课程名称：数控技术应用综合作业

　　课程代码：4229（实践）

　　综合作业是高等教育自学考试《数控技术应用》专业考生在学完本专业全部课程后，最后进行的一个实践性教学环节，用以达到毕业设计的要求。与毕业设计有所不同的是，综合作业在选题上应尽量考虑考生在理论课学习中所学到的基础课、技术基础课和专业课的知识，通过各门课程知识的综合运用，提高考生理论联系实际、解决生产实际问题的能力。另外，考生也可根据自身特长与工作经历，有针对性的选择那些与自己工作更为紧密的课题，不必强求在内容上的千篇一律。

　　一、综合作业的设置目的

　　（一）综合作业是培养考生理论联系实际、综合运用所学知识解决生产实际问题能力的重要步骤，由于是对以往所学知识进行的一次全面的综合训练，因此，在知识层面上应达到毕业设计的基本要求。

　　（二）数控编程、数控系统、数控维修是本专业考生学习的核心内容，考生通过综合作业这一实践性教学环节，应能在上述三个方面都有所提高，或在某一至两个方面有明显进步。

　　（三）另外，通过综合作业的训练，也应使考生在计算机应用能力、设计计算能力、文字表达和撰写一般论文的能力方面有所提高。

　　二、综合作业的内容与要求

　　数控技术是一种用数字化信号对控制对象进行自动控制的技术，而数控机床与数控加工又是数控技术应用最为核心的领域，进一步扩展还应包括工业机器人等。数控技术的发展至今已有50多年的历史，但无论如何，微电子技术和精密机械技术及其有机结合，都成为数控技术发展中最为核心的内容。

　　从数控技术自身的角度讲，数控技术主要涵盖的基本技术大致包括：精密机械技术、电子元件技术、自动控制理论和伺服驱动技术、精密检测和传感技术、可编程控制技术等。随着计算机网络和通信技术的广泛应用，网络和通信技术、开放技术也迅速溶入到数控技术之中。从数控设备的应用与维护方面讲，软件技术与自动编程、数控标准、CAD/CAM技术都会对数控技术的发展产生深刻的影响。

　　综合上述，就可以给《数控技术应用》专业考生的综合作业规定一个大致的框架，但必须进一步说明的是，由于数控系统的复杂性，对于目前本专业大专层次的考生，指导教师在进行综合作业指导时，也不应提出过高的要求。一般以能够掌握数控系统工作的基本原理，能够在数控机床的应用，机电一体化设备的一般改造，数控设备的维护与维修，数控加工与编程方面达到基本要求即可，对于学习成绩比较突出的考生，可以适当增大综合作业的难度。

　　为此，将综合作业的内容分为3个层面，并给出较为具体的实施要求，参加综合作业的考生和指导教师均可以以此为参照，保证每位考生的综合作业达到规定的工作量和质量标准。

　　（一）数控加工程序的编制

　　1、零件工艺分析及确定工艺路线

　　具体应包括：零件图样及数控加工的工艺性分析；零件毛坯的制定；加工方法的选择与加工方案的制定；工序与工步的划分；确定零件加工的工艺路线。

　　2、选择数控机床设备

　　具体应包括：根据零件的材质和类型、尺寸大小、生产批量和复杂程度、加工表面类型和加工精度、热处理要求等多种因素，选择适合加工工艺要求的数控机床并确定数控机床的技术规格和机床型号。

　　3、确定装夹方法及对刀点

　　具体应包括：熟悉零件加工时定位安装的基本原则及选择夹具的基本原则，依据零件加工的不同工序，合理选择夹具，绘制各工序加工的工序图，标明定位与夹紧的位置。必要时，可通过工件安装和零点设定卡片提供零件安装时，工件、夹具和机床之间的相互连接的布局图。标明工件零点及对刀点的位置等。

　　4、选择刀具及切削用量的确定

　　此项工作是数控编程的重要内容，具体应包括：车刀、铣刀或孔加工刀具的选择，这其中还应包括刀具的类型、刀具或刀片的材质、刀片的形状及刀片刀尖半径的选择、镗铣类刀具安装时刀柄的选择等等。

　　切削用量的确定不仅与零件的材质与刀具的材质有关，还与零件加工的批量、工序安排中的粗精加工等多种因素有关，应掌握以查表法为主并结合经验的方法来确定零件加工每一工步的切削用量。根据编程的要求对切削用量数据进行必要的计算或换算。

　　5、各工序或工步的进给路线与数值计算

　　绘制出零件加工每一工序或工步加工的进给路线，它可以清楚地表达出数控加工时刀具刀位点相对于工件的运动轨迹，判断刀具运动轨迹安排的合理性，同时也为数值计算和编写程序做好准备。

　　数值计算尽管仅限定在几何、三角等简单的几何图形关系上，但对提高考生的数学计算能力及对于简单零件的手工编程而言仍是十分重要的训练环节。

　　6、编制零件加工程序

　　此项工作要求考生熟悉所用数控机床数控系统指令代码的格式要求，常用编程指令的代码含义，熟练运用特定数控系统的编程指令编写出符合加工要求的数控加工程序。

　　以上课题是针对数控编程中的手工编程而言，考生也可利用目前广泛流行的自动编程软件完成以上课题，此时上述步骤的第5、6步是由计算机来完成的。因此在综合作业的书写上，应对编程所使用的软件进行必要的介绍，自动编程中加工类型的选择，每一加工工步中加工参数的设置；刀具路径模拟及刀具切削验证的结果在综合作业中要给予体现。由于自动编程产生的程序一般都比较长，因此在综合作业中只需表达出数控程序中各程序的开头和结尾部分重要的段落，而不能以很长的程序充数来减少综合训练的其他环节。另外，自动编程一般针对数控镗铣加工中的比较复杂的零件，因此，指导教师在选题上应与手工编程有较大的不同。

　　（二）机床的经济型数控技术改造

　　机床的数控化改造一般是指对现有普通机床或已落后的数控机床，经过一定的机床改装过程并配上经济型数控装置或标准型数控系统，使改造后的数控机床大大提升其数控加工能力，这种综合作业题目不仅可加深考生对数控系统机电知识的综合运用的实际能力，也具有十分重要的现实意义。机床的经济型数控技术改造可参考以下步骤进行：

　　1、数控改装总体方案的制定

　　首先要熟悉数控改装的目的要求和典型零件的加工工艺，搜集现场资料和与数控改造相关的其他技术资料，进行市场调研制定出数控改装的总体方案。

　　2、数控系统的选择

　　目前市场上有各种经济型和标准型数控系统供应，总的来说，经济型数控系统具有结构简单、操作方便、技术容易掌握及制造成本低等优点，在中小型机床数控化改装中应用较多；标准型数控系统具有更为完善的性能，与机械、强电结合更为方便，可靠性较高，一般用于大型、中型机床的数控化改造。在选择时，还应考虑机床的控制轴数与联动控制轴数，控制方式、脉冲当量等。

　　3、伺服驱动元件的选择

　　目前在机床数控化改装中常用的驱动元件有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机。这些驱动元件配以适当的功放装置，即组成伺服驱动系统。

　　4、机械部分的改装设计，画出改装部分的机械设计图

　　这部分的设计工作主要包括主运动变速和进给变速两个部分。主运动变速一般保留原有的主传动系统和变速操纵机构，但可能需要选择和安装主轴脉冲发生器；进给变速是机械部分改装设计的主要部分，必须重新进行设计，它包括元件的选择及所有相关的设计计算，并要绘制出改装部分的机械设计图。

　　（三）XY工作台单片机控制系统设计

　　设计用单片机作为控制器来控制XY工作台，就可以将一台台式钻床改装成简易微机数控钻床，用于批量加工印刷电路板上的许多孔可以大大提高孔加工的重复定位精度，提高生产率。此类课题也可以使考生在机电结合应用方面获得比较全面的训练。

　　1、提出综合作业的题目与要求

　　这部分内容应由指导教师提出，如台式钻床的规格及工作台连接尺寸、主轴转速范围和转速级数。加工印刷电路板的最大尺寸及加工最大孔径，孔的定位精度和控制方面的要求，典型加工图样等。

　　2、总体方案的确定

　　即根据综合作业的题目要求及被加工零件提出设计方案。

　　3、系统的设计框图

　　将设计方案以系统设计框图的形式表达出来。

　　4、XY工作台设计计算并画出设计装配图

　　包括传动方式的确定；XY工作台的设计计算；滚珠丝杠传动的设计计算；滚动导轨的设计计算；步进电动机的选用；系统的精度分析等。最后要绘制出XY工作台结构装配图

　　5、Z轴方向上步进电动机的选用

　　钻床在进行钻孔加工时，要求主轴在Z轴方向上作进给运动，用步进电动机的旋转代替手柄转动使主轴沿Z轴方向移动。

　　6、驱动电路图

　　包括三相六拍环形分配器的选用；光电隔离电路的设计；功放电路的设计等，最后要画出驱动电路图。

　　7、加工工件的程序设计

　　包括加工过程中的速度控制；程序设计；数据输入及地址分配等。以框图形式表达加工程序，用语言编程实现该过程。

　　以上从3个层面上提供综合作业的选题内容及要求，除此而外，指导教师也可以结合数控机床的安装调试或数控机床的维修展开来提出综合作业的题目与要求。但此类题目的实践性较强，在实施中必须与实际的现场环境紧密结合起来才能取得较好的效果。

　　三、综合作业的工作量

　　以XY工作台单片机控制系统设计为例，其工作量可参考以下要求：

　　（一）图纸部分

　　1、XY工作台的结构装配图（A0或A1图纸一张）。

　　2、单片微机应用系统电路原理图一张（A1图纸一张）。

　　（二）说明书部分

　　说明书是综合作业整个设计计算过程的叙述说明，应包括以下内容：

　　1、加工程序的编制及说明。

　　2、控制系统总体方案的分析及控制框图。

　　3、机械部分设计计算、结构设计说明。

　　4、硬件电路部分设计说明。

　　说明书应不少于8000字。其他类型综合作业同样包括图纸部分和说明书部分，可根据设计内容有所增减。另外，由于目前的绘图工作主要是采用计算机绘图实现，只要图纸表达清楚，不一定强调图纸幅面的大小。说明书也应采用A4纸Word文档形式，打印后装订成册，说明书的页数可控制在25～30页之间。

　　四、综合作业的考核方法、考核内容及成绩评定

　　（一）考核内容

　　考生接到综合作业题目以后，首先应对所设计的内容和要求有一个全面系统的了解，搜集与设计要求相关的技术资料。然后依照设计要求按步骤进行，在设计过程中，务求对技术资料内容的深入理解，避免生搬硬抄，更不应抄袭其他考生的作业内容。

　　（二）考核方法

　　考生在完成作业的每一项之后，必须由指导教师审核并签字盖章。

　　（三）考核评定

　　考生完成全部作业后，统一由主考院校组织考核小组，对考生完成综合作业的情况，以及对所考核内容的掌握情况评定成绩。

　　（四）综合作业的评分标准

　　综合作业成绩分优秀、良好、中等、及格和不及格五级分制。以XY工作台单片机控制系统设计为例，各级评分标准如下：

　　优秀

　　综合作业内容完整。按期完成任务。加工程序编制正确，进给伺服系统设计方案可行，论证充分，选用数据正确合理，计算准确，图面整洁，质量高，控制系统硬件线路设计合理。设计计算说明书整齐通顺、有条理。考核时对各部分考核点理解深刻，能正确全面的回答问题。

　　良好

　　综合作业内容完整，按期完成任务。加工程序编制正确，进给伺服系统设计方案可行，论证较好，选用数据较合理、计算较准确，图面整洁、质量较高，硬件电路设计合理。说明书较通顺、整齐。考核时对各部分考核点理解较好，回答问题比较正确全面。

　　中等

　　综合作业内容完整，按期完成任务。加工程序编制基本正确，进给伺服系统设计方案基本正确，论证一般。选用数据基本正确，图面质量较整洁、质量尚好。考核时，对各部分考核点问题有一定的理解，经提示后能正确回答问题。

　　及格

　　基本完成综合作业规定的内容。方案选择无原则性错误，说明书和图面比较粗糙，质量一般，存在一些错误，但主要部分基本符合要求，对考核点列出的问题理解不够，经提示后只能回答部分主要问题。

　　不及格

　　没有按期完成综合作业规定的内容，方案选择有原则性错误，计算和图纸有重大错误，对考核点所列出的主要问题不能回答，经提示后回答仍不正确。

　　若发现有别人代作综合作业者，取消参加综合作业考核的资格。