《数控原理与系统》复习题

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11 《数控原理与系统》复习题

一、教材

本课程教材为：王细洋编著，《机床数控技术》，国防工业出版社。

二、复习题 （一）填空题 1．数控机床一般是由控制介质、数控装置、伺服驱动装置、机床本体等部分组成。

2．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。

3．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。 4．从结构上看，柔性制造系统主要有两部分组成：一是传递物质的设备，我们称之为物质流；二是传递信息的网络，我们称之为信息流。 5．FMS 中文含义是柔性制造系统。

6．数控技术是指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。 7．在整个使用寿命期，根据数控机床的故障频度，数控机床的故障发生规律大致分为三个阶段：早期故障期、偶发故障期、耗损故障期。 8．确定数控机床坐标系时首先要确定Z 轴，它是沿提供切削功率的主轴轴线方向。

9．数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、直线控制和轮廓控制等几种。按控制方式又可分为开环、闭环和半闭环控制等。

10．穿孔带是数控机床的一种控制介质，国际上通用标准有EIA 和ISO 两种，我国采用的标准是ISO 。 11．当数控机床发生故障时，用于诊断出故障源所在范围或具体位置所使用的程序叫作诊断程序，它一般有三种类型：启动诊断、在线诊断、离线诊断。 12．从数控机床故障诊断的内容看。故障诊断专家系统可以用于三个方面：故障监测、故障分析、决策处理。

13．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。

14．对于以坐标原点为起点的第一象限直线OA ，其偏差函数为：e i e i i y x x y F -=，若0≥i F ，刀具往+X 进给；若0

15．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、偏差计算和终点判别四个节拍。

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22 16．CNC 系统的插补计算一般采用软件插补和硬件插补相结合的办法，即由CNC 软件把刀具轨迹分割成若干小线段，再由硬件电路在各个小线段的起点和终点之间进行数据密化，使刀具轨迹在允许的误差之内。 17．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。其中知识库中存放着求解问题所需的知识，推理机负责使用知识库中的知识去解决实际问题。

18．第一象限的圆弧AB ︵的起点坐标为A(x a ,y a )，终点坐标为B(x b ,y b )，用逐点比较法插补完这段圆弧所需的插补循环数为|X b -X a |+|Y b -Y a |。

19．光栅依不同制造方法有和反射光栅两种。数控机床中常用透射光栅做位置传感器。 20．数控机床常用的位置检测装置有旋转变压器 、同步感应器、光栅尺、磁栅、编码盘等。

21．磁栅是一种录有等节距磁化信号的磁性标尺或磁盘，可用于数控系统的位置测量。

22．数控机床按插补算法分脉冲增量插补和数据采样插补。

23．数控系统的轮廓控制，主要问题是怎样控制刀具或工件的运动轨迹。 24．有关插补算法问题，除了要保证插补计算的精度之外，还要求算法简单。这对于硬件数控来说，可以简化控制电路，采用较简单的运算器。而对于计算机数控系统来说，则能提高运算速度，使控制系统较快且均匀地输出进给脉冲。 25．数字积分法又称DDA 法。采用数字积分法进行插补，脉冲分配均匀，易于实现多坐标直线插补联动或描绘平面上各种函数曲线，精度也能满足要求，所以数字积分法在轮廓控制数控系统方面获得相当广泛的应用。

26．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。 27．CNC 系统中，实时性要求最高的任务是插补和位置控制。

28．旋转变压器是根据电磁感应原理工作的。

29．在单CPU 的CNC 系统中，主要采用分时共享的原则来解决多任务的同时运行。 30．CNC 系统控制软件中两个最突出的特征是：多任务并行处理和多重实时中断。

31．脉冲发生器有二种类型：增量式和绝对式。 32．CNC 系统中，软件与硬件的分配比例是由性价比决定的。 33．CNC 系统软件必须完成管理和控制两大任务。

34．在CNC 软件中资源分时共享要解决的问题是各任务何时占用CPU 以及占用时间的长短，解决的办

v1.0 可编辑可修改法是循环轮流和中断优先相结合。

35．CNC系统常用外设包括输入设备和输出设备两种。

36．总线是数控系统的硬件之一，它包括数据总线、地址总线和控制总线。

37．从CNC系统使用的微机及结构来分，CNC系统的硬件结构一般分为：多微处理机和单微处理机结构两大类。

38．对单CPU的CNC系统而言，其软件结构通常有两种类型，即前后台型和中断型。

39．数据传送时，接收方和发送方对数据的传送要遵守一定的格式，这种约定叫作通信协议。

40．在CNC系统中，刀具补偿的作用是把工件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。

41．在实际加工过程中，刀具半径补偿过程一般分为三步：刀具补偿建立、刀具补偿进行和刀具补偿撤消。

42．刀具半径补偿中程序段转接的类型有伸长型、缩短型、插入型。

43．在闭环数控系统中，机床的定位精度主要取决于检测装置的精度。

44．单微处理器结构CNC装置的微处理器由控制器和运算器组成。

45．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。

46．光栅读数头主要由光源、透镜、标尺光栅、光敏元件驱动电路组成。

47．当直线感应同步器只有正弦绕阻励磁，在正弦绕组和定尺上的绕组位置重合时开始移动，滑尺移动2个节距时，感应电动势的值变为零有4处。

48．步进电机的“失步”现象有两种表现形式，即丢步和越步。

49．数控机床伺服驱动系统是指以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称为拖动系统。

50．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。

51．四极绕组式旋转变压器有两种工作方式，即鉴相式和鉴幅式。

52．步进电动机的相数和齿数越多，在一定的脉冲频率下，转速越低。

53．步进电动机的起动频率是指它在一定的负载转矩下能够不失步地起动的最高频率。

54．改变步进电机脉冲频率就能改变步进电机的转速。

55．将反馈元件安装在伺服电机轴上或滚珠丝杠上，间接计算移动执行元件位移进行反馈的伺服系统，称为半闭环伺服系统。

56．三相步进电机的转子上有40个齿，若采用三相六拍通电方式，则步进电机的步距角为°。

57．对步进电机施加一个电脉冲信号时，步进电机就回转一个固定的角度，叫做步距角，电机的总回

转角和输入脉冲数成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的频率。

33

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44 58．伺服系统的输入是插补器发出的指令脉冲，输出是直线或转角位移。 59．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。

（二）选择题

1．下列正确表示坐标系的是（A ）

A 、

X B 、X C 、Z D 、Y

2．世界上第一台数控机床是（ B ）年试制成功的。

A. 1951

B. 1952

C. 1954

D. 1958

3．下面哪个部分是数控机床的核心部分（ B ）

A. 控制介质

B. 数控装置

C. 伺服系统

D. 测量装置

4．我国从（ B ）年开始研究数控机械加工技术，并于当年研制成功我国第一台电子管数控系统样机。

A 、1952

B 、1958

C 、1954

D 、1959

5．将数控系统分为一般数控机床、数控加工中心机床、多坐标数控机床，是按照下面哪种分类方法进行分类的（ B ）

A 、工艺用途

B 、工艺路线

C 、有无检测装置

D 、是否计算机控制

6．数控机床的组成部分包括（ B ）

A.输入装置、光电阅读机、PLC 装置、伺服系统、多级齿轮变速系统、刀库

B.输入装置、CNC 装置、伺服系统、位置反馈系统、机械部件

C.输入装置、PLC 装置、伺服系统、开环控制系统、机械部件

D.输入装置、CNC 装置、多级齿轮变速系统、位置反馈系统、刀库

7．计算机数控系统的优点不包括（ C ）

A.利用软件灵活改变数控系统功能，柔性高

B.充分利用计算机技术及其外围设备增强数控系统功能

Z X

X Y Y Z

Z Y

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55 C.数控系统功能靠硬件实现，可靠性高

D.系统性能价格比高，经济性好

8．在确定数控机床坐标系时，首先要指定的是（ C ）

A 、X 轴

B 、Y 轴

C 、Z 轴

D 、回转运动的轴

9．（C ）能对两个或两个以上的坐标方向的运动同时进行严格的连续控制，不仅控制每个坐标的行程位置，还要控制每个坐标的运动速度。

A 、点位控制系统

B 、点位直线控制系统

C 、轮廓控制系统

D 、直线控制系统

10．下列关于世界第一台数控机床的描述正确的是（ B ）。

A 、1946年在美国研制成功的

B 、它是一台3坐标数控铣床

C 、用它来加工直升机叶片

D 、它用晶闸管-直流电机驱动

11．数控机床的旋转轴之一B 轴是绕（B ）直线轴旋转的轴。

A 、X 轴

B 、Y 轴

C 、Z 轴

D 、W 轴

12．数控机床诞生于（ A ）。

A 、美国

B 、日本

C 、英国

D 、德国

13．脉冲当量的大小决定了加工精度，下面哪种脉冲当量对应的加工精度更高 （A ）

A 、1m μ/脉冲

B 、5m μ/脉冲

C 、10m μ/脉冲

D 、脉冲

14．用逐点比较法插补直线OA ，其起点坐标为O （0，0），终点坐标A （5，8），若采用插补的总步数作为终点减法计数器J E 的初始值，则J E ＝（ C ）。

A 、5

B 、8

C 、13

D 、以上都不对

15．数控系统常用的两种插补功能是（ C ）

A 、直线插补和螺旋线插补

B 、螺旋线插补和抛物线插补

C 、直线插补和圆弧插补

D 、圆弧插补和螺旋线插补

16．采用逐点比较法插补第一象限的直线时，直线起点在坐标原点处，终点坐标是（5,7），刀具从其起点开始插补，则当加工完毕时进行的插补循环数是（ C ）

A 、10

B 、11

C 、12

D 、13

17．通常数控系统除了直线插补外，还有（ B ）。

A 、正弦插补

B 、圆弧插补

C 、抛物线插补

D 、多义线插补

18．逐点比较法插补第二象限一条直线时，当P 点在直线下侧（F<0）时，应向（ C ）方向发生一脉冲。

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A、+X

B、-X

C、+Y

D、-Y

19．逐点比较法直线插补原理适合于（ A ）。

A、直线或圆弧

B、仅适合于直线

C、适合于任意两坐标成线性关系的曲线

D、适合于二次曲线

20．在数控机床的插补计算中，DDA是指（ B ）。

A、逐点比较插补法

B、数字积分插补法

C、数字增量插补法

D、最小偏差插补法

21．采用逐点比较法对第一象限圆弧进行顺圆插补时，若偏差值是-10，那么刀具下一步的进给方向为（ A ）。

A、+X

B、+Y

C、-X

D、-Y

22．逐点比较法插补的特点是运算直观、输出脉冲均匀且速度变化小，其插补误差（ A ）

A、小于1个脉冲当量

B、等于2个脉冲当量

C、大于2个脉冲当量

D、等于1个脉冲当量

23．CNC系统采用逐点比较法对第一象限的直线插补运算时，若偏差函数小于零，则刀具位于（ B ）。

A、直线上方

B、直线下方

C、直线上

D、不确定

24．第一象限的一段圆弧AB的起点坐标为(0，5)，终点坐标为(5，0)，采用逐点比较法顺圆插补完这段圆弧时，若脉冲当量为1，沿两坐标轴走的总步数是（ B ）

A、5

B、10

C、15

D、20

25．在逐点比较法圆弧插补中，若偏差函数小于零，则刀具位于（ C ）

A、圆上

B、圆外

C、圆内

D、圆心

26．采用逐点比较法对第一象限的圆弧进行顺圆插补时，若当前刀具位置的坐标是P(X i,Y i)，偏差值是F i，那么刀具沿正X轴方向走一步后，偏差值F i+1为（ D ）。

A、F i-2 X i

B、F i-2 X i +1

C、F i+2 X i

D、F i+2 X i +1

27．采用逐点比较法对第一象限的圆弧进行顺圆插补时，若当前刀具位置的坐标是P(X i,Y i)，偏差值是F i，那么刀具沿负Y轴方向走一步后，偏差值F i+1为（ B ）。

A、F i-2 Y i

B、F i-2 Y i +1

C、F i+2 Y i

D、F i+2 Y i +1

28．经济型数控系统一般采用（A ）CPU，而且一般是单微处理器系统。

A、8或16位

B、32位

C、64位

D、以上都不正确

29．下面哪种设备不是CNC系统的输入设备（ C ）

A、MDI键盘

B、纸带阅读机

C、CRT显示器

D、磁带机

30．下面哪种方法不属于并行处理技术（D ）

A、资源重复

B、时间重叠

C、资源共享

D、中断执行

66

v1.0 可编辑可修改31．CNC系统软件必须完成管理和控制两大任务，下面任务中哪个不属于控制任务（ A ）

A、诊断

B、插补

C、位控

D、译码

32．通过键盘或者纸带输入零件加工程序时，系统要不断的对零件加工程序进行格式检查，如果发现格式不符合编程要求，将发出报警信号或提示用户进行修改。这种诊断方式属于（ A ）

A、运行中诊断

B、停机诊断

C、通信诊断

D、以上都不对

33．译码程序是以程序段为单位进行译码的，并且把代码存放在代码缓冲器中，代码后的数值存放在数字码寄存器中。若当前要翻译的程序段为：N115 G01 X100 Y119 F3000 LF，并且当前译码程序取出的字符是Y，那么数字码寄存器中存放的数据是（ D ）

A、3000

B、119

C、01

D、100

34．下述能对控制介质上的程序进行译码的装置是（ A ）。

A、数控装置

B、伺服系统

C、机床

D、测量装置

35．CNC系统软件必须完成管理和控制两大任务，下面任务中哪个不属于管理任务（ A ）

A、插补

B、I/O处理

C、显示

D、诊断

36．下列显示器中不能显示字母X的是（C ）

A、CRT图形显示器

B、CRT字符显示器

C、七段LED显示器

D、LCD显示器

37．程序中出现各种异常情况的报警中断属于（C ）

A、外部中断

B、硬件故障中断

C、程序性中断

D、内部定时中断

38．下面哪项任务不是数据预处理（预计算）要完成的工作（A ）

A、位置控制

B、刀具半径补偿计算

C、刀具长度补偿计算

D、象限及进给方向判断

39．译码程序是以程序段为单位进行译码的，并且把代码存放在代码缓冲器中，代码后的数值存放在数字码寄存器中。若当前要翻译的程序段为：N115 G01 X132 Y119 F3000 LF，并且当前译码程序取出的字符是X，那么数字码寄存器中存放的数据是（C ）

A、3000

B、119

C、01

D、132

40．下面哪种设备不是CNC系统的输出设备（ A ）

A、MDI键盘

B、行式打印机

C、CRT显示器

D、电传打字机

41．数控系统中，（A ）主要实施对数控系统的运算和管理。

A、中央处理单元

B、存储器

C、外部设备

D、输入/输出接口电路

42．RS-232C公布的标准协议中，通信电缆的总长不得超过（ A ）m。

A、30

B、20

C、50

D、40

43．CNC系统的中断管理主要靠（B ）完成，而系统的中断结构决定了系统软件的结构。

77

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A、软件

B、硬件

C、CPU

D、总线

44．键盘中断服务程序负责将键盘上输入的字符存入（ A ），按一下键就向主机申请一次中断。

A、MDI缓冲器

B、内存

C、译码结果寄存器

D、以上都不对

45．通常CNC系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在（ B ）

A、EPROM中

B、RAM中

C、ROM中

D、EEPROM中

46．现代中高档CNC系统中的计算机硬件结构多采用（ D ）

A、单CPU、模块化结构

B、单CPU、大板结构

C、多CPU、大板结构

D、多CPU、模块化结构

47．8位计算机是指（ C ）

A、存储器的字由8个字节组成

B、存储器有8K

C、微处理器数据的宽度为8位

D、数据存储器能存储的数字为8位

48．CNC系统是指（ D ）。

A、适应控制系统

B、群控系统

C、柔性制造系统

D、计算机数控系统

49．.数控机床的数控装置包括（ C ）。

A、光电读带机和输入程序载体

B、步进电机和伺服系统

C、输入、信息处理和输出单元

D、位移、速度传感器和反馈系统

50．通常CNC机床的工件加工程序是以工件轮廓轨迹来编程。而使用刀具半径补偿功能时，则其作用是把工件轮廓轨迹转换成（ D ）

A、工件廓形的等距线

B、工件的真实廓形

C、工件廓形加工时的插补逼近直线

D、刀具的中心轨迹

51．步进电机的转速与下面哪些因素无关（ D ）

A、脉冲信号的频率f

B、转子齿数z

C、通电方式k

D、定子绕组中的电流大小

52．下列哪种数控系统没有检测装置（ A ）

A、开环数控系统

B、全闭环数控系统

C、半闭环数控系统

D、以上都不正确

53．可用于开环伺服控制的电动机是（ D ）

A、交流主轴电动机

B、永磁宽调速直流电动机

C、无刷直流电动机

D、功率步进电动机

54．下列伺服电动机中，带有换向器的电动机是（ A ）

A、永磁宽调速直流电动机

B、永磁同步电动机

C、反应式步进电动机

D、混合式步进电动机

55．当交流伺服电机正在旋转时，如果控制信号消失，则电机将会（ D ）。

A、以原转速继续转动

B、转速逐渐加大

C、转速逐渐减小

D、立即停止转动

88

v1.0 可编辑可修改56．数控机床伺服系统是以（ B ）为直接控制目标的自动控制系统。

A、机械运动速度

B、机械位移

C、切削力

D、机械运动精度

57．（ A ）主要用于经济型数控机床的进给驱动。

A、步进电机

B、直流伺服电机

C、交流伺服电机

D、直流进给伺服电机

58．对于数控机床闭环控制系统的伺服驱动元件，为了维护方便起见，最好采用（ B ）

A、直流伺服电动机

B、交流伺服电动机

C、液压步进马达

D、功率步进电动机

59．一台三相反应式步进电动机，当采用三相六拍通电方式运行时，其步距角为°，则转子齿数为（ C ）。

A、40

B、60

C、80

D、120

60．闭环控制系统与半闭环控制系统的区别在于（ D ）

A、采用的伺服电动机不同

B、采用的传感器不同

C、伺服电动机安装位置不同

D、传感器安装位置不同

61．步进电动机多相通电可以（ A ）

A、减小步距角

B、增大步距角

C、提高电动机转速

D、往往能提高输出转矩

62．半闭环控制系统的传感器装在（ A ）

A、电机轴或丝杠轴端

B、机床工作台上

C、刀具主轴上

D、工件主轴上

63．所谓开环的数控伺服系统是指只有（ B ）

A、测量实际位置输出的反馈通道

B、从指令位置输入到位置输出的前向通道

C、开放的数控指令

D、位置检测元件

64．半闭环数控机床是指（ B ）

A 没有检测装置

B 对电机轴的转角进行检测

C 对电机的电流进行检测

D 对坐标轴的位移进行检测

65．步进电机驱动控制采用加/减速方式，有利于（ C ）。

A、防止步进电机失步

B、防止机床机械共振

C、改善步进电机低频特性

D、增大步进电机的步距角

66．闭环控制系统比开环控制系统及半闭环控制系统（ B ）

A、稳定性好

B、精度高

C、故障率低

D、价格低

67．闭环控制数控机床（ D ）。

A、是伺服电动机与传动丝杠之间采用齿轮减速连接的数控机床

B、采用直流伺服电动机并在旋转轴上装有角位移位测装置

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C、采用步进电动机并有检测位置的反馈装置

D、采用交流或直流电动机并有检测机床末端执行部件位移的反馈装置

68．数控机床半闭环控制系统的特点是（ C ）。

A、结构简单、价格低廉、精度差

B、结构简单、维修方便、精度不高

C、调试与维修方便、精度高、稳定性好

D、调试较困难、精度很高

69．对步进电机驱动系统，输入一个脉冲后，通过机床传动部件使工作台相应地移动一个（ D ）

A、步距角

B、导程

C、螺距

D、脉冲当量

70．若数控冲床的快速进给速度v=15m/min，快进时步进电机的工作频率f=5000Hz，则脉冲当量δ为（ C ）。

A、B、C、D、

71．采用开环进给伺服系统的机床上，通常不安装（ D ）

A、伺服系统

B、制动器

C、数控系统

D、位置检测器件

72．若数控机床的脉冲当量δ=0.05mm，快进时步进电动机的工作频率f=2500Hz，则快速进给速度v 为（D ）。

A、2m/min

B、3m/min

C、5m/min

D、min

73．一台三相反应式步进电动机，转子齿数Z=80，当采用三相六拍通电方式运行时，其步距角为（ A ）。

A、°

B、°

C、3°

D、6°

74．一经济型数控铣床，当步进电机的工作频率f=5000Hz时，工作台的移动速度为3m/min，则脉冲当量δ为（ C ）。

A、B、C、D、

75．如果直线式感应同步器的定尺绕组的节距为4mm，那么滑尺绕组的节距应为（ B ）才能保证检测精度

A、2mm

B、4mm

C、6mm

D、8mm

76．下面哪种检测装置即可测量线位移又可测量角位移（ D ）

A、旋转变压器

B、感应同步器

C、光栅

D、B和C

77．若光栅栅距d = ，光栅指示光栅与标尺光栅夹角θ= ，则可得莫尔条纹宽度W = （ B ）。

A、 B、1mm C、10mm D、100mm

78．下面哪种检测装置不能测量角位移（ D ）

A、旋转变压器

B、圆光栅

C、编码盘

D、编码尺

1010

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1111 79．直线感应同步器定尺上是（ C ）

A 、正弦绕组

B 、余弦绕组

C 、连续绕组

D 、分段绕组

80．由单个码盘组成的绝对脉冲发生器所测的角位移范围为（ D ）

A 、0～90°

B 、0～180°

C 、0～270°

D 、0～360°

81．用直线感应同步器和数字显示系统测量位移，要求最大测量速度Vmax=9m/min ，脉冲当量q=0.01mm ，顾磁频率f （ D ）

A 、≥15Hz

B 、≥90Hz

C 、≥900Hz

D 、≥15KHz

82．光栅利用（ C ），使得它能测得比栅距还小的位移量。

A 、莫尔条纹的作用

B 、数显表

C 、细分技术

D 、高分辨指示光栅

83．感应同步器信号处理采用鉴幅型时，滑尺上正弦绕组和余弦绕组的励磁信号分别是（ B ）

A 、t cos U t sin U m m ωω和

B 、)U U (t sin U t sin U 2121≠ωω和

C 、)U U (t cos U t sin U 2121≠ωω和

D 、)(t cos U t sin U 212m 1m ω≠ωωω和

84．直线感应同步器滑尺的正弦和余弦绕组在空间错开的电角度为（ C ）

A 、π/6

B 、π/3

C 、π/2

D 、π

85．测量与反馈装置的作用是为了（ C ）。

A 提高机床的安全性；

B 提高机床的使用寿命；

C 提高机床的定位精度、加工精度；

D 提高机床的灵活性。

86．在数控机床的闭环控制系统中，其检测环节具有两个作用，一个是检测出被测信号的大小，另一个作用是把被测信号转换成可与（ A ）进行比较的物理量，从而构成反馈通道。

A 、指令信号

B 、反馈信号

C 、偏差信号

D 、脉冲信号

87．光栅尺是（ A ）。

A 、一种能准确的直接测量位移的元件

B 、 一种数控系统的功能模块

C 、一种能够间接检测直线位移或角位移的伺服系统反馈元件

D 、一种能够间接检测直线位移的伺服系统反馈元件

88．下列不属于直线型检测装置的是（ D ）。

A 、感应同步器

B 、光栅

C 、磁栅

D 、旋转变压器

89．下列不属于旋转型检测装置的是（ A ）。

A 、磁栅

B 、测速发电机

C 、旋转变压器

D 、光电编码器

v1.0 可编辑可修改

1212 90．感应同步器滑尺上的两个激磁绕组在长度方向相差（ D ）。

A 、2 个节距

B 、1/2 个节距

C 、4 个节距

D 、1/4 个节距

91．设有一光栅的条纹密度是100条/mm ，要利用它测定1m 的位移，至少应采用（ B ）细分电路。

A 、四倍频

B 、十倍频

C 、十二倍频

D 、二十倍频

92．在数控机床的使用过程中，由于零部件及电子元件出现疲劳、磨损、老化等，使系统处于频发故障状态。这一期间属于数控机床故障出现的哪个阶段（ C ）

A 、早期故障期

B 、偶发故障期

C 、耗损故障期

D 、以上都不对

93．数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警，某个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”，这属于（ A ）。

A 、程序错误报警

B 、操作报警

C 、驱动报警

D 、系统错误报警

94．工业机器人由4个基本部分组成，下面哪个不是基本部分（ A ）

A 、刀具

B 、控制系统

C 、肘节

D 、机械主体

（三）是非题

（ ×）1．世界上第一台数控机床是1958年试制成功的。

（ ×）2．CNC 系统中，由硬件完成的功能原则上不可以由软件完成。

（ ×）3．7段LED 显示器能显示字母X 。

（ ×）4．当点位直线控制数控机床的移动部件移动时，可以按任意斜率的直线进行切削加工。 （ ×）5．程序中出现各种异常情况的报警中断属于外部中断。

（ ×）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，位移精度越高。

（ ×）7．步进电机的步距角越大，控制精度越高。

（ ×）8．从减小伺服驱动系统的外形尺寸和提高可靠性的角度来看，采用直流伺服驱动比交流伺服驱动更合理。

（ √）9．伺服驱动系统的跟随误差越小，响应速度越快。

（ √）10．德国的SIEMENS 和日本的FUNUC 公司的数控系统对我国数控技术的影响较大。

（ ×）11．半闭环控制数控机床的检测装置可以直接检测工作台的位移量。

（ ×）12．CNC 系统仅由软件部分完成其数控任务。

（ ×）13．若CNC 装置有两个或以上的微处理机，则其一定属于多微处理机结构。

（ ×）14．LED 显示器能显示0～9的数字和全部英文字母。

（ ×）15．对控制介质上的程序进行译码的装置是伺服系统。

v1.0 可编辑可修改（×）16．CNC系统的中断管理主要靠硬件完成。

（×）17．程序中出现各种异常情况的报警中断属于外部中断。

（√）18．四极绕组式旋转变压器比两极绕组式旋转变压器检测精度更高。

（√）19．伺服系统跟随误差越小，响应速度越快。

（×）20．数控机床的加工是用数控程序来控制的，因此数控机床就是软件数控。

（×）21． CNC系统的外设指的是输入设备，如MDI键盘、纸带阅读机等。

（×）22．在共享总线结构中，某一时刻可以由多个CPU占有总线。

（×）23．有刷式旋转变压器比无刷式旋转变压器的寿命长。

（×）24．定尺绕组和滑尺绕组的节距是否相等对于直线感应同步器的检测精度无关紧要。

（√）25．步进电机的步距角越小，控制精度越高。

（√）26．采用细分电路可以提高开环步进式伺服驱动系统的精度。

（×）27．以系统总线为中心的多微机处理机CNC装置中，主、从模块均有权控制使用系统总线。

（×）28．步进电机的环形分配器必须由硬件来实现。

（×）29． RS-232C属于并行通信协议。

（×）30．步进电机的转速与指令脉冲的频率无关，而受到电压波动、负载变化及环境因素的影响。

（√）31．为了保证加工过程的连续性，CNC软件必须采用并行处理技术。

（√）32． CNC系统的核心是CNC装置，其性能决定了数控系统的性能。

（×）33．我国从1952年开始研究数控机械加工技术，并于当年研制成功我国第一台电子管数控系统样机。

（×）34．闭环系统中速度预处理计算方法有程序延时法和时钟中断法。

（×）35．根据插补由硬件还是软件实现，插补分为硬插补和软插补；硬插补一般用作粗插补，软插补用于精插补。

（×）36．日本的SIEMENS和德国的FUNUC公司的数控系统对我国数控技术的影响较大。

（√）37．磁栅可以工作在比较肮脏的环境，而光栅对工作环境和安装要求很高。

（√）38．采用细分电路可以提高开环步进式伺服驱动系统的精度。

（×）39．旋转变压器可以用来直接测量机床移动部件的直线位移。

（×）40． CNC系统中，软件所起的作用比硬件大。

（四）问答题

1．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：

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v1.0 可编辑可修改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

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）2．数控机床一般由哪几个部分组成

答：数控机床一般组成部分包括：①控制介质、②数控装置、③伺服系统、④测量装置、⑤机床本体3．简述CNC系统精插补和粗插补相结合进行插补的基本过程。

答：在实际的CNC系统中，通常由软件进行粗插补，再由硬件进行精插补。

即：由CNC系统软件将刀具轨迹分割成若干小线段，再由硬件电路在小线段的起点和终点之间进行数据的密化，使刀具轨迹在允许的误差之内。

4．什么叫逐点比较插补法，一个插补循环包括哪几个节拍

答：逐点比较插补法是通过逐点比较刀具与所加工曲线的相对位置，确定刀具的进给方向，以加工出所需的零件廓形。

一个插补循环包括：偏差判断、进给、偏差计算、终点判断四个节拍。

5．何谓插补，有哪两类插补算法

答：插补就是根据给定速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法，即：数据密化的过程。按输出驱动信号方式的不同，软件插补方法可分为两大类：数据采样插补法和脉冲增量插补法。

6．简述DDA法与逐点比较法插补运动轨迹有何不同

答：DDA法在某个插补迭代脉冲到来的时候可能不驱动伺服系统进给，可能沿某一个坐标方向发生进给，也可能沿两个坐标方向都发生进给；而逐点比较法在某个插补迭代脉冲到来的时候只能沿某一个坐标方向发生进给。

7．CNC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

答：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：1）不用软件插补器，完全由硬件完成的CNC系统；

2）由软件进行粗插补，硬件进行精插补的CNC系统；

3）完全由软件实施插补的CNC系统。

8．简述CNC系统中中央处理单元（CPU）的组成部分及其作用。

答：中央处理单元(CPU)：它的作用是实施对整个系统的运算、控制和管理，它由运算器和控制器两

1414

v1.0 可编辑可修改部分组成。其作用分别是：

运算器：对数据进行算术和逻辑运算。

控制器：译码、发出控制指令，统一指挥和控制数控系统各部件。

9．CNC系统软件采用并行处理技术的目的是什么

答：为了保证加工过程的连续性，必须采用并行处理技术，它主要有以下两个方面的考虑：1）使用和调配CNC系统的资源；

2）提高CNC系统的处理速度。

10．简述CNC系统软件中译码程序要完成的两项工作。

答：CNC系统软件中译码程序要完成的两项工作为：

一是将输入的零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言；

二是完成程序段的语法检查，若发现语法错误立即报警。

11．什么是数控系统的软件它由哪些基本部分组成

答：CNC系统软件是为了实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，即存放于计算机内存中的系统程序。它一般由输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序等子程序组成。

12．简述CNC系统中断处理的类型。

答：CNC系统中断处理的类型主要有：1）外部中断；2）内部定时中断；3）硬件故障中断；4）程序性中断。

13．单微处理器结构的CNC装置有哪几部分组成，其I/O接口的任务是什么

答：单微处理机结构CNC装置由微处理器和总线、存储器、主轴控制、CRT或液晶显示接口、纸带阅读机接口、I/O接口、MDI接口、PLC接口、通信接口等组成。接口电路的主要任务有：①进行必要的电气隔离，防止干扰信号引起误动作；②进行电平转换和功率发大；③模拟量与数字量之间的转换。

14．CNC软件结构模式有哪两种分别简述其特点。

答：CNC软件结构模式有两种：前后台型软件结构和中断型软件结构。

前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器CNC系统，它是实时中断程序，承担了几乎全部实时功能；后台程序主要用来完成准备工作和管理工作。在运行过程中实时中断程序不断插入，前后台程序相互配合完成加工任务。

中断型软件结构没有前后台之别，除初始化程序外，根据各控制模块实时要求不同，将控制程序安排成不同级别的中断服务程序。整个软件是一个大的多重中断系统，系统的管理功能主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现。

15．数控机床对伺服驱动系统有哪些要求

1515

v1.0 可编辑可修改答：数控机床伺服驱动系统主要有以下要求：

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位移精度要高；③跟随误差要小，即动态响应速度快；④负载特性硬，即使在低速时也应有足够的负载能力；⑤能够频繁地启动。

16．简述开环步进式伺服驱动系统的工作原理。

答：驱动控制线路接收来自机床数控系统发出的进给脉冲信号（指令信号），并把此信号转换为控制步进电机各项绕组依此通电、断电的信号，使步进电机运转；步进电机的转子与机床丝杠连在一起，转子带动丝杠转动，丝杠再带动工作台移动。

17．试述提高步进系统精度的措施及基本原理。

答：措施：细分线路、反向间隙补偿、螺距误差补偿（另外，从结构上讲还有：改善步进电机的性能、减小步距角、采用精密传动副、减小传动链中传动间隙等方法）。

基本原理：

①细分线路就是把步进电机的一步再分得细一些，来减少步距角。

②反向间隙补偿就是根据实际测得的传动间隙的大小，每当出现反向时，用补充固定的脉冲来克服。

③螺距误差补偿就是通过对丝杠的螺距进行实测，得到丝杠全程的误差分布曲线。当误差为正时，采用扣除进给脉冲指令的方式进行误差的补偿，使步进电机少走一步；当误差为负时，表采取增加进给脉冲指令的方式进行误差的补偿，使步进电机多走一步。

18．简述数控开环、半闭环、闭环系统的区别。

答：开环伺服系统即无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率步进电机，其实质是数字脉冲到角度位移的变换，它不用位置检测元件实现定位，而是靠驱动装置本身，转过的角度正比于指令脉冲的个数，速度由进给脉冲的频率决定。

开环系统的结构简答，易于控制，但精度差，低速不平稳，高速扭矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。

闭环伺服系统是误差控制随动系统，该装置测出实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给CNC 装置，与指令进行比较，求得误差，构成闭环位置控制。

闭环伺服系统是反馈控制，测量装置精度很高，系统传动链的误差，环内各元件的误差以及运动中造成的误差可以得到补偿，大大提高了跟随精度和定位精度。

半闭环系统指位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换，即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，在环外的传动误差没有得到系统的补偿，因而这种伺服系统的精度低于闭环系统。

19．简述闭环伺服系统对执行元件有何要求。

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v1.0 可编辑可修改答：闭环伺服系统对执行元件的要求主要有以下几点：

（1）尽可能减少电机的转动惯量，以提高系统的快速动态响应；

（2）尽可能提高电机的过载能力，以适应经常出现的冲击现象；

（3）尽可能提高电机低速运行的稳定性和均匀性，以保证低速时伺服系统的精度。

20．简要说明交流伺服电机驱动系统的特点。

答：交流伺服电机驱动系统克服了直流驱动系统中电机电刷和整流子要经常维修、电机尺寸较大和使用环境受限制等缺点。它能在较宽的调连范围内产生理想的转矩，结构简单，运行可靠，用于数控机床等进给驱动系统为精密位置控制。

21．鉴相式伺服系统主要由哪几部分组成。

答：鉴相式伺服系统主要由基准信号发生器、鉴相器、检测元件及其信号处理线路、脉冲调相器和执行元件等六部分组成。

22．鉴幅式伺服系统主要由哪几部分组成。

答：鉴幅式伺服系统主要由测量元件及信号处理线路、数模转换器、比较器、驱动环节和执行元件五部分组成。

23．鉴幅式伺服系统与鉴相式伺服系统有何区别。

答：主要区别有两点；一是鉴幅式伺服系统的测量元件是以鉴幅式工作状态进行工作的，因此，可用于鉴幅式伺服系统的测量元件有旋转变压器和感应同步器；二是鉴幅式伺服系统比较器所比较的是数字脉冲量，而与之对应的鉴相式伺服系统的鉴相器所比较的是相位信号，故在鉴幅式伺服系统中，不需要基准信号，两数字脉冲量可直接在比较器中进行脉冲数量的比较。

24．在步进系统中，加减速电路的作用是什么为什么要设置该线路

答：（1）步进系统加减速电路作用：保证进入步进电机定子绕组的电平信号的频率变化平滑，而且应有一定的时间常数，以满足步进电机加减速特性要求。

（2）步进系统设置加减速电路的原因：由于由加减脉冲分配电路来的进给脉冲频率的变化是有跃变的。因此，为了保证步进电机能够正常、可靠地工作，此跃变频率必须首先进行缓冲，使之变成符合步进电机加减速持性的脉冲频率，然后再送入步进电机的定子绕组。加减速电路就是为此而设置的。

25．简述数控机床的闭环控制系统中检测反馈环节的作用。

答：检测环节是闭环、半闭环伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位移和速度，发出反馈信号，使系统形成闭环控制。系统把反馈的信号与输入信号进行比较，其差值经放大后驱动执行部件进行运动加工。

26．以长光栅为例，画出其结构组成示意图并说明莫尔条纹的形成原理。

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v1.0 可编辑可修改答：

①长光栅结构组成示意图：

②莫尔条纹的形成原理：栅距相同的主光栅的指示光栅叠放在一起，中间留有间隙，且两者栅线错开一个很小的角度，这样便会产生与光栅尺接近于垂直明暗相间横向条纹。明暗条纹间的距离为莫尔条纹的间距，每当光栅尺移动一个栅距的位移，则莫尔条纹移动一个条纹间距，通过后面的光电接受元件输出一个变化周期的电压信号，经整形后产生一个脉冲信号。

27．简述莫尔条纹的特点。

答：莫尔条纹的特点有：放大作用；平均作用（均化误差）；莫尔条纹的移动与栅距之间的移动成正比。

28．位置检测装置按检测信号的类型和构成伺服系统类型的不同分别分为几种请阐述各自的含义。

答：位置检测装置按检测信号的类型来分，可分成数字式与模拟式两大类。数字式是指将机械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量装置；模拟式是指将机械位移量转变为感应电动势的相位或幅值的测量装置。

按构成伺服系统类型可分为回转型检测装置和直线型检测装置。前者对机床的直线位移是间接测量，其测量精度取决于测量装置和机床传动链两者的精度；后者则是直接测量机床的直线位移，其测量精度主要取决于测量装置的精度，不受机床传动精度的直接影响。

29.数控机床常用的检测元件有哪些

答：间接测量常用的检测器件一般包括: 脉冲编码器,旋转变压器,圆感应同步器,圆光栅和圆磁栅。直接测量常用的检测器件一般包括: 直线感应同步器,磁尺激光干涉仪,计量光栅。

30.数控机床用于驱动的电机有哪几种

答：数控机床的电机包括主轴驱动电机和进给驱动电机。主轴电机更强调力量，进给电机更强调的效率。目前数控机床常见的主轴电机有交流伺服电机、交流变频电机。数控机床的进给电机常见的一种是档次较低的步进电机、一种是交流伺服电机。其它的像直流伺服电机、直线电机等要。

31.数控机床的机械系统由哪些组成

答：1)主传动系统。它包括动力源、传动件及主运动执行件(主轴)等，其功用是将驱动装置的运动及动力传给执行件，以实现主切削运动。

2)进给传动系统。它包括动力源、传动件及进给运动执行件(工作台、刀架)等，其功用是将伺服驱动

1818

v1.0 可编辑可修改

1919 装置的运动与动力传给执行件，以实现进给切削运动。

3)基础支承件。它是指床身、立柱、导轨、滑座、工作台等，是整台机床的基础和框架，支承机床的各主要部件，并使它们在静止或运动中保持相对正确的位置。

4)辅助装置。辅助装置是指实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置。辅助装置视数控机床的不同而异，按机床的功能需要选用，如自动换刀系统、液压气动系统、润滑冷却装置和排屑防护装置等。

（五）计算题

1．用逐点比较法插补图示的第四象限直线，直线终点坐标取绝对值，图中T(X i ，Y i )表示刀具位置，若刀具T 位于直线上方或直线上时，偏差函数F ≥0；若刀具T 位于直线下方时，偏差函数F ＜0。插补前，刀具位于直线的起点0，某时

刻刀具原点到动点T(X i ,Y i )，其偏差函数为F i

＝X a Y i －Y a X i ，试推导简化的偏差计算公式。

T(X i ,Y i )

A(X a ,Y a ) Y X F ≥0 F ＜0

O

解：（1）若F ≥0时，刀具沿X 轴正方向走一步， X i X i Y i Y i +=++=?????111

则F i+1 ＝X a ∣Y i+1∣－∣Y a ∣X i+1

＝X a ∣Y i ∣－∣Y a ∣X i -∣Y a ∣

＝F i －∣Y a ∣

（2）若F ＜0时，刀具沿Y 轴负方向走一步，

X i X i Y i Y i +=+=-?????111 即 X i X i Y i Y i +=+=+?????11

1 则F i+1＝X a ∣Y i+1∣－∣Y a ∣X i+1

＝X a (∣Y i ∣＋1)－∣Y a ∣X i+1

＝X a ∣Y i ∣－∣Y a ∣X i +X a

＝F i ＋X a

故得出第四象限直线的逐点比较法插补偏差计算公式为：

F ≥0时，进给：＋X ，F i+1＝F i －∣Y a ∣

F ＜0时，进给：－Y ，F i+1＝F i ＋X a

v1.0

可编辑可修改

2020

2．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 （x e ，y e ），其值为x e ＝4，y e

＝5，试写出其直线插补计算过程，并绘出其插补轨迹。

解：

步数 工作节拍 偏差判别

坐标进给

偏差计算

终点判别

F 0＝0，x e ＝4，y e ＝5 N ＝4＋5＝9 1 F 0＝0 +X F 1＝F 0－y e ＝0－5＝－5 N ＝9－1＝8 2 F 1＜0 +Y F 2＝F 1＋x e ＝－5+4＝－1 N ＝8－1＝7 3 F 2＜0 +Y F 3＝F 2＋x e ＝－1+4＝3 N ＝7－1＝6 4 F 3＞0 +X F 4＝F 3－y e ＝3－5＝－2 N ＝6－1＝5 5 F 4＜0 +Y F 5＝F 4＋x e ＝－2+4＝2 N ＝5－1＝4 6 F 5＞0 +X F 6＝F 5－y e ＝2－5＝－3 N ＝4－1＝3 7 F 6＜0 +Y F 7＝F 6＋x e ＝－3+4＝1 N ＝3－1＝2 8 F 7＞0 +X F 8＝F 7－y e ＝1－5＝－4 N ＝2－1＝2 9 F 8＜0

+Y

F 9＝F 8＋x e ＝－4+4＝0

N ＝1－1＝0

插补结束

插补轨迹如下图所示：

3．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 （x e ，y e ），其值为x e ＝5，y e

＝4，试写出其直线插补计算过程，并绘出其插补轨迹。

解：

步

工作节拍

v1.0

可编辑可修改

2121

数 偏差判别

坐标进给

偏差计算 终点判别

F 0＝0，x e ＝5，y e ＝4 N ＝5＋4＝9 1 F 0＝0 +X F 1＝F 0－y e ＝0－4＝－4 N ＝9－1＝8 2 F 1＜0 +Y F 2＝F 1＋x e ＝－4+5＝1 N ＝8－1＝7 3 F 2＞0 +X F 3＝F 2－y e ＝1－4＝－3 N ＝7－1＝6 4 F 3＜0 +Y F 4＝F 3＋x e ＝－3＋5＝2 N ＝6－1＝5 5 F 4＞0 +X F 5＝F 4－y e ＝2－4＝－2 N ＝5－1＝4 6 F 5＜0 +Y F 6＝F 5＋x e ＝－2＋5＝3 N ＝4－1＝3 7 F 6＞0 +X F 7＝F 6－y e ＝3－4＝－1 N ＝3－1＝2 8 F 7＜0 +Y F 8＝F 7＋x e ＝－1＋5＝4 N ＝2－1＝2 9 F 8＞0

+X

F 9＝F 8－y e ＝4－4＝0

N ＝1－1＝0

插补结束

插补轨迹如下图所示：

4．圆弧插补计算：用逐点比较法加工第Ⅰ象限逆时针圆弧AB ，起点坐标为A （6，0），终点坐标为B （0，6），试写出其直线插补计算过程，并绘出其插补轨迹。

解： 步

数 工作节拍

偏差判别 坐标进给 偏差计算

坐标计算

终点判别

F 0=0

x 0=6，y 0=0 N ＝6+6=12 1 F 0＝0 -X F 1= F 0-2x 0+1=0-12+1=-11 x 1=6-1=5，y 1=0 N =12-1=11 2 F 1＜0 +Y F 2= F 1+2y 1+1=-11+0+1=-10 x 2=6-1=5，y 2=0+1=1 N =11-1=10 3

F 2＜0

+Y

F 3= F 2+2y 2+1=-10+2+1=-7

x 3=5，y 3=1+1=2

N =10-1=9