自考05785数控原理与数控技术运用考试大纲

Ⅰ 课程性质与课程目标

一、课程性质和特点

《数控原理与数控技术运用》是高等教育自学考试机械设计制造及其自动化（专升本） 专业的一门重要专业技术课程，是在相关基础课和专业基础课之后开设的专业课程之一， 本课程的学习对全面运用专业基础知识、掌握专业技能起着重要的作用。

本课程以数控机床为对象，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、课程目标

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。

通过本课程的学习和相关课程及实践环节的配合，要求：

1. 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、主要性能指标和数控技术的发展趋势。

2. 理解数控编程的基本知识，熟练掌握数控编程常用指令（G 代码，M 代码及其他代码）及加工程序编制，掌握孔加工程序编制、车削加工程序编制和轮廓铣削加工程序编制了解图形编程的基本概念、自动编程的发展趋势和数控加工仿真的意义。

3. 掌握数控装置的工作过程，理解数据采样法插补原理、各种加工刀具补偿原理，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，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，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。

4. 了解数控装置的作用，掌握单微处理机数控装置、数控软件的数据转换流程、数控装置的输入/输出接口等，了解多微处理机数控装置及基于网络的数控装置。

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

6. 了解伺服系统的组成，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其速度控制，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。

7. 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。在自学过程中，要求考生在通读教材，理解和掌握所学基本原理知识及基本方法的基础上，结合习题与思考题的练习，提高分析问题和解决问题的能力。

三、与相关课程的联系与区别

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：《几何量公差与检测》、《传感器与检测技术》、《电气传动与可编程控制器（PLC)》、 《计算机辅助工程软件（UG)》等；后续课程包括：《机械制造装备设计》等。

四、课程的重点和难点课程的重点

：数控机床的组成、选型与主要性能指标，数控编程常用指令及加工程序编制，数控机床插补原理、刀具补偿原理，数控装置及其输入/输出接口，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，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，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。

课程的难点：（1）数控加工工艺路线规划及程序编制；（2）各种插补算法的原理及刀具补偿原理；（3）各种传感器的工作原理及应用；（4）步进电机工作原理，交流电机变频调速。

考生要注意把握重点和考核知识点内容，用考核目标和各章的考核要求检验学习的效果，也要了解一般内容的知识点。

Ⅱ 考核目标

本课程自学考试大纲在考核目标中，按照识记、领会和应用三个层次规定其应达到的能力层次要求。三个能力层次是递进关系，后者必须建立在前者的基础上。各能力层次的含义是：识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关的名词（术语）、概念、定理等的内容，如数控系统的定义、数控机床的特点、数控加工工艺的特点等内容及其意义，并能根据考核要求正确表述、选择和判断。

领会（Ⅱ）：要求考生在识记的基础上，能够领悟和理解本课程中基本概念（如数控机床的坐标系）、基本原理（如数字积分法的基本原理）的内涵和外延。理解其确切含义及适用条件，能够根据考核要求对具体问题进行推理和论证以做出正确的判断、解释和说明。

应用（Ⅲ）：要求考生在领会的基础上，能够运用本课程中学过的知识点和数学方法， 分析和解决一般应用问题，如零件的数控加工工艺性等。面对具体、实际的零件，能够分析典型零件数控加工工艺和程序编制的原则和方法，以达到综合分析和解决较复杂的问题的目的。

考核时要特别注意考察学生对基本结论和性质的正确应用能力，而不要过多的纠缠于结论和性质的数学推导和证明等。

Ⅲ 课程内容与考核要求

第一章 概述

1. 了解数控机床的定义、特点和分类；

2. 理解数控机床的基本原理和主要性能指标；

3. 理解数控技术的发展趋势。

1. 数字控制与数控机床识记：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。

领会：数控机床加工过程，数控机床的特点。

应用：数控机床的组成。

2. 数控机床的分类领会：数控机床常见分类方法及分类。

3. 数控机床的选型识记：机床类型的选择。

领会：数控机床性能参数及其选择。

4. 数控技术的发展识记：数控技术的产生与发展。

领会：数控技术发展趋势。

重点：数控机床的组成、选型与主要性能指标。

难点：数控机床的选型。

第二章 零件加工程序的编制

1. 理解数控编程的基本知识；

2. 掌握手工编程中常用的 G 代码、M 代码及其他代码；

3. 掌握钻削、车削及铣削零件加工程序的编制；

4. 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；

5. 了解数控加工仿真的意义。

1. 数控编程的基本知识识记：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。

领会：数控编程内容与步骤，数控机床的坐标系和运动方向。

应用：编程中数学处理问题，对刀点的选择。

2. 数控加工工艺基础识记：数控加工工艺的特点。

领会：数控代码的检验。

应用：零件的数控加工工艺性，加工方案的设计，走刀路线的确定。

3. 数控加工指令

识记：代码标准与格式，宏指令简介。

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. 计算机辅助编程识记：数控语言编程，图形编程，典型 CAD/CAM/CAE 系统简介。

6. STEP-NC识记：STEP-NC 的概念和意义。

重点：数控编程常用指令及加工程序编制。

难点：数控加工工艺路线规划及程序编制。

第三章 数控机床加工运动控制原理

1. 掌握数控装置的工作过程；

2. 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；

3. 理解数据采样法插补原理；

4. 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；

5. 理解各种加工刀具补偿原理；

6. 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。

1. 数控装置的工作过程领会：数控装置的工作过程。

2. 插补原理

识记：插补概念与插补方法的分类，扩展 DDA 数据采样插补。

领会：数字积分法，数据采样法，直线函数法。

应用：逐点比较法。

3. 进给速度控制原理识记：进给速度控制的必要性。

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

识记：刀具补偿的概念。

应用：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。

重点：数控机床插补原理，刀具补偿原理。

难点：各种插补算法的原理及刀具补偿原理。

第四章 数控装置

1. 了解数控装置的作用，数控装置软、硬件功能界面划分；

2. 掌握单微处理机数控装置；

3. 了解多微处理机数控装置及基于网络的数控装置；

4. 掌握数控软件的数据转换流程，数控软件的特点、基本结构；

5. 掌握数控装置的输入/输出接口：接口标准化，接口的任务。

1. 数控装置的组成及作用识记：数控装置软件和硬件的功能界面。

领会：组成，主要功能。

2. 数控装置的硬件系统识记：基于 PC 的数控装置。

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识记：数控软件的特点及关键技术，数控软件的基本结构。

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 控制功能识记：PLC 的基本概念。

领会：PLC 编程方法，数控机床 PLC 实例。

应用：PLC 的工作过程。

6. 基于 PC 的数控系统开发实例识记：系统要求，硬件系统设计，软件系统，用户界面设计。

重点：数控装置及其输入/输出接口。

难点：数控软件的数据转换流程。

第五章 位置检测装置

1. 了解位置检测装置的作用、分类；

2. 了解旋转变压器、感应同步器的结构与工作原理；

3. 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；

4. 掌握光栅的结构、工作原理和光栅位移－数字转换系统；

5. 了解磁栅、球栅的结构与工作原理。

1. 概述

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

识记：光栅的结构。

领会：光栅的工作原理，莫尔条纹的特点。

应用：光栅测量系统及其应用。

3. 编码器

识记：增量式和绝对式脉冲编码器的结构。

领会：增量式和绝对式脉冲编码器的工作原理。

应用：增量式脉冲编码器的应用。

4. 旋转变压器

识记：旋转变压器的结构。

领会：旋转变压器的工作原理。

应用：旋转变压器的典型工作方式及其应用。

5. 感应同步器

识记：感应同步器的结构。

领会：感应同步器的工作原理。

应用：感应同步器的典型工作方式及其应用。

6. 磁栅

识记：磁栅的结构。

领会：磁栅的工作原理及应用。

7. 球栅

识记：球栅的结构。

领会：球栅的工作原理及应用。

8. 智能传感器简介识记：智能传感器的概念。

重点：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：各种传感器的工作原理。

第六章 数控机床的伺服系统

1. 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；

2. 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；

3. 了解数控机床用交流电机及交流电机的速度控制；

4. 理解交流电机变频调速；

5. 学会正确选用步进电机与伺服电机；

6. 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。

1. 伺服系统的基本概念识记：对伺服系统的基本要求。

领会：伺服系统的组成。

2. 步进电动机及其驱动装置识记：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。

领会：步进电机工作原理。

3. 交流伺服系统

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。

领会：交流伺服电机的速度控制。

4. 数控机床进给伺服系统设计领会：交流感应电机矢量控制原理。

应用：交流伺服电机的选择，伺服进给系统的固有频率，进给电机的选择。

5. 进给伺服系统的性能对加工精度的影响领会：跟随误差的影响。

重点：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：步进电机工作原理，交流电机变频调速。

第七章 机床的数控化改造

1. 了解机床数控化改造的主要概念；

2. 理解数控化改造的内容与改造方案；

3. 理解数控化改造中机械部分和数控系统选择；

4. 理解数控车床数控化改造总体方案与思路。

1. 机床数控化改造的意义识记：数控化改造的特点。

2. 数控化改造的内容与改造方案识记：数控化改造的内容。

领会：机床数控化改造的技术准备，数控化改造的实施。

应用：数控化改造方案的设计。

3. 机械部分改造设计识记：其它部分改造。

领会：丝杠的选择。

应用：导轨的改造。

4. 数控系统的选型领会：数控系统选型。

5. 普通车床数控化改造实例应用：改造实例。

重点：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：数控化改造总体方案与思路。

Ⅳ 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。课程内容在教材中可以体现一定的深度或难度，大纲对考核的要求遵循适当的原则。

三、关于自学教材

《机床数控技术》（第 4 版），胡占齐、杨莉编著，机械工业出版社，2023 年 1 月第 4 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

本大纲的课程基本要求是依据专业考试计划和专业培养目标而确定的。课程基本要求还明确了课程的基本内容，以及对基本内容掌握的程度。基本要求中的知识点构成了课程内容的主体部分。因此，课程基本内容掌握程度、课程考核知识点是高等教育自学考试考核的主要内容。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（不包括实践教学学分）。

2. 自学方法指导

（1）在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

（2）阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。

（3）在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。

（4）完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识、培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次 （步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。

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能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

3. 辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与考试大纲脱节。

4. 辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“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，特别是自学能力的培养。要引导学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、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

第二章

零件加工程序的编制

第三章

数控机床加工运动控制原理

第四章

数控装置

第五章

位置检测装置

第六章

数控机床的伺服系统

第七章

机床的数控化改造

合计

六、对考核内容的说明

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、作用以及知识点自身的特点不同，自学考试将对各知识点分别按三个认知层次确定其考核要求。

2. 在考试之日起 6 个月前，由全国人民代表大会和国务院颁布或修订的法律、法规都将列入相应课程的考试范围。凡大纲、教材内容与现行法律、法规不符的，应以现行法律法规为准。命题时也会对我国经济建设和科技文化发展的重大方针政策的变化予以体现。

七、关于考试命题的若干规定

1. 本课程考试采用闭卷笔试方式考核，考试时间 150 分钟；采用百分制评分，60 分合格。

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%，应用占 50%。

5. 要合理安排试题的难易程度，试题的难度可分为：易、较易、较难和难四个等级。每份试卷中不同难度试题的分数比例一般为：2:3:3:2。

6. 课程考试命题的主要题型有单项选择题、判断对错题、简答题、分析计算题、综合题。

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。