2019年天津1104数控技术自考考试大纲

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天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：数控技术

课程代码：1104、4868

第一部分课程性质与设置目的

一、课程性质与特点

数控技术是一种多学科交叉、综合的高新技术，是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化的技术基础。本课程可作为机械工程及自动化、机械设计制造及自动化、机电一体化、模具设计与制造等专业的技术基础课或专业课，主要研究数控机床的基本结构特点、数控基本理论和运算方法、数控装置的硬件、软件及控制技术、伺服机构与检测装置的基本原理等理论内容以及数控编程等与实践密切相关的内容。

二、课程设置的目的和要求

本课程主要是数控加工专业方向的一门专业课、是模具设计与制造专业方向的基础。通过本课程的学习为学生打下对机床数字控制、数控加工等方面的基础、使学生掌握数控技术的基本概念、数控机床的结构及控制方法、数控机床的基本编程方法等。

三、与本专业其他课程的关系

本课程以电工学、电子学、机床电气控制、微机原理与接口技术、机床、工艺、切削原理与刀具为理论基础，以数控车床、铣床操作为实践基础。

第二部分课程内容与考核目标

第一章概述

一、学习的目的与要求

通过本章学习使学生深刻理解数控技术出现的必然性，它的应用范围和发展趋势。掌握数控机床的组成、机床数字控制的概念、数控机床的基本术语和定义。

二、考核知识点与考核目标

（一）数控机床的组成（重点）

识记：数控机床的各组成部分

理解：数控机床各组成部分作用

应用：用框图描述数控机床的组成及各部分之间的控制关系

（二）数控技术的基本原理（重点）

识记：数控加工的基本原理

理解：数字控制的定义

应用：平面直线、曲线及空间直线、曲线的拟合方法

（三）数控机床的特点（次重点）

理解：数控机床的特点

（四）数控机床的产生和发展（一般）

识记：世界第一台数控机床的诞生年代、产地及机床种类

（五）数控机床在先进制造技术中的地位和作用（一般）

识记：常见数控机床的种类

理解：常见数控机床的轴数及加工特点

应用：数控铣床、数控车床、加工中心的结构特点和适用范围

第二章数控加工编程技术

一、学习的目的与要求

通过本章学习使学生充分理解：数控机床之所以具有“柔性”，是因为其加工过程可由加工程序来控制，而加工程序是根据某一个零件的加工需要编写出来的。通过学习与实验，掌握数控机床的坐标系的设定与建立，G代码的意义及编程方法、M、F、S、T代码的意义及编程方法，简单图形的数控程序编制方法。

二、考核知识点与考核目标

（一）数控机床的坐标系（重点）

理解：数控机床的标准坐标系和运动方向

理解：数控机床的相对运动

理解：绝对坐标和相对坐标

理解：最小设定单位

理解：刀具与工件的相对运动

应用：卧式数控车床、立式铣床、卧式铣床的坐标系

（二）数控机床编程指令（重点）

理解：数控车床、数控铣床、加工中心：

G代码、M代码、F代码、S代码、T代码的意义及应用。

理解：铣削加工的刀具偏置的意义及方法

理解：车削加工的刀尖圆弧半径补偿的意义及方法

识记：数控车削编程的特点

识记：铣削加工程序编制的特点

识记：孔加工程序编制的特点

识记：加工中心程序编制的特点

应用：数控车床的编程、数控铣床的编程、加工中心的编程

（三）数控编程的基础知识（次重点）

识记：数控编程的内容和主要步骤

识记：程序段的组成格式

识记：数控编程的常用方法

识记：数控标准及代码

理解：进给速度和主轴转速的表示方法

理解：数控编程的工艺处理

应用：数控编程的方法

（四）线切割编程（一般）

识记：线切割加工程序的格式及编程方法

识记：坐标系和坐标值的确定

理解：计数方向的确定

理解：计数长度的确定

理解：加工指令的确定

应用：简单线切割程序的编制

（五）数控编程的数学处理（一般）

识记：非圆曲线节点的计算

识记：列表曲线的数学处理

应用：利用计算机辅助软件获得非圆曲线节点和列表曲线数据的处理

（六）自动编程（一般）

识记：自动编程系统的组成和自动编程的过程

识记：TJAPT自动编程语言

应用：利用APT语言编制简单的零件加工程序

第三章数控系统

一、学习的目的与要求

数控系统是一种自动控制系统。通过本章学习使学生掌握：数控机床的控制类型，数控系统硬件组成，数控系统的软件构成，数控系统的插补原理和方法，数控系统刀具半径补偿的概念及实现方法。

二、考核知识点与考核目标

（一）数控系统的插补算法（重点）

识记：积分法脉冲增量插补的基本原理

理解：数控插补的概念

理解：逐点比较法脉冲增量插补的原理及步骤（直线和圆弧）

理解：DDA法插补的原理及步骤（直线）

应用：利用逐点比较法对第1象限直线和圆弧实施脉冲增量插补

应用：利用DDA法对直线进行插补计算并画出插补轨迹图

（二）数控系统（重点）

识记：数控技术的发展历程

识记：数控系统的工作过程

识记：数控系统的软件构成

理解：数控系统的分类

理解：数控系统的主要功能（基本功能和选择功能）

理解：数控系统的硬件构成

应用：以数控程序为例分析数控系统的处理过程

（三）数控系统刀具补偿的加、减速控制（一般）

识记：C功能刀具半径补偿的概念

识记：程序段间转接的几种情况

识记：转换矢量的计算

识记：CNC系统加、减速的处理方法

理解：刀具半径补偿的计算

理解：CNC系统加、减速控制的意义

第四章数控机床的伺服系统

一、学习的目的与要求

通过本章学习使学生掌握：数控机床伺服系统的基本要求，数控机床伺服系统的分类，数控机床伺服系统常用驱动元件的工作原理及选用方法，数控机床伺服系统常用的检测元件的工作原理，提高伺服系统位置控制精度的措施。

二、考核知识点与考核目标

（一）伺服系统（重点）

识记：伺服系统的概念

理解：数控机床对伺服系统的要求

理解：伺服系统的类型

（二）伺服系统的驱动元件（重点）

识记：直流伺服电机的工作原理

识记：直流伺服电机的静态和动态特性

识记：直流伺服电机的主要参数

识记：交流伺服电机的结构特点

识记：交流伺服电机的性能及主要参数

识记：直线电机的工作原理

理解：永磁式直流伺服电机的结构特点和性能

理解：永磁式直流伺服电机的转矩——速度曲线（工作曲线）

理解：交流伺服电机的变频调速原理

理解：步进电机的工作原理及性能参数

应用：步进电机进给伺服系统的设计

（三）伺服系统的位置检测反馈（次重点）

理解：位置检测元件的分类

理解：数控机床常用位置检测元件及其工作原理

应用：常见位置检测元件的测量参数及应用方式和场合

（四）伺服系统的特性对数控机床加工精度的影响（次重点）

识记：速度误差对加工精度的影响

识记：伺服系统响应速度对加工拐角的影响

（五）伺服系统的速度控制（次重点）

识记：晶闸管调速系统的原理

识记：晶体管脉宽（PWM）调速系统的原理

识记：三相同步永磁交流伺服电机矢量控制变频调速系统的原理

理解：步进电机的驱动系统的过程和驱动原理

（六）典型的伺服系统（一般）

识记：全闭环伺服系统的控制框图

识记：半闭环伺服系统的控制框图

识记：数字式伺服系统的控制框图

应用：分析和判断数控机床进给伺服系统的类型

第五章数控机床的机械系统

一、学习目的与要求

通过本章学习使学生了解数控机床的机械结构特点，掌握数控机床的主传动系统的类型及主电机的选择方法，数控机床进给伺服的控制方式及设计思路，自动换刀装置的换刀方法，

数控回转工作台的工作原理及消隙方法。

二、考核知识点与考核目标

（一）数控机床的伺服进给传动系统（重点）

识记：进给伺服电机的类型和选用

识记：进给伺服电机的丝杠的连接方式

识记：滚珠丝杠的支撑形式

理解：滚珠丝杠螺母副的循环方式

理解：滚珠丝杠螺母副的预紧

（二）数控机床的主传动系统（次重点）

识记：主传动系统驱动电机的类型和选用

识记：直流主轴电机的调速原理

理解：主轴电机与主轴之间的常见传动方式

理解：交流主轴电机的调速原理

应用：根据机床图纸分析数控机床主传动系统的传动方式、

（三）自动换刀装置（次重点）

识记：自动换刀装置的换刀方法

（四）回转工作台和导轨（次重点）

识记：回转工作台的种类

理解：回转工作台的运动方式

理解：数控机床常见导轨形式

应用：回转工作台的控制

应用：导轨贴塑的意义

（五）伺服进给传动系统设计（次重点）

理解：伺服进给控制方法的确定

理解：丝杠支撑方法

应用：滚珠丝杠螺距的选择

应用：伺服电机的选择

（六）数控机床的总体布局（次重点）

识记：常见数控机床的结构布局

第六章数控机床上的PLC控制技术

一、学习的目的与要求：

可编程控控制器简称PLC或PC。是以顺序控制为主的通用型自动控制装置。通过本章学习使学生掌握：PLC在数控机床中的作用，PLC输入、输出接口的形式，梯形图的工作原理，通用PLC的编程指令和编程方法，FANUC－PLC的指令及编程。

二、考核知识点与考核目标

（一）PLC在数控机床中的地位和作用（重点）

识记：PLC的接口分类

理解：PLC的基本概念

理解：梯形图的工作原理

应用：PLC的控制对象

应用：PLC的指令及编程

应用：FANUC-PLC的指令和编程

（二）数控机床上接口分类和规范（次重点）

识记：PLC接口的作用

理解：PLC输入、输出接口的形式

（三）通用PLC的编程（次重点）

理解：通用PLC的指令

应用：通用PLC的编程

（四）FANUC－PLC的编程（重点）

理解：FANUC－PLC的指令

应用：FANUC－PLC的编程

应用：数控机床典型功能的PLC程序编制

第七章数控技术的发展趋势

一、学习的目的与要求

通过本章学习使学生掌握：数控技术的发展方向，柔性制造系统的基本组成和工作过程。了解FMC、FMS、CIMS的概念。

二、考核知识点与考核目标

（一）数控技术的发展趋势（次重点）

识记：数控技术的发展趋势

（二）柔性制造系统（一般）

识记：柔性制造系统的基本组成

理解：柔性制造系统的工作过程

第三部分实践环节

实践考核目的与要求

通过实习训练了解数控机床与普通机床的区别，数控机床的工作特点。

通过上机方式的课程实验，使学生能基本掌握某种数控机床的调整方法，学会针对一般零件的加工编程方法。

实验一参观实习

一、考核目的与要求

    参观实习是理论学习与生产实际结合的重要方式，通过“参观实习”，使考生获得与本专业有关的实际知识。

二、考核内容

 通过对实习工厂的参观实习，使考生

1、了解数控车床与普通车床的区别。

2、了解数控铣床与普通铣床的区别。

3、了解数控钻床与普通钻床的区别。

4、了解各类数控机床的工作特点。

三、考核方式与环境要求

    1、考核环境

    参观单位应为一个综合性的生产实习厂，拥有多种数控机床及普通机床，具有经验丰富的讲解老师。

   2、考核方式

   参观实习后，以小组为单位讨论交流学习心得。

该课程实践环节采用形成性考核，“优、良、中、及格、不及格”五级评分制。

实验二数控车床结构剖析

考核目的与要求

对学生进行实验技能的基本训练，提高学生分析问题和解决问题的能力

考核内容

通过介绍数控车床的布局、基本组成及其功用，观察数控车床上零件的加工过程和典型样件，通过对典型零件的加工，使考生

1、了解数控车床的布局、基本结构及其功用。

2、了解数控车床的结构特点及其发展。

3、了解数控车床的基本运动。

三、考核方式与环境要求

        1、考核环境

        实验场所至少应有Vturn--16或其它型号的数控车床一台，具有经验丰富的实验指导老师。

        2、考核方式

      按实验指导老师的要求，每人送交实验报告一份。  

    该课程实践环节采用形成性考核，“优、良、中、及格、不及格”五级评分制。

实验三数控车床的调整实验

考核目的与要求

对学生进行实验技能的基本训练，提高学生分析问题和解决问题的能力。

考核内容

通过介绍数控车床CRT／MDI操作面板，演练机床的启动及原点复归。观察数控车床的换刀动作，使考生

1、了解操作面板上各个按键的功用。

2、掌握数控车床的调整方法。

3、掌握程序输入及修改方法。

4、掌握对刀具的校刀及补偿方法

三、考核方式与环境要求

        1、考核环境

实验场所应有Vturn--16或其它型号的数控车床一台。具有经验丰富的实验指导老师。

        2、考核方式

      按实验指导老师的要求，每人送交实验报告一份。

该课程实践环节采用形成性考核，“优、良、中、及格、不及格”五级评分制。

实验四数控车床的编程实验

一、考核目的与要求

对学生进行实验技能的基本训练，提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、考核内容

通过完成加工零件基点坐标的计算；针对加工零件图编写程序并用MDI方法输入；试切并修改，直到加工出合格的零件。使考生

1、了解数控车床坐标系的设定方法。

2、掌握该数控车床使用的数控代码及格式。

三、考核方式与环境要求

        1、考核环境

        考核场所应有Vturn--16或其它型号的数控车床一台。具有经验丰富的实验指导老师。

2、考核方式

      按实验指导老师的要求，每人送交实验报告一份。

该课程实践环节采用形成性考核，“优、良、中、及格、不及格”五级评分制。

实验五加工中心机床结构剖

考核目的与要求

对学生进行实验技能的基本训练，提高学生分析问题和解决问题的能力。

考核内容

通过介绍加工中心机床的特点及类型，观察典型零件的加工过程及机床的运动，使考生

1、了解其布局、基本组成及其结构特点。

        2、了解加工中心机床的基本运动。

        3、了解加工中心的主传动机构，伺服进给机构及刀库的换刀方法。     

4、通过典型样件了解加工中心机床的加工对象及其用途。

三、考核方式与环境要求

        1、考核环境

      实验场所应有Vcenter-65数控加工中心机床一台，或其它型号的数控铣床一台。具有经验丰富的实验指导老师。

2、考核方式

      按实验指导老师的要求，每人送交实验报告一份。

该课程实践环节采用形成性考核，“优、良、中、及格、不及格”五级评分制。

实验六加工中心机床的调整实验

考核目的与要求

对学生进行实验技能的基本训练，提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、考核的内容

1、了解加工中心机床操作面板的组成、功用及其操作方法

2、掌握加工中心机床的调整、刀柄选择及刀具号设定、刀具安装。

3、掌握刀具对刀、测量及补偿值的设定。。

4、学会程序输入、工件定位与装夹及试切加工。

三、考核方式与考核要求

1、考核环境

        实验场所应有Vcenter-65数控加工中心一台，或其它型号的数控铣床一台。具有经验丰富的实验指导老师。

        2、考核方式

      按实验指导老师的要求，每人送交实验报告一份。

该课程实践环节采用形成性考核，“优、良、中、及格、不及格”五级评分制。

实验七加工中心机床的编程实验

考核目的与要求

对学生进行实验技能的基本训练，提高学生分析问题和解决问题的能力。

考核的内容

通过制定零件加工工艺过程，选刀具，确定切削参数，确定零件定位基准及夹压部位。

进行坐标系的设定及零件轮廓点的数值计算，列刀具清单。编制数控程序，试加工并修改。

使考生

1、了解数控机床加工工艺特点，熟悉数控指令。

2、掌握数控指令程序编制方法，

考核方式与考核要求

        1、考核环境

        考核场所应有Vcenter-65数控加工中心一台，或其它型号的数控铣床一台。具有经验丰富的实验指导老师。

2、考核方式

      按实验指导老师的要求，每人送交实验报告一份。

该课程实践环节采用形成性考核，“优、良、中、及格、不及格”五级评分制。

第四部分有关说明与实施要求

一、考核目标的能力层次表述

本课程的考核目标共分为三个能力层次：识记、理解、应用，它们之间是递进等级的关

系，后者必须建立在前者基础之上。其具体含义为：

识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、

原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点

分析和解决有关的理论问题和实际问题，是高层次的要求。

二、指定教材

《数控技术》杜君文、邓广敏编著天津大学出版社2002年2月版

三、自学方法指导

数控技术是一门专业课程，本课程具有较强的基础性和实践性。学习本课程时，必须与

实际生产相结合，通过实践加强对课程的理解，以求达到掌握一门专业技术技能。

四、社会助学的要求

1、应熟知考试大纲对本课程提出的总要求和各章的知识点。

2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对知识点的考核目标。

3、辅导应以考试大纲为依据，指定教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。

4、辅导时，应对学习方法进行指导。提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动提出问题，在老师的指导下，通过自己的自学，使问题得到解决”的方法。

5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。

6、注意对应考者能力的培养，特别是对自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，解决问题的能力。

7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中存在不同难度的试题。

8、助学学时：本课程共9学分，理论课部分5学分，实践环节4学分。建议助学学时不少于162学时。助学课时分配如下

六、关于命题考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为10％、“理解”为30％、“应

用”为60％。

3、试题难以易程度应合理：易、较易、较难、难易比例为：2：3：3：2。

4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65％，次重点占25％，一般占10％。

5、本课程命题采用的基本题型包括单向选择、填空题、简答题、分析题、编程题等。

6、考试采用闭卷考试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分为及格。

七、题型示例（样题）

（一）单项选择题

1、如图1所示为某种数控机床进给控制系统的组成框图，该系统称为（C）。

A．开环控制系统B．闭环控制系统

C．半闭环控制系统D．混合控制系统 

图1

2、步进电机驱动的工作台如图2所示，假设丝杠的螺距为10mm，步进电机的步距角为3°，要求脉冲当量为0.01mm／脉冲，则齿轮的减速比应设计为（C）。

A．6：25B．25：12C．25：6D．12：25

图2

（二）填空题

1、数控机床进给伺服系统中常用的执行元件有＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

2、数控机床中，直流伺服电机通常采用＿＿＿＿＿＿方式调速，交流伺服电机通常采用＿＿＿＿＿＿方式调速。

（三）简答题

1、什么是数字控制，什么是计算机数字控制？

2、说明计算机数控装置（CNC装置）的组成。

（四）分析题

1、设数控车床切削线速度为80m／min且要求恒定，当加工一个工件的直径在φ20mm～φ80mm变化时，试分析主轴的调速范围。

2、用逐点比较插补法插补直线，直线的起点为坐标原点（0，0），终点为A（9，5）。试写出插补的计算过程，并画出插补轨迹图。

（五）编程题

1、已知零件的外轮廓如图3所示，刀具端头现位于该表面即零件上表面（Z＝0）上方200mm处，要求精铣出高度为5mm的该零件轮廓。不考虑装卡，采用30mm立铣刀（端面刀刃过中心），刀具半径补偿号为D02，走刀路线、刀具起始点、刀具终止点如图3所示，试编写其精加工程序。

2、在数控车床上加工的零件如图4所示，先用外圆车刀T1精加工零件的外轮廓，后用切槽刀T2切槽，试用图4所示坐标系，编写零件的加工程序。

图4

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