机床数控原理考试自考本科大纲
(课程代码 5661)

一、课程的性质、任务

本课程主要讲述机电一体化的典型产品——数控技术的原理与控制技术。让学生了解和掌握所从事专业的先进技术，让学生理论联系实际迅速适应大中型企业机械制造行业的人才需求。
    数控技术是机械设计制造的重要专业平台课，它涵盖了计算机、自动控制、电气传动、精密测量，机械制造和管理信息等。通过对本课程的学习，可以为后续课程机器人技术、单片机原理、机电传动和可编程控制器等提供必备的理论基础。

二、教学目的、基本要求
本课程的主要教学目的是使学生掌握先进的制造技术——数控技术。基本要求：让学生掌握现代化数控机床各组成部分的基本工作原理，重点包括计算机数控装置，伺服系统和检测装置的基本原理。掌握数控技术的基本概念与理论的同时加强实践环节，以提高学生的创新意识与实践动手能力。

Ⅱ、课程内容与考核目标

第1章 绪论
【教学目的和要求】
主要介绍数控机床的产生与发展，数控机床的组成与分类，要求对机床数控技术有较全面的了解
【教学内容】
1.1 数控机床的产生与发展
1.1.1数控机床的产生
1.1.2数控机床及数控技术的发展概述
1.2 数控机床的组成
1.2.1数控机床的组成
1.2.2数控机床的工作原理
1.3数控机床的分类
1.3.1按运动轨迹分类
1．点位控制数控机床
2．直线控制数控机床
3．轮廓控制数控机床
1.3.2按伺服系统的类型分类
1．开环伺服系统数控机床
2．闭环伺服系统数控机床
3．半闭环伺服系统数控机床
1.3.3按工艺方法分类
1．金属切削类数控机床
2．金属成型类数控机床
3．特种加工类数控机床
1.3.4按功能水平分类
【考核知识点】
    数控机床的工作原理，组成，特点，分类
【考核要求】
识记：数控机床分类及特点；
理解：数控机床的工作原理，基本组成，以及各组成部分的功能

第2章 计算机数控（CNC）系统
【教学目的和要求】
介绍CNC系统的硬件结构、软件结构及特点，重点讲述CNC系统的插补原理以及CNC系统的刀具补偿与加减速控制，介绍CNC系统中的可编程控制器，简单介绍开放式数控系统
【教学内容】
2.1 概述
1．CNC系统的组成
2．CNC系统的工作过程
3．CNC系统的主要功能
2.2  CNC系统的硬件结构
2.2.1CNC的单微处理器结构
2.2.2CNC的多微处理器结构
2.2.3 开放式CNC系统
2.3  CNC系统的软件结构
2.3.1 CNC系统软件的组成
1．管理软件
2．系统软件
2.3.2 CNC系统的软件结构特点
1．多任务并行处理
2．实时中断处理
2.3.3 CNC系统的软件结构
1．前后台型软件结构
2．中断型软件结构
2.4  CNC系统的插补原理
2.4.1 概述
2.4.2 脉冲增量插补
1．逐点比较法
2．数字积分法
2.4.3 数字增量插补
1．时间分割法插补
2．扩展DDA法插补
2.5  CNC系统的刀具补偿与加减速控制
2.5.1 CNC系统的刀具补偿
1．刀具长度补偿
2．刀具半径补偿
2.5.2  CNC系统的加减速控制
1．前加减速控制
2．后加减速控制
2.6 CNC系统中的可编程序控制器（PLC）
2.6.1可编程序控制器的组成和工作过程
2.6.2 PLC在CNC系统中的应用
【考核知识点与要求】
识记：CNC系统的主要功能、组成与工作过程，单微处理器结构，多微处理器结构，数控机床用可编程序控制器， CNC系统的软件结构与组成， CNC系统的软件结构特点 ，CNC装置的加减速控制，插补的原理
理解并简单应用：脉冲增量插补，数字增量插补，CNC系统的刀具补偿

第3章 伺服系统与检测装置
【教学目的和要求】
主要讲述伺服系统的检测元件、驱动元件，以及开环伺服系统和闭环伺服系统的组成与工作原理。介绍数控机床上常用的位置检测装置的结构、工作原理和使用
【教学内容】
3.1 概述
3.1.1 数控机床对数控伺服系统的要求
3.1.2 伺服系统的分类
3.2 伺服系统的检测元件
3.2.1 概述
3.2.2旋转变压器
1．旋转变压器的结构与工作原理
2．旋转变压器的应用
3.2.3感应同步器
1．感应同步器的结构与工作原理
2．感应同步器的应用
3.2.4光栅
1．光栅的结构
2．光栅的工作原理
3.2.5 磁栅
1．磁栅的结构
2．磁栅的工作原理
3.2.6脉冲编码器
1．脉冲编码器的结构与工作原理
2．脉冲编码器的应用
3.3 伺服系统的驱动元件
3.3.1 步进电机
1．步进电机的工作原理
2．步进电机的主要特性
3.3.2 直流伺服电机
1．机械特性
2．调节特性
3．晶体管脉宽调制PWM的调速原理
3.3.3 交流伺服电机
1．交流伺服电机的结构和工作原理
2．SPWM变频控制器
3.3.4 直线电动机
3.4开环伺服驱动系统
3.4.1 步进伺服系统的工作原理
1．工作台位移量的控制
2．工作台进给速度的控制
3．工作台运动方向的控制
3.4.2 步进伺服系统的驱动控制线路
1．环形脉冲分配器
2．功率放大器
3.5闭环伺服驱动系统
3.5.1 脉冲比较伺服系统
1．脉冲比较伺服系统组成原理
2．脉冲比较电路
3.5.2 相位比较伺服系统
1．相位比较伺服系统组成原理
2．脉冲调相器
3．鉴相器
3.5.3 幅值比较伺服系统
1．幅值比较伺服系统组成原理
2．鉴幅器
3．电压—频率变换器
【考核知识点】
检测装置的种类，旋转变压器，感应同步器，光电编码器，光栅， 磁尺的结构与工作原理；伺服系统的检测元件、驱动元件，以及开环伺服系统和闭环伺服系统的组成与工作原理
【考核要求】
识记：检测装置的种类，旋转变压器、感应同步器、磁尺的结构组成与工作原理；数控伺服系统的基本组成与分类，鉴相式伺服系统，鉴幅式伺服系统，脉冲比较式伺服系统
理解：光电编码器、光栅的组成与工作原理；理解与简单应用：步进电机，开环步进式伺服系统

第4章 数控机床的机械结构
【教学目的和要求】
主要数控机床的机械结构
【教学内容】
4.1 概 述
4.1.1 数控机床机械结构的组成
4.1.2 数控机床机械结构的要求
4.2 数控机床的主传动系统
4.2.1数控机床的主传动系统的特点
4.2.2 数控机床主轴的调速方法
4.2.3 数控机床的主轴部件
4.3 数控机床的进给传动系统
4.3.1 数控机床进给传动的特点
4.3.2 滚珠丝杠螺母副
1. 滚珠丝杠螺母副的结构
2. 滚珠丝杠螺母副轴向间隙的调整
3. 滚珠丝杠的支承方式
4.3.3 数控机床的导轨
1. 对导轨的要求
2. 滑动贴塑导轨
3. 滚动导轨
4. 静压导轨
4.4 自动换刀装置
4.4.1 转塔式自动换刀装置
4.4.2 刀库式自动换刀装置
1. 刀库的形式
2. 刀具的选择
3. 刀具识别装置
4. 刀具交换装置
4.5 数控机床的回转工作台
4.5.1 数控回转工作台
4.5.2 分度工作台
【考核知识点】
数控机床机械结构的组成；数控机床机械结构的要求；数控机床的主传动系统；数控机床的进给传动系统；数控机床进给传动的特点；滚珠丝杠螺母副；数控机床的导轨；自动换刀装置
【考核要求】
识记：数控机床机械结构的组成；数控机床机械结构的要求；数控机床的主传动系统；数控机床的进给传动系统；数控机床进给传动的特点；滚珠丝杠螺母副；数控机床的导轨；自动换刀装置

第5章 数控加工的程序编制
【教学目的和要求】
介绍数控编程的基础知识、编程中的工艺分析与数值计算，FUNAC系统常用的数控指令
【教学内容】
5.1概述
5.1.1数控编程的方法
1．手工编程
2．自动编程
5.1.2 数控编程的内容与步骤
5.2 数控编程的基础知识
5.2.1 数控标准及代码
5.2.2 程序结构与格式
5.2.3 机床坐标系和运动方向
1．机床坐标系的规定
2．运动方向的确定
5.3 工艺分析与数值计算
5.3.1程序编制中的工艺分析
1．工艺分析的主要内容
2．加工方法的选择与加工方案的确定
3．加工工序与工步的划分
4．零件的安装与夹具的选择
5．刀具的选择与切削用量的确定
6．对刀点与换刀点的确定
7．加工路线的确定
5.3.2 程序编制中的数值计算
1．数值计算的内容
2．由直线和圆弧组成零件轮廓时的基点计算
3．非圆曲线节点坐标的计算
4．列表曲线节点坐标的计算
5.4 数控车床的程序编制
5.4.1 数控车床编程基础
1．数控车床的编程特点
2．数控系统功能
3．坐标系统
5.4.2 常用指令的编程方法
5.5 数控铣床的程序编制
5.5.1 数控铣床编程基础
1．数控铣床简介
2．数控系统的功能
3．坐标系统
5.5.2 常用功能的编程方法
5.6 加工中心编程
5.6.1 加工中心编程概述
1．加工中心简介
2．数控系统的功能
3．坐标系统
5.6.2 常用功能的编程方法
5.7 自动编程
5.7.1 自动编程的基本概念
5.7.2 语言程序自动编程系统
5.7.3 图形交互自动编程系统
【考核知识点】
数控编程的基本概念，手工编程，自动编程，机床坐标系，车床、铣床、数控加工中心编程
【考核要求】
识记：数控编程的基本概念，手工编程，自动编程
理解并简单应用：机床坐标系，车床、铣床、数控加工中心编程

第6章 数控机床及数控技术的发展
【教学目的和要求】
主要介绍柔性制造系统FMS，柔性制造单元FMC，以及计算机集成制造系统CIMS
【教学内容】
6.1数控机床的发展
6.1.1高速和高精度
6.1.2多功能化
6.1.3 智能化
6.1.4 模块化
6.1.5 高可靠性
6.2直接数字控制（DNC）
6.2.1DNC的特点
6.2.2DNC的类型
6.2.3DNC的应用实例
6.3柔性制造系统（FMS）
6.3.1 柔性制造单元
6.3.2 柔性制造系统
6.3.3  FMS的关键技术
6.4 计算机集成制造系统（CIMS）
6.4.1 什么是CIMS
6.4.2 CIMS的构成
6.4.3 CIMS的效益
【考核知识点】
 柔性制造系统FMS，以及计算机集成制造系统CIMS
【考核要求】
   识记：直接数字控制（DNC） 柔性制造系统（FMS）计算机集成制造系统（CIMS） 现代数控技术的发展趋势

Ⅲ 实施要求与有关说明
一、关于“课程内容与考核目标”中有关提法的说明
在本大纲的考核知识点与考核要求中，知识点的四个能力层次含义如下：
识记：要求能够识别和记忆课程中的有关知识点的内容，并能根据考核的不同要求，做出正确的表述和选择。
理解：要求能够领悟和理解本课程中规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别和联系，并能够根据考核的不同要求做出解释、说明和论述。
简单应用：要求能够运用本课程规定的少量知识点，分析和解决一般应用问题。
综合应用：要求能够运用本课程规定的多个知识点，分析和解决较复杂的应用问题。
二、教材与参考书
教材：《机床数控技术》（第三版）哈尔滨工业大学出版社 董玉红 邵俊鹏 主编 2005年9月第3版
参考书：《数控技术》机械工业出版社 隋秀凛
       《数控系统》高等教育出版社 吴文龙
三、课程的学习指导
1. 仔细阅读大纲。自学考试大纲是考生学习的依据，考生在自学之前必须仔细阅读大纲，了解课程的主要内容和总体要求。
2. 根据大纲要求，吃透知识点，紧紧扣住基本要求进行自学。
3. 学习教材时要按照循序渐进，根据自己的学习基础按先难后易的顺序进行有效的学习。
四、对社会助学的要求
1. 以指定的教材为基础，本大纲为依据进行辅导。
2. 对学习方法进行指导，提倡“仔细阅读教材，主动获取帮助，依靠自己学通”的学习方法。
3. 注意考生自学能力的培养，引导学生独立学习、独立思考。

Ⅳ 各教学环节学时分配
章  序 标        题 授课学时
第1章 绪论 6
第2章 计算机数控（CNC）系统 14
第3章 伺服系统与检测装置 16
第4章 数控机床的机械结构
 6
第5章 数控加工的程序编制 8
第6章 数控机床及数控技术的发展 4
合          计 54

Ⅴ 考试试卷建议题型及结构

根据高等教育自学考试的特点，结合本课程的特点，应侧重基础理论、基础知识、基本技能的考核。关于命题考试的若干规定如下：
（1）试题要覆盖到章，突出掌握内容。
（2）试题不同层次的要求：了解占20％，熟悉占20％，掌握占60％。
（3）难易程度适中，容易、较容易、较难、难：30％、30％、30％和10％。
（5）试题采用闭卷考试，考试时间150分钟，百分制，60分为通过成绩。
试题启用的基本题型包括
一、单项选择题
单项选择题是由题干和四个备选答案两部分组成。
一般情况下每小题1分。共25小题，共计25分。
考查的能力层次一般为识记或理解。
二、多选题
多项选择题是由题干和多个备选答案两部分组成。
一般情况下每小题2分。共5小题，共计10分。
考查的能力层次一般为识记或理解。
三、填空题
要求准确理解基本概念和基本方法。
一般要求每题一个空，共15小题，每空1分共计15分。
考查能力层次一般为识记。
四、名词解释
    考核基本概念。一般为5个，每个4分，共20分。
五、简答题
一般为4小题，平均每小题5分，共计20分。
考查的能力层次一般为识记和理解。
六、论述题
一道题，10分。考查的能力层次一般为理解和自考本科应用。