搜索
机床运动控制课程设计DesignPracticeofMachineToolMovment课程代码：JX011405学分：3学时：120（其中：讲课学时：84实践学时：36）先修课程：高等数学、机械制图，工程力学，金属工艺学，公差与技术测量，机械原理，机械设计、机床运动控制、机床数控技术适用专业：机械设计制造及其自动化专业建议教材：自编（在开始阶段先选用相关的教材）开课系部：机械工程系一、课程的性质与任务课程性质：机床运动控制课程设计是高等工业学校机械类专业学生一次较全面的设计能力的训练，是设计课程的一个重要教学环节，在实现学生总体培养目标中占有重要地位。机床运动控制课程设计是机械设计制造及其自动化专业的必修课。课程任务：巩固、加深和扩大在本课程和先修课程学到的知识，树立正确的设计思想；培养机械自控控制系统设计一般方法，培养分析和解决工程问题的能力；进行电气设计基本技能的训练，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力；通过机床运动控制课程设计，使学生将所学理论和生产设计结合起来、将学与画结合起来，牢固地掌握制图知识、设计知识，提高设计技能和绘制机械图样的基本技能。二、本课程的四线、四点1）逻辑线机床运动控制课程设计是在机床运动控制、传感器与测试技术等一系列先修课程的基础上进行的，根据设计流程首先以常见的机械电气控制系统设计内容、步骤和方法，给出电气自动控制系统课程设计题目，给出了电气图的参考图例。然后给定学生设计任务书后指导学生在本课程设计中正确运用上述先修课中学过的知识，鼓励采用计算机绘图。在设计过程中根据设计题目按照总体设计——工作图设计——安装配线——调试运行这样一个过程进行。2）历史线机械设计按时间来分，可分为三个阶段，分别是：从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段，由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械设计，第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段。如果按其内容来分，可分为：直觉设计阶段，经验设计阶段和理论设计阶段。两种划分是一一对应的，是从不同角度来划分机械设计的发展史。每一个阶段在设计理论，方法和制造工艺方面都有明显的特色。自建国初期全国高等教育全面学习前苏联开始，国内工科院校机械类各专业即陆续开出了机械原理和机械零件课程，直至今日，该两课程的设置已有50余年的历史。但是随着技术的发展机械类专业的名称也变成了机械设计制造及其自动化。在教学实践中深切体会到，对于工科类课程教学，仅仅进行课堂授课和少数几个单元实验是远远不够的，学生学完课程后不会应用所学知识，对理论知识点的理解也是一知半解。为了解决这一问题，一些院校大胆地进行了教学改革，有的在国内率先开设“机电综合实践”课程。课程开设四个模块：电气控制电路设计安装与调试、PLC应用、数控编程与加工、单片机应用。实验室提供基本器材，学完相关理论课程后，以学生自主学习的形式集中2周时间在实验室完成教学任务，取得了很好的效果。有的院校开设了电气自动控制（或机床电气自动控制）课程设计，我校在成立之后开设了《机床电气自动控制》但是并没有开设相应的课程设计。从2007年开始国家教育部决定逐步实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”（简称质量工程），而质量工程的核心思想就在于培养学生的实践能力和创新精神。“学习”这个词即包括了“学”也包括“习”，光学不习就不是学习。为了适应培养应用型人才的实践能力和创新精神需要，我们在综合了《机床电气自动控制》〈可编程序控制器（PLC）〉、〈自动控制技术〉和《电机与拖动》等课程开设了《机床运动控制》课程的同时又开设了《机床运动控制课程设计》。在这个课程中首先是设置了《电气制图》的内容。什麽是设计和开发呢？我们说的是工业产品的设计和开发，从国外说设计（Design）一词是Designare而来，是“画上记号”的意思，相当于“制图”、“计划”的意义。在我国古代的文献《周礼·考工记》的“设色之工，画、、锺、筐……”的“设”字，就是“制图”和“计划”之意。但是，目前大多数院校机械专业的机械设计制造及其自动化专业都没有开设《电气制图》课程，电气控制课程教学一开始就需要会看电气图，课程培养的结果也需要让学生学会看图画图，因此需要补充这门知识。在整个设计过程中学生要学会综合运用机械设计、工程图学、工程力学、工程材料和互换性技术测量、机床运动控制等多门课程的知识,分析问题和解决问题。通过课程设计，学生对机床运动控制系统设计的原则、步骤和方法等会有一个比较完整的了解和掌握，对培养学生机床运动控制系统设计能力、创新能力和工程意识具有十分重要的作用,并为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础。3）价值线机床运动控制课程设计是设计能力培养的一个重要教学环节，也是高等工科院校机械类专业学生第一次较全面的设计能力训练。通过这一环节的训练，可培养学生学习设计机床运动动作控制、位置控制系统，学习运用标准、规范、手册、图册和查阅样本有关技术资料和编写技术文件等能力，上述这些能力实际也是学生实际工作能力的体现，这也是本课程设计的价值的体现。4）哲学线哲学思想可以贯穿所有学科，对所有学科都有指导意义。机床运动控制课程设计是一门综合性的实践教学课程，在课程的教学指导过程中要贯穿现代设计哲学的思想。设计哲学是关于设计领域根本观点的学说体系，是设计普遍知识的概括和总结。如设计与需求、设计的尺度、设计的内容与形式、设计的美学等。对于本课程设计还特别强调学习辩证唯物论的认识论，理解认识来源于实践，实践是检验真理的唯一标准，又是认识的目的，一个正确的认识，往往需要经过由实践到认识由认识到实践的多次反复，才能完成。本课程设计的内容除了最后要答辩之外只要条件准许都要求实践的验证，只停留在图纸上只能得到一半成绩。机床运动控制课程设计是实践性很强的一门课程，其记忆点和理解点主要是对于先修课程的理解和记忆，实用点和工艺点是培养学生理论联系实际的设计思想，训练综合运用电气设计和有关先修机械设计课程的理论、结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关电气设计方面的知识。本课程的电气控制系统的设计是基于机械设计基础的电气设计，其设计内容主要是学会选用电器、各种功能控制单元和控制器，学会应用，而不是设计这些控制单元的具体的电路。对于需要一些特殊的控制器也是只需要能从接口的角度提出要求。但是基于机械设计基础的电气设计需要考虑的是结构，安装和布线方面的内容，这是现在电气设计比较缺乏的能力，尤其是嵌入式技术很发达的现在。通过本次设计让学生完成一个完整的设计过程，为喜欢电气设计的学生开辟了一条可以发展的路。对于大部分尽管学生毕业以后不一定会从事电气设计，但是由于他了解了电气控制系统的设计过程使得他在拟订整体机械设计方案可以充分考虑机电的配合发挥电气控制的特点，这个能力对于培养有创新能力的人才是很有用的。三、课程的基本内容及教学要求课程教学内容：本课程设计，包括：（一）电气控制与PLC部分（动作控制）主要以中小型电气控制系统设计为主，针对具体生产设备或某具体工艺过程，设计相应的电气控制系统，学生可根据课题需要，经论证后采用传统继电接触控制或PLC控制工作方式。常用的选题：1、单一工作目的的机床电气控制系统设计，例如铣床、磨床、车床及其它机械加工的通用或专用设备电气控制系统；2、工艺不太复杂的各类生产线的电气控制系统（典型的组合机床控制系统）；3、简单工业生产装备的电气控制系统。具体选题需要看教学的实验条件。（二）自动控制系统部分（位置控制）熟悉自动控制系统的组成、原理及工作方式，了解自动控制系统的设计步骤与方法，增强学生分析系统、解决系统中出现问题的能力。常用选题：数控机床伺服进给系统的设计和计算，数控机床主轴控制系统的设计和计算。课程的重点、难点：机械设计课程设计重点和难点在于如何培养学生具有综合应用先修课程知识的能力，遇到问题时如何查阅相关资料的能力。课程教学要求：每个学生必须独立完成课程设计。设计题目为机床的电气运动控制或位置控制系统。设计工作量：1、对于基于继电接触控制方式组合机床的运动控制每个学生小组应完成电气控制系统图纸资料一份（包括电气安装图、位置图、互连图和电气元件清单）、设计说明书约6000～8000字。课程设计完成后应调试成功并进行答辩，成绩单独记分。2、对于基于PLC控制方式机床的运动控制每个学生小组应完成电气控制系统图纸资料一份（包括电气安装图、位置图、互连图、电气元件清单、程序流程图、程序梯形图）、设计说明书约6000～8000字。课程设计完成后应调试成功并进行答辩，成绩单独记分。3、对于数控机床伺服进给、主轴系统的设计和计算每个学生小组应完成数控机床伺服进给、主轴装配图纸资料一份（包括装配总图、零件图和目录）、设计计算书和设计说明书约6000～8000字。课程设计完成后应调试成功并进行答辩，成绩单独记分四、课程学时分配步骤主要内容（电气控制与PLC部分（动作控制））学时比例1、设计准备工作（1）加强《电气制图》有关知识（2）熟悉设计任务书，明确设计的内容和要求；（3）熟悉设计指导书、有关资料和图纸等；（4）观看录像、实验装置实物、10%2、总体设计•（1）确定电力传动方案和控制方案•（2)设计电气控制原理图；•（3)设计电气柜、操作台、配电板及非标准器件与零件；•（4)绘制电气安装图、位置图、互连图（程序流程图、程序梯形图）；•（5）选择电气元器件及装置；制定电气设备装置、元件、器件的清单及备件，易损件的清单；40%3、安装、调试•在实验装置上进安装、调试30%4、编写设计计算说明书（1）编写设计计算说明书，内容包括所有的计算，并附有必要的简图；（2）说明书最后一段内容应写出设计总结：一方面总结设计课题的完成情况，另一方面总结个人所做设计的收获体会以及不足之处8%5、答辩（1）做答辩准备；（2）参加答辩2%步骤主要内容（自动控制系统部分（位置控制））学时比例1、设计准备工作（1）加强《电气制图》有关知识（2）熟悉设计任务书，明确设计的内容和要求；（3）熟悉设计指导书、有关资料和图纸等；10%（4）观看录像、实验装置实物、2、总体设计根据设计任务书进行数控机床伺服进给、主轴系统的设计10%3、传动件的设计计算（1）滚珠丝刚杠副及其支撑的选取（2）计算各传动件上的作用力（3）伺服电机的选取（4）联轴器的选取5%4、系统的设计和计算数控机床伺服进给、主轴系统的设计和计算（1）对伺服电机的转矩、转动惯量及加速能力匹配校核（2）对机床传动装置钢度变化及弹性系统刚性变化引起的定位误差的验算25%5、装配图的绘制（1）画底线图，画剖面线；（2）选择配合，标注尺寸；（3）编写零件序号，列出明细栏；（4）加深线条，整理图面；（5）书写技术条件、减速器特性等10%6、零件工作图的绘制（1）绘制齿轮类零件图；（2）绘制轴类零件图；（3）绘制其他零件图（由指导教师定）5%7、编写设计计算说明书（1）编写设计计算说明书，内容包括所有的计算，并附有必要的简图；（2）说明书最后一段内容应写出设计总结：一方面总结设计课题的完成情况，另一方面总结个人所做设计的收获体会以及不足之处8%8、安装、调试上机安装、调试与测试25%9、答辩（1）做答辩准备；（2）参加答辩2%五、大纲说明1、教学过程中要把握课程的四点四线。2、该课程的教学手段及教学方法建议课程设计的进行方式是在教师指导下由学生独立完成。设计分阶段进行，每一阶段的设计都要认真检查，没有原则错误时才能继续进行下一段设计，以保证设计质量，循序完成设计任务。指导教师在教学过程要严谨负责，对学生设计的进展情况要及时掌握，对出现的问题要及时进行指导，提出修改建议，但反对学生照抄照搬、敷衍塞责，容忍错误存在或依赖教师。3、考核方式建议；为了确保设计任务的顺利进行，设计时以组为单位进行设计，每组约5-6人，每个设计小组内设置几个岗位，相应的岗位和职责见表1。在每组设计过程选择不同的零件图进行设计和绘制，给出相应的难度系数如表2。表1课程设计小组内岗位设置、职责与评分系数岗位职责岗位系数工作质量考核内容组员1）认真参与设计，确保