数控编程与仿真实训教学教案.docx

数控编程与仿真实训（第6版）电子数索二。二三年十二月授课主题任务1认飕控机床授课教师授课日期年月日授课对象课时4教学目标掌握数控机床的组成及种类，熟悉数控机）背景、发展趋势及先进的制造技术。K的加工特点和加工对象，了解数控机床的产生教学重点数控机床的组成及种类教学难点数控机床的组成教学用书雌编程与仿真实训（第6版），人民邮电出版社，2023年出版教学资源微课教学过程设计教学环节教学内容教学方法一、任务导入根据教材表1.1所示的机床外形写出数控机床的名称、应用范围及12种常见的机床型号。讲授法二、释疑解难一、数控机床的产生与发展1 .数控机床的产生数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六个时代：（1）数控（NC）阶段（1952年1970年）1952年的第一代一一电子管数控机床，1959年的第二代一一晶体管数控机床，1965年的第三代一一集成电路数控机床。（2）计算机数控（CNC）阶段（1970年现在）1970年的第四代一一小型计算机数控机床，1974年的第五代一一微型计算机数控系统，1990年的第六代一一基于PC的数控机床。随着微电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术也随之不断更新，发展非常迅速，几乎每5年更新换代一次，其在制造领域的加工优势逐渐体现出来。2 .数控机床的发展趋势（1）面速度高精度化（2）多功能化（3）智能化数控机床应用高技术的重要目标是智能化。智能化技术主要体现在以下几个方面：引进自适应控制技术附加人机会话自动编程功能具有设备故障自诊断功能（4）小型化（5）高可靠性二、数控机床的概念及组成1.数控机床的基本概念（1）数控（NumericalControl,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。（2）数控机床（NumericallyControlledMachinetool）案例教学法、启发教学法是指装备了计算机数控系统的机床，简称CNC机床。2 .数控机床加工工件的过程利用数控机床完成工件加工的过程，如图1.1所示。图1.1数控机床加工工件的过程3 .数控机床的组成数控机床由输入输出设备、计算机数控装置（简称CNC装置）、伺服系统和机床本体等部分组成三、数控机床的种类与应用数控机床的分类方法很多，大致有以下几种：1 .按工艺用途分类（1）金属切削类数控机床（2）金属成型类数控机床（3）数控特种加工机床（4）其它类型的数控设备2 .按机床运动的控制轨迹分类（1）点位控制数控机床（2）直线控制数控机床（3）轮廓控制数控机床3 .按伺服控制的方式分类（1）开环控制系统（2）半闭环控制系统（3）闭环控制系统4 .按控制坐标轴的数量分类按计算机数控装置能同时联动控制的坐标轴的数量分类，有两坐标联动数控机床、三坐标联动数控机床和多坐标联动数控机床。5 .按数控系统分类目前，数控系统的种类规格很多，在我国，使用比较广泛的有日本FANUC、德国SIEMENS公司的产品，以及国产的广州数控、华中数控系统等。6 .按数控系统功能水平分类按数控系统的功能水平不同，数控机床可分为低、中、高三档。四、数控机床加工的特点及应用1.数控机床加工的特点数控机床与普通机床相比，具有以下特点：（1）可以加工具有复杂型面的工件（2）加工精度高，质量稳定（3）生产率高(4)改善劳动条件(5)有利于生产管理现代化2.数控机床的适用范围从数控机床加工的特点可以看出，数控机床加工的主要对象有：(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(工具、夹具和模具)的零件。五、先进制造技术1 .快速原型法(又称快速成形法)快速原型法是国外20世纪80年代中、后期发展起来的一种新技术，它与虚拟制造技术一起，被称为未来制造业的两大支柱技术。2 .虚拟制造技术虚拟制造是以计算机支持的仿真技术和虚拟现实技术为前提，对企业的全部生产、经营活动进行建模，并在计算机上“虚拟”地运行产品设计、加工制造、计划制定、生产调度、经营管理、成本财务管理、质量管理甚至市场营销等在内的企业全部功能，在求得系统的最佳运行参数后，再据此实现企业的物理运行。3 .柔性制造系统(FMS)FMS一般由加工系统、物流系统、信息流控制系统和辅助系统组成。4 .柔性制造单元(FMC)柔性制造单元可以被认为是小型的FMS,它通常包括12台加工中心，再配以托盘库、自动托盘交换装置和小型刀库。5 .计算机集成制造系统(CIMS)三、任务实施到数控加工实训室参观各类数控设备，了解其结构及其加工零件的特征，并建议在互联网上查询与数控机床相关的资料，完成表1.1的内容。四、模仿练习到图书馆、阅览室了解机械及数控加工等方面有哪些书籍及杂志，上网查询数控机床的最新动向和技术。任务驱动法五、总结归纳课堂小结讲授法六、拓展练习完成任务1自测题练习法七、课后反思授课主题任务2数控机床的工作原理授课教师授课日期年月日授课对象课时6教学目标r解计算机数控系统的工作流程，熟悉刀J直线和圆弧进行插补的过程。更补偿原理，掌握插补的概念及用逐点比较法对用逐点比较法对直线和圆弧进行插补的过程教学难点刀具补偿原理教学用书数控编程与仿真实训（第6版），人民邮电出版社，2023年出版教学资源微课教学过程设计教学环节教学内容教学方法一、任务导入(1)如图2.4(-5,3)«<-I所示，N用逐点-J比较法插彳Y+直线OA,画出动点轨迹图。小圆弧AB,画出动点轨迹图。讲授法(2)如IMT：a2.)2所示，O用逐点YCX比较法插彳¥4j(O,-4)二、释疑解难一、计算机数控系统的工作流程1 .计算机数控系统的组成计算机数控系统（ComputerNumericalControl）简称CNC系统，它由零件加工程序、输入输出设备、CNC装置、可编程序控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。2 .计算机数控系统的工作过程（1）CNC装置的组成CNe装置由硬件和软件组成。（2）CNe装置的工作过程CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程，机床的逻辑案例教学法、启发教学法功能信息是在CNC装置中经译码处理后，在机床逻辑控制软件的控制下，通过一些顺序执行电器送往机床强电部分，去执行机床的强电功能。零件加工程序的坐标控制信息经译码后，通过轨迹计算和速度计算传送给插补工作寄存器，由插补产生的运动指令提供给伺服电动机，去控制机床坐标轴的运动。3.CNC装置可执行的功能CNC装置可执行的功能般包括基本功能和选择功能。基本功能是CNC系统必备的数控功能，选择功能是供用户根据机床特点和工作途径进行选择的功能。（1）基本功能（2）选择功能二、刀具补偿原理1 .刀具半径补偿（1）刀具半径补偿的概念（2）刀具半径补偿的执行过程根据ISO规定，当刀具中心轨迹在程序规定的前进方向的右边时称为右刀补，用G42表示；反之称为左刀补，用G41表示。刀具半径补偿的执行过程分为刀补建立，刀补进行和刀补撤消三个步骤。刀补建立刀补进行刀补撤消（G40）刀具半径补偿仅在指定的二维坐标平面内进行，平面的指定由代码G17（Xy平面），G18（YZ平面），G19（XZ平面）表示。（3） B功能刀具半径补偿B功能刀具半径补偿为基本的刀具半径补偿，它仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，计算刀具中心的运动轨迹。（4） C功能刀具半径补偿C刀补能自动地处理两个程序段刀具中心轨迹的转换，编程员可完全按工件的轮廓编程。2 .刀具长度补偿的概念刀具长度补偿是用来补偿刀具长度差额的一种功能。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须修改数控机床中刀具长度补偿的数值，通过刀具长度补偿这一功能实现对刀具长度差额的补偿。三、插补原理1 .概述（1）插补的基本概念插补就是按规定的函数曲线或直线，对其起点和终点之间，按照一定的方法进行数据点的密化计算和填充，并给出相应的位移量，使其实际轨迹和理论轨迹之间的误差小于一个脉冲当量的过程。插补的任务是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。（2）插补方法的分类脉冲增量插补数字增量插补2 .逐点比较法逐点比较法插补每控制机床坐标进给一步，都要完成以下四个工作节拍。第一个节拍一一偏差判别第二个节拍一一坐标进给第三个节拍一一偏差计算第四个节拍一一终点判别（1）直线插补若点（X,r）在直线上，则XXeLXeY-YeX=OY匕若点（X,）位于直线上方，则Xey-n>o若点QX,Y）位于直线下方，则XeY-ex<o图2.8逐点比较法直线插补因此取偏差函数产=Xfy-YeX。设点（必，Yi）为当前所在位置，其产值为尸=Xe匕-匕Xi若沿+X方向走一步，则Xi+=X+/匕+尸匕Fi+l=XeYi+l-YeXi+l=XeYi-Ye（Xi+l）=Fi-Ye若沿+Y方向走一步，则M+=MYi+=Yi+/Fi+l=XeYi+-YeXi+l=Xe（Yi+D-YeYi=Fi+Xe由逐点比较法的运动特点可知，插补运动总步数=Xe+Ye,可以利用n来判别是否到达终点。每走一步使=-7,直至二O为止。例如，插补直线段的起点为（0,0）,终点为（4,2）,整个计算流程与节拍如表2.1所示。插补轨迹如图2.10所示。表2.1直线插补计算表节拍判别函数进给方向偏差计算终点判别起始F0=On=61Fo=O+XF1=F0-Ye=0-2=-2n=52Fl=2<0+YF2=Fi+Xe=-2+4=2n=43F2=2>0+XF3=F2-K=2-2=0n=34F3=O+XF4=F3-Ye=0-2=-2n=25F4=-K0+YF5=F4+Xe=-2+4=2n=16F5=2>0+XF6=F5-K=2-2=0n=0图2.10直线插补轨迹（2）圆弧插补逐点比较法圆弧插补中，通常以圆心为原点，根据圆弧起点与终点的坐标值来进行插补，如图2.11所示。以第一象限逆圆为例，圆弧起点坐标为（X0，匕），终点坐标为（Xe,匕），对于圆弧上任一点（Xi,匕），有Xi2+Yi2=R2令产=（必2+匕2）一R2为偏差函数。当QO时，该点在圆外，向-X方向运动一步；当尸o时，该点在圆弧内，向+y方向运动一步。设当前点QXi，Yi）对应的偏差函数为Fi=（Xi2+Y?）-R2当点沿-X方向走一步后Fi+l=（Xrl）2+Y,2-R2=Fi-2Xi+/当点沿+Y方向走一步后Fi+l=Xi2+（Yi-f-l）2-R2=Fi+2Yi+1终点判别可由=IXe-XI