您的位置:自考365 > 自考资讯 > 教材大纲 > 自考《机床数控原理》课程大纲说明

自考《机床数控原理》课程大纲说明

2007-07-09 10:32   【 】【我要纠错

  一、课程的性质及内容

  机床数控原理是自考“数控技术”专业(独立本科段)的一门专业基础课。本课程的内容包括:概述、数控机床及编程基础、位置与速度检测装置、数控系统的构成及基本原理、伺服驱动原理与分析、数控系统实例分析及实验环节等方面。涉及机床数控系统结构、软硬件构成与控制原理等内容。

  二、课程的任务及目的

  以数控机床为典型,通过系统的数控技术学习,使学生掌握数控技术的基本概念、基本原理及基本应用,并为提高学生实际数控系统的设计能力打下初步基础。本课程的主要任务是:学习数控机床的主体结构、控制原理、伺服系统和检测系统诸方面的基本知识,使学生掌握数控机床编程、使用和维护的基本方法,培养学生对数控系统的分析及应用能力。

  三、本课程的基本要求

  (一)讨论对象

  数控技术具有其应用的广泛性,在产业机械领域可应用的对象是千差万别,但根据以下几点理由,本课程可以选择机床来作为数控技术应用讨论的对象:

  1.机床是工作母机,无论是控制的精度、控制的运动复杂性以及设备本身的复杂性,其要求比其他机械要高,数控技术的应用也最全面;

  2.一般机械运动控制的要求也与机床轴的运动类型类似,且独立运动的多;

  3.本专业考生毕业后接触的设备主要是数控机床。

  (二)本课程的学习内容和要求

  1.了解数控系统的组成、功能、特点及类型;

  2.掌握数控机床的工作原理及结构;

  3.掌握数控设备的编程技术;

  4.熟悉数控装置的基本构成及主要模块的实现(硬件与软件);

  5.了解数控机床中常用检测元件工作原理及选用;

  6.了解步进电动机的工作原理及其控制,理解交、直流伺服驱动原理、控制技术及特性分析方法;

  7.建立数控系统的整体概念,了解提高加工精度的主要措施。

  四、本课程的先修课程

  本课程是在学习了一些先修课程后开设的,同时又紧密结合生产实际。本课程的先修课程是《电子技术基础》、《微机原理与接口技术》、《机械工程控制基础》、《传感器与检测技术》及《机械制造基础》等课程。

  五、课程内容和考核目标

  第一章概述

  I. 课程内容

  第一节 数控技术的定义

  一、数字化装备技术

  二、机床数控技术

  第二节 数控技术在机床中的应用

  一、数控机床的组成

  二、数控机床的特点

  三、数控机床的工作过程

  四、数控机床的分类

  第三节 数控技术的发展趋势

  一、数控技术的发展历程

  专用数控系统,开放式数控系统

  二、数控技术的发展现状

  复杂多轴运动控制技术、复合化多功能机床数控技术、高速高精度化数控技术

  三、数控技术的发展趋势

  数控技术构成的发展趋势、数控技术功能的发展趋势、全软件数控与STEP-NC

  II. 考核知识点与考核要求

  1.掌握数控技术、计算机数控系统、数控装置、数控机床的含义(识记)

  2.数控装置的组成(识记)

  3.数控机床的工作过程、特点及分类(领会)

  4.数控机床伺服系统的控制方式及特点、主要区别(领会)

  5.点位控制系统与连续控制系统的区别(领会)

  6.数控机床高速高精度化对数控系统提出的要求(领会)

  7.了解数控技术的发展趋势(领会)

  第二章数控机床及编程基础

  I. 课程内容

  第一节 数控机床的机械结构

  一、数控机床的结构特点

  二、提高机床刚度的措施

  三、减少振动的途径

  四、滚珠丝杠及滚动导轨

  五、刀库及刀具交换装置

  六、数控机床的特殊装置

  1.排屑装置2.自动送料装置3.液压夹紧装置

  第二节 数控加工工艺分析

  一、数控加工的特点

  二、工件的定位和夹紧方案的确定

  三、工序的划分

  四、加工顺序的安排

  五、确定走刀路线和工步顺序

  六、切削用量的选择

  第三节 数控机床的坐标系

  一、坐标系的确定

  二、编程尺寸的取值方法(绝对坐标值、增量坐标值)

  三、程序编制中的数值计算

  第四节 数控加工编程

  一、手工编程

  1.准备功能G

  2.刀具功能T、进给功能F、主轴功能S

  3.辅助功能M

  4.程序结构

  5.数控车床的编程及实例

  6.数控铣床、加工中心的编程及实例

  二、自动编程简介

  II. 考核知识点与考核要求

  1.数控机床机械结构的主要特点及对它的要求(领会)

  2.滚珠丝杠副的结构形式、支承方式及其应用场合,滚珠丝杠的选用原则(领会)

  3.能根据要求选择滚珠丝杠副的参数及精度等级(简单应用)

  4.自动换刀装置的特征、工作原理及其实现方法(领会)

  5.了解数控机床的坐标轴和坐标系统(识记)

  6.数控编程的含义和作用(领会)

  7.零件加工程序编制的内容与方法(识记)

  8.主要的G代码和M代码的意义(识记)

  9.零件加工程序的结构与格式(识记)

  10.机床坐标系与工件坐标系的关系(领会)

  11.对刀点、起刀点、刀位点、参考点、工件零点、机床原点的含义(识记)

  12.确定走刀路线要考虑的问题(领会)

  13.编程时数值计算中的基点或节点坐标的计算(简单应用)

  14.编程尺寸的取值方法(绝对坐标值、增量坐标值)(识记)

  15.什么条件下可用零件轮廓编程?有何好处?(领会)

  16.确定工件数控加工的工艺方案,掌握点位加工、车削加工和铣削加工的手工编程方法(综合应用)

  17.自动编程的含义和自动编程系统的类型(识记)

  18.了解图形交互式自动编程系统的工作原理和后置处理程序的功能(领会)

  第三章位置与速度检测装置

  I. 课程内容

  第一节 概述

  第二节 脉冲编码器测量原理

  光电信号的转换,脉冲编码器的基本原理,脉冲信号的计数方法

  第三节 光栅测量原理

  光的干涉原理,莫尔条纹与脉冲信号的产生,计数倍频原理

  第四节 激光测量原理

  激光特点,激光干涉法测距原理,单频激光干涉仪工作原理,双频激光干涉仪工作原理

  第五节 旋转变压器原理

  旋转变压器工作原理,两种工作方式(鉴相式和鉴幅式)的原理及电路分析

  第六节 感应同步器原理

  感应同步器结构及工作原理,两种工作方式(鉴相式和鉴幅式)的原理及电路分析

  II. 考核知识点与考核要求

  1. 位置检测元件在CNC系统的功用、要求和分类(识记)

  2. 位置检测元件的精度和分辨率两个概念的区别(领会)

  3. 脉冲编码器的工作原理和适用场合(领会)

  4. 脉冲编码器的辨向和倍频(领会)

  5. 了解直线投射光栅工作时莫尔条纹的产生和特点(领会)

  6. 如何提高直线投射光栅的分辨率?如何进行方向判别?(领会)

  7. 感应同步器的结构组成和两种工作方式(识记)

  8. 激光干涉仪和旋转变压器的特点和应用场合(识记)

  第四章数控系统的构成及基本原理

  I. 课程内容

  第一节 数控系统的构成

  一、数控系统的体系结构

  1.专用数控装置2.开放式数控装置

  二、数字控制软件完成的任务,开放式系统软件结构,控制程序的组成

  第二节 数控装置硬件构成

  一、CNC装置的基本功能

  控制轴数、联动轴数、插补功能、定位精度及重复定位精度、主轴转速及调节、进给速度及调节、准备功能(G功能)、辅助功能(M功能)、刀具功能(管理和补偿)、零件程序管理及编程方式、操作功能、误差补偿功能、开关量接口、机床顺序控制、字符及图形显示、通信接口及协议、自诊断功能

  二、主控硬件的各部分组成及功能(CPU、存储器、输入/输出接口、显示器接口)

  第三节 数控装置软件结构

  第四节 轴运动控制软件算法

  一、插补软件

  逐点比较插补法(直线、圆弧)的基本原理,数字积分插补法(直线、圆弧)的基本原理,数字增量插补即数据采样插补的基本原理(直线、圆弧)

  二、刀具补偿原理

  刀具半径补偿的基本概念,C机能刀补的基本设计思路,直线过渡的转接情况分析及转接矢量的计算

  三、加减速检测

  第五节 PLC在数控机床中应用

  数控系统PLC结构中、工作原理以及在数控中的功能,基本程序的编写,PLC与主控系统的数据交换及接口

  II. 考核知识点与考核要求

  1.数控装置应具备的功能(领会)

  2.数控装置的组成(识记)

  3.了解数控装置的体系结构(专用数控装置—单微处理器结构CNC装置;开放式数控装置—多微处理器结构CNC装置)(领会)

  4.CNC装置软件的特点及典型的软件结构形式(领会)

  5.PLC的组成、工作方式、功能特点及其在数控机床中的应用类型(领会)

  6.数控机床I/O接口的作用和常用的接口器件(领会)

  7.对异步串行通信接口和网络通信接口有所了解(领会)

  8.插补的含义和插补算法的类型(识记)

  9.按逐点比较法直线和圆弧插补的偏差判别、坐标进给、偏差计算、坐标计算及终点判别,列表写出插补计算过程,并画出插补轨迹即走刀轨迹(综合应用)

  10.按数字积分法直线和圆弧插补的积分运算、坐标进给、积分余数、坐标计算及终点判别,列表写出插补计算过程,并画出插补轨迹即走刀轨迹(综合应用)

  11.分析逐点比较法的进给速度变化范围(领会)

  12.掌握数字增量插补即数据采样插补的插补周期与被插补的线型(直线或圆弧)、插补误差、进给速度的关系(领会)

  13.掌握每个插补周期的X轴和Y轴的位移增量ΔX、ΔY的计算(简单应用)

  14.数字增量插补适用的场合(领会)

  15.何谓刀具半径补偿?其功用是什么?(领会)

  16.C功能刀补直线过渡的转接类型判别(领会)

  17.掌握刀补与插补的关系(领会)

  18.了解加减速控制的实现方法(识记)

  第五章伺服驱动原理与分析

  I. 课程内容

  第一节 概述

  第二节 步进电机及其控制原理

  一、步进电机的工作原理

  二、相位通电顺序与脉冲分配原理

  三、步进电机伺服放大电路

  四、步进电机工作特性分析

  第三节 直流伺服电机及其控制原理

  一、直流伺服电机的工作原理

  二、直流伺服电机的速度控制原理

  三、直流伺服电机的特性

  四、脉宽调制(PWM)原理与系统

  第四节 交流伺服电机及其控制原理

  一、交流伺服电机的工作原理

  二、交流变频调速系统基本分析

  三、正弦脉宽调制(SPWM)变频器的基本原理

  四、交流伺服电机的矢量控制调速系统的基本原理

  第五节 主轴电机及其控制原理

  主轴电机的工作基本原理(着重与伺服电机的比较),主轴速度控制方法的基本原理

  一、主轴驱动装置的工作原理

  二、主轴速度检测方法的基本原理

  三、主轴驱动装置的工作原理

  四、主轴驱动装置的特点

  五、交流主轴电动机

  六、主轴分段无级调速及控制

  1.自动变档控制

  2.自动变档的实现

  七、主轴准停控制

  1.机械准停控制

  2.电气准停控制

  八、电主轴简介

  第六节 进给伺服机构及其动态特性分析

  一、进给伺服系统的分类

  二、进给伺服系统的数学模型

  三、数控进给系统特性分析

  四、数控进给系统特性对加工精度的影响

  五、进给伺服系统参数的匹配原则

  II. 考核知识点与考核要求

  1.伺服系统的组成、功用及要求(识记)

  2.进给伺服系统(开环、半闭环及闭环)的组成和特点(领会)

  3.主轴伺服系统的特点(识记)

  4.掌握步进电动机转速的计算和不同通电方式下步距角的计算以及开环伺服系统脉冲当量的计算(简单应用)

  5.了解步进电动机主要性能指标(识记)

  6.了解步进电动机驱动电源的组成、功用、主要类型及特点(识记)

  7.直流伺服电动机脉宽调制调速即直流伺服电动机PWM调速是如何实现的?重点掌握脉宽调制器的组成和功用及主回路的组成和功用(领会)

  8.交流伺服电动机(包括同步和异步)转速的计算式理解(领会)

  9.正弦脉宽调制调速(SPWM变频调速)是如何实现的(领会)

  10.对交流伺服电动机的矢量变换控制的实现应有一般的了解(领会)

  11.对交流电主轴的结构、组成和调速作一般的了解(领会)

  12.掌握主轴系统的转矩和功率特性(恒转矩和恒功率范围)(领会)

  13.建立起进给伺服控制系统的整体概念,能够绘制单轴进给伺服系统的位置控制框图,并根据工作要求选择相应的检测元件和驱动元件,并能说明相应伺服系统的工作原理(综合应用)

  14.了解伺服系统(重点闭环和半闭环)数学模型的建立和特性分析(领会)

  15.了解伺服系统的特性(如增益、系统稳定性和可靠性等)对加工精度和加工效率的影响(领会)

  第六章数控系统实例分析

  I. 课程内容

  第一节 基于运动控制卡的开放式数控系统

  第二节 华中世纪星数控系统

  第三节 FUNUC oi数控系统

  第四节 西门子840D数控系统

  II. 考核知识点与考核要求

  1.了解开放式数控系统的基本含义和构成方式(识记)

  2.了解各数控系统的基本构成和主要功能及硬件、软件结构上的特点(识记)

  六、课程实验

  (一) 实验的目的和要求

  1.通过实验加深理解和验证学过的基本理论和知识。

  2.考生受到必要的基本技能训练。

  3.培养考生理论联系实际,独立解决工程技术问题的能力。

  4.实验通过后,必须写出实验报告。实验报告经指导教师检查并签字后,方能取得本课程的学分。

  (二) 实验环节

  实验一典型数控机床的结构分析及操作

  实验二数控车床、铣床或加工中心编程及加工

  实验三轮廓插补算法实验

  实验四伺服系统动态特性实验

  七、有关说明和实施要求

  (一)关于考核要求中四个能力层次的说明

  1. 识记

  要求考生能够识别和记忆本课程大纲中规定的有关知识点的主要内容(如定义、定理、表达式、公式、原则、重要结论、方法、步骤、特征、特点等),并能够根据考核的不同要求,作出正确的表达、选择或判断。

  2. 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,并能够根据考核的不同要求,作出正确的解释、说明或论述。

  3. 简单应用

  要求考生能够运用本大纲规定的少量知识点,分析和解决一般运用问题,如简单计算、元件选择、绘图和分析、论证等。

  4. 综合应用

  要求考生能够运用本大纲规定的多个知识点,分析和解决较复杂的应用问题,如一个考题中包括计算、绘图、简单设计、编程、分析和论述等。

  (二)关于命题、考试的规定

  1.本大纲规定的基本要求和知识点都属于考核内容。考试命题覆盖到章,并适当突出重点章节。

  2.本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为:识记25%,领会30%,简单应用30%,综合应用15% .

  3.试题的难度可分为:易、较易、较难、难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为2:3:3:2.试题难度与能力层次不是同一个概念,在各个层次中都存在着不同的难度。

  4.考试方法为闭卷笔试。考试时间为150分钟。考试时只允许带钢笔、铅笔、三角板和计算器。试题份量应以中等水平的考生能在规定的时间内答完为度。评分采用百分制,60分为及格。

  5.课程考试命题的主要题型一般为:填空题、单项选择题、计算题、编程题、问答题、综合应用题等。

  (三)题型举例

  一、填空题

  1.具有直线和圆弧插补功能的CNC系统,为了实现非圆曲线的加工,编程时必须根据允许的,对其进行坐标的计算。

  2.现代CNC系统都具有 通信接口和通信接口。

  二、单项选择题

  1.现代CNC系统工作过程中插补与刀补的关系是()。

  A. 先插补后刀补 B. 先刀补后插补

  C. 插补和刀补同时进行 D. 插补与刀补的顺序无关

  2.直线透射光栅的刻线密度为250线/mm,采用四倍频后,其分辨率为()。

  A.4μmB.1μm

  C.0.1μmD.10μm

  三、问答题

  1.伺服系统的控制方式有哪几种?各自有何特点?

  2.数控机床I/O接口有何作用?试举出一个接口器件。

  四、计算题

  采用逐点比较插补方法,对圆心为原点,起点为A(5,0)、终点为B(3,4)的逆圆弧进行插补。写出插补计算过程,并画出插补轨迹(走刀轨迹)。

  五、编程题

  采用具有C刀补功能的数控机床加工图示厚度为20mm的板型零件外轮廓。选用的铣刀T10的半径为5mm,主轴转速600 r /min,进给速度为150mm/min.分粗、精两次加工,且留给精加工的余量为0.2mm.试建立工件坐标系,编写数控加工程序,并对粗、精加工的处理给出说明。

  六、综合应用题

  试设计一种半闭环单轴数字(脉冲)比较伺服系统。

  1.给出系统结构框图;

  2.指出所选择的驱动元件和检测元件;

  3.说明该系统是如何实现位置控制的。

  后记

  2006年12月全国高等教育自学考试指导委员会机械及轻纺化工类专业委员会全体扩大会议讨论通过了数控技术专业(独立本科)考试计划。会后根据教育部《关于制定、修订高等教育自学考试专业考试计划、编制课程自学考试大纲和加强教材等自学媒体建设有关问题的通知》精神及数控技术专业考试计划的要求,组织编写了本专业课程自学考试大纲。

  机床数控原理自学考试大纲提出初稿之后,兹在西安地区召开了审稿会,并根据审稿意见作了务实修改。嗣后,由专业委员会进行通审、定稿。本大纲适合数控技术专业使用。

  本大纲由西安交通大学梅雪松教授、邓文和副教授和徐学武工程师负责编写,桂林航天工业高等专科学校的刘孝民教授、西安交通大学束鹏程教授和马振群博士为大纲提出了宝贵的意见。西安理工大学郝忠军教授担任主审并主持了审稿会,南京工程学院汪木兰教授和西安科技大学魏娟副教授参加了审稿。谨对参加本大纲编写和审稿的同志表示感谢。

全国高等教育自学考试指导委员会机械及轻纺化工类专业委员会

本文转载链接:自考《机床数控原理》课程大纲说明

分享到:
  • 站内搜索
  • 课程搜索
  • 试题搜索

热门搜索:教材 报名 查分 免考 考试计划