数控机床课程设计Ⅱ指导书
第四版
主编：王立涛、刘有余
编者：王准、裴九芳、王海
主审：许德章
应用专业：机械设计制造及其自动化、车辆工程
班级            
学号            
姓名            
机械系机制教研室
二00六年十二月
一、数控机床课程设计的目的
数控机床课程设计一般是在数控机床理论课程的后期进行。数控机床是数控及自动化（数控）专业的一门主要专业课程，对实际应用能力要求提高。安排该课程设计的目的是通过课程设计方式使学生进一步掌握和消化数控原理的基本内容，了解数控系统的组成，掌握系统的控制原理和方法，通过设计与调试，掌握各种功能的实现方法，为今后从事数控领域的工作打下扎实的基础。
本课程中，数控机床课程设计课题共设有5个：
1）刀具半径补偿计算程序的设计
2）数控机床的点位控制设计
3）逐点比较法插补的连续轨迹控制设计
4）数字积分法插补的连续轨迹控制设计
5）数据采样法插补的连续轨迹控制设计
通过数控机床课程设计，要求学生达到如下目标：
针对设计任务选择合适的实现方案
培养学生查阅技术手册和有关技术资料的能力
培养学生程序设计的能力
培养学生程序调试的能力
培养学生编制技术文档的能力
培养学生严肃认真、一丝不苟和实事求是的科学态度。
二、数控机床课程设计的步骤
数控机床课程设计一般在讲授完刀补、插补、主轴、进给和PLC等内容后进行，课程设计的时间为一周。各课题设计方法和步骤不尽相同，但对于数控机床的课程设计，一般可根据设计任务和要求，按一下步骤进行：
根据设计要求确定设计方案。
查阅有关文献资料。
绘制系统框图或软件流程图（初步设计）。
编写程序清单。
调试程序。
分析运行结果。
整理设计文档。
数控机床课程设计流程图如图1所示。
数控机床课程设计时间（共2周）安排可参考表1的分配。
表1  课程设计时间安排表		序号	设计任务	时间(天)		1	布置任务,熟悉课题	1		2	确定方案,查阅资料	1		3	初步设计	2		4	测试程序,分析结果	3		5	设计答辩	1		6	整理文档,完成设计报告	2		三、课程设计的要求
参考本课程设计的学生可分成5组，每个小组分别完成上述5个课题设计题目中的一个课题。每组选派一名组长，负责组内任务的划分，保证组内各人员的设计任务各不相同且设计分量基本相等，并协助指导老师督促和检查课程设计的进展，保证每个同学都能独立完成自己的课程设计。
程序调适和设计完成后，要求对每个学生进行单独答辩。在课程设计结束后，必须提供以下文档资料：
（1）课程设计报告一份。
课程设计报告一般应包括以下内容：
课题名称。
设计任务和技术要求。
设计方案选型分析，画出系统框图。
有关工程设计计算。
设计结果，并对设计中出现的问题进行分析，提出改进意见。
调适规程记录，调试中出现问题的分析及解决办法等。
列出参考文献。
（2）详细软件流程图一份。
（3）含有中文注释的程序清单一份。
（4）运行结果一份。
四、数控机床课程设计说明事项
（1）每个学生必须独立完成自己的课程设计，凡是抄袭的报告不计成绩。
（2）根据学生的设计态度、设计方案、调试结果、报告质量以及答辩情况综合评定成绩。
（3）对于较大型的设计课题，允许组内同学分工合作完成，但必须分工明确，每个同学都有自己独立完成的相应子课题。
（4）凡是设计课题中没有给出的条件，均可根据需要进行合理假定，但必须加以说明。
（5）对所有课题的实现手段不作硬性规定，学生可以自行解决。
（6）要求在进行本课程设计之前先修如下有关课程：“微机原料及接口设计”、“程序设计”、“数控机床”、“数控工艺与编程”、“机床电器与PLC”、和“伺服系统”等。
五、成绩评定
依据下列几个方面对学生进行考核，以五级评分制综合评定成绩：
1）设计过程中的表现（独立完成的能力、分折问题的能力、工作态度）； 
2）提交的设计质量；
3）答辩中的表现。
六、教材及主要参考书
教材：
1）邵max.book118.com: 机械工业出版社,2004
主要参考书：
1）max.book118.com:华中科技大学出版社,2006.
2）max.book118.com:机械工业出版社,2004.
七、课程设计内容
（一）刀具半径补偿计算程序设计
1、课程设计的目的
1）掌握刀具半径补偿的基本原理。
2）掌握刀具半径补偿计算的程序设计方法。
2、课程设计的任务
刀具半径自动偏移计算是计算机数控系统必不可少的功能之一。由于CNC系统通过控制刀架的参考点实现加工轨迹，但实际上切削时是使用刀尖或刀刃缘完成，这样就需要在刀架参考点与刀具切削点之间进行位置偏置，从而使数控系统的控制对象由刀架参考点变换成刀尖或刀刃边缘。这种变换的过程就称之为刀具不偿。它实际上是将零件轮廓轨迹变换为刀具中心轨迹。刀具补偿通常有圆弧过渡和直线过渡两种刀补过渡方法，这里主要针对直线过渡型刀补计算进行设计。直线过渡性刀补方法能够根据相邻轮廓段的信息自动处理两个程序段刀补中心轨迹的转换，并自动在转接点处出入过渡直线，从而避免了刀具干涉现象的发生。这种刀补方法能避免圆弧过渡所产生的刀具在尖角外的停顿现象。刀补课程设计的具体要求如下：
要求能够完成直线接直线（L—L）、直线接圆弧（L—C）、圆弧接直线（C—L）和圆弧接圆弧（C—C）共四种轮廓转接形式的课程设计（当设计课时较少时，允许四种轮廓转接形式的程序设计由四个同学各完成一个，但每个同学必须作不同的轮廓转接形式的设计）。
要求能够实现刀补建立、刀补进行和刀补撤销三种运行形态。
要求能够处理伸长型、缩短型和插入型三种转接处理（当设计课时较少时，允许三种转接处理的程序设计由三个同学各完成一个，但每个同学必须作不同转接处理的设计）。
要求能够进行特殊零件轮廓转接（）的处理。
要求以图形方式进行演示，并输出试验结果。
零件轮廓几何形状数据的给定方式自行约定，但必须进行相应的说明。
要求进行人工运算结果和计算机运算结果的验证对比分析。
有关符号和计算公式建议采用教材中约定的形式。
3、课程设计报告的要求
在常规课程设计报告基础之上，还应包括以下内容：
假定零件轮廓的刀补计算过程和计算结果。
详细软件流程图。
计算机运算结果及验证分析。
包含详细注释说明的自编软件清单。
此次课程设计小结（包括课程设计中所遇到的问题、解决办法以及有关设计体会和改进建议等）。
4、课程设计使用的主要仪器设备
PC计算机一台。
打印机一台。
数控机床课程设计支持软件一套（建议选用Borland C++环境）。
（二）数控机床的点位控制设计
1、课程设计的目的
掌握数控系统实现点位控制的原理及其应用。
掌握点位控制书空机床实现准确定位的方法。
2、课程设计的任务
点位控制是控制机床运动部件从一点准确地移动到另一点，在移动过程中不进行加工，因此对两点间的移动速度和运动轨迹没有严格的要求，但为了提高加工效率，保证定位精度，常常要求运动部件的移动速度是“先快后慢”，既先以快速移动接近目标点，
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