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目  录

一、课程性质与设置目的

二、考试内容与考核目标

第一章 概述

第一节  数字控制与数控机床

第二节  数控机床的分类

第三节  数控机床的选型

第四节  数控技术的发展

第二章 零件加工程序的编制

第一节  数控编程的基本知识

第二节  数控加工工艺基础

第三节  数控加工指令

第四节  数控编程典型实例

第五节  自动编程

第三章  数控机床加工控制原理

第一节  数控装置的工作过程

第二节  插补原理

第三节  进给速度控制原理

第四节  刀具补偿原理

第四章  数控装置

第一节  数控装置的组成及作用

第二节  数控装置的硬件系统

第三节  数控装置的软件系统

第四节  数控装置的输入/输出接口

第五节  数控装置的PLC控制功能

第六节  基于PC的数控系统开发实例

第五章  位置检测装置

第一节  概述

第二节  光栅

第三节  脉冲编码器

第四节  旋转变压器

第五节  感应同步器

第六节  磁栅

第七节  球栅

第六章  数控机床的伺服系统

第一节  伺服系统的基本概念

第二节  步进电动机及其驱动装置

第三节  交流伺服系统

第四节  机床进给伺服系统设计

第五节  伺服系统的性能对加工精度的影响

第七章  机床的数控化改造

第一节  机床数控化改造的意义

第二节  数控化改造的内容与改造方案

第三节  机械部分改造设计

第四节  数控系统的选型

第五节  普通车床数控化改造实例

三、关于大纲的说明与考核实施要求

【附录】题型举例

 

一、课程性质与设置目的

（一）课程性质与特点

《数控原理与数控技术运用》是全国高等教育自学考试机械制造与自动化专业一门重要的专业课，它以数控机床为对象，研究数控加工程序编制、数字控制系统的工作原理、组成及其在数控机床上的应用，是为培养自学应考者在掌握数控机床基本结构、工作原理的基础上熟练进行数控加工编程而设置的一种应用型课程，共5个学分。本课程注重实践教学环节，岗位适应性与实用性强。

（二）课程的基本要求

通过本课程的学习，自学应考者应掌握数控加工程序编制、数控技术的基本原理和基础知识；学会合理地选用和设计组成数控机床的数控装置及伺服系统，具备编写典型零件数控加工程序、正确使用数控设备的能力。学习需做到理论联系实际，为今后打好坚实的业务基础。

（三）本课程与相关课程的联系

本课程与一些先修的基础课、专业基础课、专业课以及后修的专业课密切相关。先修课程包括：机械制图、机械制造基础、电工电子技术基础、互换性原理与技术测量、机电传动控制；后续课程包括：数控机床故障诊断与维修等。本课程的重点章节有：零件加工程序的编制，数控机床加工控制原理，数控装置；次重点章节有：位置检测装置，数控机床的伺服系统；一般章节有：概述，机床的数控化改造。

二、考试内容与考核目标

第一章   概述

   （一）学习目的与要求

通过本章学习，了解数控机床的定义、特点和分类，理解数控机床的基本原理和主要性能指标，理解数控技术的发展趋势。

本章重点是数控机床的组成、数控机床选型与主要性能指标；难点是数控机床的选型。

   （二）课程内容

第一节 数字控制与数控机床

基本概念；数控机床加工过程；计算机数控CNC；数控机床的组成；数控机床的特点。

第二节 数控机床的分类

按运动控制轨迹分类；按伺服系统的类型分类；按功能水平分类。

第三节数控机床的选型

机床类型的选择；数控机床性能参数及其选择。

第四节数控技术的发展

数控技术的产生与发展；数控技术发展趋势。

   （三）考核知识点

1. 数字控制与数控机床。

2. 数控机床的分类。

3. 数控机床的选型。

4. 数控技术的发展。

   （四）考核要求

1.数字控制与数控机床

（1）识记：数字控制、数控系统、数控机床、计算机数控CNC、数控系统每部分的名称和简单功能。

（2）领会：数控机床加工过程、数控机床的特点。

（3）简单应用：数控机床的组成。

2.数控机床的分类

（1）领会：数控机床常见分类方法及分类。

3. 数控机床的选型

（1）识记：机床类型的选择。

（2）领会：数控机床性能参数及其选择。

4. 数控技术的发展

（1）识记：数控技术的产生与发展。

（2）领会：数控技术发展趋势。

第二章   零件加工程序的编制

   （一）学习目的与要求

通过本章学习，理解数控编程的基本知识，掌握手工编程中常用的G代码，M代码及其他代码。能正确编制钻削、车削及铣削零件加工程序。以平面轮廓加工为例，了解图形编程的基本概念，自动编程的发展趋势。了解数控加工仿真的意义。

本章的重点是数控编程常用指令及加工程序编制，难点是数控加工工艺路线规划及程序编制。

   （二）课程内容

第一节 数控编程的基本知识

数控编程过程及方法；数控加工工艺基础；编程中数学处理问题；对刀点的选择。

第二节 数控加工工艺基础

数控加工工艺的特点；零件的数控加工工艺性；加工方案的设计；走刀路线的确定；数控代码的检验。

第三节 数控加工指令

常用的准备功能指令（G代码）；辅助功能指令（M代码）；固定循环指令；其他指令。

第四节 数控编程典型实例

孔加工程序编制；车削加工程序编制及轮廓铣削加工程序编制的特点和实例。

第五节 自动编程

数控语言编程；图形编程；典型CAD/CAM/CAE系统简介。

   （三）考核知识点

1.数控编程的基本知识。

2.数控加工工艺基础。

3.数控加工指令。

4.数控编程典型实例。

5.自动编程。

   （四）考核目标

1.数控编程的基本知识

（1）识记：数控编程方法、机床原点、机床坐标系、编程坐标系、局部坐标系等主要概念。

（2）领会：数控编程内容与步骤、数控机床的坐标系和运动方向。

（3）简单应用：编程中数学处理问题。

（4）综合应用：对刀点的选择。

2.数控加工工艺基础

（1）识记：数控加工工艺的特点

（2）领会：数控代码的检验。

（3）简单应用：零件的数控加工工艺性。

（4）综合应用：加工方案的设计；走刀路线的确定。

3.数控加工指令

（1）识记：代码标准与格式、宏指令简介。

（2）简单应用：常用的准备功能指令（G代码），辅助功能指令（M代码），固定循环指令，主轴功能(S功能)，刀具功能(T功能) ，进给功能(F功能)。

4.数控编程典型实例

（1）综合应用：孔加工程序编制；车削加工程序编制；轮廓铣削加工程序编制的特点和实例。

5.自动编程

（1）识记：数控语言编程；图形编程；典型CAD/CAM/CAE系统简介。

第三章   数控机床加工控制原理

   （一）学习目的与要求

通过本章学习，掌握数控装置的工作过程。熟练掌握逐点比较法，数字积分法插补原理和直线、圆弧插补算法。理解数据采样法插补原理，掌握直线函数法，扩展DDA数据采样插补`直线和圆弧算法及应用。理解各种加工刀具补偿原理。了解进给速度控制原理及基准脉冲法和数据采样法进给速度控制和加减速控制。

本章的重点是数控机床插补原理、刀具补偿原理，难点是各种插补算法的原理及刀具补偿原理。

   （二）课程内容

第一节 数控装置的工作过程

数控装置的工作过程。

第二节 插补原理

插补概念与插补方法的分类；逐点比较法；数字积分法；数据采样法；直线函数法；扩展DDA数据采样插补。

第三节 进给速度控制原理

进给速度控制的必要性；基准脉冲法进给速度控制和加减速度控制；数据采样法进给速度控制和加减速控制。

第四节 刀具补偿原理

刀具补偿的概念；钻削加工中的刀具补偿；车削加工中的刀具补偿；轮廓铣加工中的刀具补偿。

   （三）考核知识点

1.数控装置的工作过程。

2.插补原理。

3.进给速度控制原理。

4.刀具补偿原理。

（四）考核要求

1. 数控装置的工作过程

（1）领会：数控装置的工作过程。

2. 插补原理

（1）识记：插补概念与插补方法的分类、扩展DDA数据采样插补。

（2）领会：数字积分法；数据采样法；直线函数法。

（3）简单应用：逐点比较法。

3. 进给速度控制原理

（1）识记：进给速度控制的必要性。

（2）领会：基准脉冲法进给速度控制和加减速度控制；数据采样法进给速度控制和加减速控制。

4. 刀具补偿原理

（1）识记：刀具补偿的概念。

（2）简单应用：钻削加工中的刀具补偿；车削加工中的刀具补偿。

（3）综合应用：轮廓铣加工中的刀具补偿。

第四章   数控装置

   （一）学习目的与要求

通过本章学习，了解数控装置的作用，数控装置软、硬件功能界面划分。掌握单微处理机数控装置，了解多微处理机数控装置及基于网络的数控装置。掌握数控软件的数据转换流程，数控软件的特点，数控软件的基本结构。掌握数控装置的输入/输出接口：接口标准化，接口的任务。

本章的重点在于数控装置、数控装置的输入/输出接口；难点是数控软件的数据转换流程。

   （二）课程内容

第一节 数控装置的组成及作用

数控装置的组成；主要功能；数控装置软件和硬件的功能界面。

第二节 数控装置的硬件系统

由单片机组成的数控装置；单微处理机CPU数控装置；多CPU数控装置；基于PC的数控装置。

第三节 数控装置的软件系统

数控软件的数据转换流程；数控软件的特点及关键技术；数控软件的基本结构。

第四节  数控装置的输入/输出接口

接口的分类与任务；数控装置常用接口。

第五节  数控装置的PLC控制功能

PLC的基本概念；PLC编程方法；PLC的工作过程；数控机床PLC实例。

第六节  基于PC的数控系统开发实例

系统要求；硬件系统设计；软件系统；用户界面设计。

（三）考核知识点

1.数控装置的组成及作用。

2.数控装置的硬件系统。

3.数控装置的软件系统。

4.数控装置的输入/输出接口。

5.数控装置的PLC控制功能。

6.基于PC的数控系统开发实例。

   （四）考核要求

1. 数控装置的组成及作用

（1）识记：数控装置软件和硬件的功能界面。

（2）领会：组成；主要功能。

2. 数控装置的硬件系统

（1）识记：基于PC的数控装置。

（2）领会：由单片机组成的数控装置；单微处理机CPU数控装置；多CPU数控装置。

3. 数控装置的软件系统

（1）识记：数控软件的特点及关键技术；数控软件的基本结构。

（2）领会：数控软件的数据转换流程、。

4. 数控装置的输入/输出接口

（1）领会：接口的分类与任务、数控装置常用接口。

5. 数控装置的PLC控制功能

（1）识记：PLC的基本概念。

（2）领会：PLC编程方法、数控机床PLC实例。

（3）简单应用：PLC的工作过程。

6. 基于PC的数控系统开发实例

（1）识记：系统要求；硬件系统设计；软件系统；用户界面设计。

第五章 位置检测装置

   （一）学习目的与要求

通过本章学习，了解位置检测装置作用，位置检测装置的分类。了解旋转变压器，感应同步器的结构与工作原理。掌握绝对式编码器，增量式脉冲编码器的结构、工作原理与应用。掌握光栅的结构、工作原理和光栅位移－数字转换系统。了解磁栅、球栅的结构与工作原理。

本章重点为绝对式编码器，增量式脉冲编码器，光栅等传感器的结构、工作原理与应用；难点是各种传感器的工作原理。

   （二）课程内容

第一节 概述

直接测量和间接测量；数字式测量和模拟式测量；增量式测量和绝对式测量。

第二节 光栅

结构；工作原理；应用。

第三节 脉冲编码器

绝对式编码器；增量式脉冲编码器。

第四节 旋转变压器

结构与工作原理；应用。

第五节 感应同步器

结构与工作原理；应用。

第六节 磁栅

结构与工作原理；应用。

第七节 球栅

结构与工作原理；应用。

   （三）考核知识点

1.概述。

2.光栅。

3.脉冲编码器。

4.旋转变压器。

5.感应同步器。

6.磁栅。

7.球栅。

（四）考核要求

1. 概述

（1）领会：直接测量和间接测量；数字式测量和模拟式测量；增量式测量和绝对式测量。

2. 光栅

（1）识记：结构。

（2）领会：工作原理。

（3）简单应用：应用。

3. 脉冲编码器

（1）识记：结构。

（2）领会：工作原理。

（3）简单应用：应用。

4. 旋转变压器

（1）识记：结构。

（2）领会：工作原理。

（3）简单应用：应用。

5. 感应同步器

（1）识记：结构。

（2）领会：工作原理。

（3）简单应用：应用。

6. 磁栅

（1）识记：结构。

（2）领会：工作原理及应用。

7. 球栅

（1）识记：结构。

（2）领会：工作原理及应用。

第六章 数控机床的伺服系统

   （一）学习的目的与要求

通过本章学习，了解伺服系统的组成，对伺服系统的基本要求，伺服系统的分类。掌握步进电机工作原理、主要性能指标及步进电机的控制和驱动。

了解数控机床用交流电机及交流电机的速度控制，理解交流电机变频调速。学会正确选用步进电机与伺服电机，了解进给电机惯量与负载惯量的匹配关系及跟随误差对加工精度的影响。

本章的重点内容为伺服系统的组成，步进电机工作原理、交流电机变频调速、正确选用步进电机与伺服电机；难点是步进电机工作原理、交流电机变频调速。

   （二）课程内容

第一节 伺服系统的基本概念

伺服系统的组成；对伺服系统的基本要求。

第二节 步进电动机及其驱动装置

步进电机工作原理；步进电机的主要性能指标；步进电机功率驱动电路；开环控制步进式伺服系统的工作原理。

第三节 交流伺服系统

数控机床用交流伺服电机；交流伺服电机的速度控制；交流感应电机矢量控制原理。

第四节 机床进给伺服系统设计

进给电机的选择；交流伺服电机的选择；伺服进给系统的固有频率。

第五节 伺服系统的性能对加工精度的影响

跟随误差的影响。

   （三）考核知识点

1.伺服系统的基本概念。

2.步进电动机及其驱动装置。

3.交流伺服系统。

4.机床进给伺服系统设计。

5.伺服系统的性能对加工精度的影响。

   （四）考核要求

1. 伺服系统的基本概念

（1）识记：对伺服系统的基本要求。

（2）领会：伺服系统的组成。

2. 步进电动机及其驱动装置

（1）识记：步进电机的主要性能指标、步进电机功率驱动电路、开环控制步进式伺服系统的工作原理。

（2）领会：步进电机工作原理。

3. 交流伺服系统

（1）识记：数控机床用交流伺服电机、交流感应电机矢量控制原理。

（2）领会：交流伺服电机的速度控制。

4. 机床进给伺服系统设计

（1）领会：交流感应电机矢量控制原理。

（2）简单应用：交流伺服电机的选择、伺服进给系统的固有频率。

（3）综合应用：进给电机的选择。

5. 伺服系统的性能对加工精度的影响

（1）领会：跟随误差的影响。

第七章 机床的数控化改造

   （一）学习目的与要求

通过本章学习，了解机床数控化改造的主要概念，理解数控化改造的内容与改造方案，理解数控化改造中机械部分和数控系统选择，理解数控车床数控化改造总体方案与思路。

本章重点是数控化改造的内容与改造方案，数控化改造中机械部分和数控系统选择；难点是数控化改造总体方案与思路。

   （二）课程内容

第一节机床数控化改造的意义

数控化改造的特点。

第二节 数控化改造的内容与改造方案

数控化改造的内容；数控化改造方案的设计；机床数控化改造的技术准备；数控化改造的实施。

第三节 机械部分改造设计

丝杠的选择；导轨的改造；其它部分。

第四节 数控系统选型

数控系统选型。

第五节 普通车床数控化改造实例

改造实例。

   （三）考核知识点

1.机床数控化改造的意义。

2.数控化改造的内容与改造方案。

3.机械部分改造设计。

4.数控系统的选型。

5.普通车床数控化改造实例。

   （四）考核要求

1. 机床数控化改造的意义

（1）识记：数控化改造的特点。

2. 数控化改造的内容与改造方案

（1）识记：数控化改造的内容。

（2）领会：机床数控化改造的技术准备；数控化改造的实施。

（3）简单应用：数控化改造方案的设计。

3. 机械部分改造设计

（1）识记：其它部分改造。

（2）领会：丝杠的选择。

（3）简单应用：导轨的改造。

4. 数控系统的选型

（1）领会：数控系统选型。

5. 普通车床数控化改造实例

（1）简单应用：改造实例。

 

三、 关于大纲的说明与考核实施要求

（一）自学考试大纲的目的和作用

本课程自学考试大纲是根据专业自学考试计划的要求，结合自学考试的特点而确定。其目的是对个人自学、社会助学和课程考试命题进行指导和规定。

课程自学考试大纲明确了课程学习的内容以及深广度，规定了课程自学考试的范围和标准。因此，它是编写自学考试教材和辅导书的依据，是社会助学组织进行自学辅导的依据，是自学者学习教材、掌握课程内容知识范围和程度的依据，也是进行自学考试命题的依据。

（二）课程自学考试大纲与教材的关系

课程自学考试大纲是进行学习和考核的依据，教材是学习掌握课程知识的基本内容与范围，教材的内容是大纲所规定的课程知识和内容的扩展与发挥。

    大纲与教材所体现的课程内容基本一致；大纲里面的课程内容和考核知识点，教材里一般也要有。教材里有的内容，大纲里就不一定体现。教材有的内容与大纲要求不一致的地方，应以大纲规定为准。

（三）关于自学教材与主要参考书

指定使用教材：《机床数控技术》（第3版），胡占齐、杨莉编著，机械工业出版社， 2014年2月第3版。

（四）关于自学要求和自学方法的指导

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.自学要求：为有效地指导个人自学和社会助学，本大纲已指明了

课程的重点和难点，在各章的基本要求中也指明了各章内容的重点和难点。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。本课程是实践性很强的专业课，学习中必须重视理论联系实际。本课程共5学分（不包括实验内容的学分）。

2.自学方法指导：（1）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，以便在学习时做到心中有数。建议阅读正文时作读书笔记，将每章的基本内容、重要原理、概念等扼要地记录下来，以加深对教材内容的理解和培养综合归纳能力。

（2）学习时，应根据大纲要求，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，亦可参阅其他资料进行学习。

（3）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。

（五）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。

8.助学学时：本课程理论学习共5学分。建议助学学时不少于80学时。助学学时分配如下：

章次	内    容	助学学时
第一章	概述	2
第二章	零件加工程序的编制	22
第三章	数控机床加工控制原理	16
第四章	数控装置	12
第五章	位置检测装置	10
第六章	数控机床的伺服系统	10
第七章	机床的数控化改造	8
	合      计	80

（六）对考核内容和考核目标的说明

    （1）本课程要求考生学习和掌握的知识点内容都作为考核的内容。课程中各章的内容均由若干知识点组成，在自学考试中成为考核知识点。因此，课程自学考试大纲中所规定的考试内容是以分解为考核知识点的方式给出的。由于各知识点在课程中的地位、作用以及知识自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按四个认知（或叫能力）层次确定其考核要求。

（2）四个能力层次从低到高依次是：识记；领会；简单应用；综合应用。

识记：能正确认识和表述科学事实、原理、术语和规律，知道该课程的基础知识，并能进行正确的选择和判断。

领会：能将所学知识加以解释、归纳，能领悟某一概念或原理与其他概念或原理之间的联系，理解其引申意义，并能做出正确的表述和解释。

简单应用：能用所学的概念、原理、方法正确分析和解决较简单问题，具有分析和解决一般问题的能力。

综合应用：能灵活运用所学过的知识，分析和解决比较复杂的问题，具有一定解决实际问题的能力。

（七）关于考试命题的若干规定

1.本课程考试方法采用闭卷、笔试，考试时间150分钟；评分采用百分制，60分为及格线。

2.本大纲各章所规定的基本要求、知识点及知识点下的知识细目，都

属于考核的内容。考试命题既要覆盖到章，又要避免面面俱到。要注意突出课程的重点、章节重点，加大重点内容的覆盖度。

3.命题不应有超出大纲中考核知识点范围的题，考核目标不得高于大纲中所规定的相应的最高能力层次要求。命题应着重考核自学者对基本概念、基本知识和基本理论是否了解或掌握，对基本方法是否会用或熟练。不应出与基本要求不符的偏题或怪题。

4.本课程在试卷中对不同能力层次要求的分数比例大致为：识记占20%，领会占30%，简单应用占30%，综合应用占20%。

5、本课程考试试题的难易程度分为：易、较易、较难和难四个等级。其比例大致为：2:3:3:2。

5.本课程考试考试题型：一般采用单项选择题、判断对错题、简答题、分析计算题、综合题。

在命题工作中必须按照本课程大纲中所规定的题型命制，考试试卷使用的题型可以略少，但不能超出规定。

 

【附录】

题型举例

一、单项选择题

    1.光栅位移传感器，当两块光栅相对移动一个栅距时，莫尔条纹移动（ ）。

        A.一个栅距               B.一个条纹间距

        C.1mm                 D.10mm

二、判断对错题

1.G03是逆时针圆弧插补指令。（   ）

三、简答题

1. 选择数控机床伺服电动机时应满足的条件？

四、分析计算题

1.第一象限逆圆弧，起点为S（4，3），终点为E（0，5），请进行逐点比较法插补

计算并画出走步轨迹（脉冲当量为1）。

五、综合题

1、分析如图所示简单回转零件加工的工艺路线，编制的车削加工程序，包括粗精车

端面、外圆、倒角、倒圆。零件加工的单边余量为2mm，其左端面25mm为夹紧用。