数控原理与系统课程整体设计.docx

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数控原理与系统课程整体设计

常州工程职业技术学院

《数控原理与系统》课程整体设计

Principle&SystemofCNC

管理信息

课程名称：

数控原理与系统

课程代码：

制定人：

金燕

合作人：

修订人：

批准人：

版次：

时间：

2008年8月26日

课程性质

学分：

3

学时：

48

授课对象：

机电一体化专业（二年级）

性质：

专业核心课

先修课：

高等数学、工程制图与CAD、电工与电子技术基础

后续课：

数控加工工艺与编程、数控机床电气控制、数控机床与机械结构、数控机床故障诊断与维修、毕业设计

课程设计

一、课程目标设计

能力（技能）目标：

能够根据计算机数字控制的基本原理合理选用数控系统，连接数控系统的各个模块，正确使用数控系统，并对其进行参数设置与调试。

能力目标分解：

1）能够根据生产实际合理选用数控系统，使用数控系统；

2）能够顺利阅读数控系统接线图、电气总图、PLC控制图等技术资料；

3）能够识别CNC装置的各个组成部分，按接口电路图正确连接；

4）能够正确连接各模块电源，并对电源驱动进行调试；

5）能够根据实际场合选择合适的进给驱动装置，根据电气原理图正确连接进给驱动系统与电机、CNC装置，并进行调试；

6）能够根据电气原理图正确连接主轴系统的主电路与控制电路，并进行调试；

7）能够正确安装位置检测装置；

8）能够对反向间隙及螺距误差进行测量及补偿；

9）能够按照要求正确设置相关参数并进行修改；

10）能够编制简单零件程序对整个数控系统功能进行测试。

知识目标：

1）了解数控技术的基础知识；

2）了解数控装置的各种接口类型及基本控制过程，总体把握数控系统的各个模块关系；认识CNC的部件与结构，理解CNC装置的电气原理图；

3）了解进给驱动系统的组成与工作特性，掌握进给驱动系统的基本结构和工作原理；理解进给驱动系统模块的电气原理图；

4）了解主轴驱动系统的组成与工作特性，掌握主轴系统的基本结构和工作分析；理解变频主轴驱动系统的电气原理图；

5）了解位置检测装置的类型与工作分析，掌握位置检测装置的基本使用；理解光栅、光电编码器的连接原理图；

6）了解数控系统参数的类型与作用，掌握参数的定义；

7）掌握各模块连接的方法、步骤及注意事项。

素质拓展目标：

1）通过本课程的学习可以培养学生对问题的认识分析能力、培养学生的团队合作精神、培养学生的钻研精神、培养学生的吃苦耐劳精神。

2）培养学生诚信、务实的工作作风。

3）培养学生的安全操作和环保意识。

二、课程内容设计：

课内项目（A组项目）：

项目名称

子项目名称

学时分配

TH7630加工中心SIEMENS数控系统的安装与调试

1-1CNC装置与供电系统的连接与调试

12

1-2进给驱动系统的连接与调试

10

1-3主轴系统的连接与调试

10

1-4位置检测装置的安装

6

1-5数控系统的参数设置与修改

8

1-6数控系统功能的测试

2

合计

48

课外项目（B组项目）：

TH7630加工中心FANUC数控系统的安装与调试

三、能力训练项目设计：

项目说明：

通过“TH7630加工中心SIEMENS数控系统的安装与调试”训练项目的实施，使学生初步具有对数控机床安装、调试的能力，并在项目实施过程，培养学生的团队协助意识、语言表达能力、自我学习能力和吃苦耐劳、踏实肯干、爱岗敬业的职业道德。

编号

能力训练项目名称

能力训练子项目名称

任务

拟实现的能力目标

相关支撑知识

训练方式手段及步骤

结果

（可展示）

1

TH7630加工中心SIEMENS数控系统的安装与调试

1-1

CNC装置与供电系统的连接与调试

1-1-1认识CNC装置的各个组成

1-1-2l理解CNC装置的接口及数据传输过程；

1-1-3识读CNC装置的电气原理图；

1-1-4CNC各模块连接；

1-1-5认识CNC系统的配电系统；

1-1-6各模块电源连接及调试

能够识别CNC装置的各个组成部分，按接口电路图正确连接；

能够正确连接各模块电源，并对电源驱动进行调试。

1、数控系统的组成、分类，CNC装置的基本结构、类型及组成部件

2、CNC装置的接口及数据传输过程

3、CNC系统的配电系统

4、CNC装置的连接方法和步骤

5、各模块电源连接与调试的方法和步骤

1、布置任务；

2、学生分组按所下达的任务，利用课余时间，查找资料，制定CNC装置与供电系统连接与调试的方案；

3、汇报、修改方案；

4、各小组按方案实施并修改方案；（教师巡视，释疑，记录学生操作中出现的不规范动作，并时刻提醒学生安全、规范使用工具）

5、各组交流方案和实施过程中的心得体会，对系统的工作原理、安装过程中出现的问题进行分析讨论，并进一步完善方案；

6、教师点评指导；

7、学生对安装好的系统进行调试，并作好调试记录；（教师巡视，记录学生操作中出现的不规范动作，并时刻提醒学生安全、规范使用工具）

8、各组交流调试记录，对调试中出现的问题进行讨论并找出解决方法；

9、教师点评指导；

10、学生完善方案，继续进行调试，直至完成；（教师巡视、指导）

11、学生整理工作现场；（教师指导）

12、教师总结

1、各组成模块名称标签2、接口电路图3、系统连接与调试的最终方案

1-2进给驱动系统的连接与调试

1-2-1认识进给驱动系统的组成；

1-2-2识读进给驱动系统电气原理图；

1-2-3连接进给驱动系统；

1-2-4进给驱动装置的调试

能够根据实际场合选择合适的进给驱动装置，根据电气原理图正确连接系统与电机、CNC装置，并进行调试。

1、数控机床进给驱动系统的组成、分类、主要部件和附件

2、进给驱动系统的工作原理、各种电机的应用场合

3、进给驱动系统与电机、CNC装置连接、调试的方法和步骤

1、布置任务；

2、学生分组按所下达的任务，利用课余时间，查找资料，制定进给驱动系统连接与调试的方案；

3、汇报、修改方案；

4、各小组按方案实施并修改方案；（教师巡视，释疑，记录学生操作中出现的不规范动作，并时刻提醒学生安全、规范使用工具）

5、各组交流方案和实施过程中的心得体会，对系统的工作原理、安装过程中出现的问题进行分析讨论，并进一步完善方案；

6、教师点评指导；

7、学生对安装好的进给驱动系统进行调试，并作好调试记录；（教师巡视，记录学生操作中出现的不规范动作，并时刻提醒学生安全、规范使用工具）

8、各组交流调试记录，对调试中出现的问题进行讨论并找出解决方法；

9、教师点评指导；

10、学生完善方案，继续进行调试，直至完成；（教师巡视、指导）

11、学生整理工作现场；（教师指导）

12、教师总结

1、进给驱动系统连接与调试的最终方案；

2、进给驱动系统电气连接图

1-3主轴系统的连接与调试

1-3-1认识主轴系统的组成

1-3-2识读主轴系统控制原理图与控制流程分析1-3-3变频器相关参数的设置与连线

1-3-4连接主轴系统

1-3-5主轴系统的调试与运行

能够根据电气原理图正确连接系统主电路与控制电路，并进行调试。

1、主轴驱动系统的组成、工作特性、基本结构和工作原理；

2、变频主轴驱动系统的电气原理图，掌握变频器参数设置的方法与步骤；

3、系统与电机、CNC装置的连接与调试的方法与步骤

1、布置任务；

2、学生分组按所下达的任务，利用课余时间，查找资料，制定主轴系统连接与调试的方案；

3、汇报、修改方案；

4、各小组按方案实施并修改方案；（教师巡视，释疑，记录学生操作中出现的不规范动作，并时刻提醒学生安全、规范使用工具）

5、各组交流方案和实施过程中的心得体会，对系统的工作原理、安装过程中出现的问题进行分析讨论，并进一步完善方案；

6、教师点评指导；

7、学生对安装好的主轴系统进行调试，并作好调试记录；（教师巡视，记录学生操作中出现的不规范动作，并时刻提醒学生安全、规范使用工具）

8、各组交流调试记录，对调试中出现的问题进行讨论并找出解决方法；

9、教师点评指导；

10、学生完善方案，继续进行调试，直至完成；（教师巡视、指导）

11、学生整理工作现场；（教师指导）

12、教师总结

1、主轴系统连接与调试的最终方案；

2、变频参数设置记录

1-4位置检测装置的安装与测试

1-4-1编码器与数控装置的连接；

1-4-2反向间隙误差测量及补偿；

1-4-3螺距误差测量及补偿

能够正确安装位置检测装置；能够对反向间隙及螺距误差进行测量及补偿。

1、数控机床位置检测装置的组成与工作过程；

2、位置检测装置在机床上的安装方法；

3、半闭环控制误差的测量及补偿方法

1、布置任务；

2、学生分组按所下达任务，利用课余时间，查找资料，制定位置检测装置安装与测试的方案；

3、各小组按方案实施，并修改方案；（教师巡视，释疑）

4、各组交流方案及实施过程中的心得体会，并对实施中出现的问题进行分析讨论；

5、教师点评指导；

6、学生进一步完善方案，并继续完成任务；

7、教师小结；

1、位置检测装置的安装与测试的最终方案；

2、反向间隙与螺距误差测量及补偿数据

1-5数控系统的参数设置与修改

1-5-1硬件配置参数的设置；

1-5-2PMC系统参数的设置；

1-5-3坐标轴参数的设置；

1-5-4数控系统参数的设置

能够按照要求正确设置相关参数并进行修改。

1、数控系统参数的类型与作用；

2、参数的定义、设置及修改的方法、步骤

1、布置任务；

2、学生分组按所下达任务，利用课余时间，查找资料，制定参数设置的方案；

3汇报、修改方案；

4、各小组设置参数，并根据实际操作情况修改方案；（教师巡视，释疑）

5、各组交流方案及实施过程中的心得体会，对参数的定义、设置方法进行分析讨论，并进一步完善方案；

6、教师点评指导；

7、学生修改参数（教师巡视，记录学生操作中出现的错误情况）

8、学生最后完善方案，并整理工作现场；（教师指导）

9、教师总结

1、参数设置记录表2、参数设置与修改的最终方案

1-6数控系统功能的测试

数控系统功能的测试

能够编制简单零件程序对整个数控系统功能进行测试。

1、连线检测的方法与步骤；

2、简单零件的编程方法与步骤；

3、机床操作面板

1、布置任务；

2、学生分组按所下达任务，利用课余时间，查找资料，制定参数设置的方案；

3汇报、修改方案；

4、各小组拆卸液压元件，并根据实际操作情况修改方案；（教师巡视，释疑）

5、各组交流方案及实施过程中的心得体会，对参数的定义、设置方法进行分析讨论，并进一步完善方案；

6、教师点评指导；

7、学生清洗、装配液压元件；（教师巡视，记录学生操作中出现的不规范动作，并时刻提醒学生安全、规范使用工具）

8、学生最后完善方案，并整理工作现场；（教师指导）

9、教师总结

四、进程表设计（以2节课为最小单元）

课次

周次

上课时间

学时

教学目标和主要内容

单元标题

能力目标

能力训练项目编号

知识目标

其他内容

（课程主要内容）

考核内容方法

1

2

认识CNC装置

能够认识CNC装置的各个组成部分并知道各自的作用；

能够对数控技术的应用有初步的了解；

具有资料查阅能力和语言表达能力。

1-1

1、了解CNC装置的组成、结构与分类；

2、初步了解CNC装置的应用

1、师生互相介绍；

2、明确本门课程的各项

目标、考核方法及实施方案；

3、展示CNC系统应用的

实例，并请同学讲讲自己所知道的数控技术的应用实例；

4、讨论数控加工与普通机床加工的区别与联系；

5、讨论数控加工的特点及适用场合；

6、布置任务：

1）数控技术的应用和发展

2）CNC装置的组成与连接方法

详见考核方案

2

2

CNC装置的接口及数据传输过程

能够识别CNC装置的各类接口，并能画出接口电路图。

1-1

1、了解数控装置的各种接口类型及基本控制过程；

2、总体把握数控系统的各个模块关系；

3、学会画电气图的基本方法和步骤

4、了解数据传输的过程及信号传递的方式

1、数控接口的作用；

2、指出CNC装置的接口并描述功能；

3、分析数控装置各个模块关系；

4、绘制电气图的基本方法和步骤；

5、CPU、伺服等各模块之间的信号传递，通过接口与外部主轴、伺服、检测装置等的基本传递

3

2

识读CNC装置的电气原理图

能够读懂CNC装置的电气原理图。

1-1

1、了解CNC装置的工作原理；

2、熟悉阅读电气原理图的方法和步骤；

3、理解CNC装置的工作流程与控制过程

1、阅读一般电气原理图的方法和步骤；

2、CNC各模块的电路连接

4

2

连接CNC各模块

能根据电气原理图和接口电路正确连接CNC装置的各模块。

1-1

1、熟悉CNC各模块之间的关系及各自的作用；

2、掌握原理图和实物之间一一对应的关系；

3、掌握连接方法及注意事项；

4、熟练使用相关工具

1、连接前的准备工作和要求；

2、连接应遵循的原则及注意事项

3、CPU模块、存储器模块、伺服驱动模块、PLC模块的连接及各自在系统中的作用；

4、相关工具的正确使用

5

2

认识CNC系统的配电系统

能够正确识别CNC系统的配电系统；具备资料查阅与语言表达能力。

1-1

1、了解数控系统的整体配电方式；

2、熟悉从外部电网到内部分模块的系统的配电过程；

3、了解相关的电气器件。

1、数控系统的整体配电方式；

2、分析讨论从外部电网到内部各分模块的配电过程；

3、相关电气器件的了解及其功能说明；

4、相关工具的正确使用

6

2

各模块电源连接及调试

能够按照系统配电方式，正确连接各模块电源。

1-1

1、明确连接前的准备工作和要求；

2、初步掌握系统安装、调试的一般方法、步骤和注意事项

1、连接前的准备工作和要求；

2、连接应遵循的原则及注意事项；

3、调试前的准备工作及注意事项；

4、刀架配电、主轴配电、伺服配电、进给配电、I/O板配电等的连接与功能说明；

5、相关工具、仪表的正确使用

7

2

进给驱动系统的组成与结构

能够根据实际应用选择进给驱动系统的各个组成部分。

1-2

1、了解进给驱动系统的组成、结构、分类及作用；

2、理解进给驱动系统的工作原理

1、查资料了解进给驱动系统的组成；

2、分析进给驱动系统的工作原理；

3、分析步进电机、伺服电机的工作过程与应用场合

8

2

识读进给驱动系统电气原理图

能够读懂进给驱动系统的电气原理图。

1-2

1、了解进给驱动系统的工作原理；

2、熟悉相关电气器件的图形符号；

3、进一步熟悉阅读电气原理图的方法和步骤；

4、理解进给驱动的控制原理

1、阅读电气原理图的方法和步骤；

2、步进驱动模块的仪器设备的图形符号认知；

3、控制原理与控制流程分析

9

4

连接进给驱动系统

能够根据电气原理图正确连接进给驱动系统及其与其他模块的连接。

1-2

1、熟悉进给驱动模块各组成之间的关系及各自的作用；

2、理解原理图和实物之间一一对应的关系；

3、掌握连接方法及注意事项；

4、掌握工具、仪表的使用方法

1、连接前的准备工作和要求；

2、连接应遵循的原则及注意事项

3、X轴、Y轴的进给驱动模块、电动机及相关电气器件的连接及各自在系统中的作用；

4、数控装置与进给驱动模块的主回路与控制回路的连线；

5、相关工具及仪表的正确使用

10

2

进给驱动装置的调试

能够对进给轴系统进行简单调试。

1-2

1、掌握调试的方法、步骤及注意事项；

2、熟悉调试并通电运行的过程；

3、掌握相关工具、仪表的使用

1、调试前的准备工作及要求；

2、调试应遵循的原则和注意事项；

3、相关参数设置，并通电试运行；

4、相关工具及仪表的正确使用

11

2

主轴系统的组成与结构

能够根据实际应用选择主轴系统的各个组成部分。

1-3

1、了解主轴系统的组成与工作特性；

2、掌握主轴系统的基本结构和工作分析

1、分析讨论变频主轴、伺服主轴、电主轴形式及其对应的控制过程；

2、

12

2

识读主轴系统控制原理图与控制流程分析

能够读懂主轴系统的电气原理图。

1-3

1、熟悉相关电器元件的图形符号；

2、理解主轴驱动系统的电气原理图

1、拆卸单杆液压缸，分析其工作原理、结构特点及在系统中的作用；

2、单杆液压缸的图形符号；

3、单杆液压缸的主要参数及其计算；

4、液压缸的类型及选用原则；

5、清洗、检验；

6、装配液压缸；

7、拆装工具的正确使用

13

2

变频器相关参数的设置与连线

能够对变频器进行相关参数的设置；能够正确连接变频器。

1-3

1、了解变频器的应用、原理、工作过程；

2、掌握变频器参数设置的方法与步骤；

3、掌握变频器的连线

1、查阅资料清楚变频器的应用、发展历程；

2、变频器参数设置的方法、步骤及注意事项；

3、书面记录参数设置过程及数值；

4、变频器连线；

5、相关工具的正确使用

14

2

连接主轴系统

能够根据电气原理图正确连接主轴系统及其与其他模块的连接。

1-3

1、理解原理图和实物之间一一对应的关系；2、掌握系统的连接方法、步骤及注意事项；

3、掌握系统与电机、CNC装置的连接方法、步骤及注意事项；

4、熟悉相关工具、仪表的使用

1、作好连接前的准备工作；

2、连接步骤及注意事项；

3、连接主回路；

4、连接控制回路；

5、相关工具、仪表的正确使用

15

2

主轴系统的调试与运行

能够对主轴系统进行简单调试。

1-3

1、掌握调试的方法、步骤及注意事项；

2、熟悉调试并通电运行的过程；

3、掌握相关工具、仪表的使用

1、作好调试运行前的准备工作；

2、调试运行步骤及注意事项；

3、书面记录调试过程；

4、相关工具、仪表的正确使用

16

2

编码器与数控装置的连接

能够按照系统要求正确安装编码器。

1-4

1、了解位置检测装置的作用；

2、掌握位置检测装置安装的一般方法和步骤

1、连接前的准备工作和要求；

2、连接应遵循的原则及注意事项；

3、连接工具、仪表的正确使用

17

2

反向间隙误差测量及补偿

能够手动测量反向间隙并对其进行补偿。

1-4

1、了解反向间隙的定义及影响；

2、掌握消除反向间隙的方法和步骤

1、测量前的准备工作和要求；

2、测量应遵循的原则及注意事项；

3、测量工具、仪表的正确使用；

4、补偿的方法

18

2

螺距误差测量及补偿

能够对螺距误差进行测量并补偿。

1-4

1、了解螺距误差的定义及影响；

2、掌握消除螺距误差的方法和步骤

1、测量前的准备工作和要求；

2、测量应遵循的原则及注意事项；

3、测量工具、仪表的正确使用

4、补偿的方法

19

8

设置相关参数

能够按照要求对相关参数进行设置及修改

1-5

1、了解各种参数的定义、作用及管理权限；

2、掌握硬件配置参数、主轴相关参数、进给轴相关参数、位置检测装置相关参数、PMC相关参数设置及调试的方法和步骤

1、分析讨论数控系统参数、机床厂家参数、用户参数的作用；

2、参数设置与修改前的准备工作及设置时的注意事项；

3、各种参数设置的方法与步骤

20

2

数控系统功能的测试

能够编制简单零件加工程序对整个数控系统进行调试。

1-6

1、进一步加深理解数控机床各个组成部分的功用及合理组合；

2、掌握简单零件的编程方法与步骤；

3、熟悉机床面板的操作方式

1、编程语言的简单说明；

2、程序输入的方法；

3、机床面板的认识；

4、测试前的准备工作及注意事项

五、第一节课梗概

1、教学情景设计：

常州永进数控机床有限公司数控一车间新近一批员工，需要完成以下工作：

①连接数控机床各模块

②对连接好的数控系统进行参数设置与调试

学生即为新近员工，教师为该项目负责人，负责员工的管理、培训和考核。

2、项目介绍：

说明本课程的能力目标和知识目标，所要完成的项目

3、考核方式介绍

4、考核时间、考核内容、计分方式、分数分配

5、说明主要参考资料、教材

6、提出本次课的目标

◆能力目标

（1）能够认识CNC装置的各个组成部分并知道各自的作用；

（2）能够对数控技术的应用有初步的了解。

◆知识目标

（1）了解CNC装置的组成、结构与分类；

（2）初步了解CNC装置的应用。

◆进入教学主题

引入：

1）向学生展示结构复杂零件（普通机床上加工困难），让学生了解数控机床的起源与发展。

2）展示数控机床实物录像；用三维动画表达数控机床各部件间的功能联系、数控系统及电气PLC中控制动作的相互联系。

3）在实际数控机床上加工一个零件，启发学生归纳总结数控机床的特点，并探究如何实现机床的自动加工。

六、考核方案设计（强调操作技能，体现综合应用能力，加强过程考核）

（1）本课程总成绩由A项目成绩75%+B项目成绩25%构成；

（2）A项目成绩由5个子项目构成，

每个子项目成绩=

注：

①每项任务成绩评定见相应评价表；

②式中N为子项目中包括的任务数目。

以总评成绩为依据，课程结束后颁发相应的等级证书（90分以上为五星级维修技术员，75以上为四星级维修技术员,60分以上为三星级维修技术员,60分以下为无星级维修技术员）。

项目完成评定成绩构成总表

序号

项目名称

子项目名称

权重（%）

备注

1

TH7630加工中心SIEMENS数控系统的安装与调试

（A组项目）

CNC装置与供电系统的连接与调试

20

按“系统的连接与调试过程评价表”进行评分

进给驱动系统的连接与调试

15

按“系统的连接与调试过程评价表”进行评分

主轴系统的连接与调试

15

按“系统的连接与调试过程评价表”进行评分

位置检测装置的安装

10

按“位置检测装置的安装过程评价表”进行评分

数控系统的参数设置与修改

10

按“数控系统的参数设置与修改过程评价表”进行评分

数控系统功能的测试

5

按“数控系统功能测试过程评价表”进行评分

2

TH7630加工中心FANUC数控系统的安装与调试

（B组项目）

FANUC数控系统的安装与调试

25

按“B项目系统的安装与调试过程评价表”进行评分

综合素质评价表（A项目）

项目名称

综合素质测评

班级

姓名

成绩

考核点

考核标准

得分

道德素质

（25分）

组织纪律观念强，做事态度认真，与组内其他成员团结协助，积极进行项目训练前的准备工作，22-25分。

组织纪律观念较强，做事态度较认真，与组内其他成员团结协助，进行项目训练前的准备工作，18-22分。

有一定的组织纪律观念，做事态度一般，能与组内其他成员协助，进行项目训练前的准备工作，15-18分。

组织纪律观念淡薄，做事态度不认真，不能与其他成员团结协助，进行项目训练前的准备工作，1-15分。