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数控技术及应用教案及讲稿第一章：数控技术概述一、教学目标1. 了解数控技术的定义和发展历程。
2. 掌握数控系统的基本组成和工作原理。
3. 了解数控技术在工程领域的应用。
二、教学内容1. 数控技术的定义和发展历程。
2. 数控系统的基本组成：数控装置、伺服系统、测量系统、数控编程等。
3. 数控技术在工程领域的应用：机械制造、汽车制造、航空制造等。
三、教学方法1. 讲授：讲解数控技术的定义、发展历程和基本组成。
2. 互动：提问学生了解数控技术在实际工程中的应用。
四、教学资源1. PPT课件：介绍数控技术的定义、发展历程和基本组成。
2. 视频素材：展示数控技术在工程领域的应用实例。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对数控技术定义和发展历程的掌握。
2. 课后作业：布置相关课后题目，加深学生对数控系统基本组成的理解。
第二章：数控装置一、教学目标1. 了解数控装置的分类和功能。
2. 掌握数控装置的硬件结构和软件系统。
3. 熟悉数控装置的调试和维护方法。
二、教学内容1. 数控装置的分类：通用型数控装置、专用型数控装置。
2. 数控装置的功能：控制功能、编程功能、仿真功能等。
3. 数控装置的硬件结构：输入/输出接口、中央处理单元、存储器等。
4. 数控装置的软件系统：数控系统软件、数控编程软件等。
5. 数控装置的调试和维护方法。
三、教学方法1. 讲授：讲解数控装置的分类、功能和硬件结构。
2. 实操：演示数控装置的调试和维护方法。
四、教学资源1. PPT课件：介绍数控装置的分类、功能和硬件结构。
2. 实操设备：供学生实际操作数控装置。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对数控装置分类和功能的掌握。
2. 实操报告：评估学生在实操过程中的表现。
第三章：伺服系统一、教学目标1. 了解伺服系统的分类和功能。
2. 掌握伺服系统的硬件结构和软件系统。
3. 熟悉伺服系统的调试和维护方法。
二、教学内容1. 伺服系统的分类：模拟伺服系统、数字伺服系统。
伺服系统的概念伺服系统是一种反馈控制系统,以指令脉冲为输入给定值,与输出量进行比较,利用偏差值对系统进行自动调节,以消除误差,使输出量紧密跟踪给定值.cnc装置放大转换速度控制伺服电机工作台检测单元51. 伺服系统的概念(续)伺服系统一般由驱动控制单元,驱动元件,机械传动部件,执行件和检测反馈环节等组成.伺服控制系统与一般机床进给系统有着本质的区别:进给系统的作用在于保证切削过程能够继续进行,不能控制执行件的位移和轨迹;伺服系统将指令信息加以转换和放大,不仅能控制执行件的速度,方向,而且能精确控制其位置,以及几个执行件按一定的运动规律合成的轨迹.伺服系统的性能直接关系到数控机床执行部件的静态和动态特性,工作精度,负载能力,响应快慢和稳定程度等.62. 数控机床对伺服系统的要求调速范围宽调速范围是指最高进给速度和最低进给速度之比.由于加工所用的刀具,被加工零件材质以及零件加工要求的变化范围很广,为了保证在所有的加工情况下都能得到最佳的切削条件和加工质量,要求进给速度能在很大的范围内变化,即有很大的调速范围.同时要求在调速范围内,速度均匀,稳定,低速时无爬行,在零速时伺服电机处于电磁锁住状态,以保证定位精度不变.72. 数控机床对伺服系统的要求(续)精度高数控机床是按预定的程序自动进行加工的,不可能像普通机床那样用手动操作来调整和补偿各种因素对加工精度的影响,故要求数控机床的实际位移和指令位移之差要小.现代数控机床的位移精度一般为0.01-0.001mm,甚至可高达0.1 m.以保证加工质量的一致性,保证复杂曲线,曲面零件的加工精度.82. 数控机床对伺服系统的要求(续)响应快要求伺服系统跟踪指令信号的响应要快,即灵敏度要高,达到最大稳定速度的时间要短,这种过渡过程一般都在200ms以内,甚至几十毫秒,即过渡过程的前沿要陡,斜率要大.响应的快慢反映了系统跟踪精度的高低,且直接影响轮廓加工精度的高低和加工表面质量的好坏.92. 数控机床对伺服系统的要求(续)低速大扭矩数控机床的进给系统常在相对较低的速度下进行切削,故要求伺服系统能够输出大的转矩.普通加工直径400mm的车床,纵向和横向的驱动力矩都在10n.m以上.为此数控机床的进给传动链应尽量短,传动的摩擦系数尽量小,并减少间隙,提高刚度,减少惯量,提高效率.第二节伺服系统的驱动元件111. 对伺服驱动元件的要求驱动元件(即伺服电机)是伺服系统的关键部件,它接受控制系统发来的进给指令信号,并将其转变为角位移或直线位移,以驱动数控机床的进给部件实现所要求的运动.而这种运动要能进,能退,能快,能慢,既精确又灵敏.它应满足下列要求:调速范围宽精度高电机的负载特性好电机的结构简单2. 直流伺服电机2.1 直流电机的工作原理直流伺服电机与一般直流电机的工作原理完全相同,他励直流电机转子上的载流导体(即电枢绕组),在定子磁场中受到电磁转矩m的作用,使电机转子旋转.frfufiaraiu+电磁转矩:atikm=式中:)电机的转矩系数(φ= mttckk电机电枢电流ai电枢转动后,因导体切割磁力线而产生反电动势,其值为:nkeea=电势系数电枢的转速2. 直流伺服电机(续)作用在电枢的电压u应等于反电势与电枢电压降之和,即frfufiaraiu+aaarieu+=电枢电阻上式就是电机的电压平衡方程式,且eaakriun=改变电机转速有三种方法:(1)改变电枢电压u;(2)改变磁通量φ(即改变ke的值),改变激磁回路的电阻rf以改变激磁电流if,可以达到改变磁通量的目的;(3)在电枢回路中串联调节电阻.2.2 直流电机的静态特性frfufiaraiau+atmikt φ =式中:电枢回路的电压平衡方程式为:直流电机的工作原理建立在电磁定律基础上,即直流切割磁力线产生电磁转矩,电磁力的大小正比于电机中气隙的磁场.电磁转矩表示为-电磁转矩.-电枢电流;磁场磁通;转矩系数;mattik φaaaaeriu+=式中:-电枢上的外加电压.电枢反电势;电枢电阻;aaauer 2.2 直流电机的静态特性(续)frfufiaraiu+ω φ =eake式中:由以上各式可得:电枢反电势与转速之间的关系为:电机转速(角速度);电势系数; ωekmteaeatkkrkuφ φ=ω2此式表示电机转速与电磁力矩的关系,称为机械特性,即静态特性.稳定运行时,电磁转矩与所带负载转矩相等.当负载转矩为零时,电磁转矩也为零,这时可得:φ =ωeaku0理想空载转速当电机带动某一负载tl时,电机转速与理想空载转速ω0会有一个差值ω, ω表明了机械特性的硬度, ω越小,机械特性越硬.2.3 直流电机的动态特性dtdjttlmω= 在数控机床的进给伺服系统中,电机经常处于过渡过程工作状态,其动态特性直接影响生产率,加工精度和表面质量.永磁直流电机有着优良的动态品质.直流电机的力矩平衡方程式为:时间.-惯量;-电机转子上总的转动电机转子的角速度;转矩;折算到电机轴上的负载电机电磁转矩;式中,t jttlm ω 该式表明动态过程中,电机由直流电能转换来的电磁转矩tm克服负载转矩后,其剩余部分用来克服机械惯量而产生加速度,以使电机由一种稳定状态过渡到另一种稳定状态.17直流电机示例18上次课内容回顾介绍了开放式数控系统的实现技术;介绍了伺服系统的概念;介绍了数控机床对伺服系统的要求;介绍了直流伺服电机的工作原理;2005-06-07第15周193. 交流伺服电机直流伺服电机具有良好的调速性能,但直流电机的电刷和换向器易磨损,需要经常维护,而且换向器换向时会产生火花,使电机的转速和应用环境受到限制.交流电机则没有上述缺点,且转子惯量比直流电机小,动态响应更好.一般在同样的体积下,交流电机的输出功率可比直流电机提高10%-70%.同时,交流电机的容量可比直流电机大些,电压和转速也更高.在数控机床上主要应用的是永磁式交流伺服电机.203.1 交流伺服电机的调速方法交流伺服电机的调速采用变频调速的方法,即改变电源的频率f.交流伺服电机变频调速的关键问题是要获得变频,调压的交流电源.变频调压常用交流-直流-交流方法.即将工频交流电整流成直流电,再将直流逆变为频率可调的交流电.21交流伺服电机示例224. 直线电机将旋转电机沿径向剖开后,拉直展开便形成了直线电机.它省去了联轴器,滚珠丝杠螺母副等传动环节,直接驱动工作台移动.目前应用较多的是交流直线电机(永磁同步和感应异步式两种),原来的定子称为"初级",原来的转子称为"次级".将"初级"和"次级"分别安装在机床的运动部件和固定部件上,初级的三项绕组通电时即可实现部件间的相对运动.23直线电机示例245. 步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件.步进电机的转子上无绕组,且均匀分布若干个齿,定子上有激磁绕组.当输给激磁绕组一个电脉冲时,转子就转过一个相应的角度,称为步距角.步进电机的角位移和输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入脉冲同步.步进...。
