数控技术教案

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电压主电路的原理图讲解原理：VD1-VD4位续流二极管，用于保护功率晶体管，VT1-VT4为大功率三极管，其工作在开关状态，成对使用：即Ub1=Ub4,Ub2=Ub3.控制电路框图：原理框图中，振荡器用于产生频率固定的脉冲，三角波产生器产生的三角波用于进行脉宽调制。二者的区别：可控硅是直接对交流电进行控制PWM是先将交流整流成稳定的直流电压，再对直流电压进行开关控制PWM由于频率高，所以电流脉动小。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.直流电机工作原理，。2.直流电机工作特性曲线。3.直流电机速度控制的方法的掌握4．作业：P871.3.6。学院教案首页课次13课型课堂教学章节第四章伺服驱动系统操作4.4交流伺服电动机及其速度控制教学目的1.理解交流伺服电机的结构；2.理解交流伺服电机的工作原理；3.理解交流伺服电机的工作特性；4.熟练掌握交流电机的速度控制方法。教学重点交流伺服电动机的工作特性及驱动装置教学难点交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.通过讲授直流伺服驱动系统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交流伺服电动机，我们在初高中就以学过，找同学来回忆一下。教学内容正文交流伺服电机取代直流伺服电机是由于直流电机存在机械换向，需进行维护。一．交流伺服电机的结构：交流伺服电机也可称为同步电机或里翻外的直流电机1．电机轴2.前端盖3.三相绕组线圈4.压板5.定子6.磁钢7.后压板8.动力线接头9.后端盖10.反馈插头11.脉冲编码器12.电机后盖其结构：转子（永磁铁）定子为绕组检测元件：编码器二．原理：给定子通过三相交流电流，由定子产生旋转磁场转子磁场和定子的磁场相吸引，在旋转磁场的带动下产生旋转。通过转子位置的检测，系统保证旋转过程同步三、介绍几种交流伺服电机的控制原理1．无刷直流电机的控制：当转子旋转时，需要周期性的开通或关断六个晶体管，才使电枢的磁场与励磁保持同步，保证磁转矩。转子位置传感器与电机轴同步安装，负责控制晶体管的通断。2．SPWM控制原理：该控制系统同样包括速度环及电流环，速度指令和速度反馈经比较后输出转矩指令Tm，而Tm与电流幅值成比例，电流指令与交流电流指令发生器的旋转位置的正弦波相乘，输出交流的电流指令，再控制脉宽调制电路，从而控制逆变的状态。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总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.交流电动机的结构和工作原理2.交流电动机调速装置3.主轴分段调速的方法。4.作业：P878。学院教案首页课次.14。15课型课堂教学章节第五章插补原理5.1加工程序预处理教学目的1.了解数控加工程序代码的分类及译码过程。2.理解刀具长度补偿的原理。3.理解刀具半径补偿的执行过程、C功能刀具补偿方法。4.了解进给速度处理的过程。教学重点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。.B功能和C功能刀具半径补偿。4.进给速度处理。教学难点B功能和C功能刀具半径补偿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.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。学院教案续页教学过程引言数控系统的一般工作过程是什么？（提问并回顾第二章的内容）。教学内容正文一、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.B功能刀具半径补偿4.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=60δf所以：f=F/（60δ）F：编程时的进给速度,单位：mm/min；δ：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ΔL=K•F•Ts/（60×1000）ΔL：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).加减速特性曲线总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1加工程序的预处理2进给速度处理。3刀具长度和半径补偿2.作业：P1191,。学院教案首页课次16.17课型课堂教学章节第五章插补原理5.2脉冲增量插补5.3数据采样插补5.4插补计算实例教学目的1.了解数控系统插补技术的功能与分类。2.了解不同插补技术的应用。3.掌握直线与圆弧逐点比较插补算法。4了解DDA法教学重点插补技术的含义。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。教学难点第一象限逐点比较插补算法的实现过程。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.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。学院教案续页教学过程引言我们首先来回顾一下，数控机床的重要功能：插补。教学内容正文一、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(5,4)。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(5,0),终点坐标为B(0,5)。脉冲当量为1，写出其逐点比较法插补计算的过程。四．DDA法总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.插补的多层含义。2.逐点比较插补法和DDA法的实现过程。3作业：1）逆时针加工第Ⅰ象限圆弧AB，起点坐标为A（4，1），终点坐标为B（1，4），试进行逐点比较插补计算并画出运动轨迹图。2）逆时针加工第Ⅰ象限直线OA，起点坐标为O（0，0），终点坐标为A（5，3），试进行逐点比较插补计算并画出运动轨迹图。学院教案首页课次18课型课堂教学章节第六章、PLC和接口技术6.2数控机床的PLC教学目的1.了解PLC在数控机床中的配置方式。2.熟悉数控机床PLC的两种形式。3.熟悉数控机床PLC的控制对象。4.熟悉PLC开关量的输入/输出接口。教学重点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的控制对象和信号处理。4.PLC开关量的输入/输出接口。教学难点数控机床PLC的信号处理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SINUMERIC802S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。学院教案续页教学过程引言我们学习过《数控机床电气控制（含PLC）》的课程，大家来举一些实例，谈一谈数控机床的PLC应用（讨论）。教学内容正文一、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）。1．M、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：1）.开关量信号检测元件与CNC接口电路的配接。2）.中间继电器线圈一定要并联保护二极管。3）.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。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.数控机床PLC的控制对象和形式。2.PLC开关量的输入/输出接口及应用.3.作业P1523,5。学院教案首页课次19课型课堂教学章节第六章、PLC和接口技术6.4输入输出及其通信接口教学目的1.了解数控装置键盘输入接口的分类及信息输入的过程；2.了解数控装置显示接口的分类及其常用的功能；3.了解数控装置手轮输入接口的特点；4.了解数控装置串行接口的分类、使用时的注意事项；5.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.数控装置串行接口的分类、使用时的注意事项；4.常见的网络通信协议及其特点。教学难点数控装置手轮输入信号；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.通过对数控装置的介绍，引出数控系统中的接口技术。2.分别就键盘输入接口、显示接口、手轮接口、串行通信接口、网络接口来介绍数控系统中的接口技术，并给出具体的应用实例。3．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。学院教案续页教学过程引言我们要想给数控机床输入零件加工程序，要通过什么途径呢？（提问）有哪些控制介质呢？教学内容正文一、数控装置的键盘输入接口1.分类：全编码键盘与非编码键盘。2.键盘输入信息的过程：操作者按键-〉键扫描-〉键译码-〉执行按键功能。1）全编码键盘：键的识别由键盘的硬件逻辑自动提供被按键的ASCII代码或其他编码，并能产生一个选通脉冲向CPU申请中断，CPU响应后将键的代码输入内存，通过译码执行该键的功能，其优点是使用方便、但是价格昂贵。2）非编码键盘：键的识别与译码由软件来实现，采用程序查询的方法来扫描键盘。二、数控装置的显示功能接口1.分类：现代CNC装置采用CRT、LCD作为显示器2.显示接口的功能：显示器既能显示字符，又能显示图形，还具有丰富的软件菜单功能以简化操作过程。三、数控装置的串行通信接口数据在设备间的传送可用串行或并行方式，相隔距离较远时可采用串行通信的方式。1.常用的串行通信接口RS232C/20Ma电流环、RS422/RS449。2.使用RS232C串行通信接口要注意的问题1).要区分互相通信的设备是DTE还是DCE。2).有两个地，即机壳地（连到系统屏蔽罩上）和信号地（信号参考点），通信电缆总长不超过30m。3).RS232C的逻辑与TTL、MOS电路电平不同。四、数控装置的网络通信接口1.协议的概念：通信一定在两个系统的对应层次内进行，而且要遵守一系列的规则和约定，称之为协议。2.常见的网络通信协议及其特点:1)以ISO开放式互联系统参考模型的七层结构为基础的有关协议。采用IEEE802局部网络有关协议。3)制造自动化协议MAP(FANUC、Siemens、A-B等公司支持MAP协议)。五、其他接口手轮（手摇脉冲发生器）输入接口。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.数控机床的各种控制形式接口。2.课后作业：P1526。学院教案首页课次20课型课堂教学章节第七章典型数控系统及应用西门子数控系统概述教学目的1.熟悉西门子数控系统的组成。2.了解西门子数控系统的发展历程。3.了解西门子数控系统不同系列的性能特点及应用。4.熟悉西门子数控系统、伺服驱动系统之间的对应关系。教学重点1.西门子数控系统的组成。2.西门子数控系统不同系列的性能特点及应用。3.西门子数控系统、伺服驱动系统之间的对应关系。教学难点西门子数控系统不同系列的性能特点及应用。教学方法讲授法教具挂图PPT。数控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.讲授西门子数控系统的一般组成。2．根据西门子数控系统的发展历程引出西门子数控系统不同系列的性能特点及其在数控机床中的应用。3．讲授西门子数控系统、伺服驱动系统及可编程控制器之间的对应关系。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，加深对所学内容的认识。学院教案续页教学过程引言我们学院有哪些数控系统的机床？引出本次课内容。教学内容正文一、西门子数控系统组成西门子数控系统主要包括：控制及显示单元、PLC输入/输出单元（PP）、PROFIBUS总线单元、伺服驱动单元、伺服电机等部分。二、西门子数控系统的发展历程1．SINUMERIK802S/C系统SINUMERIK802S/C系统专门为低端数控机床市场而开发的经济型CNC控制系统。802S/C两个系统具有同样的显示器，操作面板，数控功能，PLC编程方法等，所不同的只是SINUMERIK802S带有步进驱动系统，控制步进电机，可带3个步进驱动轴及一个±10V模拟伺服主轴；SINUMERIK802C带有伺服驱动系统,它采用传统的模拟伺服±10V接口,最多可带3个伺服驱动轴及一个伺服主轴。2．SINUMERIK802D系统该系统属于中低档系统，其特点是：全数字驱动，中文系统，结构简单(通过PROFIBUS连接系统面板、I/O模块和伺服驱动系统)，调试方便。具有免维护性能的SINUMERIK802D核心部件-控制面板单元（PCU）具有CNC、PLC、人机界面和通讯等功能，集成的PC硬件可使用户非常容易地将控制系统安装在机床上。3．SINUMERIK840D/810D/840Di系统840D/810D是几乎同时推出的，具有非常高的系统一致性，显示/操作面板、机床操作面板、S7-300PLC、输入/输出模块、PLC编程语言、数控系统操作、工件程序编程、参数设定、诊断、伺服驱动等许多部件均相同。SINUMERIK810D是840D的CNC和驱动控制集成型，SINUMERIK810D系统没有驱动接口，SINUMERIK810DNC软件选件的基本包含了840D的全部功能。采用PROFIBUS-DP现场总线结构西门子840Di系统，全PC集成的SINUMERIK840Di数控系统提供了一个基于PC的控制概念。4．SINUMERIK840C系统SINUMERIK840C系统一直雄居世界数控系统水平之首，内装功能强大的PLC135WB2，可以控制SIMODRIVE611A/D模拟式或数字式交流驱动系统，适合于高复杂度的数控机床。三、西门子交流驱动系统1.SIMODRIVE611A：模拟式伺服，配合1FT5系列进给驱动电机(600V)和1PH7主轴电机,可控制主轴，进给轴，及普通异步电机。2.SIMODRIVE611D：数字式伺服，配合1FT6/1FK6系列进给驱动电机和1PH7主轴电机，可控制主轴，进给轴等，只能配合810D、840D、840C数控系统。3.SIMODRIVE611U：通用型伺服，可接收模拟信号或数字信号（PROFIBUS）,可以进行位置控制、速度控制及转矩控制。配合1FT6/1FK6和1PH7电机，是理想的驱动系统解决方案之一。4.SIMODRIVE611UE：通用E型伺服，通过PROFIBUS接连，其余同611U。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.总结西门子系统的特点。2.预习后面的内容。学院教案首页课次21.22.23课型实践教学章节第七章典型数控系统及应用西门子数控系统的部件连接教学目的1.能正确识别西门子数控系统各部件。2.了解西门子数控系统各部件的功能。3.连接西门子数控系统各部件。4.西门子数控系统的供电与接地。5.动手操作能力得到加强；6.使学生逐步具备安全守纪、严谨踏实、团结互助的职业素养。教学重点1.西门子数控系统各部件的功能。2.西门子数控系统各部件的接口。3.西门子数控系统部件间的连接。4.西门子数控系统、伺服驱动系统的供电与接地。教学难点西门子数控系统各部件的接口。教学方法讲授法教具挂图PPT。数控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.针对目前应用较多的一种西门子数控系统（案例法、任务法），从系统组成入手，着重介绍各部件的功能、部件间的连接，通过讲练结合的形式，增加学生动手实践的机会。2.在系统通电前的检查过程中，加强对学生进行安全意识教育，培养他们严谨踏实、一丝不苟的工作作风。3.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。学院教案续页教学过程引言西门子系统的概述。教学内容正文一、连接总图数控单元(PCU)中集成了人机界面、数控运算和可编程控制系统（PLC）三个功能软件。与之配套的有：数控编程键盘、手轮、机床控制面板、数字量输入输出模块以及伺服驱动系统。二、各个功能部件功能、接口介绍1.系统与显示单元：系统与显示单元合为一体,此单元有一块486工控机作主控CPU,负责数控运算、界面管理、PLC逻辑运算等。其显示单元为10.4吋真彩液晶显示屏（OP），与键盘输入单元组成人机界面。与系统其他单元间的通讯采用PROFIBUS现场总线，另有2个RS232接口与外界通讯。2.PP单元（输入/输出模块）：最大144点输入，96点输出，由PROFIBUS完成与PCU的通讯。3．PROFIBUS总线单元：1）由PROFIBUS子模块、各单元上相应的PROFIBUS接口以及PROFIBUS总线电缆组成。2）PROFIBUS总线连接时要求各接点进出方向正确，两根线不交叉且连接可靠，屏蔽接牢。3）各接点插头上的设置开关严格遵循终端为“ON”，中间为“OFF”的原则。4.SIMODIVE611U数字伺服驱动单元及伺服电机：1）SIMODIVE611U数字伺服驱动单元件由电源模块、功率模块、611U控制模块组成。其中电源模块负责将380V交流电转换成600V直流母线电压。2）伺服电机通常有1FK6/1FK7/1FT6，主轴电机：1PH7等。三、供电与接地1.数控系统供电：1)数控系统采用24V直流供电，要选择好直流稳压电源的容量。2)数控系统中需要直流24V供电部件有：数控系统和键盘、机床控制面板、数字输入输出模块等。3)尽可能采用单独的24VDC电源为数字输出外部供电。2．驱动电源供电驱动电源模块将三相交流进线电源转化为600V直流，并通过直流母线为功率模块供电，电源模块中没有制动电阻，采用向电网馈电方式制动，必须对其上电与断电的时序进行控制。为了保证驱动器就绪信号有效，端子NS1与NS2必须短接。3．接地1）数控系统的电源共地连接指24V直流电源的0V与保护地PE连接；2）需将电动机的动力电缆的屏蔽层与驱动器的屏蔽连接架连接，或将伺服电动机电缆的屏蔽网与接地体保持良好接触。四、部件连接按照图纸要求，完成部件连接。五、连接操作注意事项通电前，要认真检查模块的接线，确保连接正确无误。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.总结学生接线情况。2.完成实验报告，处理实验中出现的问题。学院教案首页课次24课型课堂教学章节第七章典型数控系统及应用基本控制逻辑的实现教学目的1熟悉伺服驱动器使能控制的实现方法。2.熟悉急停和限位控制的实现方法。3.熟悉机床面板基本操作功能的实现方法。4.熟悉车床刀架控制的实现方法。教学重点1.伺服驱动器使能控制的实现。2.急停和限位控制功能的实现。3.机床面板基本操作功能的实现。4.车床刀架的控制过程。教学难点车床刀架的控制过程。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.将教学内容分解为四项任务（基本控制逻辑的实现），学生可以带着任务（问题）学，从而学习目的明确，效果好。2.上述列举的基本控制逻辑，属于典型案例（案例法），可以起到举一反三的作用，有助于促进学生逻辑思维能力的发展。3．借助于多媒体课件、PLC软件、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。学院教案续页教学过程引言西门子系统的连接。教学内容正文一、伺服驱动器使能控制为了保证数控系统与伺服驱动系统的安全可靠运行，其中有许多使能控制信号，只有当所有的使能条件全部满足后，伺服电机与伺服主轴才能工作。二、急停和限位控制1.急停控制：其目的是在紧急情况下，使机床上所有运动部件制动，并在最短的时间内停止。2.限位控制：限位控制也是数控机床的一个基本安全功能。可分为：硬限位、软限位，其中硬限位是数控机床的外部安全措施，而软限位则是数控系统的内部安全功能。加工区域限制属于另一种形式上的软限位。三、机床面板基本操作功能控制1.进给倍率和主轴倍率：在机床控制面板上的倍率选择开关用于进给轴或主轴的速度修调。通常采用编码式旋转波段开关作为倍率选择开关。其编码方式有：格林码或二进制码两种。2.电子手轮：利用电子手轮可在手动方式下移动坐标轴，进行工具原点和刀具参数的设定，手轮每一刻度称为1个增量，其硬件接口采用RS-422标准的差分协议。3.进给轴的手动控制：手动移动坐标轴时，既可以采用连续点动方式，也可以采用增量点动方式。4.程序运行控制选项：数控系统均配备了零件程序运行的控制选项，这些选项既可通过人机界面的选择窗口激活，也可通过机床控制面板上的选择键激活。四、车床刀架控制1.电动刀架控制原理：数控系统发出换刀信号，刀架电机正转继电器动作，电机正转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一定位置，离合盘起作用，带动上刀体旋转到所选择刀位，发讯盘发出刀位信号，刀架电机反转继电器动作，电机反转，完成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，并通过升降机构锁紧刀架。2.电动刀架设定：电动刀架可为四或六工位（即刀架上可装四或六把刀具），机床数据MD14510[20]所设定的数据应与刀架工位相吻合。每把刀具都有一固定刀号，通过霍尔开关进行到位检测。到位信号经故障设置引至I/O演示板下方的接插件上。刀架电机顺时针旋转时为选刀过程，逆时针旋转时为锁紧过程，锁紧时间由机床数据MD14510[22]决定（一般根据具体刀架，可设为1～1.6S左右）。3.电动刀架PLC控制程序：梯形图程序参见多媒体课件。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.基本控制逻辑功能的实现。2.数控车窗换刀的过程。3课外作业：观察实际机床的逻辑功能实现。学院教案首页课次25课型实践教学章节第七章典型数控系统及应用西门子数控系统参数教学目的1.理解机床参数的功能。2.熟悉机床参数的分类。3.掌握机床参数的设定方法。教学重点1.机床参数的功能。2.机床参数的分类。3.机床参数的设定与调试。教学难点机床参数的设定与调试教学方法讲授法教具挂图PPT。数控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.根据数控系统的基本调试过程引入到机床参数的设置，列举机床参数的功能，并说明其重要性。2.根据机床参数的分类，举例说明（案例法）每一种参数的取值与设定方法。3.借助于多媒体课件、数控系统综合实验台，采用讲练结合的形式，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数控系统调试过程的准备。教学内容正文一.机床参数的功能1.机床数据是数控系统与机床以及伺服驱动之间匹配的媒介。2.机床数据是数控系统功能管理和开放的钥匙。3．机床数据是机床动态特性的调节阀门。4.机床数据为PLC逻辑控制提供灵活的方式。二、机床参数分类与设定1．通用机床数据2．轴机床数据主要是与机床各运行轴相关的机械电气参数。1）机床进给轴及相关机床数据；2）机床主轴及相关机床数据。3．PLC机床数据与PLC相关的机床数据。4．伺服驱动数据MD880:电机转速；MD918:PROFIBUS地址；MD1005:电机编码器每转脉冲数；MD1120：电流环增益；MD1121:电流环积分时间；MD1407/MD1408:速度环增益；MD1409/MD1410:速度环积分时间。5．其他机床数据显示机床数据。总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.总结参数调节的过程。2.完成试验报告。学院教案首页课次27课型课堂、实践教学章节第七章典型数控系统及应用西门子数控系统的数据保护教学目的1.熟悉西门子数控系统存储器的配置情况。2.掌握西门子数控系统冷、热两种起动方法。3.掌握西门子数控系统（正常0、缺省值1、存储数据2）三种起动方法。4.掌握西门子数控系统机床数据的三种保护方法。教学重点1．西门子数控系统存储器的配置。2．西门子数控系统冷、热两种起动方法。3．西门子数控系统（正常0、缺省值1、存储数据2）三种起动方法。4.西门子数控系统机床数据的三种保护方法。教学难点西门子数控系统机床数据的三种保护方法。教学方法讲授法教具挂图PPT。数控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.通过介绍西门子数控系统存储器的配置，说明静态存储器区存放工作数据（可修改），高速闪存区存放固定数据，通常作为数据备份区，以及存放系统程序。2示范并介绍西门子数控系统冷、热两种起动方法。3.示范并介绍西门子数控系统（正常0、缺省值1、存储数据2）三种起动方法。4.示范并介绍西门子数控系统机床数据的三种保护方法。5借助于多媒体课件、数控系统综合实验台、传输软件，将学生分组，要求在规定时间内完成实验任务（任务法），切实提高学生的动手能力学院教案续页教学过程引言数控系统的参数。教学内容正文西门子802D数控系统数据存储方法1.机内存储2.机外存储3.PC卡存储二、西门子802D数控系统两种起动方法冷启动:S1开关选择。热启动操作面板选择。三、西门子802D数控系统三种起动方法1.方式0：正常上电启动。2.方式1：缺省值上电启动。3.方式2：按存储数据上电启动。四、机床数据的保护1.机内存储机内存储即将静态存储器SRAM区已修改过的有用数据存放到高速闪存FLASHROM区保存。通常系统断电后，SRAM区的数据由高能电容C上的电压进行保持，对于长期不通电的机床，SRAM区的数据将丢失。当重新上电时，系统启动过程中自动调用备份数据区上一次存储的机床数据，若没有做过数据存储则在启动过程中自动调用出厂数据。机内存储即数据存储功能是一种不需任何工具的方便快速的数据保护方法。2.机外存储通过RS232串行口传输。3存储卡存储通过数控系统的存储操作总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.总结数据保护的过程。2.完成试验报告。学院教案首页课次28课型课堂教学章节第七章典型数控系统及应用华中数控系统概述教学目的了解华中（世纪星）数控系统的特点。2．熟悉华中数控系统功能部件的接口与功能。教学重点1.熟悉华中数控系统功能部件的接口。2.掌握华中数控系统功能部件的功能。教学难点华中数控系统功能部件的功能教学方法讲授法教具挂图PPT。数控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.以华中世纪星综合实验台为例，介绍实验台的组成及其结构，了解数控系统在数控机床中的的地位和作用。2.通过现场拆卸数控系统功能部件的接口，直观形象了解各种接口的结构和定义，学生很容易掌握。3.对于教学难点“华中数控系统功能部件的功能”，要从机床部件在实验台(机床)中的原理和作用，理解它们的功能。学院教案续页教学过程引言我们学院有哪些数控系统的机床？引出本次课内容。比如国产品牌。教学内容正文一、华中数控系统的概况武汉华中数控股份有限公司是国内自主开发数控系统的龙头企业，是国家高新技术产业化基地。华中数控以“世纪星”系列数控单元为典型产品，HNC-21/22T为车削系统，HNC－21/22M为铣削系统，最大联动轴数为4轴，采用开放式体系结构，内置嵌入式工业PC。伺服系统的主要产品包括：HSV-11系列交流伺服驱动装置，HSV-16/20系列全数字交流伺服驱动装置，步进电机驱动装置，交流伺服主轴驱动装置与电机，永磁同步交流伺服电机等。二、华中数控系统的功能部件1.数控装置2.变频调速主轴单元3.交流伺服驱动单元4.步进驱动单元5.输入与输出装置工作台三、华中数控系统功能部件的接口与功能1.电源接口—XS12.PC键盘接口—XS23.以太网接口—XS34.软驱接口—XS45.RS232接口—XS56.远程I/O接口—XS67.手持单元接口—XS88.主轴控制接口—XS99.开关量输入接口—XS10、XS1110.模拟接口式、脉冲接口式伺服总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.总结华中系统的特点。2.预习后面的内容。学院教案首页课次29.30课型实践教学章节第七章典型数控系统及应用华中数控系统的部件连接教学目的1.通过华中数控系统各模块的连接使学生熟悉华中数控系统、驱动器的供电与接地。2.理解急停与超程解除控制线路的设计原理。教学重点华中数控系统各模块的连接。2．急停与超程解除控制线路的设计原理。教学难点急停与超程解除控制线路的设计原理教学方法讲授法教具挂图PPT。数控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.通过综合实验台的讲解及连接，实现教学目标。2分组进行，每组人数以不超过10人为宜。3首先讲解对实验台各部分的工作原理，然后演示各部分的连接方法，比如CNC、变频器、伺服驱动单元和电机以及编码器或光栅等相互之间的接线，然后分组按照要求自己接线，在接线的时候可以询问指导老师。4其次讲解急停与超程解除控制线路的设计原理，设定超程故障，采用超程解除的方法进行解除。5最后要对实验台的连接顺序和步骤以及超程解除方法作归纳。6在连接中，要注意电源和控制信号的流向。学院教案续页教学过程引言华中系统的概述。教学内容正文一、连接总图一、华中数控系统各功能模块1、电源部分的连接2、继电器与输入输出开关量3、数控装置与手摇的连接4、数控装置与光栅尺的连接5、数控装置与主轴连接6、数控装置与步进驱动器连接7、数控装置与交流伺服连接8、数控系统刀架电机的连接二、急停与超程解除控制线路的工作原理有急停按钮的常闭触点以串联方式，连接到系统的急停回路中。在正常情况下，急停按钮处于松开状态，其触点处于常闭状态。按下急停按钮后，其触点断开，使得系统的急停回路所控制的中间继电器KA断电，而切断移动装置（如进给轴电机/主轴电机/刀库/架电机等）的动力电源同时连接在PLC输入端的中间继电器KA的一组常开触点向系统发出急停报警此信号在打开急停按钮时则作为系统的复位信号总结与巩固（小结、考核知识点、作业等）1.总结学生接线情况。2.完成