《數(shù)控機(jī)床電氣控制》教學(xué)大綱

《機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)》教學(xué)大綱《機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)》教學(xué)大綱一、課程基本信息機(jī)械工程系機(jī)械工程系課程名稱機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)開課部門數(shù)控維修教研室課程編號(hào)20220C編制人湯彩萍/80審定人（分學(xué)期學(xué)時(shí)）課程總學(xué)分/2007年18日5修訂日期（分學(xué)期學(xué)分）第4次修訂二、課程目標(biāo)與任務(wù)本課程是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用與數(shù)控設(shè)備維修專業(yè)的主干必修課程。二、課程目標(biāo)與任務(wù)本課程是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用與數(shù)控設(shè)備維修專業(yè)的主干必修課程。本課程任務(wù)是使學(xué)生熟悉數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的組成、各組成部分的功能及數(shù)控機(jī)床工作原理。通過(guò)對(duì)數(shù)控原理和典型數(shù)控系統(tǒng)的分析和介紹，使學(xué)生掌握數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測(cè)裝置、可編程控制器在數(shù)控機(jī)床上的功能和應(yīng)用，并掌握這些部件與機(jī)床本體配接的知識(shí)。學(xué)完本課程，學(xué)生應(yīng)具有初步分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)問(wèn)題、進(jìn)行數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、進(jìn)行數(shù)控機(jī)床調(diào)試和維修的能力。三、課程教學(xué)內(nèi)容與要求備注：以下涉及的章節(jié)與特定教材無(wú)關(guān)，僅表示知識(shí)順序。第一章數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)概述（Generaldescription）學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§1.1數(shù)控簡(jiǎn)介（IntroductiontoNC）重點(diǎn)：數(shù)控概①具備識(shí)別數(shù)控機(jī)床與普通念、數(shù)控機(jī)床機(jī)床的能力一、數(shù)控概念（ConceptofCNC）基本組成（硬2件）二、數(shù)控機(jī)床基本組成（ElementsoftheCNCmachine）§1.2數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的組成（Elements重點(diǎn)：數(shù)控機(jī)②能夠理解自動(dòng)化設(shè)備的一oftheCNCmachinecontrolsystem）床控制系統(tǒng)的般工作原理2一、組成一、組成(Elements)組成二、工作原理及控制對(duì)象（自控原理，theory難點(diǎn)：工作原ofautomationandcontrollableobjects）三、理伺服系統(tǒng)的控制方式（Typesofservocontrol）現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)§1.3數(shù)控基礎(chǔ)（FundamentalsofCNC）統(tǒng)的三種控制①能夠運(yùn)用坐標(biāo)系的標(biāo)準(zhǔn)確定一臺(tái)新機(jī)床的坐標(biāo)系一、坐標(biāo)系（CNCcoordinates）方式②具備辨別低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控(CNCfunctionsandCNCprograms)機(jī)床與閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的能力2③能夠理解不同控制方式的特點(diǎn)更新：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展展望實(shí)驗(yàn)1：數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識(shí)與數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系2第二章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNCcontrols)第二章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNCcontrols)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§2.1CNC裝置的組成重點(diǎn)：數(shù)控軟件完能夠理解數(shù)控系統(tǒng)對(duì)程序所成的任務(wù)做的插補(bǔ)前的處理一、硬件組成(Hardwarecomponents)2二、軟件組成（Softwarecomponents）§2.2輪廓插補(bǔ)(Contourinterpolation) 重點(diǎn)：逐點(diǎn)比較法能夠理解插補(bǔ)的作用、種類和數(shù)據(jù)采樣法的基及基本思想本思想2更新：納米插補(bǔ)功能第三章位置檢測(cè)裝置(Positiondetectors)第三章位置檢測(cè)裝置(Positiondetectors)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§3.1旋轉(zhuǎn)編碼器（Rotaryencoders）§3.1.1增量式旋轉(zhuǎn)編碼器(Incremental)一、結(jié)構(gòu)和原理（Structureandoperating

重點(diǎn)： ①知道增量式編碼器的輸出電纜的芯線數(shù)①旋轉(zhuǎn)編碼器的及每根線的名稱和原理 用principle）二、輸出信號(hào)（Outputsignals）三、旋轉(zhuǎn)編碼器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用(Applications)

②輸出信號(hào)的應(yīng)用難點(diǎn)：

②能夠根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)簽識(shí)別增量式和絕對(duì)式編碼器③熟悉數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn)的確定，包括開機(jī)SIEMENS旋轉(zhuǎn)編碼器或FANUC編碼器在數(shù)控機(jī)床上的

首先回參考點(diǎn)的思 4（規(guī)格與輸出信號(hào)）§3.1.2(Absolute)一、結(jié)構(gòu)和原理（Structureandoperatingprinciple）二、輸出信號(hào)（Outputsignals）舉例：HEIDENHAIN絕對(duì)式編碼器或SIEMENS旋轉(zhuǎn)編碼器（規(guī)格與輸出信號(hào)）§3.2直線光柵尺（Linearencoders）

應(yīng)用重點(diǎn)：

想、回參考點(diǎn)的操作、回參考點(diǎn)的動(dòng)作過(guò)程、回參考點(diǎn)過(guò)程常見故障診斷①知道直線光柵尺的輸出電纜的芯線數(shù)及一、結(jié)構(gòu)和原理（Structureandoperatingprinciple）

①直線光柵尺的每根線的名稱和作用原理二、輸出信號(hào)及處理（Outputsignals）

②明確知道光柵尺在②輸出信號(hào) 數(shù)控機(jī)床上是一種直接測(cè)量裝置 2舉例：HEIDENHAIN直線光柵尺（規(guī)格與輸出③在數(shù)控機(jī)床上信號(hào)） 的應(yīng)用更新：高分辨率編碼器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)2：坐標(biāo)軸參考點(diǎn)的設(shè)置 2第四章驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置第四章驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置(Motorsanddrives)教學(xué)內(nèi)容§4.1步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Stepdrives）§4.1.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理（Constructionandoperating

重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：作原理

能力培養(yǎng)電動(dòng)機(jī)的能力②能夠根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的銘牌了

學(xué)時(shí)分配principle）二、工作特性（Workingcurve）

②步距角的計(jì)算 解其規(guī)格和特性③矩頻特性 ③能夠根據(jù)具的步進(jìn)傳動(dòng)要SIEMENS步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6FC5548-0AB12-0AA0（規(guī)格銘牌與特性曲線

④驅(qū)動(dòng)裝置的作用

選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)§4.1.2步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置（Stepdriveunits）環(huán)形脈沖分配（Ringpulsedistribution二、功率放大（Poweramplifiers）舉例：SIEMENS步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置STEPDRIVEC（規(guī)格與接口）

⑤脈沖當(dāng)量與步距的步距角角的關(guān)系；進(jìn)給速2度與脈沖頻率的關(guān)系難點(diǎn)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)裝置的接口§4.1.3開環(huán)位置伺服系統(tǒng)（Openloopservos）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)形式（Stepdrivetransmission）二、開環(huán)伺服系統(tǒng)（Openloopservos）§4.2直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（DCdrives）§4.2.1(DCmotors)

重點(diǎn)： 能夠識(shí)讀FANUCPWM①直流伺服電動(dòng)機(jī)直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)壓調(diào)速置與其他裝置的一、結(jié)構(gòu)和工作原理（Constructionandoperating原理 連接圖，明白各principle）②FANUCPWM二、調(diào)速原理(Speed-variableprinciple) 接口含義

接線端子的含義2三、工作特性（Workingcurve）§4.2.2PWM(DCPWMdrives)

閉環(huán)PWM控制電路PWM(DescriptionofPWM)主回路(Maincircuit)控制回路(Controlcircuit)舉例：FANUCPWM直流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置（接口）§4.3交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（ACfeeddrives） 重點(diǎn)： ①能夠讀懂1FT5或1FK6§4.3.1(ACsynchronousmotors)的銘牌和原理接構(gòu)和工作原理 線圖以及工作特結(jié)構(gòu)和工作原理（Constructionandoperatingprinciple） ②調(diào)速原理

性曲線(Speed-variableprinciple)工作特性（Workingcurve）舉例：SIEMENS伺服電動(dòng)機(jī)1FT5或1FK6（規(guī)格銘牌與特性曲線）§4.3.2交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置（ACfeeddriveunit）(Maincircuit)(Controlcircuit)SIEMENS交流進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置SIMODRIVE611AMR-J2（接口）更新：直線電機(jī)，數(shù)字式調(diào)速

難點(diǎn)：SIMODRIVE的原理框圖理解

②能夠理解611A子的含義4現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)§4.4交流主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（ACinductionfrequency-variablesystems）§4.4.1交流異步電動(dòng)機(jī)（ACmotors）一、結(jié)構(gòu)和工作原理(Constructionandoperating

重點(diǎn)： ①能夠說(shuō)出異電動(dòng)機(jī)和同步①三相交流異步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別和使動(dòng)機(jī)的工作原理 用場(chǎng)合2②無(wú)級(jí)調(diào)速原理 ②熟悉通用變頻器的連線方法和principle) ③主軸電動(dòng)機(jī)的工二、調(diào)速原理二、調(diào)速原理(Speed-variableprinciple)作特性基本參數(shù)的設(shè)置三、工作特性（Workingcurve）④通用變頻器主要接線端子含義YVP（規(guī)格銘牌與特性曲線） ⑤數(shù)控機(jī)床主軸兩擋齒輪驅(qū)動(dòng)的目§4.4.2通用變頻器(Universalconverter-inverters)的(Maincircuit)二、控制回路(Controlcircuit)舉例：三菱變頻器FR-A500或SIEMENSMICROMASTER440（接口）§4.4.3主軸驅(qū)動(dòng)的形式(Spindledrivetransmission)分段無(wú)級(jí)變速（Spindlerange）(Electricalspindle)更新：電主軸實(shí)驗(yàn)3：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4實(shí)驗(yàn)4：通用變頻器的連接與使用第五章數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)(Servosystems)第五章數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)(Servosystems)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§5.1位置控制(Positioncontrol)重點(diǎn)：①掌握數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)和閉環(huán)控制形一、位置比較的實(shí)現(xiàn)(Positioncomparison) ①位置控制的兩式個(gè)環(huán)節(jié)二、速度控制信號(hào)的實(shí)現(xiàn)(Velocitycommand)難點(diǎn)：②能夠讀懂SIEMENS位置控制模塊接口圖4舉例：FANUC位置控制芯片和SIEMENS位置控制模塊（接口） FANUC、SIEMENS位置控制原理控制原理§5.2伺服系統(tǒng)性能和參數(shù)（Performanceand重點(diǎn)：parametersofservo）①定位過(guò)程分析一、定位過(guò)程曲線(Positioningresponse)②拐角加工誤差①掌握位置增益對(duì)系統(tǒng)定位過(guò)程性能的影響②了解減小輪廓加工誤差的方法二、輪廓誤差分析(Contourerror) 分析③能夠理解參數(shù)對(duì)數(shù)控三、主要伺服參數(shù)（Importantparameters）的含義及設(shè)置值機(jī)床的作用4舉例：FANUC0伺服參數(shù)或SIEMENS840D伺服參數(shù)（參數(shù)含義及設(shè)置值）④會(huì)查看和設(shè)置機(jī)床參數(shù)更新：全數(shù)字式伺服§5.3主軸的定向控制（Spindleorientation重點(diǎn)：①能夠進(jìn)行準(zhǔn)停的操作一、主軸定向的用途（Purposeofspindleorientation）①準(zhǔn)停的三個(gè)用②了解編碼器準(zhǔn)停的接途線二、機(jī)械準(zhǔn)停（Mechanicalorientation）②編碼器準(zhǔn)停原理三、編碼器準(zhǔn)停（Positioncodermethodorientation）2舉例：FANUC0編碼器準(zhǔn)停方式（接口及參數(shù)設(shè)置）現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)5：數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給參數(shù)的設(shè)置2第六章數(shù)控系統(tǒng)的組成及典型數(shù)控系統(tǒng)介紹(TypicalCNCcontrols)第六章數(shù)控系統(tǒng)的組成及典型數(shù)控系統(tǒng)介紹(TypicalCNCcontrols)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§6.1經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的組成及 重點(diǎn)：SINUMERIK802S系統(tǒng)(Economical①能夠進(jìn)行SINUMERIK802S基本操作2802S的基本組成NCcontrolNCcontrolsystems)部件及其連接②能夠讀懂802S各組成部分的連接圖并進(jìn)行連接現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)§6.2標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)的組成及FANUC重點(diǎn)：0系統(tǒng)(StandardNCcontrolsystems)FANUC0系統(tǒng)CNC單元的組成和硬件連接更新：FANUC30i/31i/32i實(shí)驗(yàn)6：FANUC0iMate-C系統(tǒng)的構(gòu)成與連接①能夠進(jìn)行FANUC0-MD基本操作②能夠讀懂FANUC0各組成部分的連接圖22第七章輔助功能與PLC(PLCsintheCNCmachine)第七章輔助功能與PLC(PLCsintheCNCmachine)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§7.1PLCPLC(General重點(diǎn)：descriptionsandbuilt-inPLC)①能夠理解內(nèi)裝式PLC的概念PLC的控制一、PLC基本組成 對(duì)象 ②能夠讀懂輸入/輸出電路并進(jìn)行輸二、PLC編程語(yǔ)言和工作過(guò)程 ②常見的輸入/輸出元件入/輸出元件的連接2PLC③輸入/輸出通道電路圖③能夠識(shí)別與PLC信號(hào)§7.2FANUCPLC重點(diǎn)：①能識(shí)讀FANUCPMC梯形圖一、FANUCPMC的規(guī)格 ①輸入/輸出接口信號(hào)分類二、輸入/輸出接口電路和信號(hào)地址②常用功能指令2三、基本指令四、功能指令更新：高速PMC§7.3PLC§7.3PLC在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用(Applications)（以FANUCPMC為例）重點(diǎn)：①能夠讀懂梯形圖①主軸正反轉(zhuǎn)控制 ②能夠編制主軸正一、主軸正反轉(zhuǎn)的控制(SpindleCWandCCWcontrol)反轉(zhuǎn)控制的梯形圖②潤(rùn)滑的控制③會(huì)繪制相關(guān)的電二、主軸齒輪換擋的控制(Spindlegearchangecontrol)氣控制原理圖4三、主軸準(zhǔn)停的控制(Spindleorientationcontrol)四、潤(rùn)滑的控制(Lubricationcontrol)7MSTPLC2第八章數(shù)控系統(tǒng)的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(CommunicationinterfaceofCNCcontrolsandnetworking)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§8.1RS232串行通信（RS232serialcommunication）重點(diǎn)：能夠進(jìn)行通信終端參數(shù)的設(shè)置，并進(jìn)行NC程序的輸入與輸出1SINUMERIK802SPC的通信RS232接口信號(hào)線§8.2DNCFMSCIMS中的網(wǎng)絡(luò)通信重點(diǎn)：無(wú)接口(Networking)能夠理解網(wǎng)絡(luò)化制造對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求舉例：MAP1更新：網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控實(shí)驗(yàn)8：數(shù)據(jù)的輸入與輸出2第九章數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)例(ExamplesofCNCapplication)學(xué)時(shí)分教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)與難點(diǎn)能力培養(yǎng)配§9.1TK7640立式數(shù)控鏜銑床電氣控制（配套FANUC0-MD）(ElectricalsysteminTK7640重點(diǎn)：①能夠識(shí)讀一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的電氣原理2FANUC0-MDboringandmillingmachinewithFANUCboringandmillingmachinewithFANUC0-MD)硬件連接圖一、外圍強(qiáng)電回路(Magneticcabinet)難點(diǎn)：機(jī)電聯(lián)調(diào)②了解數(shù)控系統(tǒng)的基本配置二、FANUC0-MD硬件連接(Hardwareconnection)三、機(jī)電聯(lián)調(diào)步驟(Mechanicalandelectricalcommissioning)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)§9.2CK7525A數(shù)控車床電氣控制（配套SIEMENS802C）(ElectricalsysteminCK7525AlathewithSIEMENS802C)重點(diǎn)：①能夠識(shí)讀一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的電氣原理802C硬件連接圖一、外圍強(qiáng)電回路(Magneticcabinet)②了解數(shù)控系統(tǒng)的基本配置二、SIEMENS802C硬件連接(Hardware 4connection)三、機(jī)電聯(lián)調(diào)步驟(Mechanicalandelectricalcommissioning)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)備注：§9.1和§9.2任選1四、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)要求四、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)要求課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配序號(hào)課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目學(xué)時(shí)數(shù)1實(shí)驗(yàn)1：數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識(shí)與數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系22實(shí)驗(yàn)2：坐標(biāo)軸參考點(diǎn)的設(shè)置23實(shí)驗(yàn)3：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)24實(shí)驗(yàn)4：通用變頻器的連接與使用25實(shí)驗(yàn)5：數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給參數(shù)的設(shè)置26實(shí)驗(yàn)6FANUC0iMate-C的構(gòu)成與連接27實(shí)驗(yàn)7：輔助功能與PLC28實(shí)驗(yàn)8：數(shù)據(jù)的輸入與輸出2學(xué)時(shí)分配序號(hào)學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容課堂課內(nèi)專項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)教習(xí)題測(cè)合計(jì)學(xué)試合計(jì)16五、教學(xué)時(shí)數(shù)分配五、教學(xué)時(shí)數(shù)分配“機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)”課程學(xué)時(shí)分配表1數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)概述8講授6實(shí)踐2實(shí)踐2數(shù)控裝置443位置檢測(cè)裝置8624驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)裝置14+284225數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)12+2+210246數(shù)控系統(tǒng)的組成及典型數(shù)控系統(tǒng)介紹62227輔助功能與PLC10828數(shù)控系統(tǒng)的通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4229數(shù)控機(jī)床控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6+2422總計(jì)80501668六、本課程與其它課程的聯(lián)系六、本課程與其它課程的聯(lián)系“機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)”課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)由兩門先修課程“數(shù)控機(jī)床操作與編程”、“機(jī)床電氣控制與PLC”、一門主干課程“機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)”、一門輔助課程“數(shù)控技術(shù)專業(yè)英語(yǔ)”和一門后續(xù)課程“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維護(hù)”組成，按數(shù)控技術(shù)應(yīng)用和數(shù)控設(shè)備維修兩個(gè)專業(yè)方向在不同學(xué)期開設(shè)。七、教學(xué)法建議建議改過(guò)去“教師填鴨式”的教學(xué)為“教師指導(dǎo)式”的教學(xué)?？刹捎脤W(xué)生自學(xué)老師提問(wèn)、學(xué)生上講臺(tái)或黑板講解或答題等方式，鼓勵(lì)學(xué)生各抒己見，時(shí)刻注意學(xué)生的反應(yīng)，避免滿堂灌，增加師生互動(dòng)。建議每一堂課有相應(yīng)的實(shí)踐內(nèi)容與書本內(nèi)容相配套。包括采用多媒體課件、實(shí)物或模型教具、新產(chǎn)品樣本等進(jìn)行直觀教學(xué)；深入車間和實(shí)驗(yàn)室，就現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)；在課堂上列舉實(shí)際生產(chǎn)中的典型例子