数控原理与系统.docx
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数控原理与系统
国家骨干高等职业院校建设项目
标志性建设成果
数控技术专业
《数控原理与系统》课程标准
二〇一三年六月
本课程是数控技术专业的一门必修主干核心课程，不仅具有较强的理论性，同时具有较强的实践性。
课程以数控机床为研究对象，研究数字控制系统的工作原理、组成部分及其在数控机床上的应用。
通过本课程的学习应使学生掌握数字控制技术的基本原理和方法，学会数字控制的基本设计或选用一般机械装置的数控系统，并培养学生正确使用数控设备的能力。
本课程在高职数控专门人才的培养中具有重要的地位和作用。
在本课程讲授之前，学生应已修完以下课程：
《机械制图》、《机械设计》、《微机原理与应用》、《电器控制与可编程控制器》、等课程，并经过《初级车工实训》。
本课程以培养学生的数控技术的综合应用能力为总目标。
坚持以高职教育培养目标为依据，基于本课程在机电类专业知识、能力构筑中的位置及这门技术的特点，体现“以必需、够用为度”的原则，突出应用能力和综合素质的培养，充分注意“教、学、做”三结合。
学习过程符合学生的认识过程和接受能力，符合由浅入深、由易到难、循序渐进的认识规律。
把创新素质的培养贯穿于教学中。
采用行之有效的教学方法，注重发展学生思维、应用能力。
强调以学生发展为中心，帮助学生学会学习。
在学习中，注意与相关的专业技术“接口”。
理论教学中除了课堂教学外还可以在现场进行教学，这可增加学生对数控机床机构的感性认识。
实践教学以实验形式开展。
本课程依据国家职业技能标准《数控车工》及企业对数控加工人员岗位工作任务与职业能力要求设计课程内容，以典型零件的加工为载体，有机地融入理论知识与操作技能，教学内容设计成模块化项目，包括以下部分内容：
项目1数控系统认知
项目2数控加工程序输入及预处理
项目3数控插补原理算法
项目4主轴及进给伺服驱动系统
项目5可编程序机床控制器PMC
项目6典型数控系统
通过教学体现：
（1）通过对数控系统基本概念、微机数控系统的硬软件构成的学习，了解数控系统的主要工作过程，为后续学习建立感性认知。
（2）以加工程序具体流程为主线，学习加工程序的输入方法；数控加工程序的译码与诊断、软件实现；刀具补偿原理，刀具长度补偿、半径补偿；数控加工程序、进给速度预处理等知识。
（3）数控插补原理算法是数控系统的核心，通过对脉冲增量插补算法、数据采样插补算法、逐点比较法插补原理、数字积分法插补原理、数据采样插补原理的学习，让学生掌握数控加工编程指令是如何通过计算机系统转化为实际运动指令的过程。
（4）学习开环驱动系统、开环驱动系统的工作原理、步进电动机及其性能指标、脉冲驱动电源、脉冲分配与速度控制、传动间隙及传动误差、开环数控系统软件、开环数控系统软件的内容、开环数控系统软件的速度控制、步进电动机环行分配程序、步进电动机自动升降速程序、传动间隙及传动误差软件补偿程序等知识，使学生掌握开环伺服执行机构的基本原理。
（5）学习闭环伺服驱动系统、直流电动机伺服系统、交流电动机伺服系统、使学生熟悉闭环伺服执行机构的基本原理。
（6）通过对主轴驱动系统学习，掌握主轴驱动系统的工作原理、主轴分段无级调速及控制、主轴的进给功能与准停控制。
（7）通过对数控系统中PMC的应用实例的分析，掌握数控系统中PMC的信息交换、数控系统中PMC控制功能实现方式。
（8）熟悉典型数控系统。
学习程度用语主要使用“了解”、“掌握”、“理解”、“能”或“会”等用语来表述。
“了解”、“掌握”用于表述事实性知识的学习程度。
“理解”用于表述原理性知识的学习程度。
“能”或“会”用于表述技能的学习程度。
通过本课程的学习，学生应掌握以下基本知识：
（1）掌握了解数控机床的组成和工作过程；
（2）掌握数控装置的硬件结构和软件结构；
（3）掌握数控加工程序的输入方法；
（4）掌握数控加工程序的译码和诊断；
（5）掌握数控插补的原理与算法；
（6）掌握数控机床的环伺服驱动系统及相关电气执行元件的工作原理和选用；
（7）掌握数控机床的主轴驱动系统的工作原理与控制方法；
（8）掌握现有数控机床的可编程序机床控制器PMC；
（9）熟悉典型数控系统结构和特点
通过本课程的学习，学生应掌握以下职业能力：
（1）了解数控系统的构造；
（2）具备数控机床故障模块的发现能力；
（3）具备使用数控设备的能力；
（4）熟练掌握几种典型数控系统
（1）养成独立思考的习惯，能对所学内容进行较为全面的比较、概况和阐述；
（2）能在学习过程中积极与他人合作，相互帮助，共同完成学习任务；
（3）具有热爱科学、实事求是的学风和创新意识、创新精神；
（4）具有良好的人文素质和职业道德，能够与人和睦相处，团队意识强；
（5）乐于接触并了解国内外先进的数控技术及其产品。
一、课程信息
课程编号
30326
课程名称
数控原理与系统
课程类别
纯理论课（A类）
课程类型
专业技术平台课
课程学分
3.5
计划课时
56
课程性质
专业必修课
适用专业
数控技术
职业资格
开课部门
机械工程系
制订人员
杨春花
制订时间
2013.6
课程负责人
杨春花
批准人
杨润泽
二、教学内容及目标要求
序号
项目（情境）名称
主要教学内容
学习目标及要求
学时
1
数控系统认知
数控系统基本概念、组成；数控加工程序的基本概念；安全生产的具体内容；数控系统的主要工作过程、分类、发展；微机数控系统的硬、软件构成；
数控系统的功能、发展趋势；
1．了解数控系统的主要工作过程、分类、发展；
2．理解微机数控系统的硬、软件构成；
3．具备识别数控机床与普通机床的能；
4．会分析数控机床控制对象；
5．会画数控机床基本组成框图。
4
2
数控加工程序输入及预处理
数控加工程序输入及预处理
加工程序的输入方法
数控加工程序的译码与诊断、软件实现；
刀具补偿原理，刀具长度补偿、半径补尝
数控加进给速度预处理
1．理解数控加工程序输入及预处理；
2．掌握加工程序的输入方法；
3．理解数控加工程序的译码与诊断、软件实现；
4．理解刀具补偿原理，刀具长度补偿、半径补尝；
5．数控加进给速度预处理；
6．掌握各种输入方法，能对程序进行人工译码，并能进行后续处理。
5
3
数控插补原理算法
数控插补原理算法；插补原理概述；逐点比较法插补原理；算法具体实现；插补实例；数字积分法插补原理；算法具体实现；插
补实例；数据采样插补原理；算法具体实现插补实例
1．掌握逐点比较法插补原理；
2．掌握数字积分法插补原理；
3．理解数据采样插补原理；
4．能根据给定坐标和要求，用各种算法描绘插补轨迹；
18
4
主轴及进给伺服驱动系统
开环驱动系统，开环驱动系统的工作原理，步进电动机及其性能指标，脉冲驱动电源，脉冲分配与速度控制，传动间隙及传动误差；开环数控系统软件，开环数控系统软件的内容，开环数控系统软件的速度控制，步进电动机环行分配程序，步进电动机自动升降速程序，传动间隙及传动误差软件补偿程序；
闭环伺服驱动系统，直流电动机伺服系统；交流电动机伺服系统；主轴驱动系统，主轴驱动系统概述，主轴驱动系统的工作原理；主轴分段无级调速及控制，主轴的进给功能与准停控制。
1．理解开环进给驱动系统工作原理；
2．理解闭环进给驱动系统工作原理；
3．理解主轴伺服驱动系统工作原理；
4．能够进行伺服驱动系统的配置与连接；
5．掌握伺服电机的工作原理、工作特性及参数设定方法；
6．知道影响闭环伺服系统性能指标的参数；
7．能够进行主轴驱动系统的配置与连接；
20
5
可编程序机床控制器PMC
数控系统中PMC的信息交换；数控系统中PMC控制功能实现；数控系统中PMC的应用实例。
1．了解数控系统中PMC的信息交换；
2．理解数控系统中PMC控制功能实现；
3．理解数控系统中PMC的应用实例；
4．能够读懂主轴、润滑、换刀等辅助功能的PMC梯形图；
7
6
典型数控系统
FANFUC数控系统、
SIEMENS数控系统
华中数控系统、开放式数控系统
1．了解FANFUC数控系统；
2．了解SIEMENS数控系统；
3．了解华中数控系统、开放式数控系统；
2
总学时
56
三、教学建议
1.《数控原理与系统》是一门主要的专业课程，安排在第三学期实施教学。
本课程将前面三年所学知识进行了概括、总结和提升，在整个人才培养计划中起到了非常重要的作用。
2．《数控原理与系统》课程的教学重点是机床数控系统内部信息流的处理过程及数控功能的具体实现方法。
3．《数控原理与系统》课程的教学难点是刀具补偿计算、轮廓插补原理和位置控制策略的实现，以及整个系统观的理念建立。
4．《数控原理与系统》课程的教学方法比较适宜采用“粗→细→综合”的思路逐步深入展开，注重培养学生定性分析和综合知识的能力。
5．要求在学习本课程之前先修《机械基础》、《机械制造技术》、《数控编程与CAM》、《自动控制原理》、《电机与拖动》、《运动控制系统》、《机床电器与PLC》、《微机原理及应用》、《单片机应用》和《检测技术》等课程。
6．要注意本课程实验内容与课程设计内容之间的联系与区别，特别是侧重点不完全相同的问题。
能容纳50-60人的多媒体教室一间。
数控维修实验室一间。
最低师资配置要求如下（3人）：
1．具备讲师以上职称的专职理论教师一名；
2．具备技师以上职称的数控车专职一线实习指导教师二名；
附件1：
主讲教师情况表
姓名
职务职称
技能职称
杨天云
副教授
杨春花
讲师
技师
谢小四
讲师
技师
汤田
张强
刘春美
1．本课程采用以项目为主的模块结构，将理论与实践的内容进行整合。
教师在教学中应积极改革教学方法，采用行动导向教学模式，积极探索和综合使用各种适合情景教学的方法。
2．教师应按照项目的学习目标编制项目任务书。
项目任务书应明确教师讲授（或演示）的内容；明确学习者预习的要求；提出该项目整体安排以及各模块训练的时间、内容等。
如以小组形式进行学习，对分组安排及小组讨论（或操作）的要求，也应作出明确规定。
3．教师应以学习者为主体设计教学结构，营造民主、和谐的教学氛围，激发学习者参与教学活动，注重教学的有效性，注重智慧技能的培养，提高学习者学习积极性，增强学习者学习信心与成就感。
4．教师应指导学习者完整地完成项目，并将有关知识、技能与职业道德和情感态度有机融合。
选用教材：
1．《数控原理与系统》第2版主编：
郑晓峰机械工业出版社，2013.4
参考教材：
《数控原理与典型系统》
《数控原理与系统》
《机床数控原理与系统》
1．教案：
《数控原理教学教案》
2．教学课件：
PPT格式；
3．视频教学资料：
教师演示教学视频；
4．网络教学课程：
学校网站《数控原理与系统》等相关数控类课程；
评价标准：
学生能建立数控机床控制原理的基本框架，能识读一套完整的数控机床控制系统原理图，能运用电脑、网络等工具查找技术信息，解决数控应用问题，能与他人合作学习，共享成果。
具体专业能力评价指标有：
1、注重对学生的创新思维和实践分析问题、解决问题能力的考核。
2、为全面考核学生的知识与技能掌握情况，本课程主要以过程考试为主。
课程考核涵盖项目任务全过程，主要包括以下几个方面：
（1）学生能描述数控机床的基本原理及组成；
（2）学生能说出CNC系统的硬件组成和软件任务；
（3）学生能进行机床参考点的设置与调整方法，读懂数控系统的信号反馈电缆图；
（4）学生能说出伺服电动机与普通电动机的区别，伺服电动机的工作原理，读懂伺服电动机的接口说明书；
（5）学生能说出调速装置的工作原理，识读驱动装置的框图；
（6）学生能说出位置控制的原理，识读FANUC或SIEMENS的位置控制芯片和位置控制模板图；
（7）学生能说出轮廓加工误差的来自控制系统方面的原因，读懂伺服设定和监控页面；
（8）学生能说出对主轴的控制要求，识读变频器接线图；
（9）学生能说出辅助功能的种类，PLC的工作原理，识读梯形图；
（10）学生能识读一套完整的数控机床控制系统原理图
考核方式：
1、终结性考核：
占总成绩的80%。
以下考核完成后，按比例折算成百分制成绩，再按所占成绩比重60%进行折算。
考核的方法：
分为理论和实作考核两部分，其中
理论考试：
从试题库中任意抽取两套，按A、B卷进行考核，占80%；
2、过程性考核：
占总成绩的20%。
考核的依据：
上课过程中的具体表现，出勤情况；课堂上回答问题及提问的情况。
考核的方法：
倡导评价的多主体性，学生要参与学习过程的评价，可以
综合采用学生的自我评价、小组评价和教师评价等手段。
3、成绩评定：
标准应为正态分布，其中：
优：
85分以上，约占总人数的20%
良：
75～85分，约占总人数的25%
中：
65～75分，约占总人数的25%
及格：
60～65分，约占总人数的20%
不及格：
60分以下，约占总人数的10%
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