数控技术应用本科专业.docx

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数控技术应用本科专业

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《计算机数控系统》自学考试大纲

一、课程性质与设置目的

（一）课程性质、特点和设置目的

《计算机数控系统》是辽宁省高等教育自学考试数控技术（应用本科）专业考试计划规定的一门必考的主要专业基础课。

通过本课程的学习，使学生掌握计算机数控系统的组成和工作原理，为深入学习和应用数控机床、以及从事机械设计与制造打下基础。

（二）本课程的基本要求

1.学习和系统掌握机床数控技术以及的先进制造技术的相关基本概念；

2.学习和掌握数控加工编程的基本原理与方法；

3.学习和理解数控系统的控制原理；

4.学习和认识计算机数字控制装置的硬件和元件系统的构成和工作原理；5.学习和认识数控机床的位置检测装置的类型、特点和基本工作原理；

6.学习和掌握数控机床伺服系统的类型、特点和基本工作原理。

（三）本课程与相关课程的关系

先修课程除公共基础课外，还应包括电工与电子技术基础和机械制造技术基础等专业技术基础课程。

二、课程内容与考核目标

第1章概述

（一）学习目的与要求

初步掌握数控机床的组成与工作原理，掌握数控机床的分类，熟悉数控机床的特点与应用，了解数控技术的发展以及以数控机床为基础的生产自动化技术，为进一步学习打基础。

（二）课程内容

1.数控机床的组成与工作原理

2.数控机床的特点与应用

3.数控机床的分类

4.数控技术的发展

5.以数控机床为基础的生产自动化技术

（三）考核知识点

1.数控机床的组成与工作原理

（1）机床数控技术的基本概念

（2）数控机床的组成

（3）数控机床的工作原理

2.数控机床的特点与应用

3.数控机床的分类

（1）按加工工艺及机床用途的类型分类

（2）按机床运动的控制轨迹分类

（3）按伺服控制方式分类

（4）按数控系统的功能水平分类

4.数控技术的发展

（1）数控机床的产生与发展

（2）数控技术的发展趋势

5.以数控机床为基础的生产自动化技术

（1）分布式数字控制

（2）柔性制造单元

（3）柔性制造系统

（4）计算机集成制造系统

（四）考核要求

1.识记

NC，CNC，DNC，FMC，FMS，CIMS，PLC,伺服控制

数控机床分类，多坐标联动

2.领会

（1）数控机床的组成和工作原理

（2）数控机床的加工特点和应用

（3）数控机床的发展趋势

（4）数控机床的应用

第2章数控加工程序编制

（一）学习目的与要求

学习和掌握数控加工程序编制的基本知识，为理解数控系统的工作打基础，也为后续学习打基础。

（二）课程内容

1.概述

2.数控加工的指令代码和程序结构

3.程序编制中的数学处理

4.计算机辅助数控编程

（三）考核知识点

1.概述

（1）零件程序编制的步骤与内容

（2）数控编程方法

2.数控加工的指令代码和程序结构

（1）程序结构

（2）程序段格式

（3）变量参数编程与用户宏程序

（4）数控加工中的坐标系与相关G指令

（5）刀具补偿指令

（6）固定循环

（7）轮廓铣削加工的程序编制

3.程序编制中的数学处理

（1）程序编制中数学处理的任务

（2）非圆曲线的节点计算

（3）列表曲线的插值与拟合

4.计算机辅助数控编程

（1）计算机辅助编程技术的发展概况

（2）典型的CAD/CAM软件介绍

（四）考核要求

1.识记

数控加工程序，程序段，功能字，机床坐标系，机床零点，工件坐标系

手工编程，自动编程，起刀点，退刀点，固定循环和刀具补偿

2.领会

（1）零件程序编制的步骤、内容和数控编程方法

（2）数控加工的程序结构和常用指令代码；

（3）了解计算机辅助数控编程，主要是CAD/CAM一体化编程的特点、原理与发展。

3.简单应用

程序编制中的数学处理的任务和处理方法；

4.综合应用

轮廓铣削加工的程序编制方法；

第3章数控系统的控制原理

（一）学习目的与要求

学习和理解数控系统的控制原理，掌握数控加工程序的输入与处理过程；

掌握数控系统插补的基本概念和分类，了解数控系统的刀具补偿原理、数控系统的速度控制和数控系统的位置控制等。

（二）课程内容

1.数控系统的差补原理

2.数控系统的刀具半径补偿原理

（三）考核知识点

1.数控系统的差补原理

（1）插补的基本概念和分类

（2）基准脉冲插补

（3）数据采样插补

（4）曲面直接插补（SDI）

2.数控系统的刀具半径补偿原理

（1）程序段间的转接

（2）转接矢量计算

（3）进给速度和加减速控制

（4）数控系统的位置控制

（四）考核要求

1.识记

数控机床的脉冲当量、数控系统插补的基本概念、分类特点、插补精度、SDI

直线加减速、指数加减速、速度增益和补偿

2.领会

（1）基准脉冲插补中的逐点比较法和DDA法；

（2）数据采样插补中的直线函数法、扩展DDA法和递归法；

（3）数控系统的刀具补偿原理、数控系统的速度控制和数控系统的位置控制原理

3.简单应用

（1）数据采样插补的精度分析

（2）递归法插补分析

第4章计算机数字控制装置

（一）学习目的与要求

学习和熟悉CNC装置的硬、软件结构和工作原理，了解常用数控系统的一般情况，为正确操纵和维护数控机床奠定基础。

（二）课程内容

1.概述

2.计算机数字控制装置的硬件结构

3.计算机数字控制装置的功能

4.数控系统的可编程控制器（PLC）

5.CNC装置的软件系统

6.数控系统的接口电路和通信

7.典型数控系统介绍

（三）考核知识点

1.概述

2.计算机数字控制装置的硬件结构

（1）大板式结构和模块化结构

（2）单微处理器数控装置和多微处理器数控装置

（3）开放式数控体系结构

3.计算机数字控制装置的功能

（1）CNC装置的基本功能与工作过程

（2）CNC装置的扩展功能

4.数控系统的可编程控制器（PLC）

（1）PLC的组成、工作原理和特点

（2）PLC在数控机床中的应用

（3）PLC的应用实例

5.CNC装置的软件系统

（1）CNC软件的功能特点

（2）CNC系统软件的总体结构

6.数控系统的接口电路和通信

（1）概述

（2）机床开关量及其接口

（3）串行通讯及接口

（4）数控系统网络通讯技术

7.典型数控系统介绍

（1）国产数控系统介绍

（2）国外数控系统介绍

（四）考核要求

1.识记

硬件，软件，存储，数据处理，位置控制，适时控制，中断，开关量，通讯，R232接口，计算机网络，通讯协议，FANUC和SIMENS。

2、理解

（1）CNC功能的特点和总体结构类型；

（2）系统的接口电路和通信的一般情况；

（3）CNC系统功能特点；

（4）CNC软件结构；

（5）计算机数字控制装置的硬件结构和基本类型，包括大板结构和模块化结构，单CPU和多CPU结构等；

（6）PLC的构成、特点、工作方式及编程。

3.简单应用

数控程序的处理过程

4.综合应用

常用数控系统的特点分析

第5章位置检测装置

（一）学习目的与要求

学习掌握数控机床对位置检测装置的基本要求、常用位置检测装置的类型、结构、工作原理及特点，并为正确选择、使用和维护打下技术基础。

（二）课程内容

1.概述

2.光栅

3.编码器

4.旋转变压器

5.感应同步器

6磁栅

（三）考核知识点

1.概述

2.光栅

（1）计量光栅的种类；

（2）计量光栅的工作原理。

3.编码器

（1）绝对式编码器；

（2）脉冲增量式码盘。

4.旋转变压器

（1）旋转变压器的结构和工作原理；

（2）旋转变压器的测量系统。

5.感应同步器

（1）感应同步器的结构和工作原理；

（2）感应同步器测量系统。

6磁栅

（1）磁栅的结构与工作原理；

（2）磁栅的测量系统。

（四）考核要求

1.识记

系统分辨率，数字式测量，模拟式测量，绝对式测量，相对式测量，

直线测量，角度测量，鉴相式测量，鉴幅式测量，莫尔条纹，

电磁感应和读数磁头。

2.领会

（1）旋转变压器的结构与工作原理；

（2）感应同步器结构与工作原理；

（3）磁栅的结构与工作原理。

3.简单应用

（1）常用光栅尺结构与工作原理；

（2）绝对式编码器和脉冲增量式码盘的工作原理。

第6章数控机床的伺服控制系统

（一）学习目的与要求

学习和掌握数控机床伺服系统的类型、特点及发展，伺服电机工作原理及其速度控制，了解伺服系统的工作原理及性能分析，为伺服电机及伺服系统的使用和维护打下技术基础。

（二）课程内容

1.概述；

2.直流伺服电机及其速度控制；

3.交流伺服电机及其速度控制系统；

4.步进电机开环位置控制系统；

5.直线电动机；

6.进给伺服系统分析。

（三）考核知识点

1.概述

（1）数控机床伺服系统的分类；

（2）数控机床对伺服系统的要求；

（3）机床伺服系统的发展。

2.直流伺服电机及其速度控制

（1）直流数控机床伺服系统的分类；

（2）晶体管直流脉宽调制调速控制；

（3）主轴直流电机。

3.交流伺服电机及其速度控制系统

（1）永磁交流伺服电机；

（2）正弦波脉宽调制（SPWM）调速；

（3）交流主轴电机；

（4）交流电机的矢量控制。

4.步进电机开环位置控制系统

（1）步进电机的工作原理；

（2）步进电机的类型与选择；

（3）步进电机的控制原理。

5.直线电动机

6.进给伺服系统分析

（1）概述；

（2）数学模型；

（3）性能分析。

（四）考核要求

1.识记

伺服驱动，直流电机，交流电机，步进电机，直线电机，电主轴，PWM，SPWM，变频调速，矢量控制，定位精度，跟随误差，轮廓误差。

2.领会

（1）熟悉步进电机的工作原理、技术参数与控制原理；

（2）直流电机调速原理与方法。

3.简单应用

（1）永磁交流伺服电机结构与工作原理；

（2）熟悉直流电机晶体管脉宽调制（PWM）调速控制原理，了解H型开关功率放大器；

（3）正弦波脉宽调制（SPWM）调速的工作原理；

（4）交流主轴电机的类型和调速原理；

（5）交流伺服电动机的矢量控制工作原理。

4.综合应用

（1）掌握数控机床伺服系统的分类及要求；

（2）进给伺服系统的数学模型和性能分析，包括开环和半闭环系统的定位误差、闭环系统的稳定性、系统跟随误差对轮廓加工误差的影响等。

三、有关说明与实施要求

（一）关于“考核要求”中四个“能力层次”的说明

识记：

要求考生能够识别和记忆本大纲规定的有关知识点的主要内容，并能根据考核的不同要求，做出正确的表述，选择和判断。

领会：

要求考生能够领悟和理解本大纲规定的有关知识点的内涵与外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别与联系。

并能够根据考题要求，作出正确的解释和表述。

简单应用：

要求考生能够运用本大纲规定的知识点分析和解决一般应用问题。

综合应用：

要求考生能够运用本大纲规定的知识点分析和解决较复杂的应用问题。

（二）关于学习教材与主要参考书

1.杨继昌等主编,数控技术基础.北京:

化学工业出版社,2005.8

2.富大伟等主编,数控技术.北京:

化学工业出版社,2005,9

3．王仁德等编著,机床数控技术.沈阳:

东北大学出版社,2002.9

4．王爱玲主编,现代数控原理与系统.北京:

国防工业出版社,2005.1

5．黄家善主编,计算机数控技术.北京:

机械工业出版社,2004.1

6．任玉田等编著,新编机床数控技术.北京:

北京理工大学出版社,2005.5

（三）自学方法指导

1．认真阅读与钻研大纲与教材。

自学应考者应根据本大纲规定的考核目标，认真学习教材，全面系统地掌握教材所阐述的基本原理、基本概念和基本知识。

本课程有较严密的逻辑体系，涉及内容较多，知识范围较广泛，各章分别阐明不同的问题，又有密切的内在联系。

自学应考者应深人学习各章的内容，掌握基本原理，理解基本概念和基本知识的内涵。

2．系统学习和重点深入相结合。

自学应考者应在全面系统学习教材的基础上，对重点章节进行深入的学习，掌握重要原理和概念，以便更好地把握本课程的全部内容。

应注意的是，切忌在没有全面系统地学习教材的情况下，单纯孤立地去抓重点，甚至猜题押题，那样是不可能有好的学习效果的。

3.重视理论联系实际，提高分析问题、解决问题的能力。

4.保证必要的学习时间。

自学者应根据本课程的特点和自身的实际情况，合理安排自学时间。

（四）对社会助学的要求

1.社会助学者应明确本课程的性质与设置要求，根据本大纲规定的课程内容和考核目标，把握指定教材的基本内容，对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们掌握正确的学习方法，防止自学中的各种偏向，体现社会助学的正确导向。

2.要正确处理基本原理、基本概念和基本知识同应用能力的关系，努力引导自学应考者将基础理论知识转化为认识、分析和解决实际问题的能力。

3.要正确处理重点和一般的关系。

本课程的理论性强，内容广泛；考试命题的题型多样、覆盖面广。

社会助学者应根据这门课程和考试命题的特点，指导自学应考者全面系统地学习教材，掌握全部课程内容和考核目标。

在全面辅导的基础上，突出重点章节和重点问题，把重点辅导和兼顾一般有机地结合起来。

（五）建议分配学时

章

课程内容

建议学时（小时）

第1章

概述

6

第2章

数控加工程序编制

6

第3章

数控系统的控制原理

8

第4章

计算机数字控制装置

8

第5章

位置检测装置

4

第6章

数控机床的伺服控制系统

8

总计

40

（六）关于命题考试的若干规定

1.本课程的命题考试，应根据本大纲规定的课程内容和考核目标，来确定考试范围和考核要求，不要任意扩大或缩小考试范围，提高或降低考核要求。

考试命题要覆盖本大纲的第1章到第6章的内容，并适当突出重点章节，体现本课程的基本内容。

2.试卷对能力层次的要求应结构合理。

对不同能力层次要求的分数比例，一般为：

识记与领会40％，简单应用35％，综合应用25％。

3.要合理安排试卷的难度结构。

试题的难度分为易、较易、较难、难四等。

每份试卷中，四种难易度试题的分数比例一般以2：

3：

3：

2为宜。

试题的难易度与能力层次不同，在各个能力层次中，都可有难易度不同的试题。

4.本课程考试试卷的题型，主要是填空题和分析题等。

各种题型的具体样式可参见本大纲附录。

5.本课程考试时间为150分钟，试题量应以中等水平的自学应考者在规定时间内答完全部试题为度。

（七）题型举例

“计算机数控系统”试题

一、填空（30分）

（1）DNC是的缩写。

（2）MAP/TOP是的缩写。

（3）GTR是的缩写。

（4）PWM是的缩写。

（5）MDI是的缩写。

（6）RS-232是的缩写。

（7）根据数控机床的控制结构，数控机床可分，，

和三种类型，其中，大多数数控机床采。

（8）根据联动控制的轴数，数控机床可分为，，

，和五轴联动等五种类型，其中，五轴联动有3个和2个坐标轴。

（9）大多数数控机床的进给电机采用，位移检测装置采用，该位移检测装置一般安装在。

（10）和属于基准脉冲插补方法，其插补精度是。

（11）刀具半径补偿中程序段转接的类型有，

和三种类型。

（12）常用的数据采样插补方法有、

和。

（13）根据机床的数控装置组成可分为单和多两类，根据结构类型有可分为和。

（14）中、高档数控机床的主轴电动机采用交流式电动机或

直流式电机；其中交流式电动机多采

用。

（15）PLC采用工作方式，一般采用编程；数控机床上采用的PLC有和两种类型。

（16）为防止干扰信号及高压串入，数控机床的输入输出接口要进行必要的电隔离，为此常用的器件及电路是和。

（17）机床的数控装置的功能特点是和，其软件结构常采用和两大类。

（18）步进电机的主要技术参数是、、和

等项。

（19）在步进电机控制系统中，能将数控装置的控制脉冲按所要求的步进电机通电方式进行分配给各相输入端、以及进行电机转向控制的单元称为，它有和两种类型。

（20）目前CNC加减速控制的基本类型有和，基本算法有和。

二、有板状零件，零件厚度为10mm，形状如下图所示：

试编写数控加工程序，说明各程序段的作用，并绘出刀具中心轨迹。

三、数据采样插补的原理是什么？

试对其插补精度进行分析？

四、什么是数控加工编程中的刀具半径补偿？

其优点是什么？

五、分析说明数控装置对加工程序的处理过程？

六、简述光栅尺的工作原理？

七、简要分析直流电机的调速原理与方法。

八、绘出三相交流电机的双极性SPWM控制的主回路和波形控制原理图，并分析说明其结构和工作原理。