中国计量学院《数控技术》复习样题及题库 - 图文

一． 选择题20 略 二． 填 空 题 10

1. NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是_计算机数字控制______，FMS的含义是_

柔性制造系统_____，___ CIMS ____的含义是计算机集成制造系统。

2. 在数控编程时，使用_刀具偏置_指令后，就可以按工件的轮廓尺寸进行编程，而不需按

照刀具的中心线运动轨迹来编程。

3. 圆弧插补时，通常把与时钟走向一致的圆弧叫_顺时针，反之称为_逆时针______。 4. 为了防止机床强电系统干扰和其他类型外界干扰通过I/O控制回路进入计算机，在控制

计算机中，经常采用_带光耦的______的输入和输出电路。 5.对步进电机施加一个电脉冲信号，步进电机就回转一个固定的角度，这个角度叫做_步距角___，电机的总角位移和输入脉冲的___个数____成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的_频率_____。

6. 分度工作台 （A 数控回转工作台； B 分度工作台）的功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的多种工序，因此大大提高了工作效率。

7．贴塑导轨是一种金属对塑料型式，属于滑动导轨，它是在一滑动面上贴有一层抗磨软带，导轨的另一滑动面为淬火磨削面。软带应粘贴在机床导轨副的 短（长，短）导轨面上。 9、滚珠丝杠螺母副的预紧是使两个螺母产生 轴向位移（相离或靠近） ，以消除它们之间的间隙和施加预紧力。

10． 逐点比较法的插补误差小于或等于 1 个脉冲当量。 1. CNC系统中，实时性要求最高的任务是插补 和 位置控制 5．G40、G41和G42是一组指令。它们主要用于 刀具半径补偿 。

6．脉冲当量决定了伺服系统的位移精度，因此脉冲当量越大，位移精度越 低 (高、低)。7．数控系统按照有无检测反馈装置分为 开环 和 闭环 两种类型。

8.数控车床中，平行于机床主轴的坐标轴为 Z 轴（X、Z），刀具远离工作台的方向为 正 方向（正、负）。

9. 主传动系统是实现主运动 的传动系统，它的转速高、传递的功率大，是机床的关键部件之一，对它的精度、刚度、噪声、温升、热变形都有严格的要求。

10．数控机床的进给运动是数字控制的直接对象，被加工件的最后 轮廓精度和加工精度 都会受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。

1

2．所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行 数据密化 的过程。 5．感应同步器的两种工作方式是 鉴相 和 鉴幅 。

7．为了提高轮廓加工精度，在设计数控系统时应__增大_系统增益，在加工中应___减小____进给速度。（增大、减小）

9. 采用低摩擦阻力的滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、滚动导轨、静压导轨、贴塑导轨等传动元件和导向导轨，极大地提高了 传动刚度 和减小 摩擦阻力 ，从而提高了进给运动的动态响应性能和低速运动平稳性能。

1． 能对控制介质上的程序进行译码的装置是 数控装置 。（数控装置 、伺服系统） 2． 光栅栅距为0.01mm，两块光栅之间的夹角为0.002rad，则莫尔条纹宽度约为__5mm__。 3． 输入的脉冲频率决定步进电机的 转速 ，步进电机的通电顺序决定步进电机

的 方向 。（转速、方向、转角）

9．图1中 A 为刀具半径左补偿。 图1

10．当两轴控制系统的增益系数相等时，速度误差对轮廓直线加工 没有 影响。（有、没有） 1 光栅读数头主要由光源、透镜、标尺光栅、光敏元件 和 驱动电路 组成。

2. 若三相步进电机（三相绕组分布为AA′、BB′、CC′），请写出三相，六拍工作方式的通电顺序（只写一种）： A－AB－B－BC－C－CA－A（或者A－AC－C－CB－B－BA－A） 3．直线式感应同步器主要用于测量 线位移 ；旋转式感应同步器主要用于测量 角位移 。

4. 逐点比较法的直线插补过程为每走一步都要进行：偏差判别、坐标进给 、新偏差计算和 终点判断 四个节拍（步骤）。

5. 专家系统是一种应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种方法，因此一般专家系统主要包括两大部分，即 知识库和推理机 。

6. 数控机床是用数字化代码来控制 刀具与工件 的相对运动，从而完成零件的加工。 7. CPU是CNC装置的核心，它由运算器和控制器两个部分组成， 运算器 是对数据进行算术和逻辑运算的部件， 控制器是统一指挥和控制数控系统各部件的中央机构。 9．数控系统按照有无 检测反馈装置 分为开环数控系统和闭环数控系统两种类型。

2

10．对于以坐标原点为起点的第一象限直线OA，其偏差函数为： Fi?yixe?xiye ，若

Fi?0，刀具往 ＋X 进给；若Fi?0，刀具往 ＋Y 进给。

11. 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用 右手直角笛卡尔坐标系 决定， 增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向。

13. 旋转变压器是一种常用的角位移检测元件，从其结构来看，它由定子和转子两个部分组成。 14．步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统，在此系统中执行元件是步进电机 。 1．编程员在数控编程过程中，定义在工件上的几何基准点称为 工件 原点。 4．在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还得使用 位置检测装置 ，间接或直接测量执行部件的实际进给位移，与指令位移进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动。

7．从本质特征来看，计算机数控装置软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统，从功能特征来看，该操作系统由CNC管理软件和CNC控制软件 两部分组成。 8．计算机数控装置是由 硬件和软件 两大部分组成的。

9．目前常用的各种插补算法大致分为两类： 脉冲增量插补和数字增量插补 。 10．进给伺服系统的作用是：接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的 转换和放大 后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件进行工作进给和快速进给。

12．进给伺服系统的性能，如最高移动速度、跟踪精度、定位精度等动态和静态性能，在很大程度上决定了数控机床的 加工精度，加工表面质量 和生产效率。 13．直流伺服电机的调速方式是： 调压调速 。

3．伺服驱动系统由 伺服驱动电路和伺服驱动装置 组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。 三、名词解释10

1程序原点：编程员在数控编程过程中，定义在工件上的几何基准点称为程序原点

2数控系统：数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、驱动控制装置、机床电器逻辑控制装置四部分组成，机床本体为被控对象。

3柔性制造系统：柔性制造系统由数字控制加工设备、物料储运系统和信息控制系统组成，

通常包括3台以上的CNC机床(或加工中心),由集中的控制系统及物料系统连接起来,可在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。

3

4开环数控系统：没有位置检测装置，不带反馈的数控系统

5轮廓控制：轮廓控制是指机床的运动部件能够实现两个或两个以上坐标轴同时进行联动控制 6PWM调速系统：晶体管脉冲调宽调速系统．简称PWM系统是近几年出现的一种调速系统。利用开关频率较高的大功率晶体管作为开关元件，将整流后的恒压直流电源，转换成幅值不变，但是脉冲宽度(持续时间)可调的高频矩形波，给伺服电机的电枢回路供电。通过改变脉冲宽度的方法来改变电枢回路的平均电压，达到电机调速的目的。

7伺服刚度：伺服刚度描述了在进给伺服系统中电动机外部施加一个力矩负载可使位置环产生多大的位置误差。

8工件坐标系：是编程人员在编程时使用的。由编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。 9相对坐标：运动轨迹的终点坐标相对于起点计量的坐标系。

10数控机床定位精度：数控机床定位精度是指机床运动部件（即可控坐标）在数控装置下所能达到的位置精度。

11直接数字控制（DNC）系统：直接数字控制（DNC）系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。

12数控装置：数控装置是数控系统的指挥中心，其主要功能是正确识别和解释数控加工程序，进行各种零件轮廓几何信息和命令逻辑信息的处理，并将处理结果分发给相应的单元。 13数控机床结构的动刚度：数控机床结构的动刚度描述了机床结构抵抗强迫振动的能力。 14刀具半径补偿：根据零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹 的功能为刀具半径补偿功能。

15数控插补：所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行数据密化的过程 16可编程控制器（PLC）：可编程控制器是解决生产设备在运行中开关量信号和逻辑控制问题，即用于替代传统的继电器控制装置，且有逻辑运算、定时、计数及顺序控制等功能的装置。 17数控机床结构的静刚度：数控机床结构的静刚度是指在切削力和其它力的作用下，机床抵抗变形的能力。

18数控自动编程：用数控语言编写零件源程序输入计算机。计算机对源程序进行计算处理和后置处理，最后自动产生具体机床的加工程序单，这个过程称为自动编程。

19脉冲编码器：是一种旋转式角位移检测装置，能将机械转角变换成电脉冲，是数空机床上使用最光的检测装置。

20摩尔条纹：将两块具有相同栅距的光栅，取有刻线的一面叠合在一起，并使它们的刻线之

4

间保持一个很小的夹角θ。这时如果在光栅正面用平行光垂直投射，则在光栅背面形成明暗相间的条纹，即摩尔条纹。

21双频激光干涉仪：双频激光干涉仪是利用光的干涉原理和多普勒效应（是指光线射到运动粒子上其频率将发生改变的现象）产生频差的原理来进行位置检测

四、简答题：25

1. 简述用数控机床进行零件加工的一般过程。

用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状和加工工艺要求将加工过程编成NC程序；数控系统读入NC程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指令；再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，从而完成零件的加工。（或配以框图并加以适当说明也可）：

零件图 数控系统 机床

加工程序 数控装置 伺服系统 2简述数控机床的控制原理及其组成（并用框图示意）。

5

3比较G00与G01程序的主要区别？

G00是点定位的代码，以最大进给速度移动到指定位置。以前程序段指定的进给速度无效。G01是直线插补，用于斜线或直线运动，它通过程序段中的信息在各坐标轴上产生与其移动距离成比例的速度当程序段中有G01代码时，一定要有指定的F时给速度，G01或F都是续效指令（即不仅在本程序段中起作用，在后的程序段中亦效）。进给速度F对G00程序无效。

4在微机，I/O接口电路常由哪几部分组成？

答：微机中I/O接口应包括I/O接口硬件电路和软件两方面的内容。根据选用不同的 I/O设备或接口芯片，I/O的操作方式不同，因而应用程序亦不同。如入口地址、接口芯片初始化状态设备、工作方式选择等。I/O硬件电路主要由地址译码、I/O读写译码和I/O接口芯片（如数据缓冲器和数据锁存器等）组成。

5数控机床对伺服驱动系统有哪些要求？ 答：有以下要求；

(1) 调速范围宽并有良好的稳定性，尤其是低速时的平稳性； (2) 负载特性硬，即使在低速时也应有足够的负载能力； (3) 动态响应速度快； (4) 高的位移情度；

(5) 能够频繁地启动；

6和普通机床相比，用数控机床进行零件加工有什么好处？ 答：采用数控机床进行零件加工具有以下优点：

1） 提高加工精度高，尤其是提高了同批零件加工的一致性 2） 有利于生产效率的提高 3） 可加工形状复杂的零件

4） 减轻了工人的劳动强度，改善了劳动条件

6

5） 有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展（或者：提高了机械加工和生产

管理的自动化程度） 7简述数控机床的组成及各部分作用（并用框图示意）。 参考答案：数控机床的组成如图1所示。

图1 数控机床组成框图

数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。数控装置接受输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各部分，进行规定的、有序的动作。强电控制装置的主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助装置动作等指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作，此外还有行程开关和监控检测等开关信号也要经过强电控制装置送到数控装置进行处理。伺服驱动系统根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。机床机械部件执行主运动、进给运动和辅助动作等。 8简述半闭环伺服系统工作原理（并用框图示意）。

参考答案：半闭环伺服系统用安装在进给电动机轴端的角位移测量元件（如旋转变压器，脉冲编码器等）来测量电动机轴的旋转角位移来代替测量工作台直线位移，其原理如图2所示。当数控装置发出位移指令脉冲，经电动机和机械传动装置使机床工作台移动时，安装在进给电动机轴端的角位移测量元件把电机转角变换成电信号，反馈到输入端与输入信号进行比较，得到的差值经过放大和变换，最后驱动工作台向减少误差的方向移动，直到差值等于零为止。因这种系统未将丝杠螺母副、齿轮传动副等传动装置包含在闭环反馈系统中，因而称之为半闭环控制系统，它不能补偿传动装置的传动误差，但却得以获得稳定的控制特性。

7

图2 半闭环伺服系统

9简述NC装置的数据转换流程（可用框图表示）。 参考答案：

图3 NC装置的数据转换流程

10简述图1所示加工中心主轴内的松、夹刀机构的工作过程。

8

图 1 加工中心主轴内的松、夹刀机构

参考答案：

当机械手把刀具从主轴中拔出后，压缩空气通过活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为新一把刀具装入主轴作好准备。

11简述开环伺服系统工作原理（并用框图示意）。

参考答案：开环伺服系统是不带测量反馈装置的控制系统，如图2所示。数控装置将工件加工程序处理后，输出数字指令信号给伺服驱动系统，驱动机床运动，但不检测运动的实际位置，即没有位置反馈信号。

图2 开环伺服系统

12简述直流电动机PWM调速系统的工作原理。

晶体管脉冲调宽调速系统．简称PWM系统是近几年出现的一种调速系统。利用开关频率较高的大功率晶体管作为开关元件，将整流后的恒压直流电源，转换成幅值不变，但是脉冲宽度(持续时间)可调的高频矩形波，给伺服电机的电枢回路供电。通过改变脉冲宽度的方法来改变电枢回路的平均电压，达到电机调速的目的。

13简述数控检测装置的作用。 参考答案：

数控检测装置是闭环数控系统的重要组成部分，其作用是在线实时检测执行部件的位移和速度，并发送反馈信号，以构成闭环控制。闭环数控机床的加工精度在很大程度上由数控检测装置的精度决定。

14. 试画出数控开环控制系统的示意图，并简要叙述开环系统的工作原理。开环控制系统中的定位误差取决于什么？

指令脉冲 工作台 环形 分配器 步进电机驱动线路 功率 步进电机 9

答：

开环控制系统中的定位误差取决于：步进电机的转动误差、传动系统的传动误差。

15简述数控系统的硬件由哪些模块组成。

答：微处理器、总线、存储器、输入输出设备接口、输入输出设备、（位置控制装置）等。

16简述全闭环伺服系统工作原理（并用框图示意）。

参考答案：

闭环伺服系统数控机床带有检测装置，直接对工作台的位移量进行检测，其原理如图2所示。当数控装置发出位移指令脉冲，经电动机和机械传动装置使机床工作台移动时，安装在工作台上的位置检测器把机械位移变换成电信号，反馈到输入端与输入信号进行比较，得到的差值经过放大和变换，最后驱动工作台向减少误差的方向移动，直到差值等于零为止。

图 2 闭环伺服系统

17根据图1简述磁传感器准停控制系统实现主轴准停的工作过程。

10

18简述提高数控机床结构的静刚度的措施。

（1）合理设计基础件的截面形状和尺寸，采用合理的筋板结构； （2）采用合理的结构布局，改善机床的受力状态，提高机床的静刚度； （3）补偿有关零部件的静力变形； （4）提高机床各部件的接触刚度； （5）采用钢板焊接结构。 19、简述减小数控机床热变形的措施。

（1）改进机床布局和结构设计

? ? ?

（2）控制温升；

（3）热变形补偿。

20.闭环全硬件伺服控制系统中，相位比较系统主要由那些模块组成，试说明相位比较系统的工作原理。

答：主要模块：脉冲相位变换（脉冲调相器）、鉴相器、位置检测装置、伺服电机、基准信号发生器等 。（5分） 工作原理如下框图所示。

采用热对称结构

采用预拉伸的滚珠丝杠结构 在机床布局时，尽量减少内部热源

11

21、简述数控系统的控制软件由哪些模块组成。

答：编译处理、刀具半径补偿、速度处理、插补运算、位置控制 等

22、 列出三种以上数控闭环系统中常用的位移传感器，并分别说明它们分别是增量式还是绝对式测量，测量的是角位移还是直线位移。

答：（1）直线式感应同步器：增量式，测量直线位移；（2）直线光栅测量装置：增量式，测量直线位移；（3）绝对式脉冲编码器：绝对式，测量角位移。

23．试设计采用步进电机的开环系统中的等加速等减速升降速处理模块流程，可采用文字和流程图说明。

可采用等加速、等减速梯形驱动方式；开始置定时器时间常数-——〉电机走一步，时间常数减1——〉启动未结束，回到上一步——〉电机走一步——〉未走完，回到上一步——〉电机走一步，时间常数+1——〉未到终点，回到上一步——〉结束

24．试画出数控闭环驱动控制系统的示意图，并简要叙述闭环系统的工作原理。闭环控制系统中的定位误差取决于什么？

闭环控制系统中的定位误差取决于检测元件的精度。

25. 何谓刀具半径补偿功能，它在加工零件中的主要用途有哪些？

答：根据零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹 的功能为刀具半径补偿功能。主要用途：1由于刀具的磨损或换刀引起的刀具半径变化不需重新编程只需修改偏置参数。2 通过设置不同的刀具偏置参数实现一个程序进行粗加工和精加工。

25．简述数控系统的软件由哪些模块组成。

包括管理软件和控制软件，管理软件：零件程序的输入输出、显示、诊断等；

12

控制软件：译码、刀具补偿、速度控制、插补运算、位置控制等。 26、数控机床伺服驱动系统的主要性能要求有哪些？

答：一般来说，对数控机床伺服驱动系统的主要性能要求有以下几点： 1、 进给速度范围要大，能满足低速切削和高速切削的需要； 2、 位移精度要高； 3、 跟随误差要小，即响应速度要快； 4、 工作稳定性要好，具有抗干扰能力，运行平稳，加工精度较高。

27CNC的插补可以由软件或硬件完成，根据这一原则CNC系统的软硬件组合有哪几种类型？

根据CNC系统的插补功能由软件还是软件来实现，CNC系统的软硬件组合有以下三种类型： 不用软件插补器，完全由硬件完成的CNC系统； 由软件进行粗插补，硬件进行精插补的CNC系统； 完全由软件实施插补的CNC系统。 五、数控编程题

13

2在NC铣床上加工零件如图所示，试用ISO代码编写加工程序。其中 1：刀具直径为φ20，刀具进给速度F20，主轴转速S1，主轴正转M05。2：本铣床没有刀具补偿和偏置功能，须按刀具中心轨迹编程。3：按增量尺寸编写加工程序。（G90：绝对值输入方式；G91：增量值输入方式；G01：直线插补；G02：顺圆插补；G03：逆圆插补；M02：程序结束）（15’） O0001 G90；

G00 X30 Y30；

GO1 X140 Y0 F20 S1；

X0 Y50；

G03 X-50 Y-50 I-50 J0； GO1 X-50 Y0； G01 X0 Y-10；

G02 X-30 Y-30 I-30 J0； G01 X-10 Y0； G01 X0 Y-60； GOO X-30 Y-30； M02；

六、计算题（共15分）

1.设有直线OE，起点在原点，终点E(xe=5,ye=3)用DDA法实现插补。 解:初始化 m=xe=5 Σy=0 累加增量为3

第三章计算机数控（CNC）系统的基本原理累加次数n12345END累加求和ye+Σy→Σy3+0=3 3+3=6 3+1=4 3+4=7 3+2=5 判别Σy≥m?3<5 6>5 6-5=1→Σy4<57>5 7-5=2→Σy5=5 脉冲溢出ΔyΔx0101111111

2．有一采用三相六拍驱动方式的步进电机，其转子有20个齿，经丝杠螺母副驱动工作台作直线运动，丝杠的导程为2mm，步进电机的最高工作频率为300hz，求： (1)步进电机的步距角； (2)工作台的脉冲当量；

(3) 工作台移动的最大速度。（10分）

14

360o360??3o （4分 答：（1）??mkZ3?20?2(2) ????i?t/360?3?1?2/360?0.0167mm （3分） (3) v?60f??60*300*0.0167?300mm/min （3分）

3. 一台四相八拍运行的步进电机，转子齿数Z＝36，测得脉冲频率为600Hz，求：

① 通电顺序；② 步距角和转速。

解：四相八拍运行的步进电机采用单双相轮流通电控制方式，即m=4,k?2。转子

齿数Z?36。????????????????????????????????????1分

① 电机逆时针旋转时的通电顺序A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A?????2分

电机顺时针旋转时的通电顺序A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→A?????1分

② 根据步距角计算公式：

360?360?????1.25???????????????????3分

mZk4?36?2根据转速计算公式：

60f60?600??125（转/分） n??????????????mZk4?36?23分

（代公式正确但计算错误，适当给1-2分）

4.欲用逐点比较法插补直线OA，其起点坐标为O（0，0），终点坐标为A（xe，ye），其值为xe＝4，ye＝5，试写出其直线插补运算过程，并绘出其插补轨迹。 加工过程的运算节拍如下表所示： 位置判别

坐标进给 偏差计算 终点判断 15

图 2 直线插补

16

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7el6.html