--=== 教学资源 ===--
1.王永章等主编:《数控技术》(高等学校“机械设计制造及其自动化”专业系列教材),高等教育出版社,2003年4月第2次印刷
2.张建钢等编,《数控技术》(21世纪机械工程及自动化专业系列教材),华中科技大学出版社,2002
3.王爱玲主编,《机床数控技术》,高等教育出版社,2006年9月第1版。
4.焦振学主编,《微机数控技术》,北京理工大学出版社,2000
5.毕承恩,丁乃建等编. 现代数控. 机床. 北京:机械工业出版社,1991
6.林奕鸿主编. 机床数控技术及其应用. 北京:机械工业出版社,1994
7.彭炎午主编. 计算机数控(CNC)系统. 西安:西北工业大学出版社,1998
8.于华主编. 数控机床的编程及实例. 北京:机械工业出版社,1996
9.刘雄伟主编. 数控加工理论与编程技术. 北京:机械工业出版社,1994
10.廖效果,朱启逑主编. 数字控制机床. 武汉:华中理工大学出版社,1992
11.高钟毓,王永梁主编. 机电控制工程. 北京:清华大学出版社,1994
12.李诚人主编. 机床计算机数控. 西安:西北工业大学出版社,1988
13.全国数控培训网络天津分中心. 数控编程. 北京:机械工业出版社,1997
14.全国数控培训网络天津分中心. 数控机床. 北京:机械工业出版社,1997
15.全国数控培训网络天津分中心. 数控原理. 北京:机械工业出版社,1997
16.刘文信,孙学礼主编. 机床数控技术. 北京:机械工业出版社,1995
17.李福生等. 实用数控机床技术手册. 北京:北京出版社,1993
18.龚浦泉,陈远龄等编. 机床电气自动控制. 重庆:重庆大学出版社,1988
19.戴曙主编. 金属切削机床. 北京:机械工业出版社,1994
20.王文熙主编. 机床数字调节技术. 北京:中国科学技术出版社,1992
21.王润孝主编. 机床数控原理与技术. 西安:西北工业大学出版社,1989
22.竺钦尧,尉忠信,王润孝等编. 机床数字控制. 北京:航空工业出版社,1993
23.刘又午,杜君文主编. 数字控制机床. 北京:机械工业出版社,1997
24.顾京 . 数控机床加工程序编制 . 北京 : 机械工业出版社 ,1999
25.孙竹 . 数控机床编程与操作 . 北京 : 机械工业出版社 ,1996
26.宋小春等 . 数控车床编程与操作 . 广州 : 广东经济出版社出版 ,2003
27.罗良玲. 刘旭波.  数控技术及应用 . 北京 : 清华大学出版社, 2005
28.宋放之等 . 数控工艺培训教程 ( 数控车部分 ). 北京 : 清华大学出版社 ,2002
29.杨伟群等 . 数控工艺培训教程 ( 数控铣部分 ). 北京 : 清华大学出版社 ,2002
30.袁峰 . 全国数控大赛试题精选 . 北京 : 机械工业出版社 ,2005.
31.毕敏杰 . 机床数控技术 . 北京 : 机械工业出版社 ,1997
32.刘跃南 . 机床计算机数控应用 . 北京 : 机械工业出版社 ,1997
33.吴祖育,秦鹏飞主编. 数控机床. 上海:上海科学技术出版社,1990

注:该课程部分动画引用了杨有君等制作的CAI课件。

大作业一   二维插补原理

一、目的

1.使学生掌握逐点比较法、数字积分法等常见直线插补、圆弧插补原理。

2.使学生掌握插补功能的软件实现方法,培养学生程序设计及调试能力。

二、要求

1.编写直线插补程序。

1)可以设定步长;

2)从直角坐标系的任意起点按逐点比较法或数字积分法插补直线到任意终点。

3)在插补过程中无须人工输入任何辅助信息,所有的象限判断、坐标移动都是程序自动完成。

4)要求软件能处理特殊轮廓的插补,例如坐标轴上的直线等。

2.编写圆弧插补程序。

1)可以设定步长;

2)用户任意输入起点、终点坐标以及半径(或圆心坐标),程序能给出圆弧插补轨迹;

3)在插补过程中无须人工输入任何辅助信息,所有的象限判断、坐标移动都是程序自动完成;

4)要求软件能处理特殊轮廓的插补,例如整圆等。

3.通过绘图或输出点坐标以检查插补结果的正确与否。

三、编程指导

机床数控系统依据一定的方法确定刀具运动轨迹,进而产生基本廓形曲线,如直线、圆弧等。其它需要加工的复杂曲线由基本廓形逼近,这种拟合方式称为插补。插补实质是数控系统根据零件轮廓线型的有限信息(如直线的起点、终点,圆弧的起点、终点和圆心等),在轮廓的一直点之间确定一些中间点,完成所谓的数据密化工作。

软件中实现,主要分为两部分:人机交互和插补的计算过程。人机交互完成采集用户数据和演示其插补过程;插补的计算过程为核心,该部分参考教材。

在程序的编写过程中注意直线所在象限、插补的过程中是否过象限、特殊轮廓的插补(如平行于坐标轴的直线和整圆等)等问题的处理;注意程序的算法和代码优化。                                                                                                                       

四、提交作业要求

提交调试通过的源程序,必要的算法描述及程序流程图。

五、成绩评定

提交的作业质量及答辩、交流中的表现。

六、思考题:

1.简述常见的插补算法,通过将程序运行结果绘图分析逐点比较法和数字积分法的精度和局限性;

2.说明数字积分法中寄存器位数对数字积分法插补精度和速度的影响并分析其原因。

 

大作业二   检测系统设计

一、目的

1.了解检测元件在数控系统中的应用;

2.掌握检测元件的工作原理;

3.掌握检测元件实现位置或速度的检测方法。

二、要求

1.整体方案设计,给出检测系统原理框图;

2.选择一种检测元件(编码器或光栅尺等);

3.计算机机型及接口的选择;

4.给出整个硬件系统的连线;

5.编写出位置或速度检测软件流程图和程序清单。

三、设计指导

在数控机床中,通过检测系统检测并反馈位置或速度等信息,经比较判断控制驱动系统向着减少偏差的方向调整,进而提高数控机床的加工精度,因此掌握检测元件的工作原理及位置或速度等的检测方法具有重要的意义。

数控机床对检测系统的要求有:

满足数控机床精度和速度的要求;

工作可靠:测量系统应能抗各种电磁干扰,对温湿度敏感度低温湿度变化对测量精度影响小;

便于安装和维护。

对于位置的检测,由于编码器或光栅尺检测系统输出的是脉冲信号,因此需要计数器对其进行计数然后送计算机进行计算;对于速度的检测有脉冲频率测量法和脉冲周期测量法等,根据系统的要求选定相应的测量方法进行速度的检测及计算。                                                                                                                  

四、设计指导

提交设计说明书,说明书包括:整体方案设计;检测元件的选择;计算机机型及接口的选择;硬件连线;软件设计(位置或速度检测程序软件流程图和程序清单);参考文献。

五、成绩评定

提交的作业质量及答辩、交流中的表现。

六、思考题:

1.检测元件精度与检测系统精度是否相同,为什么;

2.接口的选择需要考虑哪些问题。

 

大作业三   步进电机驱动系统设计

一、目的

1.了解步进电机在开环数控系统中的应用;

2.掌握步进电机的驱动原理;

3.掌握步进电机环分和速度控制方法。

二、要求

1.整体方案设计,给出步进电机驱动系统原理框图;

2.选择一种步进电机;

3.选择驱动器或设计出相应的步进电机驱动器;

4.计算机机型及接口的选择;

5.给出整个硬件系统的连线;

6.编写出步进电机速度控制软件流程图和程序清单;

7.完成单轴步进电机升降速控制程序设计。

三、设计指导

在经济型数控机床特别是开环数控系统中广泛采用步进电机进行驱动,因此掌握步进电机的工作原理及控制方法具有重要的意义。

步进电机的驱动包括环分和功率放大两部分,环分可通过软件或硬件实现;功率放大完成有弱电到强电的转换和放大,也就是将逻辑电平信号转换成电机绕组所需的具有一定功率和很高频率的电流脉冲信号,因此驱动电路性能的好坏在极大程度上决定了电机潜力是否充分发挥。步进电机对功率放大器的主要要求有:

能提供幅值足够,前后沿较好地励磁电流;

本身功耗小,变换效率高;

能长时间稳定可靠运行;

成本低且易于维护。

由于步进电机在变速过程中易出现过冲和失步现象,因此要求在速度控制方法中解决自动升降速的问题。未解决这一问题要求步进电机每次频率变化量小于其突跳频率值,也就是说当步进电机速度变化较大时,控制程序能自动的按一定规律完成一个升速或降速过程。                                                                                                                     

四、提交作业要求

提交设计说明书,说明书包括:整体方案设计;步进电机的选择;驱动器的选择或设计;计算机机型及接口的选择;硬件连线;软件设计(速度控制及升降速控制程序软件流程图和程序清单);参考文献。

五、成绩评定

提交的作业质量及答辩、交流中的表现。

六、思考题:

1.简述步进电机细分驱动技术,实际应用过程中如何设置,对驱动性能有何影响;

2.根据实践运行结果,试述步进电机驱动的优缺点。