數(shù)控機床課程教學大綱-蘇州大學機電工程學院

1、 數(shù)控機床課程教學大綱課程名稱：數(shù)控機床課程代碼：MEAU2021英文名稱：CNC Machine Tool課程性質：專業(yè)選修課程學分/學時：2.5學分/45學時開課學期：第6學期適用專業(yè)：機械工程、機械電子工程先修課程：機械制圖、電工與電子技術、計算機信息技術、理論力學、材料力學、互換性與技術測量、 機械原理、機械設計、液壓與氣動原理、機械制造技術后續(xù)課程：無開課單位：機電工程學院課程負責人：汪彬大綱執(zhí)筆人：汪彬大綱審核人：倪俊芳一、課程性質和教學目標（在人才培養(yǎng)中的地位與性質及主要內(nèi)容，指明學生需掌握知識與能力及其應達到的水平）課程性質：數(shù)控機床是機械工程和機械電子工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課

2、程。本課程針對機械工程和機械電子工程專業(yè)的特點，從數(shù)控機床基本原理入手，同時結合機械原理、計算機控制和伺服驅動等技術，并且以實際應用為導向，培養(yǎng)學生在生產(chǎn)制造領域應用數(shù)控機床的能力。教學目標：數(shù)控機床是一種集機械技術、計算機技術、微電子技術、自動控制技術及自動檢測技術于一身的精密制造設備。本課程的主要內(nèi)容包括：概述、計算機數(shù)字控制系統(tǒng)、數(shù)控機床的結構設計和總體布局、數(shù)控機床的主運動部件、進給伺服系統(tǒng)、數(shù)控機床的位置檢測裝置、進給系統(tǒng)的機械傳動結構、數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置及數(shù)控加工編程。通過這些內(nèi)容的理論講授和實踐訓練，使學生掌握數(shù)控加工程序的編寫能力，并通過機床數(shù)控系統(tǒng)控制綜合實驗，培養(yǎng)

3、學生數(shù)控機床應用、設計、維護及解決實際問題的能力。通過相關應用專題的功能講解、技術剖析和加工演示，拓展學生的知識，了解數(shù)控機床作為一種精密制造設備在機械制造領域的應用情況，引導學生應用數(shù)控技術解決與專業(yè)相關的具體工程問題，培養(yǎng)學生的數(shù)控機床應用、設計與維護能力。本課程的具體教學目標如下：1.掌握數(shù)控加工工藝文件的制定和數(shù)控加工程序的編制的基本知識，能夠應用數(shù)控機床的編程知識合理解決實際問題。掌握應用該技術處理工程問題的方法。培養(yǎng)學生針對具體功能需求，編寫和調試數(shù)控加工程序的能力；2.掌握機床數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件結構和工作原理、伺服系統(tǒng)的構成及分析方法，以及數(shù)控機床位置測量系統(tǒng)的工作原理。培養(yǎng)學生

4、綜合設計數(shù)控機床控制系統(tǒng)或數(shù)控實驗裝置的能力；3.掌握數(shù)控機床機械結構、傳動及電氣控制部分的工作原理及設計方法。培養(yǎng)學生綜合設計精密自動化設備并解決工程設計實際問題的能力；4.熟悉數(shù)控機床的各種技術參數(shù)，并能熟練使用相關機械類儀器和設備檢測數(shù)控機床和數(shù)控加工中的各種關鍵參數(shù)，了解數(shù)控設備發(fā)展趨勢及在先進制造領域的應用。教學目標與畢業(yè)要求的對應關系： 畢業(yè)要求指標點課程目標對應關系說明畢業(yè)要求1：工程知識1-3掌握機械設計制造，控制理論，工程測試及信息處理，管理科學等知識，具有設計、制造自動化裝備的能力教學目標3掌握數(shù)控機床機械結構、傳動及電氣控制部分的工作原理及設計方法。培養(yǎng)學生綜合設計精密自

5、動化設備并解決工程設計實際問題的能力畢業(yè)要求2：問題分析2-1能運用數(shù)理和工程知識進行機械專業(yè)領域復雜工程問題中的內(nèi)涵識別與理解分析教學目標1.掌握數(shù)控加工工藝文件的制定和數(shù)控加工程序的編制的基本知識，能夠應用數(shù)控機床的編程知識合理解決實際問題。掌握應用該技術處理工程問題的方法。培養(yǎng)學生針對具體功能需求，編寫和調試數(shù)控加工程序的能力畢業(yè)要求4：研究4-1能夠基于機械專業(yè)知識，選擇機械設計方案，設計實驗方案教學目標2掌握機床數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件結構和工作原理、伺服系統(tǒng)的構成及分析方法，以及數(shù)控機床位置測量系統(tǒng)的工作原理。培養(yǎng)學生綜合設計數(shù)控機床控制系統(tǒng)或數(shù)控實驗裝置的能力；畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具

6、5-2能熟練使用機械類儀器和設備檢測機械裝備和機械加工的關鍵參數(shù)教學目標4熟悉數(shù)控機床的各種技術參數(shù)，并能熟練使用相關機械類儀器和設備檢測數(shù)控機床和數(shù)控加工中的各種關鍵參數(shù)，了解數(shù)控設備發(fā)展趨勢及在先進制造領域的應用。二、課程教學內(nèi)容及學時分配（含課程教學、自學、作業(yè)、討論等內(nèi)容和要求，指明重點內(nèi)容和難點內(nèi)容。重點內(nèi)容：；難點內(nèi)容：）1、 緒論（3學時）（支撐教學目標1）1.1 數(shù)控機床定義、特點及其組成1.2 數(shù)控機床分類1.3 數(shù)控機床的發(fā)展 目標及要求：1) 掌握數(shù)控機床的特點及分類方式；2) 熟悉數(shù)控機床基本概念、基本組成；3) 了解數(shù)控機床的發(fā)展趨勢；4) 了解課程的主要教學內(nèi)容、學

7、習方法和主要參考資料。 討論內(nèi)容：一般自動化設備中進給伺服系統(tǒng)與數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)的區(qū)別。 作業(yè)內(nèi)容：數(shù)控機床的基本特點及分類方法。2、 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)（9學時）（支撐教學目標1）2.1 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)概述2.2 計算機數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構2.3 計算機數(shù)控系統(tǒng)的軟件結構2.4 插補原理2.5 刀具補償原理2.6 計算機數(shù)控系統(tǒng)故障診斷功能2.7 計算機數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出與通信功能 目標及要求：1) 熟悉計算機數(shù)控系統(tǒng)軟硬件結構；2) 掌握計算機數(shù)控系統(tǒng)軟件的特點；3) 掌握插補原理；4) 掌握刀具補償原理；5) 了解數(shù)控系統(tǒng)的故障診斷方法；6) 了解計算機數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出與通信功

8、能。 討論內(nèi)容：結合計算機數(shù)控系統(tǒng)的主要特征，討論數(shù)控系統(tǒng)中實時性和多任務性是怎樣實現(xiàn)的。 作業(yè)內(nèi)容：數(shù)控系統(tǒng)軟件的特點及運用逐點比較法進行插補計算。 自學拓展：通過查看相關資料，了解法拉克和西門子數(shù)控系統(tǒng)在功能和結構上的不同點。3、 數(shù)控機床的結構設計和總體布局（3學時）（支撐教學目標1、2）3.1 數(shù)控機床結構設計3.2 數(shù)控機床總體布局 目標及要求：1) 了解數(shù)控機床對結構的各項要求；2) 熟悉幾種數(shù)控機床結構的典型布局；3) 掌握數(shù)控機床結構設計的基本原則。 討論內(nèi)容：一般普通機床結構設計與數(shù)控機床結構設計有什么不同。 作業(yè)內(nèi)容：1) 數(shù)控機床的總體布局應如何考慮機床使用要求；2) 數(shù)

9、控機床總體設計內(nèi)容。 自學拓展：參考相關資料分析思考并聯(lián)機床的結構特點。4、 數(shù)控機床的主運動部件（3學時）（支撐教學目標1、2）4.1 主運動系統(tǒng)的基本要求4.2 主運動系統(tǒng)的參數(shù)4.3 主運動系統(tǒng)的驅動方式4.4 數(shù)控機床主運動系統(tǒng)的設計4.5 主軸部件設計4.6 齒形帶傳動設計 目標及要求：1) 了解數(shù)控機床主運動系統(tǒng)的基本要求；2) 掌握數(shù)控機床主運動系統(tǒng)的設計方法；3) 熟悉數(shù)控機床主軸的結構形式及其主要的支承方式。 討論內(nèi)容：數(shù)控機床主軸結構中同步齒形帶傳動的設計方法。 作業(yè)內(nèi)容：數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)無極變速設計方法。 自學拓展：參考相關資料了解數(shù)控機床主軸結構設計。5、 進給伺服系

10、統(tǒng)（6學時）（支撐教學目標1、2）5.1 進給伺服系統(tǒng)概述5.2 進給伺服系統(tǒng)分類5.3 步進伺服系統(tǒng)5.4 直流伺服系統(tǒng)5.5 交流伺服系統(tǒng) 目標及要求：1) 熟悉數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)基本概念及組成；2) 掌握步進電機、交流伺服電機的工作原理及驅動控制方式；3) 了解直流伺服電機工作原理和調速方式。 討論內(nèi)容：一般自動化設備進給伺服驅動電機的選擇與數(shù)控機床的進給伺服電機的選擇有什么不同。 作業(yè)內(nèi)容：步進電機驅動的開環(huán)伺服系統(tǒng)設計計算。 自學拓展：參考相關資料進行變頻調速系統(tǒng)的設計。6、 數(shù)控機床的位置檢測裝置（5學時）（支撐教學目標1）6.1 數(shù)控機床的位置檢測裝置概述6.2 編碼器6.3

11、旋轉變壓器6.4 感應同步器6.5 光柵6.6 磁柵 目標及要求：1) 了解數(shù)控機床位置檢測裝置的分類及使用要求；2) 掌握脈沖編碼器、光柵的工作原理和選用；3) 熟悉旋轉變壓器、感應同步器、磁柵的工作原理。 討論內(nèi)容：編碼器在其它自動化設備上的應用。 作業(yè)內(nèi)容：光柵在位置檢測中的計算及應用。 自學拓展：根據(jù)不同類型數(shù)控機床位置檢測裝置的需要學會選用不同的檢測裝置。7、 進給系統(tǒng)的機械傳動結構（4學時）（支撐教學目標1）7.1 概述7.2 齒輪傳動副7.3 滾珠絲杠螺母傳動裝置及支承7.4 數(shù)控機床導軌7.5 機械傳動部件的設計實例 目標及要求：1) 掌握滾珠絲杠副、數(shù)控機床導軌的選用方法；2

12、) 熟悉數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的特點、作用及組成；3) 了解了解數(shù)控機床傳動部件的一般設計步驟和方法。 討論內(nèi)容：數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)與普通機床進給傳動系統(tǒng)的區(qū)別。 作業(yè)內(nèi)容：單軸開環(huán)數(shù)控裝置進給傳動系統(tǒng)的設計。 自學拓展：二軸及以上閉環(huán)數(shù)控裝置進給傳動系統(tǒng)的設計。8、 數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置（3學時）（支撐教學目標1）8.1 數(shù)控機床的自動換刀裝置8.2 數(shù)控機床的工作交換裝置8.3 數(shù)控機床的回轉工作臺 目標及要求：1) 了解自動換刀裝置的類型、特點及應用；2) 熟悉刀具的選擇方式和交換方式；3) 了解數(shù)控機床工作交換裝置、回轉工作臺的結構特點及應用。 討論內(nèi)容：結合數(shù)控機床的結構討論

13、如何選擇合理的刀具及工作交換裝置。 作業(yè)內(nèi)容：常用的換刀裝置種類及其換刀特點。 自學拓展：工業(yè)機器人結構及與數(shù)控機床的連接。9、 數(shù)控加工編程（9學時）（支撐教學目標1）9.1 數(shù)控加工編程基礎9.2 程序編制中的工藝分析9.3 手工編程中的數(shù)學處理9.4 FANUC數(shù)控車編程9.5 SIEMENS 802S/C 數(shù)控車編程9.6 FANUC數(shù)控銑床編程9.7 FANUC加工中心編程9.8 FANUC 0i系統(tǒng)宏程序編程 目標及要求：1) 了解數(shù)控加工程序編制的內(nèi)容和步驟；2) 掌握掌握數(shù)控加工工藝分析及加工方法；3) 掌握程序編制代碼及程序格式、坐標系定義；掌握各G指令、M指令功能及格式定義

14、和編程方法；4) 掌握程序編制中非圓曲線的節(jié)點計算方法；5) 了解數(shù)控加工的自動編程系統(tǒng)。 自學拓展：學習相關數(shù)控加工的自動編程軟件的使用方法。三、教學方法在教學方式上，根據(jù)具體教學內(nèi)容，綜合運用課堂講授和仿真、課堂討論、課堂練習、發(fā)現(xiàn)學習方法和自學指導法，通過引入問題和啟發(fā)式教學，使學生更加明確教學內(nèi)容的知識體系，引導學生主動學習，激發(fā)內(nèi)在學習動機，提高課堂的積極性。在目前的實驗教學條件基礎上，及時采用實驗練習法，強化所學知識的理解和運用，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。在實驗教學過程中，引導學生發(fā)現(xiàn)問題，思考解決方案，為后續(xù)教學內(nèi)容作鋪墊。教學內(nèi)容體系、前后關聯(lián)和相關重點 結合具體教學內(nèi)容，本

15、課程所采用的教學方法說明如下：1. 緒論、數(shù)控機床的結構設計與總體布局。教學內(nèi)容比較多、雜，所涉及數(shù)控機床設計原則、總體布局等知識點較難理解。在教學中采用講授法、演示法和自學指導法相結合，將抽象問題具體化。在講授數(shù)控機床的構成及特點時，可以以典型數(shù)控機床為例，充分利用多媒體手段，展示數(shù)控機床結構、組成及功能。強化學生對數(shù)控機床主要特征的理解，在講授數(shù)控機床發(fā)展趨勢時，引導學生通過各種手段自學相關內(nèi)容。在講授數(shù)控機床結構設計和總體布局時，引入普通機床設計及分析知識，促進學生對相關教學內(nèi)容的理解。2. 計算機數(shù)控系統(tǒng)、進給伺服系統(tǒng)、數(shù)控機床的位置檢測裝置。教學內(nèi)容涉及計算機原理、軟件技術和電機控制

16、等知識，教學時比較容易設計明確的功能目標。在教學中采用講授法、演示法和分析法相結合。在講授數(shù)控系統(tǒng)各模塊的基本功能框圖和工作原理的基礎上，演示簡單的代碼運行過程，設置明確的實驗目標，讓學生驗證系統(tǒng)代碼實現(xiàn)的功能，以便學生更好理解教學內(nèi)容。演示相關內(nèi)容時，考慮到相關模塊的前后關聯(lián)，在實驗中引導學生發(fā)現(xiàn)問題。例如在講授CNC裝置的硬件結構時，可以讓學生現(xiàn)場觀察數(shù)控裝置硬件部分與典型計算機裝置在組成上的異同，來理解它們在控制功能上的不同，為后續(xù)的教學內(nèi)容作鋪墊。實驗設置按照教學內(nèi)容可以采用循序漸進的方法，先硬件，后軟件，設定具體項目，驗證系統(tǒng)的各項功能，從而讓學生更好了解數(shù)控系統(tǒng)；在講解伺服系統(tǒng)時，

17、先講授數(shù)控機床所應用的各種電機的工作原理和控制方法，如何通過演示電機控制過程來讓學生更好理解伺服系統(tǒng)。在講授數(shù)控機床的位置檢測裝置的工作原理時，只講它們在數(shù)控機床上的應用，讓學生自己發(fā)現(xiàn)在其它機械設備上的應用的可能性。3. 數(shù)控機床的主運動部件、進給系統(tǒng)的機械傳動結構和數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置。教學內(nèi)容涉及數(shù)控機床各種機械結構，對于缺乏實際工作經(jīng)驗的學生而言，內(nèi)容比較抽象，對所有部件的結構逐一講解的效果較差。教學中采用講授法和討論法相結合。開始教學時，只講授數(shù)控機床主傳動和進給傳動系統(tǒng)的基本工作原理和過程，給出基本結構框架，并提出具體實現(xiàn)目標。然后，引導學生自行梳理原來學習過的機械傳動知識

18、，討論數(shù)控機床主傳動、進給系統(tǒng)可以采用的傳動形式及設計方法，最后選出最優(yōu)方案；數(shù)控機床的刀具與工作交換裝置內(nèi)容主要采用講授方法。4. 數(shù)控加工編程。本課程開設在第6學期，學生已經(jīng)系統(tǒng)性學習過加工的相關知識。本教學內(nèi)容建立在機械制圖、機械原理、機械設計等多門機械工程專業(yè)主干課程基礎上，涉及互換性與測量技術、機械制造技術等應用性較強的知識，屬于數(shù)控機床應用的內(nèi)容。教學中主要采用講授法、實驗練習法和自學指導法相結合。組織教學內(nèi)容時，首先使學生掌握數(shù)控加工編程的基礎知識和數(shù)控工藝分析方法，然后將專題分為數(shù)控車床編程、數(shù)控銑床編程、加工中心編程等具體應用，在使學生掌握數(shù)控加工編程基本指令使用方法的基礎上，講授一般機械零件數(shù)控加工的編程方法，并通過編程指令演示結合學生實驗練習，使學生掌握數(shù)控加工編程的基本知識。根據(jù)學生所感興趣的具體應用，給學生提供相關參考資料，引導學生自學拓展，強化對學生理論與實際結合的能力、