数控技术应用本科专业.doc

数控技术应用本科专业数控机床电气控制自学考试大纲 一、课程性质与设置目的（一）课程性质、特点和设置目的数控机床电气控制是辽宁省高等教育自学考试数控技术（应用本科）专业考试计划规定的一门必考的主要专业基础课，是继电器接触器控制、伺服系统、可编程控制器控制、自动控制系统、数控系统等技术的综合应用，是数控机床安全操作、故障诊断与维修的重要基础。通过本课程的学习，使学生了解数控机床电气控制系统的基本结构、简单工作原理，掌握数控机床安全操作和维护，对数控机床电气控制方面的故障能进行简单的分析、诊断和维修。（二）本课程的基本要求1掌握数控机床电气控制系统的组成、各部分作用及分类，理解数控机床电气控制系统主要性能指标及要求，了解数控机床电气控制的发展方向。 2掌握电力拖动系统旋转运动的运动方程式，理解多轴电力拖动系统的折算。 3.掌握自动控制系统的基本构成和控制方式，理解自动控制系统的性能要求及技术指标，了解自动控制系统数学模型建立及时域分析方法。 4.能识别常用低压电器，熟悉数控机床低压电器的分类、结构和工作原理，掌握常用低压电器选用及使用调整方法。 5.掌握数控机床常用检测装置基本工作原理、选用方法及应用。6.熟悉继电器接触器控制的三相异步电动机的起动、制动及正反转的控制电路及工作原理，掌握自锁、互锁、联锁、长动、点动、多地控制、顺序控制、欠压保护、失压（零压）保护、短路保护、过载保护等控制功能及应用；对典型机床电气原理图能进行简单分析。7.了解可编程控制器分类、特点、应用范围及发展趋势；了解整体式和模块式可编程控制器的基本组成及各部分作用，熟悉可编程控制器各工作过程的工作原理及各种编程语言特点；掌握数控机床中可编程控制器的作用、分类、基本指令及应用。 8熟悉伺服系统结构、原理、分类及特点；理解步进电机结构和工作原理，掌握步进电机驱动装置及应用；了解进给伺服系统的性能和控制要求，理解交流伺服电机的变频调速控制方法，掌握进给交流伺服电机驱动装置及应用；了解主轴伺服系统的性能和控制要求，熟悉主轴系统的速度控制方法，掌握主轴交流伺服电机驱动装置及应用。9了解数控装置的作用和分类，掌握数控装置结构、信息处理及通信，熟悉典型数控系统的连接、参数设置与备份方法、常见故障分析和维护。（三）本课程与相关课程的关系先修课程为电工电子技术、机械制造技术基础等。二、课程内容与考核目标第1章 数控机床电气控制概况（一）学习目的与要求了解数控机床加工过程及特点；掌握数控机床电气控制系统的组成及各部分作用；理解数控机床电气控制系统主要性能指标及要求；熟悉数控机床电气控制的分类和发展方向。（二）课程内容1数控机床加工过程及特点2数控机床电气控制系统的组成及其工作过程3数控机床电气控制系统分类4数控机床电气控制系统主要性能指标及要求5数控机床电气控制系统的发展状况（三）考核知识点数控机床电气控制系统的组成及各部分的作用、分类、主要性能指标及要求。（四）考核要求1 识记数控机床电气控制系统的组成及各部分的作用。2 领会数控机床电气控制系统的分类、主要性能指标及要求。第2章 数控机床电气控制基础（一）学习目的与要求知道电动机拖动的机械系统运动特性、掌握自动控制基础，才能充分理解在自动控制系统的控制下数控机床的运动性能、数控机床电气控制系统，从而掌握数控机床的编程加工特点、维护保养要点和故障分析，充分地发挥数控机床的作用。通过本章学习，掌握电力拖动系统旋转运动的运动方程式，理解多轴电力拖动系统的折算；掌握自动控制系统的基本构成和控制方式，理解自动控制系统的性能要求及技术指标，了解自动控制系统数学模型、传递函数的建立以及时域分析。（二）课程内容1电力拖动系统的运动分析2自动控制基础（三）考核知识点1电力拖动系统的运动分析（1）单轴拖动系统的运动方程式（2）多轴拖动系统的折算2自动控制基础（1）自动控制系统的基本构成；控制方式开环控制和闭环控制（2）静态性能要求稳定性、准确性、调节性；静态技术指标静差度、稳态误差、调速范围（3）动态性能要求快速性、平稳性；动态技术指标上升时间、峰值时间、调整时间、超调量（4）控制系统的数学模型微分方程、传递函数、动态结构图（5）控制系统的典型输入信号；一阶系统时域分析数学模型、单位阶跃响应、性能指标；二阶系统时域分析数学模型、单位阶跃响应、性能指标及特点（四）考核要求1 识记自动控制系统的稳定性、准确性、调节性、快速性、平稳性及静差度、稳态误差、调速范围、上升时间、峰值时间、调整时间、超调量。2领会（1）单轴拖动系统的运动方程式及多轴拖动系统的折算（2）控制系统的开环控制与闭环控制（3）控制系统的微分方程、传递函数、动态结构图。3简单应用一阶系统和二阶系统的时域分析。第3章 数控机床常用低压电器及检测装置（一）学习目的与要求掌握常用低压电器的结构、工作原理、选用及使用调整方法有利于数控机床电气控制的故障分析，是数控机床维护和修理的重要基础。具有闭环或半闭环伺服系统的数控设备，其定位精度和加工精度在很大程度上取决于检测装置的精度。通过本章学习，熟悉数控机床常用低压电器及检测装置的结构和工作原理，掌握其选用及使用调整方法。（二）课程内容1低压电器分类、基本结构及原理2控制电器低压隔离开关、低压断路器、选择开关、按钮开关、接近开关、压力继电器、速度继电器、接触器、中间继电器、时间继电器3保护电器熔断器、热继电器、电流继电器、电压继电器4执行电器电磁阀、电磁离合器、电磁制动器5检测装置光栅、光电编码器（三）考核知识点1低压电器分类、基本结构及原理。2低压隔离开关、低压断路器、选择开关、按钮开关、接近开关、压力继电器、速度继电器、接触器、中间继电器、时间继电器、熔断器、热继电器、电流继电器、电压继电器的结构、特点、符号及应用。3 电磁阀、电磁离合器、电磁制动器的结构、特点及应用。4 光栅、光电编码器的结构、原理及应用。（四）考核要求1识记低压隔离开关、低压断路器、选择开关、按钮开关、接近开关、压力继电器、速度继电器、接触器、中间继电器、时间继电器、熔断器、热继电器、电流继电器、电压继电器的符号。2领会（1）低压电器分类、基本结构及原理（2）低压隔离开关、低压断路器、选择开关、按钮开关、接近开关、压力继电器、速度继电器、接触器、中间继电器、时间继电器、熔断器、热继电器、电流继电器、电压继电器、电磁阀、电磁离合器、电磁制动器、光栅、光电编码器的结构、原理、特点及应用。第4章 电气控制基本环节（一）学习目的与要求继电器接触器控制的三相异步电动机的起动、制动及正反转等电气控制基本环节是学习数控机床电气控制系统中机床强电控制系统的基础。通过本章学习，熟悉电气控制基本环节的控制电路及工作原理；掌握自锁、互锁、联锁、长动、点动、多地控制、顺序控制、欠压保护、失压（零压）保护、短路保护、过载保护等控制功能及应用；掌握电路施工图的绘制要求和绘制方法。（二）课程内容1三相异步电动机的起动及正反转控制2三相异步电动机的制动控制（三）考核知识点1三相异步电动机的起动及正反转控制（1）全压起动控制电路过载保护、短路保护、自锁、欠压保护、失压保护、长动、点动（2）正反转控制电路互锁、多地控制、顺序控制、联锁（3）降压起动控制电路定子串电阻降压、星形三角形降压、自藕变压器降压2三相异步电动机的制动控制（1）反接制动控制电路单向运行、可逆运行（2）能耗制动控制电路单向运行、可逆运行3电路施工图的绘制（1）电路施工图的基础知识（2）电路施工图绘制要求（3）电路施工图的绘制方法（四）考核要求1识记 三相异步电动机全压起动、降压起动、反接制动、能耗制动的特点。2领会自锁、互锁、联锁、长动、点动、多地控制、顺序控制、欠压保护、失压（零压）保护、短路保护、过载保护等控制功能。3简单应用继电器接触器控制的三相异步电动机的起动、制动及正反转等电气控制基本电路、电路施工图的绘制。第5章 典型机床电气控制（一）学习目的与要求了解典型机床的结构、运动形式和控制要求，掌握典型机床电气控制原理分析方法，为分析数控机床电气控制系统打下基础。通过本章学习，了解CA6140车床和X62W万能铣床的结构、运动形式和控制要求，掌握其电气控制原理分析方法。（二）课程内容1电气制图与识图方法2 CA6140车床电气控制3X62W万能铣床电气控制（三）考核知识点1CA6140车床电气控制（1）主轴电动机控制原理、正反转的实现（2）主轴电动机与冷却泵电动机的顺序控制（3）保护措施2X62W万能铣床电气控制（1）主轴电动机控制起动、制动、变速冲动、换刀（2）进给电动机控制6个方向进给的电气联锁、变速冲动、快速移动（3）主轴电动机与冷却泵电动机的顺序控制（4）保护措施（四）考核要求1综合应用CA6140车床电气控制，X62W万能铣床电气控制。第6章 可编程控制器及其应用（一）学习目的与要求数控机床电气控制系统中的机床强电控制系统，除了对机床辅助运动和辅助动作（包括电动系统、液压系统、气动系统、冷却箱及润滑油箱等）的控制外，还包括对保护开关、各种行程极限开关和操作盘上所有元件（包括各种按键、操作指示灯、波段开关）的检测和控制。在机床强电控制系统中，可编程控制器可替代机床上传统的强电控制系统中大部分机床电器，从而实现对润滑、冷却、气动、液压和主轴换刀等系统的逻辑控制。通过本章学习，了解可编程控制器分类、特点、应用范围及发展趋势，了解整体式和模块式可编程控制器的基本组成及各部分作用，熟悉可编程控制器各工作过程的工作原理及各种编程语言特点，掌握数控机床中可编程控制器的作用和分类，掌握FANUC-PMC的指令系统，熟悉SIMATIC S7-300PLC基本指令及应用。（二）课程内容1可编程控制器概况2可编程控制器的组成及工作原理3FANUC-PMC的指令系统4SIMATIC S7-300PLC及其指令系统5可编程控制器在数控机床上的应用实例（三）考核知识点1可编程控制器概况（1）可编程控制器的分类整体式和模块式，超小型、小型、中性、大型和超大型（2）可编程控制器的应用范围2可编程控制器的组成及工作原理（1）整体式和模块式可编程控制器的基本组成及各部分作用（2）可编程控制器的扫描工作过程（3）数控机床PLC的控制对象及分类3FANUC-PMC的指令系统（1）FANUC-PMC的梯形图表示符号及编程地址（2）FANUC-PMC的基本操作指令及应用（3）FANUC-PMC的功能指令及应用4SIMATIC S7-300PLC及其指令系统（1）SIMATIC S7-300PLC各模块内部结构及应用特点（2）SIMATIC S7-300PLC编程地址和编程方式（3）SIMATIC S7-300PLC基本指令及应用5 可编程控制器在数控机床上的应用实例（1）数控机床回参考点的PMC控制梯形图（2）润滑系统电气控制原理图及PMC控制梯形图（3）刀库自动旋转选刀控制梯形图（四）考核要求1识记可编程控制器的分类、应用范围2领会（1）整体式和模块式可编程控制器的基本组成及各部分作用（2）可编程控制器的扫描工作过程（3）数控机床PLC的控制对象及分类3简单应用（1）FANUC-PMC的梯形图表示符号及编程地址、基本操作指令及应用、功能指令及应用。（2）SIMATIC S7-300PLC各模块内部结构及应用特点、编程地址和编程方式、基本指令及应用。4综合应用数控机床回参考点的PMC控制梯形图、润滑系统电气控制原理图及PMC控制梯形图、刀库自动旋转选刀控制梯形图。第7章 数控机床驱动装置（一）学习目的与要求数控机床驱动装置简称伺服系统。在数控机床电气控制系统中，伺服系统接收数控装置的指令信号，驱动机床运动部件运动，数控机床的性能很大程度上取决于伺服系统的性能，研究与开发性能优良的伺服系统是现代数控机床的关键技术之一。通过本章学习，熟悉伺服系统结构和原理、分类及特点，了解进给伺服系统和主轴伺服系统的性能和控制要求；理解步进电机结构和工作原理，掌握步进电机驱动装置及应用；理解交流伺服电机的变频调速控制方法，掌握交流伺服电机驱动装置及应用；熟悉主轴系统的速度控制方法，掌握主轴交流伺服电机驱动装置及应用。（二）课程内容1数控机床驱动装置概况2步进电机驱动装置3 变频电动机驱动装置4 交流伺服电动机驱动装置5 数控机床主轴驱动装置（三）考核知识点1数控机床驱动装置概况（1）伺服系统结构和原理（2）数控机床伺服系统分类（3）对进给伺服系统的基本要求（4）对主轴伺服系统的要求拖动特性要求、控制要求2步进电机驱动装置（1）步进电机结构和工作原理（2）步进电机驱动装置组成（3）步进电机驱动器及其应用KT350及典型接线3变频电动机驱动装置（1）永磁式交流同步型伺服电机结构和工作原理（2）交流伺服电机的变频调速控制方法恒转矩调速、恒功率调速（3）通用变频器及其应用4交流伺服电动机驱动装置（1）6SC61系列进给伺服系统及其应用（2）KT220系列交流伺服电动驱动模块及其应用KT220功能、性能指标、接口及典型应用5数控机床主轴驱动装置（1）直流主轴速度控制主电路构成、原理、四象限运行（2）交流主轴速度控制6SC650系列原理图、结构组成（3）YASKAWA VS-626MT主轴驱动装置及其应用YASKAWA VS-626MT接口及作用、外部连线、速度控制（4）主轴分段无级变速及控制（5）主轴定向准停控制（四）考核要求1识记数控机床伺服系统分类2领会（1）伺服系统结构和原理（2）对进给伺服系统和主轴伺服系统的基本要求（3）步进电机结构和工作原理，步进电机驱动装置组成（4）永磁式交流同步型伺服电机结构和工作原理（5）交流伺服电机恒转矩调速、恒功率调速（6）直流主轴速度控制主电路构成、原理、四象限运行（7）主轴分段无级变速及控制，主轴定向准停控制3简单应用（1） 步进电机驱动器及其应用KT350及典型接线（2） 通用变频器及其应用（3） 6SC61系列进给伺服系统及其应用（4） 交流主轴速度控制6SC650系列原理图、结构组成4综合应用（1）KT220系列交流伺服电动驱动模块及其应用KT220功能、性能指标、接口及典型应用（2）YASKAWA VS-626MT主轴驱动装置及其应用YASKAWA VS-626MT接口及作用、外部连线、速度控制。第8章 数控装置结构与原理（一）学习目的与要求数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。通过本章学习，熟悉数控装置的结构、信息处理及通信。（二）课程内容1数控装置的硬件结构2数控装置的软件结构3数控装置的信息处理4数控装置的通信（三）考核知识点1数控装置的结构（1）硬件结构分类、单微处理结构组成及特点、多微处理结构组成及特点。（2）软件结构组成、特点。（3）软、硬件界面形式2数控装置的信息处理（1）零件程序输入（2）数据处理（3）插补计算脉冲增量插补法、数据采样插补法3数控装置的通信（1） 异步串行通信接口RS-232（2） 网络通信接口（四）考核要求1识记数控装置硬件结构分类2领会（1）单微处理结构组成及特点，多微处理结构组成及特点。（2）软件结构组成、特点。（3）软、硬件界面形式。（4）零件程序输入、数据处理、插补计算。（5）异步串行通信接口、网络通信接口。第9章 典型数控系统（一）学习目的与要求通过FANUC 0i数控系统的学习，熟悉典型数控系统的连接。（二）课程内容1FANUC 0i数控装置2FANUC 0i伺服模块3FANUC 0i主轴模块4FANUC 0i电源模块5FANUC 0i数控系统连接（三）考核知识点1FANUC 0i数控装置（1）FANUC 0i数控装置的结构和特点（2）FANUC 0i数控装置的组成及接口定义2FANUC 0i伺服模块（1）FANUC 0i伺服模块型号（2）FANUC 0i伺服模块接口定义3FANUC 0i主轴模块（1）FANUC 0i主轴模块型号（2）FANUC 0i主轴模块接口定义4FANUC 0i电源模块（1）FANUC 0i电源模块型号（2）FANUC 0i电源模块接口定义5FANUC 0i数控系统连接（1）控制单元主板与I/O LINK设备的连接（2）控制单元主板与串行主轴及伺服轴的连接（3）控制单元I/O板与显示单元的连接（4）控制单元I/O板内装I/O卡的连接（5）控制单元I/O板与MDI键盘、手摇脉冲发生器和RS-232C串行接口的连接（四）考核要求1简单应用（1）FANUC 0i数控装置的结构和特点、组成及接口定义。（2）FANUC 0i伺服模块型号及接口定义（3）FANUC 0i主轴模块型号及接口定义（4）FANUC 0i电源模块型号及接口定义2综合应用FANUC 0i数控系统连接第10章 数控机床维护与维修（一）学习目的与要求通过本章学习， 理解FANUC 0i数控系统参数设置与备份方法；熟悉数控系统各部分常见故障分析与维护、故障诊断与维修方法。（二）课程内容1数控系统的参数设置与备份方法2数控装置常见故障分析和维护3进给伺服系统常见故障诊断和维修4主轴伺服系统常见故障诊断和维修5PLC控制常见故障诊断和维修6其它故障分析与维修（三）考核知识点1数控系统的参数设置与备份方法（1）数控系统的参数类别及作用（2）FANUC 0i数控系统的参数显示、输入及修改2数控装置常见故障分析和维护（1）常见故障特点（2）维护处理方法3进给伺服系统常见故障诊断和维修（1）常见故障及故障报警形式（2）故障诊断和维修方法4主轴伺服系统常见故障诊断和维修（1） 常见故障（2） 分析处理方法 5PLC控制常见故障诊断和维修（1） 常见故障特点（2） 故障诊断方法6 其它故障分析与维修（1）CRT显示故障分析与维修 （2）返回基准点故障分析与维修 （3）刀架故障分析与维修 （4）其它故障分析与维修（四）考核要求1综合应用（1）数控系统的参数设置与备份方法（2）数控装置常见故障分析和维护（3）进给伺服系统常见故障诊断和维修（4）主轴伺服系统常见故障诊断和维修（5）PLC控制常见故障诊断和维修（6）其它故障分析与维修三、有关说明与实施要求（一）关于“考核要求” 中四个“能力层次”的说明识记：要求考生能够识别和记忆本大纲规定的有关知识点的主要内容（如定义、表达式、公式、原则、重要结论、特点等），并能根据考核的不同要求，做出正确的表述，选择和判断。领会：要求考生能够领悟和理解本大纲规定的有关知识点的内涵与外延，熟悉其内容要点和它们之间的区别与联系。并能够根据考题要求，作出正确的解释和表述。简单应用：要求考生能够运用本大纲规定的知识点分析和解决一般应用问题，如三相异步电动机起动、制动、正反转电气控制电路，可编程控制器的基本指令及应用等。综合应用：要求考生能够运用本大纲规定的知识点分析和解决较复杂的应用问题，如CA6140车床电气控制、数控机床回参考点的PMC控制梯形图、交流伺服电动机驱动模块典型应用等。（二）自学教材：廖兆荣主编，数控机床电气控制，高等教育出版社（三）自学方法指导1认真阅读与钻研大纲与教材。自学应考者应根据本大纲规定的考核目标，认真学习教材，全面系统地掌握教材所阐述的基本原理、基本概念和基本知识。本课程有较严密的逻辑体系，涉及内容较多，知识范围较广泛，各章分别阐明不同的问题，又有密切的内在联系。自学应考者应深人学习各章的内容，掌握基本原理，理解基本概念和基本知识的内涵。2系统学习和重点深入相结合。自学应考者应在全面系统学习教材的基础上，对重点章节进行深入的学习，掌握重要原理和概念，以便更好地把握本课程的全部内容。应注意的是，切忌在没有全面系统地学习教材的情况下，单纯孤立地去抓重点，背词句，甚至猜题押题，那样是不可能有好的学习效果的。 3. 重视理论联系实际，提高分析问题、解决问题的能力。 4. 保证必要的学习时间。自学者应根据本课程的特点和自身的实际情况，合理安排自学时间。（四）对社会助学的要求 1.社会助学者应明确本课程的性质与设置要求，根据本大纲规定的课程内容和考核目标，把握指定教材的基本内容，对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们掌握正确的学习方法，防止自学中的各种偏向，体现社会助学的正确导向。 2.要正确处理基本原理、基本概念和基本知识同应用能力的关系，努力引导自学应考者将基础理论知识转化为认识、分析和解决实际问题的能力。 3.要正确处理重点和一般的关系。本课程的理论性强，内容广泛；考试命题的题型多样、覆盖面广。社会助学者应根据这门课程和考试命题的特点，指导自学应考者全面系统地学习教材，掌握全部课程内容和考核目标。在全面辅导的基础上，突出重点章节和重点问题，把重点辅导和兼顾一般有机地结合起来。（五）建议分配学时章课程内容建议学时（小时）第1章数控机床电气控制概况2第2章数控机床电气控制基础4第3章数控机床常用低压电器及检测装置6第4章电气控制基本环节4第5章典型机床电气控制2第6章可编程控制器及其应用6 第7章 计数控机床驱动装置6第8章数控装置结构与原理2第9章典型数控系统2第10章数控机床维护与维修2总 计36（六）关于命题考试的若干规定1.本课程的命题考试，应根据本大纲规定的课程内容和考核目标，来确定考试范围和考核要求，不要任意扩大或缩小考试范围，提高或降低考核要求。考试命题要覆盖本大纲的第1章到第10章的内容，并适当突出重点章节，体现本课程的基本内容。 2.试卷对能力层次的要求应结构合理。对不同能力层次要求的分数比例，一般为：识记与领会40，简单应用35，综合应用25。3.要合理安排试卷的难度结构。试题的难度分为易、较易、较难、难四等。每份试卷中，四种难易度试题的分数比例一般以2：3：3：2为宜。试题的难易度与能力层次不同，在各个能力层次中，都可有难