四川省高校教师资格 2.docx

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四川省高校教师资格2

课程名称

数控机床的应用

课题名称

数控机床结构及工作原理

课时

1

授课日期

任课教师

目标群体

教学环境

多媒体教室

学习目标

1、知识目标：

掌握数控机床的基本结构及各机构的作用、掌握数控机床的基本工作原理。

2、能力目标：

认识数控机床、掌握数控机床的一些术语、能指出数控机床的一些结构名称。

3、情感价值目标：

端正学习态度，培养学生对数控技术的学习兴趣，激发学生的爱国主义情操。

学习重点

数控机床的基本结构及数控机床的基本工作原理

学习难点

数控机床各机构的作用

教法.学法

教法：

启发式教法视频教学讲解方法

学法：

讨论式学法辩证式学法

教学准备

数控机床挂图PPT讲义

参考教材

《数控机床的应用》机械工业出版社主编韩宏鸾

板书设计：

教学过程、内容及时间分配

教学方法与手段

【说课】（1min）

各位老师大家好：

今天我说课的内容是《数控机床的应用》第二节数控机床的结构及工作原理。

此次授课的主要对象是15级数控技术应用班级的学生，学生的基本情况是拥有了一定的机械制造基础知识也掌握了数控技术的概念性知识，而且本门课程也进行了第一节的教学内容，因此考虑到学生的专业基础和学习风格并结合教材的重点、难点，在教学方法上除了传统的讲授法外再结合图例和PPT视频的教学手段来提高学生的学习兴趣，力求内容深入浅出，帮助学生理解。

以上就是我的说课内容。

【引入】（2min）

大家都知道第二次世界大战对全世界的人民造成了巨大的伤害，我们的祖国在抗击法西斯侵略的过程中也付出沉痛的代价。

请同学们结合当时的形式讨论一下各国的国力（给同学们2分钟的时间讨论）。

大家都知道当时世界军事最强盛的国家是德国法西斯，原因是因为他们拥有强大的机械制造技术和最先进的精密加工机床。

从这个例子可以看出机械制造技术对于国家的经济发展和综合国力起着至关重要的作用。

随着科技的发展和社会的进步以数控技术为核心的机械制造业已经成为了衡量一个国家综合国力的重要标准。

第二节数控机床的结构及工作原理

掌握数控技术的前提是要了解数控机床的构造和它的工作原理。

数控机床是一种高度自动化的机床，它在加工工艺与加工表面形成方法上与普通机床基本相同，最根本的不同在于实现自动化控制的原理与方法上：

数控机床是用数字化的信息来实现自动控制的。

【概述】：

在数控机床上加工零件时，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化。

先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具参数，再按数控机床规定采用的代码和程序格式，将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、切削进给量、背吃刀量）以及辅助操作（换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关）等编制成数控加工程序，然后将程序输入到数控装置中，经数控装置分析处理后，发出指令控制机床进行自动加工。

【板书】在黑板上画出数控机床的主要硬件构成图。

（给同学们3min时间观看图示）

【讲解】黑板上的构成图我们可以看出数控机床主要的组成部分有

1、输入输出装置2、数控装置（CNC装置）3、伺服装置

4、PLC及辅助控制装置5、驱动装置6、检测反馈装置7、机床本体

以上就是组成数控机床的主要部分，那么每部分的作用是什么呢？

我们只有理解了每部分的作用是什么才能把数控机床的工作过程具体化。

（打开PPT）用PPT开始讲解各部分的作用（30min）

一、输入输出装置（即控制介质）

输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。

在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。

输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。

控制介质PPT图示

穿孔纸带U盘显示器键盘

总结输入输出装置的作用：

用于输入零件的加工信息，如零件的工艺工艺过程、工艺参数等，以控制机床的运动实现零件的加工；并输出机床的内部工作参数，如机床工作状态，故障参数等。

二、数控装置（CNC装置）

CNC的概念：

（ComputerNumericalControl）是指以计算机为核心

的数控装置系统。

CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。

CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。

其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号；选择和交换刀具的刀具指令信号，冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。

如何控制刀具或工件的运动是数控机床的核心问题。

数控机床的信息数字化就是把刀具与工件的运动坐标分割成一些最小单位量，即最小位移量。

数控系统按照程序的要求，经过信息处理、分配，使坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。

CNC装置每发出一个脉冲，机床执行部件的最小位移量称为脉冲当量。

常用机床的脉冲当量为0.01～0.001mm/脉冲，脉冲当量越小，数控机床精度越高。

各种斜线、圆弧、曲线均可由以脉冲当量为单位的微小直线段拟合而成。

插补就是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间计算中间点的方法。

目前加工行业中常用的数控装置系统有：

发那科、西门子、广州数控、华中数控等。

PPT图示

总结数控装置系统的作用：

数控装置是数控机床的核心中枢，它从内部存储器中取出或接受控制介质输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，从而控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。

三、伺服装置。

伺服系统主要完成机床的运动及运动控制（包括进给运动、主轴运动、位置控制等），它由伺服驱动电路和伺服驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。

它接受来自数控装置的位置控制信息，将其转换成相应坐标轴的进给运动和精确的定位运动，驱动机床执行机构运动。

由于是数控机床的最后控制环节，它的性能将直接影响数控机床的生产效率、加工精度和表面加工质量。

PPT图示

伺服装置及伺服电机

总结伺服装置的作用：

把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，从而加工出符合图样要求的零件。

四、PLC及辅助控制系统

可编程控制器（PC，ProgrammableController）是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。

由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制，故把称它为可编程逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController）。

当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器（PMC，ProgrammableMachineController）。

PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。

CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。

辅助控制系统包括主轴运动部件的变速、转换和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台分度转位等开关辅助动作，通常是指数控机床中的强电控制装置。

PLC接收CNC提供M、S、T等辅助代码从而有序的控制着这些辅助设备的开关动作。

PPT图示

可编程控制器（PLC）

总结PLC及辅助控制系统的作用：

接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的辅助设备电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。

五、驱动装置

驱动装置主要包括主轴驱动系统和进给驱动系统。

1、主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统完成主运动的动力装置部分，主轴驱动系统通过该传动机构变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度、配合进给运动加工处理想的零件。

它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件加工精度有较大的影响。

2、进给驱动系统把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的滚珠丝杠驱动机床工作台，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件，通常把伺服装置和进给驱动动装置统称为伺服系统。

驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。

PPT图示

主轴电机主轴部件

滚珠丝杠示意图（注：

主轴部件结构在以后第四节内容讲解）

1一螺母2一丝杠3一滚珠4一滚珠循环装置（注：

滚珠丝杠工作原理在以后第三节内容讲解）

总结驱动装置的作用：

它是数控机床的驱动部件，在数控装置的控制下通过伺服装置实现主轴和进给驱动运动。

当几个进给运动联动时可完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。

六、检测反馈装置

测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。

通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。

当检测装置安装的位置不同时机床的性能也不同。

如：

1、当检测元件安装在丝杠的顶端或电动机的端头时我们称之为：

半闭环控制数控机床。

该类机床采用的角度检测装置（如：

光电编码器）。

PPT图示

这类控制机床的特点是：

调试方便，价格较低，同时精度较高。

2、当检测元件直接安装在机床的移动工作台上时我们称之为：

全闭环控制机床。

该类机床采用直线位移检测装置（如：

直线光栅）

PPT图示

这类控制机床特点是:

控制精度很高，但控制电路复杂，调试复杂，价格更高。

3、当机床没有安装检测元件时我们称之为：

开环控制数控机床。

这类控制数控机床的特点是：

结构简单，工作稳定可靠，调试方便，价格低廉，但控制精度很低。

总结检测元件的作用：

检测反馈装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置将反馈回来的实际位移值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。

测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛。

七、机床本体

数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。

但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。

PPT图示

总结：

数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。

【过渡】通过对数控机床的主要组成部分的学习，同学们对数控机床有了初步的认识。

请结合数控机床各部分的作用详细解释数控机床的整体工作过程（给同学们5分钟时间思考并作答）

播放数控加工视频（数控铣加工维纳斯人像视频5分钟）

简单的来讲：

数控机床的整体工作过程如图所示

课后总结：

数控技术为机械制造业带来了重大的变革，随着科技的发展数控技术的不断成熟与进步，机械自动化产业在国计民生中扮演了越来越重要的角色，与国家的经济发展和综合实力的提高息息相关。

而我国的数控技术也在蓬勃的发展，但是由于起步较晚越来越迫切的需要数控技术方面的高素质人才。

同学们应该好好学习数控技术为将来能投身到祖国的机械制造行业中做好准备。

启发式教学法

引导讲授法

讲授法

举例法

讲授法

图例

PPT

图例讲授

PPT

图例讲授

PPT

图例讲授

PPT

图例讲授

PPT

图例讲授

课后讨论相互辩证

并播放视频

课后总结激发学生的学习兴趣和爱国情操