【正文】 教 案授課時(shí)間2月28日 至 3月 1日課時(shí)數(shù)4授課方式理論課254。 討論課□ 習(xí)題課□ 實(shí)驗(yàn)課□ 上機(jī)課□ 技能課□ 其他□授課單元第一章 數(shù)控系統(tǒng)概述1．1 基本概念概念1．2 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)1. 3 數(shù)控機(jī)床與現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)目的與要求認(rèn)識(shí)數(shù)控技術(shù)的重要性，明確課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)、要求，激發(fā)學(xué)習(xí)本課程的興趣。了解計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)掌握數(shù)控加工技術(shù)的基本概念重點(diǎn)與難點(diǎn) 1． 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)2． 數(shù)控機(jī)床與現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)主要內(nèi)容 數(shù)控系統(tǒng)的基本概念 數(shù)字控制的基本原理 數(shù)控機(jī)床的種類分別 CNC系統(tǒng)的功能 CNC系統(tǒng)的軟件構(gòu)成 現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)教學(xué)方法手段（教具）借助輔助教材利用板書的方式進(jìn)行教學(xué)參考資料《數(shù)控機(jī)床構(gòu)造》蔡厚道 北京理工大學(xué)出版社思考題、作業(yè)無(wú)講 稿第一章 數(shù)控系統(tǒng)概述新課導(dǎo)入 內(nèi)容：計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)就是使用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。早期的DNC系統(tǒng)，其中的數(shù)控機(jī)床不再帶有自己的數(shù)控裝置，它們的插補(bǔ)和控制功能全部由中央計(jì)算機(jī)來(lái)完成，這種方式可靠性不高，已被淘汰。現(xiàn)代的DNC系統(tǒng)中，各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置全部保留，并與DNC系統(tǒng)的中央計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中處理和分級(jí)控制，使系統(tǒng)具有生產(chǎn)管理、作業(yè)調(diào)度、工況顯示、監(jiān)控和刀具壽命管理的能力，為FMS的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。因此現(xiàn)代的DNC系統(tǒng)又被稱為分布式數(shù)字控制系統(tǒng)。 目的：使學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過(guò)程以及在國(guó)民生活中的應(yīng)用。 時(shí)長(zhǎng)：35分鐘新課講授：數(shù)控系統(tǒng)的基本概念 數(shù)控系統(tǒng)，就是利用數(shù)字化信息進(jìn)行控制的系統(tǒng)，被控制的對(duì)象可以是各種生產(chǎn)過(guò)程，在本書中討論的數(shù)控系統(tǒng)特指利用數(shù)字化信息對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制的系統(tǒng)。1）數(shù)字化信息——數(shù)字信息構(gòu)成的控制程序2）控制對(duì)象——各種生產(chǎn)過(guò)程 數(shù)控系統(tǒng)組成框圖數(shù)字控制的基本原理原理：首先將被加工零件的有關(guān)信息（幾何信息、工藝信息等）表示成數(shù)字控制裝置所能接受的指令信息，然后由數(shù)字控制裝置對(duì)指令信息和反饋信息進(jìn)行處理，計(jì)算出機(jī)床各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的控制信息，最后將控制信息轉(zhuǎn)換為機(jī)床各坐標(biāo)部件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，加工出符合設(shè)計(jì)要求的零件。實(shí)質(zhì)：機(jī)床數(shù)字控制是一種信息變換與處理的過(guò)程，其基本原理可以用“分解與合成”進(jìn)行概括。1）零件表面信息的分解 ；2）刀具軌跡信息的分解 ；3）基本曲線信息的分解 ；4）坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn) ；5）刀具軌跡的合成 ；6）加工路徑的合成 ；數(shù)控系統(tǒng)的分類1） 按運(yùn)動(dòng)軌跡分類◆ 點(diǎn)位數(shù)控系統(tǒng) 這種數(shù)控系統(tǒng)僅控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件從一點(diǎn)準(zhǔn)確地移動(dòng)到另一點(diǎn)，在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，對(duì)移動(dòng)部件的移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)有嚴(yán)格要求?！?直線數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)除了控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位外，還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡?！?輪廓數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)能對(duì)兩個(gè)以上機(jī)床坐標(biāo)軸的移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡同時(shí)進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，能夠進(jìn)行各種斜線、圓弧、曲線的加工。2） 按伺服系統(tǒng)分類◆ 開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 無(wú)檢測(cè)反饋，信號(hào)流程單向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較底，調(diào)試簡(jiǎn)單，精度、速度受到限制，執(zhí)行元件通常采用步進(jìn)電機(jī)。◆ 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 有檢測(cè)反饋，但不包含機(jī)械傳動(dòng)元件的誤差，精度較高，穩(wěn)定性高，調(diào)試方便，執(zhí)行元件通常采用伺服電機(jī)?！?閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 有檢測(cè)反饋，包含機(jī)械傳動(dòng)元件誤差，精度高，穩(wěn)定性不易保證，調(diào)試復(fù)雜，執(zhí)行元件通常采用伺服電機(jī)。3） 按功能水平分類◆ 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)通常采用8位CPU或單片機(jī)控制，進(jìn)給速度達(dá)6~8m/min，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)在3軸以下，具有簡(jiǎn)單的CRT字符顯示或數(shù)碼管顯示功能。 ◆ 普及型數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)通常采用16位的CPU，進(jìn)給速度達(dá)10~24m/min，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)在4軸以下，具有平面線性圖形顯示功能。 ◆ 高級(jí)型數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)通常采用32位的CPU，進(jìn)給速度可達(dá)100m/min，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)在5軸以上，具有3維動(dòng)態(tài)圖形顯示功能。 機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展1）1952年，電子管數(shù)控系統(tǒng)，第一代 2）1959年，晶體管數(shù)控系統(tǒng)，第二代 3）1963年，集成電路數(shù)控系統(tǒng) ，第三代4）1970年，小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 第四代5）1974年，微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)， 第五代6）20世紀(jì)80年代， 基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，第六代CNC系統(tǒng)的功能1）基本功能 ◆ 控制功能 ◆ G功能 ◆ 插補(bǔ)功能 ◆ 主軸功能 ◆ M功能 ◆ 刀具功能 ◆ 補(bǔ)償功能 ◆ 顯示功能 2）先進(jìn)功能 ◆ 模擬加工功能 ◆ 監(jiān)測(cè)和診斷功能 ◆ 動(dòng)力刀具和C軸功能 ◆ 虛擬軸功能 ◆ DXF圖形文件支持功能 ◆ 循環(huán)加工功能 ◆ 測(cè)量檢驗(yàn)功能 ◆ 自適應(yīng)控制功能 CNC系統(tǒng)的軟件構(gòu)成CNC系統(tǒng)的這些子軟件并不是完全獨(dú)立的，很多情況下它們必須交叉運(yùn)行。CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 從CNC系統(tǒng)的外部硬件構(gòu)成上看，一般可以分為鍵盤、顯示器、主機(jī)單元、控制單元和功率模塊幾個(gè)部分。從CNC系統(tǒng)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)上看， CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成一般可分為單CPU結(jié)構(gòu)和多CPU結(jié)構(gòu)兩大類。 單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖 多CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)的特點(diǎn)是：CNC系統(tǒng)的所有功能都是通過(guò)一個(gè)CPU進(jìn)行集中控制、分時(shí)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的；該CPU通過(guò)總線與存儲(chǔ)器和各種接口電路相連。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但由于只有一個(gè)CPU，系統(tǒng)功能受到CPU字長(zhǎng)、運(yùn)算頻率等因素的限制，難以滿足一些復(fù)雜功能的要求。 多CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)模塊化，這樣縮短了設(shè)計(jì)制造周期，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。由于每個(gè)CPU分管各自的任務(wù)，形成若干個(gè)模塊，如果某個(gè)模塊出現(xiàn)了故障，其他模塊仍能正常工作，并且插件模塊更換方便，可以使故障對(duì)系統(tǒng)的影響減少到最小，提高了可靠性。 CNC系統(tǒng)的工作過(guò)程現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)簡(jiǎn)介1）計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)（DNC）計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)就是使用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。早期的DNC系統(tǒng)，其中的數(shù)控機(jī)床不再帶有自己的數(shù)控裝置，它們的插補(bǔ)和控制功能全部由中央計(jì)算機(jī)來(lái)完成，這種方式可靠性不高，已被淘汰?，F(xiàn)代的DNC系統(tǒng)中，各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置全部保留，并與DNC系統(tǒng)的中央計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中處理和分級(jí)控制，使系統(tǒng)具有生產(chǎn)管理、作業(yè)調(diào)度、工況顯示、監(jiān)控和刀具壽命管理的能力，為FMS的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。因此現(xiàn)代的DNC系統(tǒng)又被稱為分布式數(shù)字控制系統(tǒng)。2）柔性制造系統(tǒng)（FMS） 帶有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控加工中心是FMS的基本級(jí)別。其后出現(xiàn)的柔性制造單元（FMC）是較高的一個(gè)級(jí)別，它一般由一臺(tái)單元控制計(jì)算機(jī)、多臺(tái)加工中心和自動(dòng)更換工件的托盤站或工業(yè)機(jī)器人組成。在多臺(tái)加工中心和FMC的基礎(chǔ)上，增加刀具和工件在加工設(shè)備和倉(cāng)儲(chǔ)之間的流通和自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)，以及工件檢測(cè)，并由高一級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理，這樣就構(gòu)成了FMS，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多品種零件的全部機(jī)械加工或部件裝配。 3）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS） 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是指將制造工廠全部生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)（市場(chǎng)需求、設(shè)計(jì)、制造、管理和銷售等）中所涉及的子系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)有機(jī)集成在一起的自動(dòng)化系統(tǒng)。包括管理信息系統(tǒng)（MIS）、工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD/CAE/CAPP/CAM）、質(zhì)量保證系統(tǒng)（QAS）、制造自動(dòng)化系統(tǒng)（MAS）、數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）和通訊網(wǎng)絡(luò)（NET）。 CIMS示范工程數(shù)控機(jī)床與現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)的關(guān)系現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)的一個(gè)共同特點(diǎn)是都以數(shù)控機(jī)床作為其基本組成單元和技術(shù)基礎(chǔ)。因此，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床必須具備有單元功能和通信功能。1）單元功能：?jiǎn)卧δ苁菙?shù)控機(jī)床能夠作為一個(gè)獨(dú)立的機(jī)械制造單元而必須具備的功能，包括任務(wù)管理、托盤管理和刀具管理。2）通信功能 ：數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中的制造執(zhí)行單元，對(duì)上需要與上級(jí)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，接收控制信息和反饋現(xiàn)場(chǎng)情況；對(duì)下需要與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器進(jìn)行通信，發(fā)出控制指令和接收反饋信號(hào)；中間要與其它制造單元進(jìn)行通信，進(jìn)行相互任務(wù)的協(xié)調(diào)。 【教學(xué)后記】：教 案授課時(shí)間3月5 日 至 3 月 7 日課時(shí)數(shù)2授課方式理論課254。 討論課□ 習(xí)題課□ 實(shí)驗(yàn)課□ 上機(jī)課□ 技能課□ 其他□授課單元第二章 數(shù)控加工的程序編制 程序編制的基礎(chǔ)知識(shí) 程序的輸入方式及機(jī)床通信方法 數(shù)控加工程序的譯碼與診斷 目的與要求了解數(shù)控編程的基本概念掌握數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系建立和方向的判斷掌握數(shù)控編程中的指令代碼及程序結(jié)構(gòu)和格式掌握數(shù)控編程中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及代碼重點(diǎn)與難點(diǎn)數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系和方向 編程中的指令代碼及程序結(jié)構(gòu)和格式（難點(diǎn)） 數(shù)控加工程序的譯碼與診斷（難點(diǎn)）主 要內(nèi)容 數(shù)控加工程序輸入 2 、數(shù)控機(jī)床的通信方式 數(shù)控加工程序的譯碼與診斷數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系確定數(shù)控機(jī)床編程的準(zhǔn)備G功能指令數(shù)控機(jī)床編程的輔助M功能指令教學(xué)方法手段（教具） 借助輔助教材利用板書的方式進(jìn)行教學(xué)參考資料 《數(shù)控編程》 機(jī)械工業(yè)出版社思考題、作業(yè)講 稿第二章 數(shù)控加工的程序編制舊課復(fù)習(xí)： 內(nèi)容：數(shù)控系統(tǒng)基本概念，數(shù)控機(jī)床與現(xiàn)代機(jī)械制造 目的：使學(xué)生復(fù)習(xí)以往知識(shí)，對(duì)新課的導(dǎo)入起到一定的作用。 時(shí)長(zhǎng)：5分鐘新課導(dǎo)入 內(nèi)容：計(jì)算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)就是使用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)直接控制和管理一群數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工或裝配的系統(tǒng)。早期的DNC系統(tǒng)，其中的數(shù)控機(jī)床不再帶有自己的數(shù)控裝置，它們的插補(bǔ)和控制功能全部由中央計(jì)算機(jī)來(lái)完成，這種方式可靠性不高，已被淘汰。現(xiàn)代的DNC系統(tǒng)中，各臺(tái)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置全部保留，并與DNC系統(tǒng)的中央計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集中處理和分級(jí)控制，使系統(tǒng)具有生產(chǎn)管理、作業(yè)調(diào)度、工況顯示、監(jiān)控和刀具壽命管理的能力，為FMS的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。因此現(xiàn)代的DNC系統(tǒng)又被稱為分布式數(shù)字控制系統(tǒng)。 目的：使學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過(guò)程以及在國(guó)民生活中的應(yīng)用。 時(shí)長(zhǎng)：35分鐘新課講授：數(shù)控加工程序的輸入方式1）鍵盤方式輸入◆ 鍵盤是數(shù)控機(jī)床上常用的人機(jī)對(duì)話輸入設(shè)備，通過(guò)鍵盤可以向數(shù)控裝置輸入加工程序、機(jī)床參數(shù)和系統(tǒng)信息。 ◆ 鍵盤分為全編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型?！?鍵盤輸入方式要求操作者必須了解數(shù)控加工程序的編制規(guī)則，對(duì)操作者的專業(yè)性要求較高。為了降低對(duì)操作者的要求，已有數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家（德國(guó)HEIDENHAIN公司）開(kāi)發(fā)了“對(duì)話式編程方法”。 2） 存儲(chǔ)器方式輸入◆ 數(shù)控加工程序存放在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，稱為內(nèi)存儲(chǔ)器方式；存放在外部存儲(chǔ)器中，稱為外存儲(chǔ)器方式。 ◆ 內(nèi)存儲(chǔ)器，容量較小，只有幾百KB到幾個(gè)MB?！?CF卡、U盤和移動(dòng)硬盤等外存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)容量大、交換速度快，彌補(bǔ)了部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量較小的不足。3）通信方式輸入◆ 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都配置了標(biāo)準(zhǔn)通信接口，使數(shù)控系統(tǒng)可以與其他計(jì)算機(jī)或外部設(shè)備之間進(jìn)行信息交換。 ◆ 串行通信接口RS232C，◆ 以太網(wǎng)絡(luò)接口Ethernet，◆ 現(xiàn)場(chǎng)總線接口Profibus。 數(shù)控加工程序的存儲(chǔ)◆ 按輸入代碼的先后次序直接存儲(chǔ)◆ 按先后次序轉(zhuǎn)換成內(nèi)碼后存放◆ 內(nèi)碼的使用可加快譯碼的速度◆ 數(shù)控加工程序存儲(chǔ)舉例： N05 G90 G01 X203 Y17 F46 M03 LF常用數(shù)控加工代碼及對(duì)應(yīng)內(nèi)碼數(shù)控加工程序存儲(chǔ)器內(nèi)碼存儲(chǔ)情況表 數(shù)控加工程序的譯碼與診斷 數(shù)控加工程序的譯碼◆ 譯碼就是將標(biāo)準(zhǔn)代碼編寫的數(shù)控加工程序翻譯成數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部易于處理的形式，也就是將數(shù)控加工程序存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的內(nèi)碼轉(zhuǎn)化成能夠控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的專門信息后，存放到相應(yīng)的譯碼結(jié)果緩沖存儲(chǔ)單元中。 1）代碼識(shí)別◆ 代碼識(shí)別是通過(guò)軟件將數(shù)控加工程序緩沖器或MDI緩沖器中的內(nèi)碼讀出，并判斷該數(shù)據(jù)的屬性?！?如果是數(shù)字碼，即設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志并轉(zhuǎn)存?！?如果是字母碼，則進(jìn)一步判斷該碼的具體功能，然后設(shè)置代碼標(biāo)志并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理。代碼識(shí)別流程圖2） 代碼翻譯◆ 代碼識(shí)別為各功能代碼設(shè)立了一個(gè)特征標(biāo)志，對(duì)各功能碼的相應(yīng)處理由代碼翻譯來(lái)完成。每一個(gè)程序段的譯碼結(jié)果存放在相應(yīng)的譯碼結(jié)果緩沖器內(nèi)。 譯碼結(jié)果緩沖器的存儲(chǔ)格式◆ 由于有些代碼的功能屬性相同或相近，它們不可能出現(xiàn)在同一個(gè)程序段中，也就是說(shuō)這些代碼具有互斥性?！?將G代碼、M代碼