05661机床数控原理（自考资料）

高纲1307
 
05661　机床数控原理
 
南京工程学院编
 

本课程使用教材为：《数控原理与系统》，蒋丽主编，国防工业出版社，2011年版。 
 
 

一、课程性质及其设置目的与要求

（一）课程性质和特点
《机床数控原理》课程是我省高等教育自学考试数控加工与模具设计专业（本科段）的一门专业基础课。其任务是培养应考者系统地学习机床数控系统的基本概念和基本原理，了解机床数控技术的发展，深刻认识机床数控系统在模具设计与制造技术中的地位和作用，掌握机床数控系统使用的基本方法，为模具设计与制造行业培养应用人才。
（二）本课程的基本要求
本课程教材内容共分为八章。在对机床数控技术的应用和发展进行简要介绍的基础上，重点阐述了机床数控系统的基本原理、数控机床的组成及功能、控制原理、伺服系统和检测系统。通过对本课程的学习，要求应考者对机床数控系统有一个全面的了解，具体应达到以下要求：
1．了解机床数控技术的现状和发展过程，机床数控系统在模具设计与制造中的作用；
2．理解机床数控系统的组成、功能、特点及类型；
3．掌握机床数控系统的应用的基本方法。
（三）本课程与相关课程的联系
机床数控原理课程涉及到机械基础、电子技术、计算机技术、自动控制、可编程控制器、检测技术，覆盖的学科领域广泛，紧密结合生产实际。本课程的前修课程主要包括《机械制造技术》、《电子技术基础》、《微机原理及应用》、《自动控制原理》和《电气控制与PLC》等课程。这些课程帮助应考者理解和掌握机床数控系统的基本原理和使用。
 

二、课程内容和考核目标

 
第一章   数控系统概述
（一） 课程内容
    本章简要介绍了数字控制技术的定义、数控系统的组成与分类、数控系统的功能和数控系统的发展过程。
（二）学习要求
    了解机床数控系统的基本原理，理解机床数控系统的组成、功能、特点及类型。
（三）考核知识点和考核要求
1．领会：机床数控系统的学科基础，数控系统的发展过程；
2．掌握：数控技术、数控系统、数控机床的含义；机床数控系统的组成、功能、特点及类型；机床坐标系与工件坐标系的关系。
3．熟练掌握：数控机床的类型、特点和适用情况；数控程序指令字的名称和功能。
 

第二章   数控系统的插补与刀具补偿原理
（一）课程内容
    本章介绍了轴运动插补软件算法和刀具半径补偿的基本原理。
（二）学习要求
    通过本章的学习，要求理解逐点比较插补法和数字积分插补法的基本概念；掌握刀具半径补偿的基本原理。
（三）考核知识点和考核要求
    1．领会：插补的含义和插补算法的类型、刀具半径补偿的作用、刀补与插补的关系；
2．掌握：第1象限逐点比较法直线插补和逆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，画出插补轨迹即走刀轨迹。逐点比较法4个象限坐标变换与终点判别，逐点比较法的合成进给速度分析；第1象限数字积分法直线插补和逆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，画出插补轨迹即走刀轨迹。数字积分法4个象限坐标变换与终点判别；C功能刀补直线过渡的转接类型判别；加减速控制原理和方法。
3．熟练掌握：逐点比较法实现4象限直线插补和逆圆弧插补的计算过程；数字积分法实现第1象限直线插补的计算过程；与直线插补比较，数字积分法实现第1象限逆圆弧插补的异同之处。
 

第三章   数控系统的软硬件及相关技术
（一）课程内容
    本章介绍了CNC系统的组成及特点、计算机数控系统硬件结构、CNC系统软件结构及控制、CNC系统常用外设及结构等基本概念。
（二）学习要求
    通过本章的学习，要求理解CNC系统的定义与结构，计算机数控系统硬件模块及安装方式，控制软件的结构特点及其工作过程，掌握CNC系统的输入输出装置的工作过程。
（三）考核知识点和考核要求
1．领会：CNC系统的定义与结构、CNC系统软件的组成、多微处理机结构的特点、CNC系统的多任务并行处理特性；
2．掌握：CNC系统控制软件的输入、存储、译码、预计算、插补计算、输出等模块的工作过程；CNC系统的网络通信接口及协议。
3．熟练掌握：单微处理器结构和多微处理结构的特点；CNC装置的中断处理的类型和特点；数控系统I/O接口电路的作用和类型。
 

第四章   数控机床伺服驱动系统
（一）课程内容
    本章介绍了数控机床伺服驱动系统的发展、类型及伺服驱动装置的接口和选型。
（二）学习要求
    通过本章的学习，要求了解数控机床伺服驱动系统的基本组成、分类和性能；理解步进式伺服系统、直流伺服系统和交流伺服系统的控制原理。
（三）考核知识点和考核要求
1．领会：步进式伺服系统、直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统的特点；步进电动机的种类、结构及工作原理，步进电动机的功率驱动电路、细分技术和控制原理。
2．掌握：直流伺服电动机组成方案，PWM驱动系统及数学模型；无刷直流电动机伺服控制系统的结构；交流伺服系统的组成单元和结构，交流伺服系统的控制策略；伺服驱动系统的接口类型和作用，伺服驱动装置选型的原则及各部分常用类型的适用情况。
3．熟练掌握：步进式伺服系统、直流伺服驱动系统和交流伺服驱动系统的组成和作用。
 

第五章   数控机床主轴驱动系统
（一）课程内容
本章介绍了数控机床主轴驱动系统的组成、与其他设备的连接及控制。
（二）学习要求
通过本章的学习，要求理解数控机床主轴驱动系统的功用；理解主轴驱动装置的特点及连接方式；理解主轴变速控制、主轴准停控制及主轴与进给轴的关联控制的工作机理；了解高速电主轴的结构和关键技术。
（三）考核知识点和考核要求
1．领会：数控机床主轴驱动系统的组成及数控机床对主轴控制的要求；主轴驱动装置的功能和类型；
2．掌握：数控装置与模拟主轴连接信号原理；主轴变速控制类型和实现方法；自动换档的工作时序；主轴与进给轴的关联控制的类型和作用。
3．熟练掌握：主轴准停控制的意义和方法
 

第六章   可编程机床控制器
（一）课程内容
本章介绍了数控机床用可编程控制器的原理、指令系统及应用实例。
（二）学习要求
通过本章的学习，要求理解数控机床用可编程控制器的基本原理、PMC的指令系统及典型功能的梯形图设计。
（三）考核知识点和考核要求
1．领会：可编程控制器的特点和应用领域；可编程控制器的组成和工作过程；数控机床用可编程控制器的类型、控制对象、信号存储器及地址。
2．掌握：数控机床用可编程控制器梯形图结构和顺序程序的执行过程；PMC的常用指令类型、格式及含义；梯形图的设计流程及具体内容，PMC控制信号的类型，数控机床中典型控制功能的梯形图设计和分析。
3．熟练掌握：PMC的主要功能指令类型和用法；随机刀具位置选刀控制的工作流程。
 

第七章   数控机床位置检测装置
（一）课程内容
    本章介绍了数控机床常用的旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、磁栅和测速发电机等检测装置的结构、工作原理、信息处理和应用。
（二）学习要求
通过本章的学习，要求理解直线型检测装置的结构特点、用于直线位移测量的工作原理、信息处理的电路分析和方法；理解旋转型检测装置的结构特点、用于角度位移测量的工作原理、信息处理的电路分析和方法。
（三）考核知识点和考核要求
1．领会：旋转变压器的基本结构和类型、光电编码器的结构和类型、光栅尺的构造与种类、感应同步器的结构特点和类型以及测速发电机的结构和特点。
2．掌握：旋转变压器的鉴相式和鉴幅式工作方式；光电编码器的工作原理；莫尔条纹形成的原理和特点、鉴向倍频的原理；感应同步器鉴相式和鉴幅式工作方式；磁栅相位测量原理；。
3．熟练掌握：旋转变压器在数控机床中的应用；光电编码器正反转辨别的原理；光栅测量系统的组成和功用。
 

第八章   常用数控系统
（一）课程内容
    本章介绍了目前常用的数控系统的结构及工作原理。
（二）学习要求
通过本章的学习，要求了解常用数控系统的发展、特点及软件和硬件组成。
（三）考核知识点和考核要求
1．领会：SIEMENS数控系统、FANUC数控系统和华中数控系统的特点和类型。
2．掌握：西门子840D硬件系统的组成和功用，西门子840D系统的软件结构；FANUC0i系统的特点、硬件和软件部分的组成，FANUC0i系统的电源模块和伺服模块的功用；华中数控系统的组成、软件结构的组成和作用。 
 

三、有关说明和实施要求

 
（一）关于“课程内容与考核目标”中有关提法的说明
在大纲的考核要求中，提出了“领会”、“掌握”、“熟练掌握”等三个能力层次的要求，它们的含义是：
1．领会：要求应考者能够记忆规定的有关知识点的主要内容，能够理解规定的有关知识点的内涵，熟悉其内容要点和它们之间的区别与联系，根据考核的不同要求，作出正确的解释、说明和阐述。
2．掌握：要求应考者掌握有关的知识点，正确理解和记忆相关内容的原理、方法步骤等。
3．熟练掌握：要求应考者必须掌握的课程中的核心内容和重要知识点。
（二）自学教材
本课程使用教材为：《数控原理与系统》，蒋丽主编，国防工业出版社，2011年版。
（三）自学方法的指导
本课程作为一门专业基础课程，其涉及学科知识面广、内容多、难度较大，应考者在自学过程中应该注意以下几个方面：
1．应考者学习前，应仔细阅读课程大纲的第一部分，了解课程的性质、地位和任务，熟悉课程的基本要求以及本课程与有关课程的联系，在学习中紧紧围绕课程的基本要求。
2．在阅读某一章教材内容前，应先认真阅读大纲中该章的考核知识点、自学要求和考核要求，注意对各知识点的能力层次要求，以便在阅读教材时做到心中有数。
3．阅读教材时，应根据大纲要求，要逐段细读，逐句推敲，吃透每个知识点。对基本概念必须深刻理解，基本原理必须牢固掌握。在阅读中遇到个别细节问题不清楚，在不影响继续学习的前提下，可暂时搁置。
4．学完教材的每一章节内容后，应认真完成教材中的习题和思考题，这一过程可有效地帮助自学者理解、消化和巩固所学的知识，提高分析问题、解决问题的能力。
（四）对社会助学的要求
1．应熟知考试大纲对课程所提出的总的要求和各章的知识点。
2．应掌握各知识点要求达到的层次，并深刻理解各知识点的考核要求。
3．对应考者进行辅导时，应以指定的教材为基础，以考试大纲为依据，不要随意增删内容，以免与考试大纲脱节。
4．对应考者进行辅导时，应对应考者进行学习方法的指导，提倡应考者“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动提出问题，依靠自己学懂”的学习方法。
5．对应考者进行辅导时，要注意基础、突出重点，帮助应考者对课程内容建立一个整体的概念，对应考者提出的问题，应以启发引导为主。
6．注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养。要引导应考者逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题、分析问题、作出判断和解决问题。
7．要使应考者了解试题难易与能力层次高低两者之间不完全是一回事，在各个能力层次中都存在着不同难度的试题。
（五）关于命题和考试的若干规定
1．本大纲各章所提到的考核要求中，各条细目都是考试的内容，试题覆盖到章，适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。
2．试卷对不同能力层次要求的试题所占的比例大致是：“领会”20%，“掌握”40%，“熟练掌握”为40%。
3．试题难易程度要合理，可分为四档：易、较易、较难、难，这四档在各份试卷中分值所占的比例约为2：3：3：2。
4．本课程考试试卷可能采用的题型有：单项选择题、名词解释、简答题、作图题和问答题（包括论述题）等类型（见附录题型示例）。
5．考试方式为闭卷笔试，考试时间为150分钟。评分采用百分制，60分为及格。
 
附录  题型举例
一、单项选择题
如：            接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、存储、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统。
A. 数控机床   B. PLC   C. 光栅尺   D. 数控装置
二、名词解释
如：FMS
三、简答题
如：简述C功能刀具补偿。
四、作图题
如：如图所示，设AB为第一象限逆圆弧，圆心为原点，起点为（5，0），终点为（0，5），设寄存器位数为3。试用DDA法分析逆圆弧插补的运算过程，并在图中画AB圆弧插补轨迹。（18分）
 
五、问答题
如：数控机床对伺服系统的基本要求有哪些？