计算机辅助在《数控机床》教学中应用实例

   2018-05-10 75
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在数控机床课堂教学中,利用计算机可以连续处理大量数据和图像,其屏幕可以及时显示的特点,展现了一些连续变化的过程,形成鲜明的动态效果,使抽象的理论教学还原成其本来面目,完整地表露在学生面前,既突破了教学难点,又激发了学生的积极性,提高了学生对知识的认知能力。下面略举几例,分析其设计要点。

1.逐点比较法直线插补的教学

教学分析:逐点比较法又称醉步式近似法,其原理是单片机或计算机在控制加工过程中,能逐点地计算和判别加工偏差,以控制坐标进给,按规定图形加工出所需要工件,用步进电机或电液脉冲马达拖动机床,其进给是步进式的,插补器控制机床(某个坐标),每走一步都要完成四个工作节拍。如图:

在上述控制方案中,工作台的进给取决于加工点和实际规定图形偏差位置的判别,即偏差判别。而偏差判别的依据是偏差计算,因而,问题的关键是选取什么作为能正确反应偏离位置情况的偏差,以及如何进行偏差的计算。

加工直线时可取起点为坐标原点,X,Y两轴方向为坐标系。那么,比较起点到加工点连线与坐标轴ox夹角同规定直线与ox轴夹角的大小就能反映出加工的偏差,或者根据加工点在规定直线的上方或下方也能反映出加工的偏差。

根据推导其公式为:F=XzYn-XnYz

递推后,偏差公式与进给关系如下:(第一象限)



 

 

 

 

 

偏差判别 进给 偏差计算

F≥0 +ΔX F-Yz=F F< 0 +ΔY F+Xz=F

教学内容:在教学中,不仅要教给学生简单地使用逐点比较法,最重要的是传递一种概念,即插补的实质,是一种脉冲分配运算。在计算过程中插补器不断向各个坐标发出互相协调的进给脉冲,进给脉冲进入伺服系统,变换成模拟量并加以放大,控制机床坐标作相应的移动,就可以便刀具按指定的路线进行加工。一个脉冲产生的坐标移动量称脉冲当量。在直线插补中,数控装置经计算后,在x和y两方向协调发出脉冲, 一步步把线段描画出来。这一方法对于正确理解脉冲当量与插补算法的实质有很重要的作用。

设计要点:利用PASCAL6.0版强大的作图功能,实现插补过程轨迹图形化,设置计数器,可跟踪轨迹步伐,利用其画线功能,以脉冲当量为单位,分配一个脉冲,画一条线,产生连贯动态的效果。

例:欲加工第一象限直线oz,终点坐标为:x=5,y=3。绘图片断和结果如图:
 

教学过程:

1)给出题目,让学生先考虑作图方法;

2)启动程序,让学生观看连续做图过程;

3)利用单步运行功能,分解作图过程,学生分析脉冲当量与刀具轨迹关系。

4)学生自己经过计算,绘制插补轨迹图。

2.检查直线插补掌握情况

教学分析:逐点比较法的直线插补过程每进给一步要进行以下四个工作节拍:

(1)偏差判别:判别加工点对规定图形的偏离位置,决定拖板的进给走向。

(2)进给:控制某个坐标工作台进给一步,向规定的图形靠拢,缩小偏差。

(3)偏差计算:计算新的加工点对规定图形的偏差,作为下一步判别依据。

(4)终点判别:判断是否到达终点,则停止插补,如没有到达终点,再回到第一拍。

教学内容:检查学生对逐点比较法插补的掌握情况,给出直线终点坐标,要求学生在交互式界面上输入插补过程的四个工作节拍。每输入一步,系统程序可自动检测正误,随时纠错。

设计要点:突出交互式界面的优点,重点在于利用计算机进行在线检测,方便学生发现错误,及时修正。

仍以上题为例,界面及学生输入后结果如图:

 

序号

工作节拍

偏差判别

偏差计算

进给

终点判别

起点

 

F0

 

Z0=8

1

F0=0

F1=-3

+ΔX

Z1=7

2

F1=-3<0

F2=2

+ΔY

Z2=6

3

F2=2>0

F3=-1

+ΔX

Z3=5

4

F3=-1<0

F4=4

+ΔY

Z4=4

5

F4=4>0

F5=1

+ΔX

Z5=3

6

F5=1>0

F6=-2

+ΔX

Z6=2

7

F6=-2<0

F7=3

+ΔY

Z7=1

8

F7=3>0

F8=0

+ΔX

Z8=0  

以上两例均为直线在第一象限插补,如在其它象限或圆弧插补亦可用此法。

3.编程坐标系的教学

教学分析:数控机床的坐标和运动方向均已标准化,标准坐标系是一个直角坐标系。这个坐标系统的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行,它与安装在机床上,并且按机床的主要直线导轨找正的工件相关。

以车床为例, 有x,z两轴,其中z轴与车床导轨平行 (取主轴中心线),x轴与z轴垂直。机床原点取机器零点也可职卡盘根部与z轴交点处。 刀具运动的正方向是刀具卡盘及工件距离增大的方向。编程时采用编程坐标系,其 z轴与机床坐标系z轴重合,x轴与z轴垂直,编程原点一般取工件端面与z轴交点,以便于编程。

教学内容:建立机床坐标系(即右手迪卡坐标系)的概念,明确编程坐标系的建立基础,即工件加工面与机床坐标系关系、一些相关概念机器零点、换刀点、回零等,以及车床编程X向为直径量编程。

设计要点:展示机床坐标系与主轴卡盘关系,加入工件后,描绘出编程坐标系所在位置,亮点显示机器零点、换刀点,让主轴卡盘闪烁,在视觉上产生转动感觉,对于理解X向直径编程有重要作用。

绘图如下:
 

教学过程:

1)让学生明确机床坐标系与编程坐标系关系,并推导出坐标转换关系;

2)运行程序,指导学生观察图形与公式是否相符,思考直径编程的实质;

3)对照图形,思索几个概念点的位置与所理解是否相符。

 
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