高教自考考试大纲编写要求上海电机学院.docx

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高教自考考试大纲编写要求上海电机学院

上海市高等教育自学考试

数控技术应用专业（专科）（A080744）

数控技术（4077）

自学考试大纲

上海电机学院高等教育自学考试办公室编

上海市高等教育自学考试委员会组编

2007年7月版

I、课程性质及其设置的目的和要求

㈠　本课程的性质与设置的目的

《数控技术》是上海市高等教育自学考试数控技术应用专业（专科）必考的一门专业基础课程，是为培养和检验自学应考者掌握数控技术基本概念、位置与速度检测装置、数控系统的构成及基本原理、伺服驱动系统等内容而专门开设的一门课程。

㈡　本课程的基本要求

数控技术是通过计算机用数字化信息控制生产过程的自动化技术。

数控技术是数控机床的核心技术、是机械制造业技术改造和技术更新的必由之路。

是未来工厂自动化的基础。

数控技术的应用和发展正在改变着机械制造业的面貌。

随着制造业的发展，社会对掌握数控技术人才的需求越来越大，要求也越来越高。

开设《数控技术》这门课程的基本要求是：

以数控机床为典型，通过系统的数控技术学习，向自学应考者传授数控技术的基本概念、基本原理及基本应用；熟悉CNC系统的基本构成及主要模块的实现（硬件与软件）；了解数控机床中常用检测元件工作原理及选用；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，同时也为他们今后进一步提高数控系统的设计能力打下初步基础。

㈢　与相关课程的联系

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。

数控技术的后继课程是《数控机床故障诊断与维护》。

II、课程内容与考核目标

第一章　绪论

一、学习目的和要求

通过本章的学习，了解数控机床的概念、加工原理、组成和适用范围；了解数控技术的应用与发展；掌握数控机床的特点和分类。

二、课程内容

第一节　概述

㈠　什么是数控机床

㈡　数控机床的加工原理

加工过程。

各组成部分的基本工作原理。

㈢　数控机床的适用范围

第二节　数控机床的特点和分类

㈠　数控机床的特点

㈡　数控机床的分类

按运动轨迹分类。

按伺服系统控制方式分类。

按功能水平分类。

按工艺用途分类。

第三节　数控技术的应用与发展

㈠　现代制造技术的发展趋势

㈡　数控机床和数控系统的发展

㈢　数控技术与计算机集成制造系统

柔性制造单元。

柔性制造系统。

DNC。

计算机集成制造系统。

三、考核知识点

㈠　数控机床的概念、组成、工作原理、适用范围

㈡　数控机床的特点和分类

㈢　数控技术的应用与发展

四、考核要求

㈠　数控机床的概念、组成、工作原理、适用范围

1、识记：

⑴NC与CNC概念；⑵数控机床概念；⑶　数控机床的适用范围。

2、领会：

⑴　数控机床的加工过程；⑵　各组成部分的基本工作原理。

㈡　数控机床的特点和分类

1、识记：

⑴　数控机床的特点；⑵　数控机床的各种分类方法。

2、领会：

⑴点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床的区别与适用范围。

⑵开环控制、闭环控制、半闭环控制数控机床的区别与适用范围。

㈢数控技术的应用与发展

1、识记：

⑴FMC概念；⑵DNC概念；⑶CIMS概念；⑷了解数控技术的发展趋势。

2、领会：

⑴　FMS组成与概念；⑵数控机床高速高精度化对数控系统提出的要求。

第三章　插补计算原理、刀具半径补偿与速度控制

一、学习目的和要求

通过本章的学习，了解数控机床的产生、发展历程、发展趋势；了解柔性制造、计算机集成制造当今制造自动化技术；深刻理解数控机床的主要性能指标；掌握数控机床的组成、工作过程与特点；数控机床的分类与应用范围。

二、课程内容

第一节　概述

㈠　插补的基本概念

㈡　脉冲增量插补

㈢　数据采样插补

第二节　逐点比较法

㈠　逐点比较法直线插补

逐点比较法的直线插补原理。

节拍控制和运算程序流程图。

不同象限的直线插补。

直线插补举例。

㈡　逐点比较法圆弧插补

逐点比较法的圆弧插补原理。

圆弧插补的运算过程。

圆弧插补举例。

圆弧插补的象限处理与坐标变换。

第三节　数字积分法

㈠　数字积分法的基本原理

㈡　DDA直线插补

DDA直线插补原理。

DDA直线插补软件流程。

DDA直线插补举例。

㈢　DDA圆弧插补

DDA圆弧插补原理。

DDA圆弧插补举例。

不同象限的脉冲分配。

改进DDA插补质量的措施。

多坐标直线插补。

第六节　刀具半径补偿

㈠　刀具补偿的基本原理

刀补建立。

刀补进行。

刀补撤消。

㈡　刀具半径补偿计算

直线刀具半径补偿计算。

圆弧刀具半径补偿计算。

㈢　C功能刀具半径补偿计算

C功能刀具半径补偿的基本概念。

C刀具补偿的基本设计思想。

编程轨迹转接类型。

转接矢量的计算。

刀具长度补偿的计算。

第七节　进给速度与加减速控制

㈠　进给速度控制

脉冲增量插补算法的进给速度控制。

数据采样插补算法的进给速度控制。

㈡　加减速度控制

前加减速控制。

后加减速控制。

三、考核知识点

㈠　插补的基本概念、分类

㈡　逐点比较法

㈢　数字积分法

㈣刀具半径补偿

㈤进给速度与加减速控制

四、考核要求

㈠　插补的基本概念、分类

1、识记：

⑴　插补的基本概念；⑵　插补的分类。

㈡　逐点比较法

1、识记：

⑴　逐点比较法的基本原理；⑵　逐点比较法的四个节拍。

2、应用：

⑴　逐点比较法第I象限直线插补；⑵　逐点比较法第I象限圆弧插补。

㈢数字积分法

1、识记：

⑴　数字积分法的基本原理。

2、应用：

⑴　数字积分法第I象限直线插补。

㈣刀具半径补偿

1、识记：

⑴　刀具半径补偿计算的基本方法；⑵C机能刀补的基本设计思路。

2、领会：

⑴　直线过渡的转接情况分析及转接矢量的计算；⑵B刀补与C刀补有何区别。

㈤进给速度与加减速控制

1、识记：

⑴　脉冲增量插补算法的进给速度控制的常用方法；⑵加减速控制有何作用。

2、领会：

⑴　加减速控制的实现方法。

2、应用：

⑴　脉冲增量插补算法的进给速度控制；⑵数据采样插补算法的进给速度控制。

第四章　计算机数控系统（CNC系统）

一、学习目的和要求

通过本章的学习，了解计算机数控系统的组成、功能及工作过程；了解计算机数控系统的软硬件结构；理解运动轨迹的插补原理；掌握逐点比较法。

二、课程内容

第一节　概述

㈠　CNC系统的组成

㈡　CNC系统的功能和一般工作过程

CNC系统的功能。

CNC系统的一般工作过程。

第二节　CNC系统的硬件结构

㈠　CNC系统的硬件构成特点

㈡　单CPU结构CNC系统

㈢　多CPU结构CNC系统

多CPU结构CNC系统的典型结构。

多CPU结构CNC系统基本功能模块。

第三节　CNC系统的软件结构

㈠　CNC系统软硬件的界面

㈡　CNC系统控制软件的结构特点

CNC系统的多任务性。

并行处理。

实时中断处理。

㈢　常规CNC系统的软件结构

中断型结构模式。

前后台型结构模式。

第四节　CNC系统的输入输出与通信功能

㈠　CNC系统的输入输出与通信要求

数据输入输出设备。

外部机床控制面板。

通用的手摇脉冲发生器。

进给驱动线路和主轴驱动线路。

㈡　CNC系统常用外设及接口

纸带阅读机输入及工作理。

键盘输入及接口。

显示。

异步串行接口。

近代CNC系统的网络通信接口。

第五节　开放式数控系统的结构及其特点

㈠　标准的软件化、开放式控制器是真正的下一代控制器

㈡　开放式数控系统所具有的主要特点

软件化数控系统内核扩展了数控系统的柔性和开放性。

数控系统与驱动和数字I/O连接的发展方向是现场总线。

网络化是基于网络技术的E-Manufacturing对数控系统的必然要求。

㈢　基于LINUX的开放式结构数控系统

系统组成。

系统主要特点。

三、考核知识点

㈠　计算机数控系统的组成、功能及工作过程

㈡　CNC系统的硬件结构

㈢　CNC系统的软件结构

㈣CNC系统的输入输出与通信功能

㈤开放式数控系统的结构及其特点

四、考核要求

㈠　计算机数控系统的组成、功能及工作过程

1、识记：

⑴　计算机数控系统的组成；⑵　计算机数控系统的功能；⑶计算机数控系统的工作过程。

㈡　CNC系统的硬件结构

1、识记：

⑴　CNC系统的硬件构成特点；⑵　单CPU结构CNC系统特点；⑶　多CPUCNC系统的典型硬件结构；⑷多CPU结构CNC系统基本功能模块。

㈢CNC系统的软件结构

1、识记：

⑴　CNC系统控制软件的结构特点；⑵　常规CNC系统的软件结构。

2、

㈣CNC系统的输入输出与通信功能

1、识记：

⑴　CNC系统的输入输出与通信要求。

2、领会：

⑴　CNC系统常用外设及接口；⑵　对异步串行通信接口和网络通信接口有所了解。

㈤开放式数控系统的结构及其特点

1、识记：

⑴　开放式数控系统的特点。

第六章　数控机床的伺服驱动系统

一、学习目的和要求

通过本章的学习，了解数控机床伺服系统的概念、组成、分类、性能；了解直流、交流伺服驱动系统的原理。

掌握步进电动机的工作原理、优点、步距角、最大静转矩和启动频率；掌握位置检测装置的工作原理。

二、课程内容

第一节　概述

㈠　数控机床伺服系统的概念及组成

㈡　伺服系统应具有的基本性能

高精度。

良好的稳定性。

动态响应速度快。

调速范围要宽，低速时能输出大转矩。

高性能电动机。

㈢　位置控制系统和速度控制系统的主要技术指标

位置控制系统的主要技术指标。

速度控制系统的主要技术要求。

㈣　伺服系统的分类

按照调节理论分类。

按使用的驱动元件分类。

按反馈比较控制方式分类。

第二节　步进电动机伺服系统

㈠　步进电动机的分类、结构和工作原理

步进电动机的分类。

步进电动机的结构。

步进电动机的工作原理。

㈡　步进电动机的主要特性

步矩角。

矩角特性、最大静态转矩和起动转矩。

起动频率。

连续运行的最高工作频率。

矩频特性与动态转矩。

加减速特性。

㈢　步进电动机的控制方法

脉冲分配器。

软件脉冲分配。

㈣　步进电动机伺服系统的功率驱动

单电压功率放大电路。

高低电压功率放大电路。

斩波恒流功放电路。

调频调压驱动。

㈤　步进电动机的细分驱动技术

步进电动机细分控制原理。

步进电动机细分控制的技术方案。

㈥　提高步进伺服系统精度的措施

反向间隙补偿。

螺距误差补偿。

第三节　数控机床的位置检测装置

㈠　旋转变压器

旋转变压器的结构。

旋转变压器的工作原理。

㈡　感应同步器

感应同步器的结构和特点。

感应同步器的工作原理。

㈢　脉冲编码器

脉冲编码器的分类和结构。

光电脉冲编码器的工作原理。

㈣　绝对式编码器

绝对式编码器的种类。

绝对式编码器的工作原理。

混合式绝对式编码器

㈤　光栅

光栅的种类。

光栅的结构和工作原理。

直线光栅尺检测装置的辨向原理。

提高光栅检测分辨精度的细分电路。

㈥　磁栅

磁栅的结构。

磁栅的工作原理。

第四节　直流电动机伺服系统

㈠　直流伺服电动机的结构和工作原理

㈡　直流伺服电动机的调速原理和常用的调速方法

㈢　晶体管脉宽调制器式速度控制单元

PWM系统的主回路。

脉宽调制器。

㈣　直流调速系统的动态响应过程

直流调速系统的响应特性。

转速负反馈单闭环无静差调速系统。

转速、电流双闭环调速系统。

全数字直流调速系统原理。

㈤　直流伺服系统的位置控制

数字脉冲比较系统。

相位比较伺服系统。

幅值比较伺服系统。

第五节　交流电动机伺服系统

㈠　交流伺服电动机调速的原理和方法

㈡　交流伺服电动机调速主电路

㈢　交流伺服系统的控制回路

一相SPWM波调制原理。

三相SPWM波的调制。

SPWM的同相调制和异相调制。

三、考核知识点

㈠　数控机床伺服系统的概念、组成、分类、性能

㈡　步进电动机伺服系统

㈢　数控机床的位置检测装置

㈣直流电动机伺服系统

㈤交流电动机伺服系统

四、考核要求

㈠　数控机床伺服系统的概念、组成、分类、性能

1、识记：

⑴　数控机床伺服系统的概念；⑵　数控机床伺服系统的组成；⑶　数控机床伺服系统的性能及主要技术指标；⑷数控机床伺服系统的分类。

㈡　步进电动机伺服系统

1、识记：

⑴　步进电动机的分类、结构；⑵　步进电动机的主要特性；⑶　步进电动机的控制方法；⑷步进电动机细分控制原理。

2、领会：

⑴　步进电动机的工作原理；⑵　提高步进伺服系统精度的措施。

3、应用：

⑴　开环伺服系统中步进电动机步距角、脉冲频率、转速的计算。

⑵常用步进电机伺服驱动攻放电路的工作原理

㈢数控机床的位置检测装置

1、识记：

⑴　对位置检测装置的要求；⑵　位置检测装置的分类；⑶增量式与绝对式编码器的区别；⑷脉冲编码器的作用。

2、领会：

⑴　位置检测元件的精度和分辨率两个概念的区别；⑵　常用位置检测装置的结构、特点、作用。

3、应用：

⑴脉冲编码器用于测速的计算；⑵　莫尔条纹的产生、特点、作用、辨向、细分；⑶莫尔条纹宽度计算。

⑷工作台位移量、速度的计算。

⑸常用位置检测装置的工作原理。

㈣直流电动机伺服系统

1、识记：

⑴　直流伺服电动机分类及适用场合；⑵　直流伺服电动机的结构和工作原理；⑶　直流伺服电动机常用的调速方法。

2、领会：

⑴　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；⑵　脉宽调制器的组成和功用及主回路的组成和功用；⑶直流伺服系统的位置控制形式。

3、应用：

⑴能够绘制单轴进给伺服系统的位置控制结构框图并能说明相应伺服系统的工作原理。

㈤交流电动机伺服系统

1、识记：

⑴　交流伺服电动机分类及适用场合；⑵　交流伺服电动机调速的原理和方法；⑶交流伺服电动机的矢量变换控制的实现应有一般的了解。

2、领会：

⑴　正弦脉宽调制调速（SPWM变频调速）是如何实现的。

3、应用：

⑴SPWM波调制原理。

III、有关说明与实施要求

一、关于考核目标的说明

为了使考试内容具体化和考试要求标准化，本大纲在列出考试内容基础上，对各章节规定了考核目标，包括考核知识点和考核要求。

明确考核目标，能够使自学应考者进一步明确考试内容和要求，更有目的地系统地学习教材；使社会助学者能够更全面地有针对性地分层次进行辅导；使考试命题能够更加明确命题范围，更准确地安排试题的知识能力层次和难易度。

本大纲在考核目标中，按照识记、领会、应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。

各层次的含义是：

识记：

能了解有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述。

领会：

在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理，对知识有较深入的认识，并具有初步运用能力。

应用：

在领会的基础上，能运用基本概念、基本原理分析和解决有关的实际问题，或能用所学的综合知识分析和解决工程实际问题。

三个能力层次之间是递进等级的关系，后者必须建立在前者的基础上。

二、关于自学教材的说明

《数控技术》：

赵玉刚、宋现春主编，机械工业出版社，2004年5月第1版。

三、自学方法指导

1．认真自学教材

自学是高等教育自学考试的主要环节和基本方式，要求考生认真刻苦地自学教材，以求按规定的要求掌握课程内容。

在开始学习每一章时，首先阅读自学考试大纲，大致了解该章的主要内容和要求。

学习正文时，可先粗读一遍，初步了解本章的具体内容，对不懂的地方做一记号，然后再进行精读。

熟悉基本原理、基本概念和基本方法，对重点、难点要反复钻研，力求深入理解。

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。

阅读正文以后，应按复习思考题来检查自己对教材内容掌握的程度，发现理解不深的地方要再次重点阅读。

建议将复习思考题的答案记在笔记本上，以便复习。

2．理论联系实际

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。

四、对社会助学的要求

1．要熟悉考试大纲对课程提出的总的要求和各章的知识点。

要掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核要求。

2．辅导时，要以考试大纲为依据，指定教材为基础，不要随意删减内容，以免与大纲脱节。

3．辅导时，应注重基础，突出重点。

培养考生的正确学习方法，提高自学能力，在自学过程中善于提出问题、分析问题、解决问题。

五、关于命题考试的要求

1、覆盖面与重点章节

本大纲各章所提到的考核目标中各知识点都是考试内容。

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、试卷能力层次比例

各知识点能力层次约为：

识记30%、领会35%、应用35%。

3、试卷难易比例

试题难易程度合理，可分为四档：

易、较易、较难、难，这四档在每份试卷中所占比例依次约为2：

3：

3：

2

4、题型

试题题型有：

单项选择题、填空题、简答题、计算题、应用题等。

5、考试形式、考试时间

考试方法为闭卷笔试，考试时间为150分钟。

采用百分制，60分及格。

试题量应以中等水平的考生在规定时间内答完全部试题，并略有复查时间为宜。

附录：

题型举例

一、单项选择题

1．某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是（）

A、100mmB、20mmC、10mmD、0.1mm

二、填空题：

１．柔性制造系统有加工系统、物料运贮存系统、三个部分组成。

三、简答题：

１．步进电动机伺服系统常用的功率驱动电路？

四、计算题：

１．直线的起点在原点，终点E的坐标为（5，2），试用逐点比较法对其进行插补，并画插补轨迹。

２．有一和伺服电机同轴安装的编码器，指标为1024脉冲/r，该电机与螺距为8mm的滚珠丝杠通过联轴器相连，在位置控制伺服中断5ms内，编码器经4倍频后，共计脉冲数512，问：

1）工作台移动了多少毫米？

2）伺服电机的每分钟转速为多少？

五、应用题：

１．试绘制单轴半闭环进给伺服系统的数字脉冲比较系统结构框图，并能简述其工作原理。