課程名稱：數控技術應用綜合作業

　　課程代碼：4229（實踐）

　　綜合作業是高等教育自學考試《數控技術應用》專業考生在學完本專業全部課程后，更后進行的一個實踐性教學環節，用以達到畢業設計的要求。與畢業設計有所不同的是，綜合作業在選題上應盡量考慮考生在理論課學習中所學到的基礎課、技術基礎課和專業課的知識，通過各門課程知識的綜合運用，提高考生理論聯系實際、解決生產實際問題的能力。另外，考生也可根據自身特長與工作經歷，有針對性的選擇那些與自己工作更為緊密的課題，不必強求在內容上的千篇一律。

　　一、綜合作業的設置目的

　　（一）綜合作業是培養考生理論聯系實際、綜合運用所學知識解決生產實際問題能力的重要步驟，由于是對以往所學知識進行的一次全面的綜合訓練，因此，在知識層面上應達到畢業設計的基本要求。

　　（二）數控編程、數控系統、數控維修是本專業考生學習的核心內容，考生通過綜合作業這一實踐性教學環節，應能在上述三個方面都有所提高，或在某一至兩個方面有明顯進步。

　　（三）另外，通過綜合作業的訓練，也應使考生在計算機應用能力、設計計算能力、文字表達和撰寫一般論文的能力方面有所提高。

　　二、綜合作業的內容與要求

　　數控技術是一種用數字化信號對控制對象進行自動控制的技術，而數控機床與數控加工又是數控技術應用更為核心的領域，進一步擴展還應包括工業機器人等。數控技術的發展至今已有50多年的歷史，但無論如何，微電子技術和精密機械技術及其有機結合，都成為數控技術發展中更為核心的內容。

　　從數控技術自身的角度講，數控技術主要涵蓋的基本技術大致包括：精密機械技術、電子元件技術、自動控制理論和伺服驅動技術、精密檢測和傳感技術、可編程控制技術等。隨著計算機網絡和通信技術的廣泛應用，網絡和通信技術、開放技術也迅速溶入到數控技術之中。從數控設備的應用與維護方面講，軟件技術與自動編程、數控標準、CAD/CAM技術都會對數控技術的發展產生深刻的影響。

　　綜合上述，就可以給《數控技術應用》專業考生的綜合作業規定一個大致的框架，但必須進一步說明的是，由于數控系統的復雜性，對于目前本專業大專層次的考生，指導教師在進行綜合作業指導時，也不應提出過高的要求。一般以能夠掌握數控系統工作的基本原理，能夠在數控機床的應用，機電一體化設備的一般改造，數控設備的維護與維修，數控加工與編程方面達到基本要求即可，對于學習成績比較突出的考生，可以適當增大綜合作業的難度。

　　為此，將綜合作業的內容分為3個層面，并給出較為具體的實施要求，參加綜合作業的考生和指導教師均可以以此為參照，保證每位考生的綜合作業達到規定的工作量和質量標準。

　　（一）數控加工程序的編制

　　1、零件工藝分析及確定工藝路線

　　具體應包括：零件圖樣及數控加工的工藝性分析；零件毛坯的制定；加工方法的選擇與加工方案的制定；工序與工步的劃分；確定零件加工的工藝路線。

　　2、選擇數控機床設備

　　具體應包括：根據零件的材質和類型、尺寸大小、生產批量和復雜程度、加工表面類型和加工精度、熱處理要求等多種因素，選擇適合加工工藝要求的數控機床并確定數控機床的技術規格和機床型號。

　　3、確定裝夾方法及對刀點

　　具體應包括：熟悉零件加工時定位安裝的基本原則及選擇夾具的基本原則，依據零件加工的不同工序，合理選擇夾具，繪制各工序加工的工序圖，標明定位與夾緊的位置。必要時，可通過工件安裝和零點設定卡片提供零件安裝時，工件、夾具和機床之間的相互連接的布局圖。標明工件零點及對刀點的位置等。

　　4、選擇刀具及切削用量的確定

　　此項工作是數控編程的重要內容，具體應包括：車刀、銑刀或孔加工刀具的選擇，這其中還應包括刀具的類型、刀具或刀片的材質、刀片的形狀及刀片刀尖半徑的選擇、鏜銑類刀具安裝時刀柄的選擇等等。

　　切削用量的確定不僅與零件的材質與刀具的材質有關，還與零件加工的批量、工序安排中的粗精加工等多種因素有關，應掌握以查表法為主并結合經驗的方法來確定零件加工每一工步的切削用量。根據編程的要求對切削用量數據進行必要的計算或換算。

　　5、各工序或工步的進給路線與數值計算

　　繪制出零件加工每一工序或工步加工的進給路線，它可以清楚地表達出數控加工時刀具刀位點相對于工件的運動軌跡，判斷刀具運動軌跡安排的合理性，同時也為數值計算和編寫程序做好準備。

　　數值計算盡管僅限定在幾何、三角等簡單的幾何圖形關系上，但對提高考生的數學計算能力及對于簡單零件的手工編程而言仍是十分重要的訓練環節。

　　6、編制零件加工程序

　　此項工作要求考生熟悉所用數控機床數控系統指令代碼的格式要求，常用編程指令的代碼含義，熟練運用特定數控系統的編程指令編寫出符合加工要求的數控加工程序。

　　以上課題是針對數控編程中的手工編程而言，考生也可利用目前廣泛流行的自動編程軟件完成以上課題，此時上述步驟的第5、6步是由計算機來完成的。因此在綜合作業的書寫上，應對編程所使用的軟件進行必要的介紹，自動編程中加工類型的選擇，每一加工工步中加工參數的設置；刀具路徑模擬及刀具切削驗證的結果在綜合作業中要給予體現。由于自動編程產生的程序一般都比較長，因此在綜合作業中只需表達出數控程序中各程序的開頭和結尾部分重要的段落，而不能以很長的程序充數來減少綜合訓練的其他環節。另外，自動編程一般針對數控鏜銑加工中的比較復雜的零件，因此，指導教師在選題上應與手工編程有較大的不同。

　　（二）機床的經濟型數控技術改造

　　機床的數控化改造一般是指對現有普通機床或已落后的數控機床，經過一定的機床改裝過程并配上經濟型數控裝置或標準型數控系統，使改造后的數控機床大大提升其數控加工能力，這種綜合作業題目不僅可加深考生對數控系統機電知識的綜合運用的實際能力，也具有十分重要的現實意義。機床的經濟型數控技術改造可參考以下步驟進行：

　　1、數控改裝總體方案的制定

　　首先要熟悉數控改裝的目的要求和典型零件的加工工藝，搜集現場資料和與數控改造相關的其他技術資料，進行市場調研制定出數控改裝的總體方案。

　　2、數控系統的選擇

　　目前市場上有各種經濟型和標準型數控系統供應，總的來說，經濟型數控系統具有結構簡單、操作方便、技術容易掌握及制造成本低等優點，在中小型機床數控化改裝中應用較多；標準型數控系統具有更為完善的性能，與機械、強電結合更為方便，可靠性較高，一般用于大型、中型機床的數控化改造。在選擇時，還應考慮機床的控制軸數與聯動控制軸數，控制方式、脈沖當量等。

　　3、伺服驅動元件的選擇

　　目前在機床數控化改裝中常用的驅動元件有步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機。這些驅動元件配以適當的功放裝置，即組成伺服驅動系統。

　　4、機械部分的改裝設計，畫出改裝部分的機械設計圖

　　這部分的設計工作主要包括主運動變速和進給變速兩個部分。主運動變速一般保留原有的主傳動系統和變速操縱機構，但可能需要選擇和安裝主軸脈沖發生器；進給變速是機械部分改裝設計的主要部分，必須重新進行設計，它包括元件的選擇及所有相關的設計計算，并要繪制出改裝部分的機械設計圖。

　　（三）XY工作臺單片機控制系統設計

　　設計用單片機作為控制器來控制XY工作臺，就可以將一臺臺式鉆床改裝成簡易微機數控鉆床，用于批量加工印刷電路板上的許多孔可以大大提高孔加工的重復定位精度，提高生產率。此類課題也可以使考生在機電結合應用方面獲得比較全面的訓練。

　　1、提出綜合作業的題目與要求

　　這部分內容應由指導教師提出，如臺式鉆床的規格及工作臺連接尺寸、主軸轉速范圍和轉速級數。加工印刷電路板的更大尺寸及加工更大孔徑，孔的定位精度和控制方面的要求，典型加工圖樣等。

　　2、總體方案的確定

　　即根據綜合作業的題目要求及被加工零件提出設計方案。

　　3、系統的設計框圖

　　將設計方案以系統設計框圖的形式表達出來。

　　4、XY工作臺設計計算并畫出設計裝配圖

　　包括傳動方式的確定；XY工作臺的設計計算；滾珠絲杠傳動的設計計算；滾動導軌的設計計算；步進電動機的選用；系統的精度分析等。更后要繪制出XY工作臺結構裝配圖

　　5、Z軸方向上步進電動機的選用

　　鉆床在進行鉆孔加工時，要求主軸在Z軸方向上作進給運動，用步進電動機的旋轉代替手柄轉動使主軸沿Z軸方向移動。

　　6、驅動電路圖

　　包括三相六拍環形分配器的選用；光電隔離電路的設計；功放電路的設計等，更后要畫出驅動電路圖。

　　7、加工工件的程序設計

　　包括加工過程中的速度控制；程序設計；數據輸入及地址分配等。以框圖形式表達加工程序，用語言編程實現該過程。

　　以上從3個層面上提供綜合作業的選題內容及要求，除此而外，指導教師也可以結合數控機床的安裝調試或數控機床的維修展開來提出綜合作業的題目與要求。但此類題目的實踐性較強，在實施中必須與實際的現場環境緊密結合起來才能取得較好的效果。

　　三、綜合作業的工作量

　　以XY工作臺單片機控制系統設計為例，其工作量可參考以下要求：

　　（一）圖紙部分

　　1、XY工作臺的結構裝配圖（A0或A1圖紙一張）。

　　2、單片微機應用系統電路原理圖一張（A1圖紙一張）。

　　（二）說明書部分

　　說明書是綜合作業整個設計計算過程的敘述說明，應包括以下內容：

　　1、加工程序的編制及說明。

　　2、控制系統總體方案的分析及控制框圖。

　　3、機械部分設計計算、結構設計說明。

　　4、硬件電路部分設計說明。

　　說明書應不少于8000字。其他類型綜合作業同樣包括圖紙部分和說明書部分，可根據設計內容有所增減。另外，由于目前的繪圖工作主要是采用計算機繪圖實現，只要圖紙表達清楚，不一定強調圖紙幅面的大小。說明書也應采用A4紙Word文檔形式，打印后裝訂成冊，說明書的頁數可控制在25～30頁之間。

　　四、綜合作業的考核方法、考核內容及成績評定

　　（一）考核內容

　　考生接到綜合作業題目以后，首先應對所設計的內容和要求有一個全面系統的了解，搜集與設計要求相關的技術資料。然后依照設計要求按步驟進行，在設計過程中，務求對技術資料內容的深入理解，避免生搬硬抄，更不應抄襲其他考生的作業內容。

　　（二）考核方法

　　考生在完成作業的每一項之后，必須由指導教師審核并簽字蓋章。

　　（三）考核評定

　　考生完成全部作業后，統一由主考院校組織考核小組，對考生完成綜合作業的情況，以及對所考核內容的掌握情況評定成績。

　　（四）綜合作業的評分標準

　　綜合作業成績分優秀、良好、中等、及格和不及格五級分制。以XY工作臺單片機控制系統設計為例，各級評分標準如下：

　　優秀

　　綜合作業內容完整。按期完成任務。加工程序編制正確，進給伺服系統設計方案可行，論證充分，選用數據正確合理，計算準確，圖面整潔，質量高，控制系統硬件線路設計合理。設計計算說明書整齊通順、有條理。考核時對各部分考核點理解深刻，能正確全面的回答問題。

　　良好

　　綜合作業內容完整，按期完成任務。加工程序編制正確，進給伺服系統設計方案可行，論證較好，選用數據較合理、計算較準確，圖面整潔、質量較高，硬件電路設計合理。說明書較通順、整齊。考核時對各部分考核點理解較好，回答問題比較正確全面。

　　中等

　　綜合作業內容完整，按期完成任務。加工程序編制基本正確，進給伺服系統設計方案基本正確，論證一般。選用數據基本正確，圖面質量較整潔、質量尚好。考核時，對各部分考核點問題有一定的理解，經提示后能正確回答問題。

　　及格

　　基本完成綜合作業規定的內容。方案選擇無原則性錯誤，說明書和圖面比較粗糙，質量一般，存在一些錯誤，但主要部分基本符合要求，對考核點列出的問題理解不夠，經提示后只能回答部分主要問題。

　　不及格

　　沒有按期完成綜合作業規定的內容，方案選擇有原則性錯誤，計算和圖紙有重大錯誤，對考核點所列出的主要問題不能回答，經提示后回答仍不正確。

　　若發現有別人代作綜合作業者，取消參加綜合作業考核的資格。