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数控技术专业《数控机床电气控制》课程教学设计重庆工业职业技术学院二○○九年五月1一．整体教学设计1．以实践为主，理论讲授为辅的教学方法①首先要制定能力目标和任务目标，提出任务；②讲解完成任务的方法，老师示范教学，学生动手操作；③以学生为中心，讲、练结合，教学的整个过程需要教师和学生积极配合和热情参与，师生双向互动；④教师的教学不再是传统的单向知识的传授，教师的角色要从知识的传授者转变成为教学组织、问题咨询、参与者、教练及技术指导角色，真正实现教学主体由教师向学生的转变，由教学行为向学习行为转变。实施效果：①学生通过真实的工作任务训练，体验实际生产过程，目的明确，针对性强，技能提高明显，在教学中形成职业能力。②在整个工作过程中，教师只是引导者，可充分发挥学生的主观能动性，提高其解决问题的能力，培养创新意识。2．教学内容按职业活动构建《数控机床电气控制》课程的学习重点应围绕数控机床的电气控制这一任务来开展和组织教学内容，而不能按学科体系面面都讲。数控机床电源电气控制、数控机床主轴电气控制、数控机床进给电气控制、数控机床刀架电气控制、数控机床控制面板电气、数控机床电气连接与调试等知识和技能就是围绕学生掌握数控机床电气控制所必须的学习内容而展开的。通过课程内容结构的调整，学生在学习中是学习的主体，学习是一种重要的个体行动。因此、构建以“岗位—任务”式的教学内容结构，是学好数控机床电气控制的关键。3．课程成绩评定重视学习过程课程成绩评定改革的基本思路是注重学习的过程，就是要强调对学生学习过程的控制作用，用学习的过程成绩来代替期末考试，调动老师的教和学生学的积极性，将“试题”转变为“试能”，达到使学生真正掌握知识和技能的目的。我们主要采取“任务法”对学生学习《数控机床电气控制》课程后进行成绩评定，用具有实用背景的任务全面评估学生学到了什么知识和技能。24．个性化的教学资源建设为了配合工作导向课程体系教学的实施，院校加强了个性化教学资源的建设，包括：多媒体课件、网络课程、多媒体素材、网络资源、仿真与虚拟现实等。信息化教学设计强调利用各种信息资源来支持“学”而非支持“教”；学生可以根据自己的兴趣和学习方式灵活选择学习资源，强调“协作学习”，资源共享；以“任务驱动”和“问题解决”作为学习和活动的主线，在相关具体意义的情境中确定和教授学习策略与技能。二.单元教学设计教学单元由七个学习模块组成，每个模块由学习任务、知识要求和技能要求组成，每个单元就是一个完整的教学和工作任务，学生通过学完这七个单元，基本能掌握数控机床的电气控制要求，实现教学目的和要求。各单元任务和知识技能要求见下表：学习模块单元学习任务知识要求技能要求学时分配学习模块1数控机床电气控制概述数控机床电气控制概述数控机床电气组成、分类、控制对象、发展趋势。分清数控机床各个电气部件4学习模块2数控机床电源电气控制任务一:数控车床电源电气控制数控车床强电电路构成，各种基本电器介绍、伺服变压器电源变压器、开关电源。掌握接触器、继电器结构、参数；数控车床各单元的连接。4任务二：数控铣床电源电气控制数控铣床强电电路构成，常用的低压电器（空开、接触器、继电器、伺服变压器、开关电源等）；中间继电器控制电路、交流接触器控制电路。电源电路的组装、数控铣床各单元的连接。继电器控制电路、交流接触器控制电路的识别4任务一：变频器结构及工作原理变频器介绍、结构、接线端子功能，与电源、数控装置及电动机的连接。数控机床主轴变频器的连接。3学习模块3数控主轴电气控制任务二：主轴变频调速控制变频器调速参数的设置、主轴的启停、速度控制、PLC控制。变频器调速参数的设置。16任务三：数控机床主轴的其他电气控制主轴定向控制的实现，PLC梯形图；主轴编码器及其应用（螺纹加工）。主轴定向控制的调试；主轴编码器安装与调试。学习模块4数控机床进给电气控制任务一：步进电动机进给电气控制步进电机工作原理、与控制系统、驱动器的连接；步进电机工作参数的设置、位置和速度控制。步进电机的结构、系统的连接；步进电机运行参数的设置。8任务二：交流电动机进给电气控制数控系统、驱动器、交流电机的连接；驱动器结构、简单原理、各个接线端子、参数；速度控制过程、参数设置与调试；位置控制过程，位置检测、参数设置与调试。交流伺服进给驱动系统的连接。8交流变频器的参数设置；速度控制参数设置；位置控制参数设置、检测装置的安装与调试。学习模块5数控机床刀架电气控制任务一：自动转位刀架的电气控制转位刀架的换刀过程、与数控装置的连接；自动换刀系统工作原理；CNC的连接及控制参数的调试；换刀信号传递，刀具的识别，PLC梯形图。能连接刀架与数控装置；设置和调试换刀参数。8任务二：数控机床刀架的I/O控制自动换刀信号的控制过程，PLC梯形图；自动换刀刀架系统中的I/O接口及参数调试；换刀控制的PLC的编程与调试。PLC梯形图调试与编写；自动换刀与CNC的连接及控制参数的调试。学习模块6任务一：控制面板的电气结构及其功能控制面板功能布置介绍、结构特点。识别控制面板的功能，各键的具体意义。4数控机床面板控制任务二：控制面板与数控装置连接数控机床控制面板与CNC、PLC、机床强电柜连接。连接控制面板与数控装置、机床电柜。12任务三：控制面板的I/O接口及PLC控制手动控制、自动控制、主轴正反转、回参考点等控制键的实现，信号通道；I/O地址分配和参数设置。主轴正、反转、停止的PLC控制及调试，参数的设置。学习模块7数控机床电气系统连接任务一：数控机床电气系统的总体组成数控装置组成、各接口构成、功能。系统的组成、各接口名称、主要参数。16任务二：HNC系统数控机床电气系统连接与调试华中CNC系统的电源、主轴伺服、进给伺服、自动刀架、控制面板机通信接口等与数控装置的连接与调试。华中CNC数控装置与外部的连接，各个I/O接口的连接，参数的正确设置。任务三：FANUC0i系统数控机床电气系统连接与调试FANUC0I系统的电源、主轴伺服、进给伺服、自动刀架、控制面板机通信接口等与数控装置的连接与调试。FANUC0i数控装置与外部的连接，各个I/O接口的连接，参数的正确设置。5三．单元教学方案设计教学任务模块一：数控机床电气控制概述教学参考学时（4学时）教学2学时，实训2学时学习目标：1.认识数控机床电气控制系统的组成，控制过程简述；2.数控机床电气控制分类，认识数控系统、机床及各个接口组成；3.能正确识别数控机床电气各个部件及其功能，识别参数和辨别型号；4.熟悉数控技术发展的方向与新技术。教学主要内容：1.数控机床电气系统，数控装置、主轴伺服控制和进给伺服控制；2、数控机床输入输出接口、数控机床工作过程；3.数控机床电气控制分类：开环控制、闭环控制、半闭环控制；4．数控系统的发展、伺服控制技术的发展、网络技术的发展、PLC控制技术的发展；5．感性负载瞬态噪声抑制。数控机床电气控制过程教学参考图6授课知识要点：1.数控机床的工作原理、电气控制系统组成；2.数控机床电气控制的分类，分类；3.数控机床电气技术的发展简介。教学方法与教学手段：工作导向的教学方法，将课堂教学、实训与产品安装制作融为一体，本模块一部分在课堂学习，一部分在数控机床现场学习。考核标准与评价：（对知识与能力进行定性或定量的评定）注重学习过程的考核：先前能力认可形成性鉴定终结性鉴定综合评价单元学习成绩可以由四项内容组成：数控机床电气基础知识（30％）+现场观摩操作（40％）+综合运用（20％）+职业能力（10％）=总成绩（100％）。学生知识与能力要求：教师的知识能力要求：电子识图、电工电子技术基础、计算机基础能力、普通机床电气安装与调试能力，低压电器元件的安装与选用能力数控机床电气控制，电力电子技术、计算机技术知识、教育、教学能力、课堂设计管理能力、指导学生拆装机床电器的能力课程教学实施条件：教学准备与实施：教学PPT教学课件、各种低压电器、计算机、投影仪、教学学材、数控机床、教学录像、数控实训台，生产现场。1、数控车床4台；2、数控铣床4台；3、电工实训工具6套课后练习1填充，以完成下列各表述。1）半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过传动机构，将角度转换成工作台的直线位移。1）开环伺服系统主要特征是系统内没有装置，通常使用为伺服执行机构。3）数控机床控制系统包括了、、、、、。4）进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统，它根据数控装置插补运算生成的，精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。5）闭环和半闭环控制是基于原理工作的。76）数控机床的基本组成包括、、、、、以及机床本体。2.判断下列说法的对错，并将错的地方改正。1）（）数控系统的主要功能是控制运动坐标的位移及速度。2）（）开环控制数控系统无反馈（feedback）回路。3）（）闭环控制数控系统的控制精度(accuracy)高于开环控制数控系统的控制精度。4）（）全闭环控制数控系统不仅具有稳定的控制特性，而且控制精度高。5）（）半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。6）（）机床工作台（table）的移动是由数控装置发出位置控制命令和速度控制命令而实现的。7）（）刀具（tool）按程序正确移动是按照数控装置发出的开关命令实现的。8）（）机床主轴（spindle）的起动与停止是根据CNC发出的开关命令，由PLC完成的。9）（）M功能指令被传送至PLC-CPU，用PLC程序来实现M功能。10)（）数控加工程序中有关机床电器的逻辑控制及其他一些开关信号的处理是用PLC控制程序来实现的，一般用C语言编写。8教学任务模块二：数控机床电源电气控制任务一：数控车床的电源电气控制教学参考学时（4学时）教学2学时，实训2学时学习目标：1.认识数控车床电源控制电路系统的组成和工作特点；2.学习数控车床电源控制电路系统的主要电器性能指标及选用；3.能绘制数控车床的电源控制电路的原理图、电气元件图及接线图。教学主要内容：1.数控车床的伺服强电、主轴强电、冷却电动机及刀架电动机电气控制2．数控车床的控制电源电气3．数控车床电气控制常用的低压电器（空开、接触器、继电器、伺服变压器、开关电源等）4.感性负载瞬态噪声抑制5.交流电动机的正、反转控制实现授课知识要点：1.数控车床的伺服强电、主轴强电、冷却电动机及刀架电动机电气控制，伺服电源控制；2.低压电器：空开、接触器、继电器、伺服变压器、开关电源的参数、选用、性能；教学方法与教学手段：工作导向的教学方法，按真实的生产过程进行学习，将课堂教学、实训与产品安装制作融为一体，学完该模块后，学生能独立安装和调试数控车床的电源电气控制。数控车床电源电气参考图93.交流电机的正反转控制。考核标准与评价：（对知识与能力进行定性或定量的评定）注重学习过程的考核：先前能力认可形成性鉴定终结性鉴定综合评价课程学习成绩可以由四项内容组成：数控车床电源电气控制理论（30％）+安装技能操作（40％）+综合运用调试（20％）+职业能力（10％）=总成绩（100％）。学生知识与能力要求：教师的知识能力要求：电子识图、电工电子技术基础、计算机基础能力、普通机床电气安装与调试能力，低压电器元件的安装与选用能力数控机床电气控制，电力电子技术、计算机技术知识、教育教学能力、课堂设计管理能力、指导学生操作机床加工零件的能力课程教学实施条件：教学准备与实施：教学PPT教学课件、各种低压电器、计算机、投影仪、教学学材、数控机床、教学录像、数控实训台，生产现场。1.数控车床4台2.华中数控实训台6台3.FANUC0I\SIMENS840数控系统4.电工实训工具6套课后练习1、根据图1所示控制线路情况，判断其分别有哪种控制功能。(1)长动；(2)点动；(3)起动后无法关断；(4)按下按钮电源短路；(5)线圈不能接通。图12、在机床电气控制电路中自锁、互锁各起什么作用?试举例说明。3、机床继电器接触器控制线路中一般应设哪些保护?各起什么作用?短路保护和过载保护有何别?4、简述CK6130数控车床电源控制电路由那几部分组成。5