《数控编程》课程教学大纲
（2008年制订）
课程编号：160026
英 文 名：Numerical Control Program
课程类别：专业任意选修课
前 置 课：工程制图、机械设计、机械制造基础
后 置 课：
学 分：2学分
课 时： 34
主讲教师： 杨进
选定教材：易红.《数控技术》.北京：机械工业出版社，2005年
课程概述：
《数控编程》是工业工程专业的一门任意选修课程。随着数控机床在机械制造行业中的推广和普及，数控技术越来越显示出其重要性。为了适应科学技术的高速发展，作为工业工程学生来说，应该掌握数控技术在机械制造行业应用中的一些基本知识和技能，以便将来走上工作岗位能适应现代机械学科技术发展的需要。课程理论教学内容主要包括：数控编程的基础及方法、计算机数控装置的硬软件、数控装置的轨迹控制原理、数控机床的伺服系统工作原理，数控技术的基本概念、数控机床的检测装置、数控机床的机械结构、数控机床的故障诊断、数控自动编程以及数控技术的发展等内容。实验内容包括数控编程等。
教学目的：
通过本课程的学习，培养学生在数控编程、数控原理、数控系统、数控伺服驱动、数控机床机械结构以及数控新技术的发展等方面的专业知识。通过本课程的课堂讲授、实验等各个教学环节的训练，使得学生在理论与实践相结合的基础上，掌握数控加工工艺过程、数控原理的基本理论知识；具备编制数控加工程序及进行CAM加工的基本能力；了解数控检测元件的基本检测原理与安装使用方法；了解CNC与FMS制造系统的基本概念和应用，为今后参加实际工作打下坚实的基础。
教学方法：
《数控编程》理论教学采用多媒体课件进行，用多媒体手段把相关的优秀教材中的文字内容，相关的声像和图片资料收录在内，使学生在课堂上能看到内容丰富、图表俱全的专业知识。多媒体教室还配备网络设置，可以随时链接有关数控技术网站，获取广泛的信息。因为数控是工程性很强的技术，要能解决实际问题，只是看书、听课收效不会太大，必须要经过大量的实践。保证有足够的课时用于数控车床和数控铣床上操作，让学生学会编程方法。
各章教学要求及教学要点
第一章 绪论
课时分配：2
教学要求：
通过本章的学习，使学生了解数控机床的定义、特点和分类，明白现代制造系统的发展与数控技术的关系。
教学内容：
第一节 概述
第二节 数控机床的特点和分类
一、数控机床的特点
二、数控机床的分类
第三节 数控技术的应用与发展
一、现代制造技术的发展趋势
二、数控机床和数控系统的发展
三、数控技术与计算机集成制造系统
思考题：
1、 数控机床由哪些部分组成？各有什么作用？
2、 什么叫做点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？有何特点及应用？
3、 简述开环、闭环、半闭环伺服系统的区别。
4、 数控机床适合加工什么样的零件？
5、 现代制造系统的发展与数控技术的关系如何？
6、什么是FMS？由哪几部分组成？
7、什么是CIMS系统？
第二章 数控机床加工程序的编制
课时分配：8
教学要求：
通过本章的学习，使学生了解数控编程的内容、步骤和方法，数控编程中的数值计算方法，数控手工编程的工艺处理，自动编程方法的两种模式等。
教学内容：
第一节 数控编程基础
一、数控编程的概念
二、数控编程的内容和步骤
三、数控编程的方法
四、程序的结构与格式
五、数控机床坐标轴和运动方向
第二节 数控编程中的数值计算
一、基点坐标的计算
二、非圆曲线节点坐标的计算
第三节 数控加工手工编程
一、数控手工编程的工艺处理
二、常用基本指令
三、程序编制举例
第四节 数控加工自动编程简介
一、自动编程方法的两种模式
二、自动编程系统的信息处理过程
三、典型CAD/CAM软件介绍
思考题：
1、什么是数控编程？数控编程分为哪几类？
2、手工编程的步骤是什么？
3、数控机床的坐标轴与运动方向是怎样规定的？
4、什么是程序段？什么是程序段格式？数控系统现常用的程序段格式是什么？为什么？
5、什么是数控加工的走刀路线？确定走刀路线时通常考虑哪些问题？
6、G代码表示什么功能？M代码表示什么功能？
7、刀具补偿有哪几种？为什么要用刀具半径补偿？指令是什么？
第三章 插补计算原理、刀具半径补偿与速度控制
课时分配：6
教学要求：
通过本章的学习，使学生了解数字积分插补算法和数据采样插补算法，圆弧数字积分插补算法，圆弧数据采样插补算法，C刀补的原理，进给速度计算和加减速控制等。
教学内容：
第一节 概述
第二节 逐点比较法
第三节 数字积分法
第四节 比较积分法
第五节 数据采样插补
第六节 刀具半径补偿
第七节 进给速度与加减速控制
思考题：
1、数字积分插补算法是什么？
2、数据采样插补算法是什么?
3、圆弧数字积分插补算法是什么?
4、圆弧数据采样插补算法是什么?
第四章 计算机数控系统（CNC系统）
课时分配：6
教学要求：
通过本章的学习，使学生了解CNC系统的硬件构成特点，CNC系统控制软件的结构特点，CNC装置的输入输出和通信要求，开放式数控系统所具有的主要特点等。
教学内容：
第一节 概述
第二节 CNC系统的硬件结构
一、CNC系统的硬件构成特点
二、单CPU结构CNC系统
三、多CPU结构CNC系统
第三节 CNC系统的软件结构
一、CNC装置软硬件的界面
二、CNC系统控制软件的结构特点
三、常规CNC系统的软件结构
第四节 CNC系统的输入输出与通信功能
一、CNC装置的输入输出和通信要求
二、CNC系统常用外设及接口
第五节 开放式数控系统的结构及其特点
一、标准的软件化、开放式控制器是真正的下一代控制器
二、开放式数控系统所具有的主要特点
思考题：
1、CNC控制系统的主要特点是什么？它的主要控制任务是哪些？
2、CNC装置的主要功能有哪些？
3、单微处理机结构和多微处理机结构各有何特点？
4、常规的CNC软件结构有哪几种结构模式？
5、全编码键盘和非编码键盘各有何特点？
6、数控机床常用的输入方法有几种？各有何特点？
7、试述采用串行和并行方式进行外部设备与数控机床间的数据通信时的工作原理与特点。
8、开放式结构数控系统的主要特点是什么？
第五章 数控机床用可编程控制器
课时分配：3
教学要求：
通过本章的学习，使学生了解PLC的工作过程，数控机床PLC程序的设计和调试，数控机床的控制对象及接口信号等。
教学内容：
第一节 概述
第二节 数控机床用PLC
一、数控机床用PLC
二、PLC的工作过程
第三节 典型PLC的指令系统
一、基本指令
二、功能指令
三、数控机床PLC程序的设计和调试
第四节 数控机床PLC的程序设计及调试
一、数控机床的控制对象及接口信号
二、梯形图工作原理
思考题：
1、可编程控制器PLC与传统的继电器逻辑控制器RLC相比有什么区别？它的主要功能有哪些？
2、可编程控制器的硬件系统主要由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
3、通常情况下PLC的规模是怎样划分的？
4、试简述PLC的程序执行过程？程序的扫描周期与哪些因素有关？
5、以内装数控机床PLC为例，简述其程序设计和调试的一般步骤。
第六章 数控机床的伺服驱动系统
课时分配：6
教学要求：
通过本章的学习，使学生了解数控机床伺服系统的概念及组成，步进电动机伺服系统，直流伺服电机的结构和工作原理，交流伺服电机调速的原理和方法等。
教学内容：
第一节 概述
一、数控机床伺服系统的概念及组成
二、伺服系统应具有的基本性能
三、位置控制系统和速度控制系统的主要技术指标
四、伺服系统的分类
第二节 步进电动机伺服系统
一、步进电动机的分类、结构和工作原理
二、步进电动机的主要特性
三、步进电动机的控制方法
四、步进电动机伺服系统的功率驱动
五、步进电动机的细分驱动技术
六、提高步进伺服系统精度的措施
第三节 数控机床的位置检测装置
一、旋转变压器
二、感应同步器
三、脉冲编码器
四、绝对式编码器
五、光栅
六、磁栅
第四节 直流电动机伺服系统
一、直流伺服电机的结构和工作原理
二、直流伺服电机的调速原理和常用的调速方法
三、晶体管脉宽调制器式速度控制单元
四、直流调速系统的动态响应过程
五、直流伺服系统的位置控制
第五节 交流电动机伺服系统
一、交流伺服电机调速的原理和方法
二、交流伺服电动机调速主电路
三、交流伺服系统的控制回路
思考题：
1、什么是数控伺服系统？主要有哪些性能指标？什么是开环和闭环伺服系统？各自有哪些特点？闭环和半闭环伺服系统的区别是什么？各自有何特点？
2、 数控机床典型的双闭环伺服系统的基本结构是什么？位置控制系统和速度控制系统的主要技术指标是什么？
3、步进电动机的工作原理是什么？如何将其分类？步进电动机的主要性能指标是什么？
4、步进电动机的基本控制方法是什么？环行分配器有哪些基本形式？各自有何特点？
5、步进电动机伺服系统的功率驱动部分有哪些基本形式？各自有何特点？
6、步进电动机的连续工作频率与它的负载转矩有何关系？为什么？如果负载转矩大于启动转矩，步进电动机还会转动吗？为什么？
7、直流伺服电动机的工作原理是什么？其调速方法有哪几种？各有何特点？数控直流伺服系统主要采用哪种调速方法？
8、数控机床常用检测装置有哪些？数控机床常见位移检测有哪些？各自有何特点？数控机床常见速度检测有哪些？各自有何特点？直线型检测装置有哪几种？各自有何特点？
9、交流伺服电动机的调速原理是什么？实际应用中是如何实现的？
第七章 数控机床的机械结构
课时分配：3
教学要求：
通过本章的学习，使学生了解数控机床主传动的变速方式，进给传动机构和齿轮传动间隙的消除措施，带刀库的自动换刀系统，刀具交换装置等。
教学内容：
第一节 概述
第二节 数控机床的主传动系统
一、对主传动系统的要求
二、主传动的变速方式
三、主轴箱与主轴组件
数控机床的进给传动系统
一、数控机床对进给传动系统的要求
二、进给传动机构
三、齿轮传动间隙的消除措施
第四节 数控机床的自动换刀系统
一、自动换刀装置的形式
二、带刀库的自动换刀系统
三、刀具交换装置
四、机械手
第五节 数控机床的辅助装置
思考题：
1、数控机床对主传动系统有哪些要求？
2、主传动变速有几种方式？各有何特点？各应用于何种场合？
3、对主轴箱有何要求？
4、主轴箱有几种结构型式？各应用于何种场合？
5、主轴轴承的配置型式有几种？各有何优缺点？
6、数控机床对进给传动系统有哪些要求？
7、滚珠丝杠螺母副的特点是什么？
8、滚珠丝杠螺母副的滚珠有哪两类循环方式？常用的结构型式是什么？
9、螺旋升降式四方刀架有何特点？简述其换刀过程？
10、转塔头式换刀装置有何特点？简述其换刀过程？
11、常用的刀具交换装置有哪几种？各有何特点？
12、常见的机械手有几种型式？各有何特点？
附录：参考书目
1、杨继昌，李金伴. 数控技术基础.北京：化学工业出版社，2005.
2、赵玉刚．数控技术.北京：机械工业出版社，2004.
3、王永章等. 数控技术.北京：高等教育出版社，2004.
4、徐衡等．数控机床故障维修．北京：化学工业出版社，2005．
5、龚仲华．数控机床维修技术与典型实例 FANUC6/0系统．北京：人民邮电出版社，2005．
6、李家杰．数控机床编程与操作实用教程．南京：东南大学出版社，2005．
7、徐宏海．实用数控技术丛书--数控加工工艺(第二版)．北京：化学工业出版社，2008．
8、李体仁，孙建功．数控手工编程技术及实例详解．北京：化学工业出版社，2007．
执 笔 人： 杨进 2008年11月
审 定 人：孟秀丽 2008年11月
院（系部）负责人：王海燕 2008年11月
