课程标准（数控机床电气传动）

1、数控机床电气传动课程标准目 录课程总体教学方案课程教学单元方案课程教案单元一 位置和速度检测装置 单元二 直流主轴驱动系统单元三 交流主轴驱动系统单元四 步进驱动系统单元五 直流伺服驱动系统单元六 交流伺服驱动系统数控机床电气传动课程总体教学方案审定时间： 课程名称：数控机床电气传动建议学时：120（其中70学时用于实践教学）本课程与前、后续和并行课程紧密关联方面的简单描述在学习本课程前，学生通过电工电子应用技术课程的学习具有直流与交流电路、基本放大电路的分析、检测与调试能力以及数字电路设计初步能力，通过零件机械加工、机械传动基础、数控机床电气控制系统安装与调试等课程的学习已经熟悉了数控机床的

2、结构、主轴和进给轴的运动规律、零件的加工方法以及数控机床各运动控制的原理，为本课程的学习打下了坚实的基础。本课程的主要内容包括数控机床常用电机结构、工作原理及选用、检测装置结构和选用、交直流驱动装置在数控机床中的应用等，这些知识对机床数控改造、数控系统连接与调试、数控机床故障诊断与维修等课程起到重要的支撑作用。 学习目标1.了解数控机床对检测装置的要求、分类，熟悉旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、测速发电机等数控机床常用检测装置的结构、工作原理，掌握其主要性能参数的含义，能合理选择、正确安装检测元件；2.了解PID控制规律，熟悉常用的数字PID控制系统的工作原理；3.了解直流电机的结构

3、及工作原理，掌握直流电机铭牌参数的含义及选用方法，熟悉他励直流电机的调速原理，掌握直流调速器驱动主轴电机的连接、参数设置及调试方法；4.了解三相交流异步电机的结构、工作原理，掌握其铭牌参数的含义及选用方法，了解交流异步调速系统的主要类型，熟悉变频调速系统的组成、基本原理，掌握变频器选用方法、安装、参数设置、调试；5.了解三相交流异步伺服电机（感应电机）的结构、工作原理，能根据需要合理选择电机，熟悉交流调压调速系统的结构、工作原理，掌握交流调压调速系统的连接、参数设置及性能调整的方法与步骤；6.了解步进电动机的分类、结构、工作原理、特性，掌握其主要技术参数及选用方法，熟悉步进驱动系统电路组成、原

4、理，掌握步进驱动器安装、连接、参数设置与性能调整的方法与步骤；7.熟悉直流伺服电机的调速原理，掌握直流调速器驱动伺服电机的连接、参数设置及性能调整的方法与步骤；8.了解永磁同步伺服电动机的结构、工作原理、主要参数，熟悉交流永磁同步伺服驱动系统的组成、调速原理；9.了解无刷直流伺服电动机的结构、工作原理、主要参数，熟悉无刷直流伺服驱动系统的组成、调速原理；10.了解位置控制系统的类型，熟悉相位伺服驱动系统、幅值伺服驱动系统、脉冲（数字）比较伺服驱动系统、全数字伺服驱动系统的工作原理；11掌握交流伺服进给驱动系统的连接、参数设置及调试方法。教学内容1.数控机床对检测装置的要求以及检测装置的分类，旋

5、转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、测速发电机等数控机床常用位置检测装置的结构、工作原理、主要性能参数的含义、选用以及安装方法；2.PID控制规律，常用的数字PID控制系统的工作原理；数控机床对主轴驱动和主轴电动机的要求，直流电动机的分类，直流电动机（他励）结构、原理、铭牌参数、选用，直流电动机的调速方法、调速指标，直流主轴驱动系统的结构、调速原理、连接、参数设置与性能调整；3.三相交流异步电机的结构、工作原理、选用，交流异步调速系统的主要类型，变频调速系统的组成、基本原理，变频器选用方法、安装、参数设置、性能调整；4.三相交流异步伺服电机（感应电机）的结构、工作原理、选用，交流调压调速系

6、统的结构、工作原理、安装、参数设置与性能调整；5.伺服系统的分类、组成、特点，数控机床对伺服驱动和伺服电动机的要求， 步进电动机的分类、结构、工作原理、特性、主要技术参数、选用，步进驱动系统组成、原理、安装、连接、参数设置与性能调整；6.直流伺服电动机的类型、结构、原理、特性、选用，直流伺服驱动系统的结构、调速原理、连接、参数设置与性能调整；67.永磁同步伺服电动机的结构、工作原理、主要参数，交流永磁同步伺服驱动系统的组成、调速原理；8无刷直流伺服电动机的结构、工作原理、主要参数，无刷直流伺服驱动系统的组成、调速原理；9.位置控制系统的类型，相位伺服驱动系统、幅值伺服驱动系统、脉冲（数字）比较

7、伺服驱动系统、全数字伺服驱动系统的工作原理；10交流伺服进给驱动系统的连接、参数设置及性能调整。教学方法建议：本课程既有一定的基础理论知识又包含较多技术应用性内容，针对不同的内容建议采用不同的教学方法：第1单元以基础理论知识为主，针对高职学生的特点，重点采用动画演示、实物展示等教学方法，把空洞的理论知识形象化的展现出来，便于学生理解、掌握。第2至6单元的主要内容是常用电动机及其驱动器在数控机床中的应用，以实践教学为主，其间又穿插理论知识的应用和巩固，因此采用理实一体化教学，边讲边做，工学交替。建议采用现场教学、项目教学、案例教学、小组讨论学习法等方法进行教学。部分内容如果硬件条件不具备可以采用

8、虚拟仿真的方法进行教学。由于本课程所教授的内容具有很强的灵活性，因此在教学过程中要注重对学生的引导，充分发挥学生的主动性，重点要学生灵活应用所学知识。主要教学资源：1.数控机床常用电机各10台；2.直流伺服驱动系统、步进驱动系统、变频器、交流伺服驱动系统各10套；3.典型数控系统（能与伺服驱动配套使用）10套； 4.与数控系统通讯的计算机10台5.多媒体设备一套；6.示波器、万用表等检测仪器若干。教师能力要求：1.掌握自动控制、电机及拖动相关基础理论知识，熟悉国家相关电气标准；2.熟悉数控机床的结构、主要运动；3.熟悉直流调速系统和交流调速系统等知识，了解直流调速系统、步进驱动系统、变频器和交

9、流调速系统的结构和工作原理，能进行主要品牌产品的装调与维修；4.具有独立完成典型主轴驱动系统的电路设计、连接和调试的能力；5.具有独立完成典型进给驱动系统的电路设计、连接和调试的能力；6.根据高职特点，按照基于工作过程的教学方法组织教学，并指导学生实践。考核方式每一个单元的考核为：学习成果（60%）+工作态度（20%）+工作规范（10%）+团队合作（10%）；评价主体：教师评价（40%）+小组互评（50%）+学生自评（10%）（每次小组互评时，90分以上限10%以内）；课程成绩：（å每一单元考核成绩´单元学时数）/课程总学时。数控机床电气传动课程教学单元方案审定时间： 课程

10、建议学时：120项目序号与名称学习目标教学载体教学内容建议学时单元一 位置和速度检测装置1.掌握数控机床对检测装置的要求，了解检测装置的分类；2.掌握旋转变压器的结构、工作原理、选型与安装方法；3. 掌握光电编码器的结构、工作原理、选型与安装方法；4.掌握光栅的结构、工作原理、选型与安装方法；5.掌握感应同步器的结构、工作原理、选型与安装方法；6.掌握测速发电机的结构、工作原理、选型与安装方法。1.检测元件2.多媒体设备1.数控机床对检测装置的要求，检测装置的分类；2.旋转变压器的结构与工作原理（以单极旋转变压器为例）、旋转变压器的典型工作方式（鉴相和鉴幅）、选型（主要性能参数的含义）、旋转变

11、压器的安装步骤及使用注意事项；3.光电编码器的结构与工作原理（增量式与绝对式）、选型、安装步骤及使用注意事项；4.光栅的结构、工作原理（莫尔条纹）、选型、安装步骤及使用注意事项； 5.感应同步器的结构（以直线式为例）、工作原理（相位工作方式与幅值工作方式）、选型、安装步骤及使用注意事项；6.直流与交流测速发电机的结构、工作原理、选型与安装方法。12单元二 直流主轴驱动系统1了解PID调节的概念、控制规律；2.熟悉常用的数字PID控制系统的结构、工作原理以及特点；3数控机床位置控制系统、速度控制系统的构成，位置环、速度环的概念；4了解直流电机的结构及工作原理，掌握直流电机铭牌参数的含义及选用方法

12、； 5熟悉他励直流电机的调速原理，掌握直流调速器驱动主轴电机的连接、参数设置及调试方法。1.直流主轴驱动系统的数控机床（或实训台）2.计算机3.多媒体设备1PID调节的概念，比例、积分、微分控制规律，特点；2.常用的数字PID控制系统的结构、工作原理以及特点；3.数控机床对主轴驱动和主轴电动机的要求，直流电动机的分类；4.直流电动机（他励）结构、原理、铭牌参数、选用，直流电动机的调速方法、调速指标；5.直流主轴驱动系统的结构、调速原理、连接、参数设置与调试；6.案例：直流主轴驱动系统的应用（FANUC或西门子）。16单元三交流主轴驱动系统1.熟悉三相交流异步电机工作原理，了解其结构；2.熟悉三

13、相交流异步电机类型，看懂铭牌，能根据不同的应用场合，合理选择电机；3.了解交流异步调速系统的主要类型，熟悉变频调速的基本原理；4了解变频器的结构、类型，能根据不同的交流电机和应用场合，合理选择变频器；5.掌握变频器在数控机床主轴驱动中的应用，包括安装、连接、参数设置及调试方法；6.掌握三相交流异步伺服电机的结构、工作原理；能根据控制方式和应用场合合理选用三相交流异步伺服电机；7.了解交流调压调速系统的结构，熟悉其工作原理；8.掌握交流主轴驱动系统在数控机床上的应用，包括安装、连接、参数设置与调试方法。1.交流主轴驱动系统（主轴模块或变频器）的数控机床（或实训台）2.计算机3.多媒体设备1.三相

14、交流异步电机结构、工作原理；2.交流异步电机的主要性能参数的含义、选用（型号与铭牌）；3交流异步调速系统的主要类型，变频调速的基本原理，包括恒V/F控制原理、转差频率控制、矢量控制；4.变频器的结构、类型、选用方法；5变频器安装、连接，主要参数的设置以及操作调试方法；6.交流异步伺服电机的结构和工作原理；7.交流异步伺服电机的控制方式和选用，包括性能指标与型号介绍；8.交流调压调速系统的结构及工作原理；9.交流交流主轴驱动系统在数控机床上的应用，包括安装、连接、参数设置与调试方法。10.案例1：三菱变频器在数控车床主轴的应用案例2：交流主轴驱动系统（主轴模块）的应用（FANUC或西门子）28单

15、元四步进驱动系统1.了解步进电动机的分类、结构、工作原理、特性；2.掌握步进电动机主要技术参数及选用方法；3.熟悉步进驱动系统电路组成、原理；4.掌握步进驱动器安装、连接、参数设置与调试。1.步进驱动系统的数控机床（或实训台）2.计算机3.多媒体设备1.伺服系统的分类、组成、特点，数控机床对伺服驱动和伺服电动机的要求；2.步进电动机的基本类型（反应，永磁，混合）；3.步进电动机的结构、工作原理、特性； 4.步进电动机主要技术参数及选用方法；5.步进驱动系统组成、控制原理；6.步进电动机驱动系统安装、接线、参数设置与调试；7.案例：步进驱动系统（华中系统步进驱动）。18单元五 直流伺服驱动系统1

16、.熟悉直流伺服电机类型、结构与调速原理；2.掌握直流调速器驱动伺服电机的连接、参数设置及调试方法。1.直流伺服驱动系统的数控机床（或实训台）2.计算机3.多媒体设备1.直流伺服电动机的类型、结构、原理、特性、选用；2.直流伺服驱动系统的结构、调速原理、连接、参数设置与调试。3.案例：直流伺服驱动系统的应用（FANUC或西门子）12单元六交流伺服驱动系统1.了解永磁同步伺服电动机的结构、工作原理、主要参数；2.熟悉交流永磁同步伺服系统的组成、调速原理；3.了解无刷直流电动机的结构、工作原理、主要参数；4熟悉无刷直流电动机伺服系统的组成、调速原理；5.了解位置控制系统的类型，熟悉相位伺服驱动系统、

17、幅值伺服驱动系统、脉冲（数字）比较伺服驱动系统、全数字伺服驱动系统的工作原理；6掌握交流伺服驱动系统的连接、参数设置及调试方法。1.交流永磁同步伺服系统的数控机床（或实训台）2无刷直流伺服系统的数控机床（或实训台）3.计算机4.多媒体设备1永磁同步伺服电动机的结构、工作原理、主要参数；2交流永磁同步伺服驱动系统的组成、调速原理；3无刷直流伺服电动机的结构、工作原理、主要参数；4无刷直流伺服驱动系统的组成、调速原理；5位置控制系统的类型，相位伺服驱动系统、幅值伺服驱动系统、脉冲（数字）比较伺服驱动系统、全数字伺服驱动系统的工作原理；6交流伺服驱动系统的连接、参数设置及调试方法；7案例1：交流永磁

18、同步伺服系统的连接与调试（选用方法、安装、参数设置、调试）案例2：无刷直流电动机伺服系统的连接与调试（选用方法、安装、参数设置、调试）34数控机床电气传动课程教案单元一 位置和速度检测装置通过本单元的学习，让学生了解数控机床对检测装置的要求、分类，熟悉旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、测速发电机等数控机床常用检测装置的结构、工作原理，掌握其主要性能参数的含义，能合理选择、正确安装检测元件。 本单元包括的检测元件较多，重点让学生直观地学习应用检测技术，建议采用动画演示、实物展示等教学方法，把空洞的理论知识形象化的展现出来，便于学生理解、掌握。实施内容参考时间教学资源使用说明资讯1. 播放

19、位置和速度检测装置在数控机床电气传动中的作用动画，引入本课程学习的内容；2.讲解旋转变压器的结构与工作原理（以单极旋转变压器为例）、旋转变压器的典型工作方式（鉴相和鉴幅）、选型（主要性能参数的含义）；3.讲解光电编码器的结构与工作原理（增量式与绝对式）、选型；4.讲解光栅的结构、工作原理（莫尔条纹）、选型；5.讲解感应同步器的结构（以直线式为例）、工作原理（相位工作方式与幅值工作方式）、选型；6.讲解直流与交流测速发电机的结构、工作原理。71.检测装置在数控机床电气传动中的作用动画；2.旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、直流与交流测速发电机的实物图片；3.用动画演示旋转变压器、光电编码

20、器、光栅、感应同步器、直流与交流测速发电机的工作原理和结构；4.计算机；5.多媒体设备。决策与计划旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、直流与交流测速发电机的选型。1旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、直流与交流测速发电机的选型手册实施旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、直流与交流测速发电机的安装。21.旋转变压器、光电编码器、光栅、感应同步器、直流与交流测速发电机的安装步骤及使用注意事项的操作视频；2.计算机；3.多媒体设备。检查与评价总结本单元学习的内容。1作业（报告）1.完成本单元安排的习题；2.教师评价。1单元二 直流主轴驱动系统本单元重点是了解PID调节的概念、控制规

21、律；熟悉常用的数字PID控制系统的结构、工作原理以及特点；直流电机的结构、工作原理；直流调速器的结构、选用方法，直流调速器的连接、参数设置及调试方法，直流调速器在主轴驱动系统中的应用。通过本单元的学习，让学生熟悉直流调速器结构和工作原理，掌握直流调速系统的安装、连接方法，能正确进行参数设置和调试；掌握直流驱动系统在数控机床主轴系统中的应用。本单元推荐从总体上采取六步法，结合案例法、讨论法、小组协作学习法等方法组织教学。实施内容参考时间教学资源使用说明资讯1讲解PID调节的概念、控制规律；熟悉常用的数字PID控制系统的结构、工作原理以及特点；2.讲解数控机床对主轴驱动和主轴电动机的要求，直流电机

22、的结构及分类；3.讲解他励直流电机的调速原理及调速特性，直流调速系统的结构组成、工作原理和应用场合；4.讲解直流调速装置在主轴系统中的应用，与数控系统、主轴直流电机、电源及相关外围部件的连接方法。61.PID控制规律的动画演示(包括电流环、速度环和位置环的工作原理)；2.直流电机外观图片、内部结构图片；直流调速装置产品图片。3.他励直流电机的工作原理（动画）；4.直流主轴调速系统的原理（动画）；5.计算机；6.多媒体设备。决策与计划1根据数控机床相关性能指标要求，判断所给出的的直流驱动器及直流电机是否合适；2.检查所给的主轴电路是否正确；所给出的电器元件的参数是否正确；3.绘制直流驱动器和外围

23、的具体连接图；4.安装调试准备工作。2直流调速器使用说明书实施1.电气元件安装、线路连接；2.通电前安全检查；3.逐级上电，对直流调速器进行参数设置；4.调试，逐一实现所要求的功能；5.填写调试记录。61.直流调速装置与直流电机及外围器件的连接（视频）；2.直流调速器参数设置及调试视频；3.直流主轴驱动系统的数控机床（或实训台）；4.计算机；5.多媒体设备。检查与评价1.学生自我评价；2.所要求的功能实现情况检查；3.实施过程中操作规范性等情况点评；4.调试记录情况点评。1作业（报告）撰写归档1.整理电路原理图、连接图等资料形成的技术文件；2.撰写项目总结报告。1单元三 交流主轴驱动系统 本单

24、元介绍三相交流异步电机、三相交流异步伺服电机的结构、工作原理，变频调速、调压调速系统的结构组成、工作原理，以及变频器、调压调速模块在数控机床传动系统中的应用。通过本单元的学习，使学生在熟悉工作原理的基础上，能根据控制方式和不同的应用场合，合理选择电机和变频器等设备；掌握变频器在数控机床主轴驱动中的应用，包括安装、连接、参数设置及调试方法；掌握交流主轴驱动系统在数控机床上的应用，包括安装、连接、参数设置与调试方法。本单元理论与实践并重，建议采用现场教学法、视频演示法、案例示范法、小组讨论学习法等方法进行教学。实施内容参考时间教学资源使用说明资讯1.通过图片、动画，讲解三相交流异步电机结构、工作原

25、理；2.讲解交流异步电机的主要性能参数的含义、选用依据（型号与铭牌）；3.通过动画，讲解交流异步调速系统的主要类型，变频调速的基本原理，包括恒V/F控制原理、转差频率控制、矢量控制；4.通过图片展示，讲解变频器的结构、类型、选用方法；5.讲解变频器安装、连接，主要参数的设置以及操作调试方法；6.通过图片、动画，讲解交流异步伺服电机的结构和工作原理；7.讲解交流异步伺服电机的控制方式和选用，包括性能指标与型号介绍；8.通过动画，讲解交流调压调速系统的结构及工作原理；9.讲解交流主轴驱动系统在数控机床上的应用，包括安装、连接、参数设置与调试方法。121三相交流异步电机、变频器工作原理演示动画；2.

26、三相交流异步电机、变频器产品图片；3三相交流异步伺服电机、交流调压调速系统工作原理演示动画；4.三相交流异步伺服电机、交流调压调速系统产品图片；5.计算机；6多媒体设备。决策与计划1.熟悉三相交流异步电机、变频器等相关资料；2分析教师指定的相关案例，读懂电路图；3根据数控机床实际情况正确选择三相交流异步电机、变频器和主轴模块； 4.安装调试准备工作。 41三相交流异步电机、变频器的选型手册、连接手册等产品技术文件；2与案例相关的电路图等技术文件。实施1.电气元件安装、线路连接；2.通电前安全检查（学生自检、互检，教师检查）；3.通电调试：逐级上电检查；对变频器或主轴模块进行参数设置，功能调试，

27、实现数控机床主轴功能；4.查看有无报警，如果有报警，根据报警判断变频器或主轴模块故障并排除；5.填写调试记录表。81.交流主轴驱动系统（主轴模块或变频器）的数控机床（或实训台）；2操作视频；3计算机；4多媒体设备。检查与评价1总结本单元理论学习和实践学习的成果；2各小组展示与汇报；3小组互评，教师点评2作业（报告）撰写归档1完成本单元安排的理论教学习题；2完成实践环节技术报告，技术文件上交、归档；3课外拓展练习：收集除案例中用到的其他品牌变频器相关技术资料。2单元四 步进驱动系统通过本单元的学习，让学生了解步进电动机的分类、结构、工作原理、特性，掌握其主要技术参数及选用方法，熟悉步进驱动系统电

28、路组成、原理，掌握步进驱动器安装、连接、参数设置与调试。本单元以实践教学为主，其间又穿插理论知识的应用和巩固，应理实一体化教学，边讲边做，工学交替。建议采用现场教学、案例教学、小组讨论学习法等方法进行教学。实施内容参考时间教学资源使用说明资讯1.讲解步进电动机的基本类型（反应，永磁，混合）；2.讲解步进电动机的结构与工作原理；3.讲解步进驱动器的作用与组成；4.讲解步进电动机驱动器典型接线。81. 步进电动机图片；2. 步进电动机的结构与工作原理演示动画；3. 步进驱动器的作用与组成演示动画；2.计算机；3.多媒体设备。决策与计划1 熟悉元器件资料2 分析教师指定的相关案例3步进电机及驱动器的

29、选型。2步进电动机、驱动器、电气元件的选型手册、连接手册等产品技术文件实施1. 步进驱动系统的电气安装；2. 通电调试，设置细分数、电流等驱动参数，进行功能调试；3. 查看报警，根据报警判断并排除步进驱动系统故障；4. 填写调试记录。61.步进电动机驱动系统安装调试操作视频；操作视频；2.步进驱动系统的数控机床（或实训台）；3.计算机；4.多媒体设备。检查与评价1总结本单元学习的内容2各小组展示与汇报3小组互评，教师点评1作业（报告）撰写归档1学生学习报告2完成本单元安排的习题3课外收集其他步进驱动系统（本次教学未用到的）相关技术资料1 单元五 直流伺服驱动系统本单元介绍了直流伺服电机的结构、

30、工作原理；直流伺服驱动器的结构、选用方法；直流伺服驱动器的连接、参数设置及调试方法。通过本单元的学习，让学生熟悉直流伺服驱动器的结构和工作原理，掌握直流伺服驱动系统的安装、连接方法，能正确进行参数设置和性能调试；掌握直流驱动系统在数控机床进给系统中的应用。本单元推荐从总体上采取六步法，结合案例法、讨论法、小组协作学习法等方法组织教学。实施内容参考时间教学资源使用说明资讯1.讲解数控机床对伺服驱动和伺服电动机的要求，伺服系统的分类、组成、特点；2.讲解直流伺服电机工作原理，直流伺服驱动系统的结构、调速原理；3.讲解直流调速装置在伺服系统中的应用，与数控系统、直流伺服电机、以及与电源及相关外围部件

31、的连接方法。41.直流伺服电机外观图片、内部结构图片；直流伺服驱动器产品图片。2.直流伺服电机的工作过程（动画）3.直流伺服调速系统的原理（动画）4.计算机；5.多媒体设备。决策与计划1根据数控机床相关性能指标要求，判断所给出的的直流驱动器及直流电机是否合适；2.检查所给的伺服进给电路是否正确；所给出的电器元件的参数是否正确；3.绘制直流驱动器和外围的具体连接图；4.安装调试准备工作。2直流伺服驱动器使用说书实施1. 电气元件安装、线路连接；2. 通电前安全检查；3. 逐级上电，对直流调速器进行参数设置；4. 调试，逐一实现所要求的功能；5. 填写调试记录。41.直流伺服驱动器与直流伺服电机的连接（视频）；2.直流伺服驱动器参数设置及调试视频；3.直流伺服驱动系统的数控机床（或实训台）；4.计算机；5.多媒体设备