浅谈《数控机床控制技术》课程知识体系的重构

浅谈《数控机床控制技术》课程知识体系的重构

刘海(扬州工业职业技术学院)

摘要:数拉机床与普通机床的主要区别是配有数控系统,数控系统涉及面广,教与学难度大,但只要抓住数控系统几条主线展开教学,教学内容变得结构清晰,易于学生理解和记忆。

关健词:数控机床控制技术教学研究主线

0引言

数控机床在金属加工领域的主导地位正逐步凸现出来。数控机床是机电一体化技术发展的结晶,数控机床的使用使得金属加工质量对操作者技能依赖性大为降低,使得以前不可能的复杂高精度加工变为可能,使得操作工人的劳动强度大大下降。数控机床与普通机床的主要区别是配有计算机数控(CNC)系统,自动化程度高,数控机床的进给控制,刀具控制,主轴控制等都是计算机数控系统通过不同的控制途径实现的,数控机床控制技术这门课程就是就是为了针对计算机数控系统和这些控制途径而设置的。

1《数控机床控制技术》课程的特点

教学思路是与课程特点、学习环境和教学资源紧密联系的。了解《数控机床控制技术》课程特点是我们建立教学思路的出发点。

1.1《数控机床控制技术》课程内容特点数控机床是机电一体化技术发展的结晶,数控系统涉及了计算机技术、检测技术、电力电子技术、自动控制技术以及电力拖动技术等多学科领域知识,涉及知识面广泛,所有涉及知识都要求学生掌握是不现实的,也是不必要的。

作为高等职业学院而言,要根据高等职业教育的培养目标来培养人才。要以培养技术性、应用型人才为目标。适应社会需求为切人点;从职业技术岗位培养需求出发,要求毕业生具有知识针对性、应用性强,到岗愿干,到岗能干,动手实践能力强等特点。作为数控技术专业学生来说,实践能力培养分为三个层次:第一个层次是数控机床操作,要求学生掌握机床基本操作能力;第二个层次是程序编制和制定加工工艺,要求学生在具备第一个层次能力外,掌握应用程序编制、程序应用调试和制订加工工艺能力;第三个层次是能够维护维修数控机床,要求学生具备前两个层次能力外还需要全面掌握数控机床的结构和原理,要达到第三个层次必须学好《数控机床控制技术》这门课程。

1.2教学对象的特点总体来讲,高职学生的主要特点是,理论知识基础薄弱,实际经验缺乏,不少学生的逻辑抽象思维能力较弱。

2《数控机床控制技术》教学思路

针对该课程和学生的特点,我们制定了突出以实践能力培养为中心,相关学科理论知识学习以“必需、够用”为度的指导思想,课程重点放在三个方面能力的培养上:

2.1数控系统组成单元的感性认识这里的组成单元包括常用数控系统的组成部分,例如数控机床控制面板、各种驱动器、伺服电机、接口装置、电源、各种联接线等,外加这些组成单元在整个数控机床上一般布局,侧重于外形认识。

2.2理解数控系统组成单元的作用和相互间关系关键是理解各组成单元在数控机床工作过程中所扮演的角色和之间信息流通途径,要涉及一部分自动控制原理的思想,各单元内部工作原理不作为重点。

2.3简单的数控系统诊断和调整在理解上数控系统工作原理和信息流向的基础上,对常见数控系统故障进行诊断,根据使用要求调整数控系统的工作参数,这个是对上个能力的简单应用、检验和巩固强化。

3《数控机床控制技术》教学内容主线

有了明确的教学思路就要将教学内容进行合理调整安排,数控系统涉及广泛,数控机床种类繁多,教学主线比较乱,不好把握,在教学实践中不妨把数控机床几个控制方面作为教学主线,这样比较容易把握,学生掌握起来也感觉思路较清晰。

图一是教材中常用数控系统组成框图,一般会放在绪论部分,也是教材知识章节划分依据。在这个框图中各部分关系明确,项目齐全,但要找出清晰的控制主线却比较困难,特别对于刚接触数控机床的学生来讲,更难以建立一个清晰的思路。为了解决这个问题,有必要对这个框图进行简化。为了完成这个目标,让我们从实际和定义两方面来考察。

参考目前国内常见的数控系统的基本组成可以把数控系统粗分为四大模块:

3.1CNC装置按照计算机数控系统按照美国电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation——EIA)数字标准化委员会的定义,计算机数控(CNC)系统是用计算机通过执行其存储器内的程序来完成数控要求的部分或全部功能,并配有接口电路、伺服驱动的一种专用计算机系统。而CNC装置就是这个定义的中心语——专用计算机,因此可以说CNC装置是数控系统的核心,是整个数控机床的大脑。

3.2伺服系统按照上面的定义,CNC装置这个专用计算机是必须配有伺服驱动系统的。伺服系统伺服单元(又称放大器和驱动器)和伺服电机组成,用于位置控制,是CNC装置区别于别的专用计算机系统(比如手机、学习机、PLC等)的根本特征。

3.3I/O接口数控机床作为现代化的机械装置,必须具有一定的自动化能力,可以完成诸如自动换刀、自动排屑、自动开关冷却液、安全监控和自动保护等任务,为了实现这些功能数控系统一般都配有专门的开关量I/O接口电路对完成这些任务过程中的输入输出信号进行电平转换和光电隔离,这些输入输出开关量信号一般是由内置在CNC装置中的PLC进行处理的。

3.4人机界面人机界面一般是指实现数控系统和操作者之间信息交换用数控控制面板、显示器以及机床操作面板的统称。在一些数控系统中人机界面是和CNC装置集成在一起,而在另一些系统中出于模块化和开放性的考虑把这个部分独立开来,作为一个单独的模块。

在图四中,实线框内的为CNC系统,虚线框内的人机界面和CNC装置在一些系统中是集成在一起。这样结构有如下的优点:目前的大多数的数控系统都可以套用这个结构,而且实线框内所示的四个模块之间在大多数的系统中是用单条电缆或者光缆联结的,模块边界很清晰,图四所示的这个框图对计算机数控系统模块的划分正好依据了这个边界,这样既适合于初学者进行记忆和简单的理解,也不会和后续章节讲到的不同类型数控系统的具体结构产生矛盾的地方,有利于在深入讲解的过程中较好地避免了学生记忆和理解上混乱。

在后续章节围绕这四大模块,由表及里、由浅入深、渐进式进行讲解。其中以伺服系统为例,首先展示一个常见典型伺服系统的实物组成图,使学生建立对伺服系统的感性认识,接着围绕伺服装置接口板,讲解伺服系统各组成部分的作用和之间的联接关系,然后通过讲解该伺服系统工作的信息流向,使学生理解其工作原理的一般思路,最后再以别的典型系统为例进行知识迁移。

4结语

遵循学习规律,结合典型数控系统,由表及里、由浅入深地安排教学内容,确定教学内容主线使得原本纷繁复杂的数控系统组成的教学内容变得结构清晰,易于理解和记忆。

参考文献:

[1]徐夏明,邵泽强.数控原理与数控系统[M].北京:北京理工大学出版社.2008.

[2]徐衡.数控机床故障诊断[M].北京:化学工业出版社.2008.

[3]FANUC0iC/0iMateC简明联机调试手册.

[4]SINUMERIK802D安装调试.

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