的教学，充分运用案例式教学，激发学生的学习热情和学习兴趣。教学内容正文一、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、数控机床的组成1.数控机床一般由输入/输出装置、数控系统、伺服系统、机床强电柜、机床本体五部分组成，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)Fanuc0i-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.Fanuc0i-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（αi系列）相连。进给伺服电动机使用αis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、数控机床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。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.通过讲解，使学生认识到数控系统的重要性，激发其学习兴趣。2.讲述数控相关的基本概念、数控机床组成及各部分功能，以及数控系统的主要工作过程。3.通过讲解CA6140普通车床与数控机床的不同，并通过CK6130车床的组成进行案例式教学。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。学院教案首页课次2课型课堂教学章节第一章数控技术基础1.2数控机床的分类1.3数控机床的加工对象教学目的1.了解数控系统三种不同分类方法。2.熟悉轮廓控制数控系统的特点与分类（按联动坐标轴数）。3.理解开环、闭环及半闭环伺服系统的区别。4.了解数控机床的加工对象。教学重点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特点。3.全功能数控系统的特点及应用。教学难点1.开环、闭环及半闭环伺服系统的区别。2.使学生了解不同功能水平数控系统的特点及应用。教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记在本次教学过程，数控机床的分类是比较难的内容，通过结合实际，并通过多媒体教学展示多张机床图片，使学生有形象化的认识，使得课堂的教学内容不是那么的死板和僵化，并说明数控机床的适用的加工对象，进而阐述数控机床的优点。采用循序渐进的方法推进，授课效果较好。学院教案续页教学过程引言数控机床的组成：输入/输出装置、数控系统、伺服系统、机床强电柜、机床本体五部分组成，机床本体为被控对象。教学内容正文第二节数控机床分类一、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。四．按工艺用途分类1.金属切削加工类：数控镗铣床、数控车床、数控磨床、加工中心、数控齿轮加工机床等。2.金属成型加工类：数控折弯机、数控弯管机等。3.特种加工类：数控线切割机、电火花加工机、激光加工机等。4.测量、绘图类：数控装配机、数控测量机等。第三节数控机床加工对象一、数控加工的优点柔性好加工精度高能加工复杂型面生产效率高劳动条件好有利于生产管理易于建立计算机通信网络二、数控加工的不足之处数控机床价格较贵，加工成本高，提高了起始阶段的投资。技术复杂，增加了电子设备的维护，维修困难。对工艺和编程要求较高，加工中难以调整，对操作人员的技术水平要求较高。三、数控加工技术的主要应用对象1.几何形状复杂的零件2.多品种小批量生产的零件3.必须严格控制公差的零件4.贵重的、不允许报废的关键零件总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）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。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。根据开环、闭环及半闭环伺服系统的异同，进行对比教学。4．借助于多媒体课件等多种教学方式，提高学生学习的兴趣，加深对所学内容的理解。学院教案首页课次3课型课堂教学章节第二章计算机(CNC)装置2.1概述2.2CNC装置的工作原理教学目的1.了解数控系统在数控机床中的作用2.掌握数控系统的组成，各部件的作用3.了解MNC系统的构成教学重点数控系统的组成，各部件的作用教学难点数控系统的组成，各部件的作用教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记本次课题的课堂教学讲述的内容：1、数控装置的工作原理。2．数控装置的主要功能和特点。这次课的有一定的难度，要求学生一次性弄懂有困难，要从学生的实际出发，讲清楚数控装置的特点和数控装置的工作过程，不能急于求成，并通过数控实验台给学生以直观认识，告诉学生这是一个循序渐进的过程。学院教案续页教学过程引言同学们，我们从今天开始进入具体模块的学习，今天我们学习的是数控系统的组成及相关问题。教学内容正文第一节概述一、基本概念：1.NC硬件数控:即由硬件电路来完成插补的数控动作，出现的年代：1952-19652.CNC计算机数字控制:由硬件和软件共同完成数控的功能，具有柔性。1974年以后二、构成及各部分的功能：1、构成2、各部分的功能1）输入装置:完成程序,参数等信息的输入MDI信息载体2)输出装置:完成打印,穿孔显示等3)通信线路:实现串行通讯及网络功能4)CNC:完成与外围设备联系,控制系统各部分功能5)PLC:完成机床的顺序控制,换刀,APC等6)主轴单元:接受CNC的指令,控制主轴电机的转速及旋向7)速度单元:接收CNC的指令,控制各伺服轴的动作第二节CNC装置的工作原理数控系统的主要工作过程是根据输入的信息（加工程序），进行数据处理（刀具长度和半径补偿）和插补运算（确定刀具或工件的运动轨迹），从而获得理想的运动轨迹信息。一、计算机数字控制装置的工作原理1.输入2.译码3.刀具补偿4.进给速度处理—分解合速度5.插补—“数据点的密化”6.位置控制:处在伺服回路的位置环上.7.I/O处理8.显示9.诊断二.CNC装置的功能基本功能——数控系统基本配置的功能，即必备功能；选择功能——用户可根据实际要求选择的功能。控制功能、插补功能、准备功能、主轴功能、进给功能、刀具功能、辅助功能、字符显示功能、自诊断功能等属于基本功能.而补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能、网络功能和人机对话编程功能属于选择功能.三.CNC装置的优点1.具有灵活性2.具有通用性3.丰富的数控功能4.系统的可靠性高5.使用和维修方便6.基于PC平台的CNC特点总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.掌握数控装置的工作原理。2.分清数控装置的基本功能和选择功能。3..作业：P361学院教案首页课次4课型课堂教学章节第二章计算机(CNC)装置2.3CNC装置的硬件结构教学目的1．了解数控装置的硬件结构2．理解单处理器和多处理器结构的工作原理3．理解数控装置硬件的具体实现形式。4．了解硬件分类。5．大板式和功能模块式结构的特点与区别。教学重点1．CNC装置硬件的分类。2．典型数控系统的硬件结构，各部件的作用。教学难点典型数控系统的硬件结构，各部件的作用教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记1.CNC装置的硬件结构是本章学习的重点，弄懂装置的分类，尤其是单微处理器和多微处理器的结构尤其重要。2.通过案例教学法，启发学生从几个常用的数控系统出发，去分析问题、解决问题。学院教案续页教学过程引言同学们，计算机系统由哪两大部分组成呢？（提问）硬件。那数控系统的硬件又包括哪些内容呢？教学内容正文第三节CNC装置的硬件结构一、分类：1、按微处理器分类；1）单微处理器：只有一个CPU、采用集中控制分时方法处理数控的各个任务。缺点：①不易进行功能的扩展和提高。②处理速度低、数控功能差。2）多CPU：单CPU的弥补：增加浮点协处理器、8086+8087硬件分担插补采用全智能化的CRT、PLC部件。两个及两个以上的CPU组成的CNC称为多微处理机系统。模块分为带CPU的主模块和不带CPU的从模块。特点：1、性能价格比高单CPU限制性能多提高速度，扩展性能。2、采用模块化结构，良好的适应性和扩展性3、硬件易于组织规模生产。4、可靠性高。多CPU结构分类：共享存储器以存储器为中心，各模块工作时，通过优先接受使用请求，使用完成要撤消，释放存储器。共享总线以总线为中心，各模块工作时，仅有一个模块可占用总线，多个请求时由总线仲裁器来裁决。2、按照电路板结构分：1）大板结构：主电路板是大板，其他电路板是小印刷电路板，它们插在电路板的插槽内一块构成CNC装置，FANUC-C,0等2）模块化结构：控制单元母版框架，各功能模块，软件硬件的设计成模块化特点：各功能块功能独立，便于开发同一功能的系列产品，维修维护方便二、典型数控系统的硬件结构：1、fanuc-6M系统的硬件介绍2、SIN840C系统的硬件结构：总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.总结装置硬件结构的特点和分类。2.分析两种典型数控系统的硬件结构。3.课后作业：P365学院教案首页课次5课型课堂教学章节第二章计算机(CNC)装置2.4CNC装置的软件结构教学目的1、了解CNC系统的软件的软硬件界面2．计算机数字控制装置的数据转换流程3．理解软件结构的特点教学重点数控软件部分和硬件部分的联系2．CNC系统软件各部分的作用。教学难点CNC系统软件各部分的作用程。教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记软件结构设计到的知识点比较多，需要学生预先复习一下相应的计算机知识，讲解时和数控设备的维护联系起来，突出其应用性。学院教案续页教学过程引言数控装置的硬件和软件之间有联系吗？怎么联系？引入本次课的内容。教学内容正文第四节CNC装置的软件结构一组成与功能：CNC系统软件管理软件程序的输入输出显示通信控制软件译码刀具补偿速度处理插补运算位置控制等各程序简介：1输入程序：①把零件程序经缓冲器到存储②把存储的程序读入缓冲器记录垂直校验：每个程序数必须有偶数行代码否则以空格代替水平奇偶：每行代码中1的个数必须为偶数（ISO）或奇数（EIA）2译码程序：进行代码的识别，及功能代码的解译①代码识别是指将读入代码按内部码地址的不同进行处理②功能处理是指将代码识别的结果按功能再分类，转入相应的功能程序例如：N50G90G01X106.Y-60.F46M05;3数据处理：对功能代码进行预处理任务：①刀具半径补偿，速度计算，辅助功能的处理其中：刀具半径补偿：将零件的轮轨迹转化为刀具中心的轨迹。速度代码： 确定加工数据数的速度。辅助加工的处理：指顺序程序的处理，设置接口信号。数据的处理为插补程序做准备，称为预计算。A位置b速度。4插补计算程序：作用是对加工轨迹的细化。早期：全部由硬件来完成，由硬件来实施完成速度及位置的分配。现在：软件插补+硬件插补由软件完成粗插补，将整个轨迹分成几个大段，再由硬件执行个数的细化。5伺服控制软件：作用：将位置指令（周期内4ms）转化为速度指令。原理：=1\*GB3①系统4ms计算一次指令值Dc读一次Df值=2\*GB3②通过计数器计算出△D=Dc-Df,③（ΔD*Kd）/4s为速度。6输出程序：将数据处理、插补、伺服处理的结果输出至对应的接口电路7管理程序：管理：数据的输入、处理及切削加工处理主板、时钟信号、故障信号管理为主程序，执行周期较长，实时程序靠中断完成8诊断程序：对系统内的软件，硬件进行诊断，对故障做出相应的报警提示例如：编程、超程、伺服、PLC等二、CNC软件的特点：1多任务并行处理：多个任务，多个程序共用运行。2多重实时中断处理：理解P90图：中断是指终止现行程序转去执行另一程序。待另一程序处理完毕后、再继续执行原程序，多重中断：按中断的级别排队。实时：是指在确定的有限时间里对外部产生的随机事件作出响应。并完成响应和处理。三、典型数控软件的工作过程：见中断优先级（1）开机后，系统首先进入初始化程序。进行硬、软件初始状态的设置。随后进入中断第一级，进行CRT显示及ROM检查。（2）PLC控制能够检测出机床选择的操作方式，处理完成后转入机床的方式处理方式：JOGSTOPHANDLE进行工件原点及对刀。MDI可进行机床参数、刀具参数和数控程序的处理。选择“MEM〃按循环启动按钮则自动运行零件程序总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.数控机床的软件结构实现方式。2.数控机床硬软件之间的关系。学院教案首页课次6．7课型课堂教学章节第三章数控检测装置3.1概述3.2感应同步器3.5旋转变压器教学目的1.了解检测装置的分类，2.了解检测装置性能指标和要求。3.了解感应同步器的结构和类型，4.理解感应同步器工作原理和典型应用。5.掌握旋转变压器的工作原理和应用教学重点1.数控机床对检测装置的要求。2.感应同步器的原理及应用。教学难点感应同步器的原理及应用。教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记机床的检测装置的精度决定了机床加工的精度，其重要性是不言而喻的。对具体每一个检测装置，侧重点是它们的应用。讲解时聪应用讲起，利用启发式教学，结合实践。学院教案续页教学过程引言数控机床加工的精度主要取决于什么呢？是机床本身？加工工艺？检测装置精度？（讨论）。引出本次课主题教学内容正文第一节：概述位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号和数控装置发出的指令信号相比较，若有偏差，经放大后控制执行部件，使着向消除偏差的方向运动直至偏差等于零为止。一．机床对检测装置的要求：1.受温度、湿度影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强;2.在机床执行部件工作范围内，能满足精度和速度的要求；进给速度20—30m/min，转速高达100000r/min。3.使用维护方便，适应机床工作环境；4.成本低.二．分类1．直接测量和间接测量2．数字式测量和模拟式测量3．增量式测量和绝对式测量4．直线型和旋转型常见的直线型检测装置:直线式感应同步器,长光栅,激光干涉仪,常见的旋转型检测装置:旋转式感应同步器,圆光栅，旋转变压器,光电编码器测速发电机作为常用的测速元件.三．数控检测装置传感器的性能指标及其要求:1.精度2.分辨率3.灵敏度:4.迟滞:5.测量范围和量程:6.零漂与温漂:第二节感应同步器一、结构与工作原理1．结构感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，属模拟式测量，二者工作原理相同电磁感应原理,其输出电压随被测直线位移或角位移而改变。感应同步器按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种：直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移测量。2．工作原理当滑尺任意一绕组加交流激磁电压时，由于电磁感应作用，在定尺绕组中必然产生感应电压，该感应电压取决于滑尺和定尺的相对位置。当只给滑尺上正弦绕组加励磁电压时，二、应用1.使用特点⑴精度高⑵可拼接成各种需要的长度⑶对环境的适应强⑷使用寿命长⑸注意安装间隙2．两种工作方式：鉴相式和鉴幅式鉴幅式系统的另一种型式为脉宽调制型系统第五节旋转变压器一、结构与工作原理旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。旋转变压器通过测量电动机或被测轴的转角来间接测量工作台的位移。旋转变压器分为单极和多极形式,先分析一下单极工作情况。二、应用旋转变压器作为位置检测装置，有两种典型工作方式，鉴相式和鉴幅式。鉴相式是根据感应输出电压的相位来检测位移量；鉴幅式是根据感应输出电压的幅值来检测位移量。1.鉴相工作方式转子输出电压的相位角和转子的偏转角之间有严格的对应关系，这样，只要检测出转子输出电压的相位角，就可知道转子的转角。由于旋转变压器的转子和被测轴连接在一起，所以，被测轴的角位移就知道了。2.鉴幅工作方式如果将旋转变压器装在数控机床的滚珠丝杠上，当角从0到360时，丝杠上的螺母带动工作台移动了一个导程，间接测量了执行部件的直线位移。测量所走过的行程时，可加一个计数器，累计所转的转数，折算成位移总长度。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.将旋转变压器和感应同步器放在一起，因为二者的工作原理和应用方式都相似，在把二者的联系将出来：展开的多级旋转变压器就是直线式感应同步器。3.课后作业。P591，2学院教案首页课次8课型课堂教学章节第三章数控检测装置3.3光栅教学目的1.了解长光栅装置的结构和工作原理，2.摩尔条纹的特点3.熟悉光栅位移—数字变换电路4.光栅的具体应用教学重点光栅的工作原理及应用教学难点光栅的工作原理及应用教学方法讲授法教具挂图PPT。实物授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记机床的光栅是最重要的检测装置，其难度比较大。讲解时配以实物，详细拆解给学生看，在通过小录像、falsh，给学生以形象的认识，讲解效果较好。学院教案续页教学过程引言数控机床的最重要的检测装置：光栅。教学内容正文一．种类：分类方法1：物理光栅尺；计量光栅尺分类方法2：透射光栅尺；反射光栅尺分类方法3：增量式光栅尺；绝对是光栅尺二．结构：光源、指示光栅、标尺光栅、光电元件。三．工作原理1、指示光栅与标尺光栅刻度等宽。2、平行装配，且无摩擦3、两尺条纹之间有一定夹角4、当指示光栅与标尺光栅相对运动时，会产生与光栅线垂直的横向的条纹，该条纹为莫尔条纹，当移动一个栅距时，摩尔条纹也移动一个纹距四．输出信号与测量电路1．产生原理：2．鉴相与倍频总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.光栅的工作原理。2.光栅的应用。3.作业：P593学院教案首页课次9课型课堂教学章节第三章数控检测装置3.3光电脉冲编码器教学目的1.了解光电脉冲编码器的分类；2.了解光电脉冲编码器的结构，3.理解光电脉冲编码器的工作原理4.了解光电脉冲编码器的应用教学重点光电编码器的工作原理及应用。教学难点光电编码器的输出信号及应用教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记光电编码器同光栅的工作原理是相似的，只不过一个是直线光栅，一个是圆光栅，从复习光栅入手，引入本次的内容，在着重强调其不同点，然后辅以实物讲解。学院教案续页教学过程引言光栅的工作原理和应用（提问）。教学内容正文一．构成：光源、指示光栅、圆光栅、光电元件。二．信号：A/B/CA\B相差90度用于计数及方向判别；C用于回参考点通过倍频电路来提高分辨率总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.光电编码器的工作原理。输出信号2光电编码器的应用。3.作业：P594学院教案首页课次10．11课型课堂、实验教学章节第四章伺服驱动系统操作4.1概述。4.2步进电动机及其控制系统。教学目的1.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.熟悉步进驱动系统的组成与控制原理。3.了解脉冲分配控制方法。4.了解步进电机的主要特性。5.熟悉步进电机的选用方法。教学重点1.数控系统界面操作数控机床对进给伺服系统的要求。2.步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。教学难点1.步进驱动系统的组成与控制原理。2.脉冲分配控制方法。教学方法讲授法、实验教学教具挂图PPT、数控机床实验台授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记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。学院教案续页教学过程引言机床运动的动力来自：电动机。教学内容正文一.数控机床对进给伺服系统的要求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ψ→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ω→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.主要特性1)步距角：电机每步的转角称为步距角，步距角越小精度越高。2)最大静转矩：步进电机最大的承载能力。3)启动频率：步进电机由静止突然启动，进入不失步的正常运行的最高频率。超过了启动频率，转子跟不上定子的磁场旋转，会产生失步。4)连续运行频率当电机启动后，能逐渐不失步连续升速的最高频率。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、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。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.伺服系统的作用和组成。2.步进电动机的组成和工作原理。3.步进电动机的控制原理和技术参数学院教案首页课次12课型课堂教学章节第四章伺服驱动系统操作4.3直流伺服电动机及其速度控制教学目的1.理解直流伺服电机的结构；2.理解直流伺服电机的工作原理；3.理解直流伺服电机的工作特性；4.熟练掌握直流电机的速度控制方法。教学重点直流伺服电动机的工作特性及驱动装置教学难点直流伺服电动机的驱动装置。教学方法讲授法教具挂图PPT授课班级授课日期相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）教学后记1.通过讲授进给伺服系统的分类引入到直流伺服驱动系统，并介绍直流伺服系统的组成与闭环位置控制的实现过程。2.通过讲授直流伺服系统的组成，介绍直流伺服电机的相关知识，以及闭环伺服系统的连接。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。学院教案续页教学过程引言直流伺服电动机，我们在初高中就以学过，找同学来回忆一下。教学内容正文一．直流伺服电动机类型、工作原理1应用：应用在早期的数控机床中。2电机的结构：定子：永磁体转子：电枢检测元件：测速发电机或编码器3控制原理：直流电机的机械特性公式：n=Ua/Ceφ-RaM/CeCmφ2改变Ua调速，恒转矩，低速段改变φ（弱磁），恒功率，高速段改变Ra，一般不用。二、直流驱动装置1.控制装置：由于使用永磁电机励磁是不用调节的，装置进用来调节电枢电压2.调压装置的类型：a可控硅调压电路，改变可控柜元件的导通角，从而获得平均电压的调节主电路原理图：（讲解各元件的作用）：图中：M为直流电机，KR为过载保护检测，Rab为能耗制动电阻，通过对十二个晶闸管触发角的控制，达到对电机旋转方向旋转速度的控制。b晶体管脉宽调制调速系统PWM。功率元件工作在开关状态，开关频率恒定，调节一个周期内晶体管的导通时间来改变直流电机电枢两端的平均