【正文】 課 題： 第一章 數(shù)控機(jī)床第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成課 次： 第一次授 課 日 期： 9月6日授 課 班 級： 0907班教 學(xué) 方 法： 板書、講授教學(xué)目的及要求： 掌握數(shù)控機(jī)床的工作原理教 學(xué) 重 難 點(diǎn)： 數(shù)控機(jī)床的原理及組成教 學(xué) 小 結(jié)： 初步認(rèn)識數(shù)控車床是怎樣工作的導(dǎo) 入 新 課： 同學(xué)們，大家好，我們學(xué)習(xí)的是數(shù)控機(jī)床，有沒有人知道數(shù)控機(jī)床是個(gè)什么東西，大家一定會說，加工工件的機(jī)器。還有呢，現(xiàn)在我們就正式開始學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的工作原理以及它的組成講 授 新 課：一、數(shù)控機(jī)床的工作原理機(jī)床本體伺服機(jī)構(gòu)數(shù)控裝置圖樣程序 ① ② ③ ④ ⑤ 工件（1）、根據(jù)零件圖樣進(jìn)行各項(xiàng)準(zhǔn)備。（2）、按規(guī)定格式編制出加工程序。（3）、將加工程序以代碼形式完整記錄在信息介質(zhì)上。（4）、將代碼轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觥＃?）、數(shù)控裝置將結(jié)果以脈沖信號形式向伺服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行信號。（6）、伺服系統(tǒng)向執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)發(fā)出嚴(yán)格指令。二、數(shù)控機(jī)床的組成機(jī)床本體伺服機(jī)構(gòu)數(shù)控裝置控制裝置輔助控制裝置檢測裝置圖11 數(shù)控機(jī)床組成示意圖紙帶、磁帶、磁盤、鍵盤控制介質(zhì)上存儲著加工零件所需要的全部操作信息和刀具相對工件的移動信息.數(shù)控裝置數(shù)控裝置是由專用計(jì)算機(jī)或通用計(jì)算機(jī)所組成?？刂葡到y(tǒng)的主要作用是對輸入的零件加工程序進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，然后向伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號。伺服機(jī)構(gòu)伺服系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的控制信號驅(qū)動執(zhí)行元件運(yùn)動。輔助控制裝置輔助控制裝置是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的強(qiáng)電控制裝置。檢測反饋裝置檢測反饋裝置將數(shù)控機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸的實(shí)際位移量、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信號，并反饋到機(jī)床的數(shù)控裝置中。機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分，包括主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件和床身、立柱、支承部件等。課外作業(yè)： P27 2課 題： 第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類課 次： 第二次授 課 日 期： 9月7日授 課 班 級： 0907班教 學(xué) 方 法： 板書、講授教學(xué)目的及要求： 掌握數(shù)控機(jī)床的分類教 學(xué) 重 難 點(diǎn)： 數(shù)控機(jī)床的分類與伺服系統(tǒng)的分類教 學(xué) 小 結(jié)： 數(shù)控機(jī)床的種類很多，可以按不同的方法對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分類復(fù) 習(xí) 舊 課： 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成導(dǎo) 入 新 課： 這節(jié)課我們進(jìn)一步的學(xué)習(xí)數(shù)控機(jī)床的分類講 授 新 課：數(shù)控機(jī)床的分類介紹數(shù)控機(jī)床的種類很多，可以按不同的方法對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分類：一、按工藝用途可分為： 數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控 線切割機(jī)床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、數(shù)控沖床、數(shù)控液壓機(jī)等各種用途的數(shù)控機(jī)床。 二、按控制運(yùn)動方式分類： 1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，而不控制運(yùn) 動軌跡，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動是不相關(guān)的，在移動過程中不對工件進(jìn)行加工（圖1）。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控沖床等。 2）直線控制數(shù)控機(jī)床：數(shù)控系統(tǒng)除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確位置外，還要保證兩點(diǎn)間的移動軌跡為一直線，并且對移動速度也要進(jìn)行控制，也稱點(diǎn)位直線控制（圖2）。這類數(shù)控機(jī)床主要有比較簡單的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。單純用于直線控制的數(shù)控機(jī)床已不多見。 3）輪廓控制數(shù)控機(jī)床：輪廓控制的特點(diǎn)是能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的運(yùn)動坐標(biāo)的位移和速度同時(shí)進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，它不僅要控制機(jī)床移動部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)，而且要控制整個(gè)加工過程的每一點(diǎn)的速度、方向和位移量，也稱為連續(xù)控制數(shù)控機(jī)床（圖3）。這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、加工中心等。三、按同時(shí)控制且相互獨(dú)立的軸數(shù) 四、按伺服控制方式分： 1）開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：這類機(jī)床不帶位置檢測反饋裝置，通常用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī) 構(gòu)。輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，發(fā)出脈沖指令，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，再通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為工作臺的直線移動，移動部件的移動速度和位移量由輸入脈沖的頻率和脈沖個(gè)數(shù)所決定。 圖4 開環(huán)控制系統(tǒng)框圖 2）半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：在電機(jī)的端頭或絲杠的端頭安裝檢測元件（如感應(yīng)同步器或光電編碼器等），通過檢測其轉(zhuǎn)角來間接檢測移動部件的位移，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。由于大部分機(jī)械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。其控制精度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床，但調(diào)試比較方便，因而被廣泛采用。 圖5 半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 3）閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床：這類數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測反饋裝置，其位置檢測反饋裝置 采用直線位移檢測元件，直接安裝在機(jī)床的移動部件上，將測量結(jié)果直接反饋到數(shù)控裝置中，通過反饋可消除從電動機(jī)到機(jī)床移動部件整個(gè)機(jī)械傳動鏈中的傳動誤差，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。 圖6 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖五、主要數(shù)控機(jī)床介紹課外作業(yè)： P27 4課 題： 第三節(jié) 機(jī)床坐標(biāo)系和工作坐標(biāo)系課 次： 第三次授 課 日 期： 9月13日授 課 班 級： 0907班教 學(xué) 方 法： 板書、講授教學(xué)目的及要求： 掌握數(shù)控機(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)系和工作坐標(biāo)系教 學(xué) 重 難 點(diǎn)： 數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)的軸向教 學(xué) 小 結(jié)： 數(shù)控車床一般有兩個(gè)軸向，用X、Z表示，數(shù)控銑或加工中心是多軸的復(fù) 習(xí) 舊 課： 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)床的分類，從不同的角度分不同的種類導(dǎo) 入 新 課： 這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)非常重要的一個(gè)知識點(diǎn)，那就是機(jī)床的坐標(biāo)系講 授 新 課：一、數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系1）確定原則（JB305282）　 1．刀具相對靜止、工件運(yùn)動的原則：這樣編程人員在不知是刀具移近工件還是工件移 近刀具的情況下，就可以依據(jù)零件圖紙，確定加工的過程?！? 2．標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系原則：即機(jī)床坐標(biāo)系確定機(jī)床上運(yùn)動的大小與方向，以完成一系列的成形 運(yùn)動和輔助運(yùn)動?！? 3．運(yùn)動方向的原則：數(shù)控機(jī)床的某一部件運(yùn)動的正方向，是增大工件與刀具距離的方向。2）坐標(biāo)的確定　　1．Z坐標(biāo)　 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，機(jī)床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標(biāo)（如：銑床、鉆床、車床、磨床等）；如果機(jī)床有幾個(gè)主軸，則選一垂直于裝夾平面的主軸作為主要主軸；如機(jī)床沒有主軸（龍門 刨 床），則規(guī)定垂直于工件裝夾平面為Z軸?！　?．X坐標(biāo)　　 X坐標(biāo)一般是水平的，平行于裝夾平面。對于工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床（如車、磨床等），X坐標(biāo)的方向在工件的徑向上；對于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床則作如下規(guī)定：　　當(dāng)Z軸水平時(shí)，從刀具主軸后向工件看，正X為右方向?！　‘?dāng)Z軸處于鉛垂面時(shí)，對于單立柱式，從刀具主軸后向工件看，正X為右方向；龍門式，從刀 具主軸右側(cè)看，正X為右方向。　　3．Y、A、B、C及Ｕ、Ｖ、Ｗ等坐標(biāo)　　由右手笛卡兒坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)，A，B，C表示繞X，Y，Z坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，正方向按照右手螺旋法則（見圖１）?！　∪粲械诙苯亲鴺?biāo)系，可用Ｕ、Ｖ、Ｗ表示。　 4．坐標(biāo)方向判定　　當(dāng)某一坐標(biāo)上刀具移動時(shí)，用不加撇號的字母表示該軸運(yùn)動的正方向；當(dāng)某一坐標(biāo)上工件移動時(shí)，則用加撇號的字母（例如：A’、X’等）表示。加與不加撇號所表示的運(yùn)動方向正好相反。 圖１　右手直角笛卡兒坐標(biāo)系 圖2　數(shù)控二坐標(biāo)車床 圖3　數(shù)控臥式銑床二、機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系　　 機(jī)床坐標(biāo)系不能直接用來供用戶編程，它是幫助機(jī)床生產(chǎn)廠家確定機(jī)床參考點(diǎn)（零點(diǎn)） 的。機(jī)床參考點(diǎn)由廠家設(shè)定后，用戶不得隨意改變，否則影響機(jī)床的精度?！　?供用戶編程的工件坐標(biāo)系（編程坐標(biāo)系）和機(jī)床坐標(biāo)系通過機(jī)床零點(diǎn)發(fā)生聯(lián)系。課外作業(yè)： P27 6課 題： 第四節(jié) 數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)課 次： 第四次授 課 日 期： 9月14日授 課 班 級： 0907班教 學(xué) 方 法： 板書、講授教學(xué)目的及要求： 了解數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，是由哪幾部分構(gòu)成的，這些組成分別有什么作用教 學(xué) 重 難 點(diǎn)： 數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)、滾珠絲杠螺母副系統(tǒng)教 學(xué) 小 結(jié)： 數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成學(xué)完以后，機(jī)床的運(yùn)動方式及工作原理就更加清晰了復(fù) 習(xí) 舊 課： 上節(jié)課我們學(xué)的是非常適用的一個(gè)知識點(diǎn)，那就是坐標(biāo)系導(dǎo) 入 新 課： 這節(jié)課我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)床的構(gòu)成講 授 新 課：一、數(shù)控機(jī)床的主體機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn)：　　 1)由于采用了高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床的極限傳動結(jié)構(gòu)大為簡化，傳動鏈也大大縮短；　　 2)為適應(yīng)連續(xù)的自動化加工和提高加工生產(chǎn)率，數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的靜、動態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形??；　　 3)為減小摩擦、消除傳動間隙和獲得更高的加工精度，更多地采用了高效傳動部件，如滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌、消隙齒輪傳動副等；　　 4)為了改善勞動條件、減少輔助時(shí)間、改善操作性、提高勞動生產(chǎn)率，采用了刀具自動夾緊裝置、刀庫與自動換刀裝置及自動排屑裝置等輔助裝置?！　《?、根據(jù)數(shù)控機(jī)床的適用場合和機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，對數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)因提出以下要求：　　 、動剛度　　 數(shù)控機(jī)床是按照數(shù)控編程或手動輸入數(shù)據(jù)方式提供的指令自動進(jìn)行加工的。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)(如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、工作臺、刀架和主軸箱等)的幾何精度與變形產(chǎn)生的定位誤差在加工過程中不能為地調(diào)整與補(bǔ)償，因此，必須把各處機(jī)械結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生的彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以保證所要求的加工精度與表面質(zhì)量?！　? 為了提高數(shù)控機(jī)床主軸的剛度，不但經(jīng)常采用三支撐結(jié)構(gòu)，而且選用鋼性很好的雙列短圓柱滾子軸承和角接觸向心推力軸承鉸接出相信忒力軸承，以減小主軸的徑向和軸向變形。為了提高機(jī)床大件的剛度，采用封閉界面的床身，并采用液力平衡減少移動部件因位置變動造成的機(jī)床變形。為了提高機(jī)床各部件的接觸剛度，增加機(jī)床的承載能力，采用刮研的方法增加單位面積上的接觸點(diǎn)，并在結(jié)合面之間施加足夠大的預(yù)加載荷，以增加接觸面積。這些措施都能有效地提高接觸剛度?！　? 為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的高效加工能力，并能進(jìn)行穩(wěn)定切削，在保證靜態(tài)剛度的前提下，還必須提高動態(tài)剛度。常用的措施主要有提高系統(tǒng)的剛度、增加阻尼以及調(diào)整構(gòu)件的自振頻率等。試驗(yàn)表明，提高阻尼系數(shù)是改善抗振性的有效方法。鋼板的焊接結(jié)構(gòu)既可以增加靜剛度、減輕結(jié)構(gòu)重量，又可以增加構(gòu)件本身的阻尼。因此，近年來在數(shù)控機(jī)床上采用了鋼板焊接結(jié)構(gòu)的床身、立柱、橫梁和工作臺。封砂鑄件也有利于振動衰減，對提高抗振性也有較好的效果。　　 　　 在內(nèi)外熱源的影響下，機(jī)床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，使工件與刀具之間的相對運(yùn)動關(guān)系遭到破環(huán)，也是機(jī)床季度下降。對于數(shù)控機(jī)床來說，因?yàn)槿考庸み^程是計(jì)算的指令控制的，熱變形的影響就更為嚴(yán)重。為了減少熱變形，在數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)中通常采用以下措施。　　 減少發(fā)熱，機(jī)床內(nèi)部發(fā)熱時(shí)產(chǎn)生