NumericalControl Technology and programming

一、课程的性质和目的

数控技术与应用课程是本门课程属于机械电子工程专业的专业限选课课程。

通过本课程的学习，使学生达到以下目的：

（1）了解CNC的基本原理、机床的体系结构、加工零件的一般过程。了解编程中的数值计算内容与方法，掌握编程中数学处理的基本知识及一定的计算机处理方法的知识。

（2）掌握常用的编程指令；了解编程中的工艺处理内容和步骤，掌握数控加工工艺分析方法。能正确地进行加工方法选择，划分工序与工步，安排加工顺序与走刀路径，选择刀具及其几何参数。能够根据被加工零件的几何特征和技术要求，按照数控系统所规定的程序格式，编制中等复杂零件的数控加工程序。

（3）了解数控机床对伺服系统的要求，常用的进给伺服驱动装置及其系统的构成及分析方法，掌握常用的位置检测装置原理。

（4）了解插补方法的分类，掌握常用插补方法的工作原理和性能特点。

（5）具备合理确定走刀路线、合理选择刀具及加工余量的基本能力。

（6）具备手工编写一定复杂程度零件的数控加工程序的基本能力。

（7）初步认识检测元件的工作原理，具备选用数控系统的位置控制方式的能力。

（8）具有应用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力。

二、课程的教学内容和学时分配

第一章   数控技术概述（1学时）

教学内容：

数控技术的基本概念，数控机床的工作原理，分类，数控技术的发展状况。

教学要求：

了解数字控制的基本概念；了解数控机床的组成及分类；了解数控技术的发展。

第二章   数控编程中的数值计算（2学时）

教学内容：

平面轮廓切削点的计算；平面轮廓刀具中心位置的计算

教学要求：

了解平面轮廓切削点的计算的方法；掌握平面轮廓刀具中心位置的计算；

重点：平面轮廓刀具中心位置的计算。

难点：平面轮廓刀具中心位置的计算。

第三章   计算机数控系统（3学时）

教学内容：

CNC硬件及软件系统的组成及其工作原理，CNC系统的输入机输出；CNC系统的插补原理（含脉冲增量法插补原理，数据采样法原理）；刀具半径的补偿功能。

教学要求：

了解CNC数控装置的结构及工作过程；了解数据采样法的插补原理；理解刀具补偿原理；理解数字积分法插补；掌握插补原理的基本概念，插补方法的分类；掌握逐点比较法。

重点：利用逐点比较法原理和方法。

难点：数字积分法插补原理。

第四章   数控机床的伺服驱动系统（4学时）

教学内容：

位移传感器原理及应用、速度传感器原理及应用、位置传感器原理及应用；

教学要求：

了解旋转变压器的结构与工作原理及应用；理解位置检测装置作用，位置检测装置的分类；

重点：感应同步器的结构与工作原理及应用，脉冲编码器的工作原理。

难点：位移传感器原理及应用。

第五章   数控车削编程（10学时）

教学内容：

数控车床的分类、组成和机械结构特点，数控车床刀具系统；数控车削加工的工艺分析；数控程序编制中的数值计算；数控编程过程的内容和步骤，数控编程方法；程序格式、程序段格式；数控机床坐标系；主要功能指令简介，其中包括G代码、M代码和F、S、T代码；数控车床进行数控加工时程序的编制。

教学要求：

了解程序车削编制的步骤；掌握数控车削编程的工艺处理；掌握数控车床的程序编制方法；理解常用固定循环指令的使用方法。

重点：数控编程坐标系的建立；常用G代码、M代码的含义和使用；数控车床程                序的编制。

难点：数控编程的工艺处理，常用固定循环指令的使用。

第六章   数控铣削编程（10学时）

教学内容：

数控铣床的机械结构特点；回转工作台和分度工作台的结构和工作原理，进给传动系统的结构形式和组成以及间隙的消除方法；数控机床的各种换刀方式，刀具编码等。

数控加工的工艺分析；数控程序编制中的数值计算；数控编程过程的内容和步骤，数控编程方法；程序格式、程序段格式；数控机床坐标系；主要功能指令简介，其中包括G代码、M代码和F、S、T代码；数控钻床、数控铣床和加工中心进行数控加工时程序的编制

教学要求：

了解进给传动系统，掌握齿轮传动和滚珠丝杆传动间隙消除方法；了解数控机床换刀方式，特别是加工中心刀库及其换刀方法；了解程序铣削编制的步骤；掌握数控铣削编程的工艺处理；掌握数控铣床的程序编制方法；理解常用固定循环指令的使用方法。

重点：数控编程坐标系的建立；常用G代码、M代码的含义和使用；数控铣床程序的编制。

难点：数控编程的工艺处理，常用固定循环指令的使用。

第七章   数控机床计算机辅助编程（4学时）（自修）

教学内容：

计算机辅助编程的步骤，Master CAM图文交互式自动编程的基本方法，2D刀具轨迹的生成，3D刀具轨迹的生成，CAM中的后置处理技术，CAM技术应用发展与趋势。

教学要求：

了解自动编程的概念和自动编程系统的工作过程。主要以Master CAM软件进行计算机辅助设计与辅助制造（CAD/CAM），掌握自动编程的二维和三维刀具轨迹的生成和检验。熟悉CAM技术中的后置处理技术以及发展趋势。

重点：自动编程的二维和三维刀具轨迹生成。

难点：自动编程的二维和三维刀具轨迹生成。

三、课程教学环节的基本要求

课堂讲授：

本课程的实践性强，涉及面广、灵活性大，要求教师教学中应注意掌握基本概念在实际中的应用，及该课程与其它课程融会贯通的教学方法。

教学中应与生产实习、实验紧密结合，并运用视频录相、现场教学和外厂参观等方法丰富的扩展涉及学习内容。在理论与实际的结合中培养学生分析和解决实际工艺问题的能力，有些内容适合项目教学法、研讨法。

实践教学 (6学时)

序号	实验项目名称	项目学时	每组人数	内容提要	实验项目类型	实验项目要求
1	Master CAM数控自动编程软件的使用	1	20	结合Mastercam在工程中需要的CAD和CAM功能，系统地介绍Mastercam的CAD/CAM的特点、功能和使用方法。	操作型	必修
2	Master CAM数控中工艺规程和工序内容的设置	2	20	根据零件要求、设备能力以及环境条件，为零件制定合理工艺规程和工序内容。	操作型	必修
3	刀具轨迹生成	1	20	利用Mastercam软件导入三维造型，自动生成刀位坐标计算，设置加工刀具路径。	综合型	必修
4	数控加工仿真	1	20	利用Mastercam软件模拟加工环境、刀具路径与材料切除过程来检验并优化加工程序。	综合型	必修
5	后置处理	1	20	将前置处理生成的刀位数据转换成适合具体机床数据的数控加工程序，并进行校核修正，使学生深刻理解CAD/CAM系统工作的全部过程。	操作型	必修

作业方面：

每次课后均应布置一定数量的作业，以培养学生掌握数控加工技术的基本原理和数控编程方法，了解数控机床的机械结构；初步掌握数控机床的设计与选用，并培养学生达到能合理选用数控设备的能力。习题的类型一般应包括编程题、概念题和插补应用题等。课外习题内容以结合实际加工工艺的编程题为主，也可以布置有利于培养的分析能力和加强重要概念理解的思考题。

考试环节：

课程成绩采用百分制，由三部分组成：平时成绩（教学活动过程）占20%，实验成绩（技能成绩）占30%；期末考试成绩占50%。期末考试采取笔试、闭卷形式。

教学活动过程考核包括：考勤20%，课堂表现10%，作业70%。

四、本课程和其它课程的联系与分工

要求先修课程为《工程图学》、《电子技术》、《微机原理及应用》、《机械工程控制基础》、《液压与气动技术》等，该课程是《辅助制造及3D打印综合性实验》、《机电类综合性设计性实验》等课程的先修课程。

五、建议教材和教学参考书

建议使用教材：

周丹.《数控加工技术》.北京：机械工业出版社.2017

程广振、卢建湘．《数控技术与编程》.北京：电子工业出版社，2012

教学参考书：

[1] 杜国臣.《机床数控技术》.北京：北京大学出版社，2015

[2] 王爱玲.《数控编程技术》.北京：机械工业出版社.2013