机床数控技术课后答案（胡占齐版）

黄兴 如有错误敬请原谅

第1章

1．数控（NC）和计算机数控（CNC）的联系和区别是什么？

答：数字控制（NC）简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法也称数控技术。我们把以计算机系统作为数控装置构成的数控系统称为计算机数控系统（CNC）。CNC系统的数字处理功能主要由软件实现，因而十分灵活，并可以处理数字逻辑电路难以处理的复杂信息，使数控系统的功能大大提高。

2．数控机床由哪几部分组成，各组成部分的功能是什么？ 答：（1）程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。

（2）数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。

（3）伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。

（4）机床主体（主机）：包括机床的主运动、进给运动部件。执行部件和基础部件。

3．简述闭环数控系统的控制原理，它与开环数控系统有什么区别？

答：控制原理：闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将检测量到的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。

区别：闭环控制系统有反馈装置，而开环没有。 4．选择数控机床的时候应该考虑哪几方面的问题？

答：(1)机床的类别(车、铣、加工中心等)、规格(行程范围)、性能(加工材料)。(2)数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围，刀具以及刀具系统的配置情况。(3)数控机床的定位精度和重复定位精度。(4)零件的定位基准和装夹方式。(5)机床坐标系和坐标轴的联动情况。(6)控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿以及ATC等相关的功能。 5．数控技术的发展趋势表现在哪几个方面？

答：高速高精度、智能化、开放式数控系统、网络数控技术、提高数控系统的可靠性、实现数控装备的复合化、CAD/CAM/CNC一体化，实现数字化制造。 6．数控技术在制造自动化系统中的地位和作用？ 答：数控技术和制造自动化技术是密不可分的。 7．开放式数控系统基本概念。

答：开放式数控系统是软硬件实现模块化、可重构、可扩充的自动化制造系统。

第2章

1、数控编程过程中要做哪些工作？

答：1．确定加工方案: 选择能够实现该方案的适当的机床、刀具、夹具和装夹方法。 2. 工艺处理: 工艺处理包括选择对刀点，确定加工路线和切削用量。

3. 数学处理: 根据图纸数据求出编程所需的数据(每一程序段的终点坐标)。 4. 编写程序清单

5. 制备介质和程序检验

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2、什么是机器坐标系、编程坐标系，各有什么用途？

答：机器坐标系：为了使编出的程序在不同厂家生产的同类机床上有互换性，必须统一规定数控机床的坐标方向。

右手坐标系，X,Y,Z,A,B,C； X’,Y’,Z’,A’,B’,C’ Z为平行与机床主轴，离开工件为正；

X为水平，平行工件装夹面，平行主切削方向；

编程坐标系：编程时一般选择工件上的某一点为程序的原点（0），并以这点作为坐标系的原点，建立的新坐标系。

3、卧式车床CA6140和带立铣头的铣床X62W的机器坐标系是如何设定的？ 答：

4、怎样设定编程坐标系？

答： 编程时一般选择工件上的某一点为程序的原点（0），并以这点作为坐标系的原点，建立的新坐标系。

5、什么是绝对坐标和增量坐标？ 答：绝对坐标是以当前坐标系的原点为基准的坐标值，而增量坐标是以上一个程序终点为基准的坐标值。

6、直线和圆弧插补指令的意义和用法。

答：直线插补指令G01，该指令用于产生直线运动，命令刀具以程序指定的进给速度，从当前位置开始，沿直线轨迹移动到目标位置。使用方法GX-Y-F-.

圆弧插补指令G02、G03，该指令命令刀具在指定坐标平面内，以程序指定的进给速度，沿圆弧轨迹进给到终点位置。G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令。使用方法：G02(G03)X-Y-I-J-F-.

7、刀补指令有哪几种，其含义是什么？

答：刀具半径补偿指令G40、G41、G42：编程时，不需要计算刀具中心的轨迹，只需要按零件轮廓编程，在程序中加入刀具半径补偿指令，并在控制面板上利用刀具拨码盘或键盘输入刀具半径值，数控装置便能自动地计算出刀具中心轨迹，并控制刀具，按照刀具中心轨迹运动。刀具磨损或重磨后，半径变小，只需输入改变后的刀具半径，而不必修改加工程序。G41表示左刀补，G42表示右刀补，G40表示撤销刀补功能。 刀具长度补偿指令G43、G44:用于补偿刀具长度的变化，具体的补偿方法是在程序执行过程中，在刀具轴线方向加上或减去一个补偿值。

8、固定循环编程有何意义？

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答：简化编程工作。P33

9、编写图2-61所示零件的钻孔加工数控加工程序。

答：N010 G92 X0 Y0 Z0

N020 G91 G00 X366.0 Y-312.0 N030 G43 Z-410.0 T11 N040 S600 M03 M07 N050 G01 Z-24.0 F10000 N060 G00 Z32.0 N070 G00 X32.0 Y-14.0 N080 G01 Z-32.0 N090 G00 Z32.0 N100 G00 X16.0 Y14.0 N110 G01 Z-32.0 N120 G00 Z32.0 N130 G00 X-16.0 Y14.0 N140 G01 Z-32.0 N150 G00 Z32.0

N160 G90 G00 X0 Y0 Z0 MO5 T11 M09

N170 G91 G00 X366.0 Y-298.0 S600 M03 T22 M07 N180 G00 Z-410.0 F1000 N190 G01 Z-24.0 N200 G00 Z24.0 N210 G00 Y-28.0 N220 G01 Z-24.0 N230 G00 Z32.0 N240 G00 X48.0 N250 G01 Z-32.0 N260 G00 Z32.0 N270 G00 X-16.0 Y14.0 N280 G01 Z-32.0 N290 G00 Z32.0 N300 G00 X16.0 Y14.0

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N310 G01 Z-32.0 N320 G00 Z32.0

N330 G90 G00 X0 Y0 Z0 T20 N340 M05 M09 N350 M02

10、编写图2-52所示零件的车削加工数控加工程序。

答：（1）N010 G92 X-40.0 Z10.0

N020 G91 G00 Z-9.8 S630 M03 T11 M08 N030 G01 X40.0 Z-0.2 F0.15 N040 G00 X-30.0

N050 G18 G03 X-20.0 Y-20.0 K-20.0 N060 G90 G00 X-30.0 Z0.2 T10 N070 M05 M02 (2)N010 G92 X-30.0 Z10.2

N020 G90 G00 X-31.0 Z10.0 S630 M03 T11 M08 N030 G91 G01 X31.0 F0.15 N040 G00 X30.0 N050 G01 Z-10.0

N060 G18 G02 U10.0 W10.0 I-10.0 N070 G90 G00 X-30.0 Z10.2 T10 N080 M05 M02

(3) NO10 G92 Z0.2 S630 M03 T11 M08 N020 G91 G18 G03 X-22.5 Z-35.9 F0.15 N030 G90 G00 Z10.0 T10 N040 M05 M02

11、编写图2-63所示零件的轮廓铣削加工数控加工程序。

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答：(1)N010 G92 X0 Y0 Z0

N020 G90 G00 X85.2 Y10.0 S440 M03 T06 H03 N030 G91 G01 Y-20.0 F100

N040 G17 G02 X-30 Y-30 I-30.0 N050 G01 X-110.0 N060 Y80.0 N070 X110.0

N080 G17 G03 X30.0 Y-30.0 I30.0 N090 G90 G00 G40 X80.0 Y20.0 N100 M05 M09 N110 M02

(2)N010 G92 X0 Y0 Z0

N020 G90 G00 Y-0.2 S440 M03 T06 H03 N030 G91 G01 X300.0 F100 N040 G17 G02 X200.0 I100.0 N050 G01 X300.0 N060 Y300.0

N070 G17 G03 X-800.0 I-400 N080 G01 Y-300.0

N090 G90 G00 G40 X-10.0 Y-10.0 N100 M05 M09 N110 M02

12、车削加工零件编程有哪些特点？

答：坐标的取法及坐标指令、刀具补偿、车削固定循环功能。 13、数控语言编程的基本过程。

答： 第一阶段：编写零件源程序—用指定的数控语言描述工件的形状尺寸、加工中刀具与工件的相对运动、切削用量，冷却条件以及其它工艺参数。第二阶段：包括译码和数学处理两个过程—第二阶段的作用是对零件源程序进行分析处理生成刀位数据。第三阶段：后处理—生成能被具体的数控机床接受的数控代码。 14、APT语言怎样确定刀具的位置？ 答：P51

15、自动编程系统中后处理的意义和做法。 答：P53

16、数控编程过程中的加工仿真有何意义？仿真过程中主要解决哪些问题？ 略

第3章

1. 试述CNC装置是的工作过程。 答：1）输入：

输入内容——零件程序、控制参数和补偿数据。

输入方式——穿孔纸带阅读输入、磁盘输入、光盘输入、手健盘输入，通讯接口输入及连接上级计算机的DNC接口输入

2）译码：以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解释、翻译成计算机能够识别的数据

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形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区内。

3）数据处理：包括刀具补偿，速度计算以及辅助功能的处理等。

4）插补：插补的任务是通过插补计算程序在一条曲线的已知起点和终点之间进行“数据点的密化工作”。

5）位置控制：在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。

6）I/O处理：处理CNC装置与机床之间的强电信号输入、输出和控制。 7）显示：零件程序、参数、刀具位置、机床状态等。 8）诊断：检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态。 2. 何谓插补？ 答：插补的任务是通过插补计算程序在一条曲线的已知起点和终点之间进行“数据点的密化工作”。

3. 基准脉冲插补中，已知插补运算的时间为80?s，当系统脉冲当量为0.01mm/脉冲，求最高进给速度。

-6解：V=0.01×60×10/(80×10)=0.75m/min

-34. 目前应用的插补方法分为哪几类？各有何特点？

答：(1) 基准脉冲插补:基准脉冲插补又称脉冲增量插补，这类插补算法是以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出到伺服系统，以驱动工作台运动，每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，也叫脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。

*常用方法：逐点比较法；数字积分法

(2) 数据采样插补:数据采样插补又称时间增量插补，这类算法插补结果输出的不是脉冲，而是标准二进制数。根据程编进给速度，把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据进行输出，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。 *常用方法：直线函数法；扩展DDA数据采样法 5. 用逐点比较法加工第一象限直线，起点O（0，0），终点C（5， 3），写出插补过程，并绘出插补轨迹。 解：∑=5+3=8

序号 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别 起点 F0=0 ∑=8 1 F0=0 +X F1=F0-Y1=-3 7 2 F1<0 +Y F2=F1+X1=2 6 3 F2>0 +X F3=F2-Y1=-1 5 4 F3<0 +Y F4=F3+X1=4 4 5 F4>0 +X F5=F4-Y1=1 3 6 F5>0 +X F6=F5-Y1=-2 2 7 F6<0 +Y F7=F6+X1=3 1 8 F7>0 +X F8=F7-Y1=0 0 图略

6. 加工圆心在坐标原点，半径为5的一段逆圆弧CD，起点C（-4，3），终点D（4，3），试用逐点比较法进行圆弧插补，写出插补过程，并绘出插补轨迹。 解：∑=28

序号 偏差判别 坐标进给 偏差计算 坐标计算 终点判别

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起点 F0=0 X0=-4 Y0=3 ∑=28 1 F0=0 -Y F1=F0-2Y0+1= -5 X1=-4 Y1=2 27 2 F1<0 -X F2=F1-2X1+1=4 X2=-5 Y2=2 26 3 F2>0 -Y F3=F2-2Y2+1=1 X3=-5 Y3=1 25 4 F3>0 -Y F4=F3-2Y3+1=0 X4=-5 Y4=0 24 5 F4=0 +X F5=F4+2X4+1=-9 X5=-4 Y5=0 23 6 F5<0 -Y F6=F5-2Y5+1=-8 X6=-4 Y6=-1 22 7 F6>0 -Y F7=F6-2Y6+1=-5 X7=-4 Y7=-2 21 8 F7>0 -Y F8=F7-2Y7+1=0 X8=-4 Y8=-3 20 9 F8=0 +X F9=F8+2X8+1=-7 X9=-3 Y9=-3 19 10 F9<0 -Y F10=F9-2Y9+1=0 X10=-3 Y10=-4 18 11 F10=0 +X F11=F10+2X10+1=-5 X11=-2 Y11=-4 17 12 F11<0 -Y F12=F11-2Y11+1=4 X12=-2 Y12=-5 16 13 F12>0 +X F13=F12+2X12+1=1 X13=-1 Y13=-5 15 14 F13>0 +X F14=F13+2X13+1=0 X14=0 Y14=-5 14 15 F14=0 +Y F15=F14+2Y14+1=--9 X15=0 Y15=-4 13 16 F15<0 +X F16=F15+2X15+1=-8 X16=1 Y16=-4 12 17 F16<0 +X F17=F16+2X16+1=-5 X17=2 Y17=-4 11 18 F17<0 +X F18=F17+2X17+1=0 X18=3 Y18=-4 10 19 F18=0 +Y F19=F18+2Y18+1=-7 X19=3 Y19=-3 9 20 F19<0 +X F20=F19+2X19+1=0 X20=4 Y20=-3 8 21 F20=0 +Y F21=F20+2Y20+1=-5 X21=4 Y21=-2 7 22 F21<0 +X F22=F21+2X21+1=4 X22=5 Y22=-2 6 23 F22>0 +Y F23=F22+2Y22+1= 1 X23=5 Y23=-1 5 24 F23<0 +Y F24=F23+2Y23+1=0 X24=5 Y24=0 4 25 F24=0 -X F25=F24-2X24+1=-9 X25=4 Y25=0 3 26 F25<0 +Y F26=F25+2Y25+1=-8 X26=4 Y26=1 2 27 F26<0 +Y F27=F26+2Y26+1=-5 X27=4 Y27=2 1 28 F27<0 +Y F28=F27+2Y27+1=0 X28=4 Y28=3 0 图略

7. 设有第一象限的直线OE，如图起点为O（0，0），终点为E(5，6)，累加器与寄存器的位数为三位，请用DDA法对其进行插补，写出插补过程，并绘出插补轨迹。 解：最大允许寄存数值为7

累加次数 X积分器 Y积分器 终点计数器 Jvx Jrx ?X Jvy Jrx ?Y Je 0 5 0 6 0 0 1 5 0+5 6 0+6 1 2 5 5+5=8+2 1 6 6+6=8+4 1 2 3 5 2+5+7 6 4+6=8+2 1 3 4 5 7+5=8+4 1 6 6+2=8 1 4 5 5 4+5=8+1 1 6 0+6 5 6 5 5+1 6 6+6=8+4 1 6 7 5 5+6=8+3 1 6 6+4+8+2 1 7 8 5 3+5=8 1 6 6+2=8 1 8

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图略

8、DDA插补时合成进给速度V与脉冲源速度Vg有何关系？说明了什么。 答;V=

VgL/M

说明：合成进给速度V与脉冲源速度Vg和被插补直线长度L乘积成正比，与累加次数成反比。

9、DDA插补稳速控制的措施有哪些？

答：左移规格化、按进给速率数FRN编程、提高插补精度的措施。 10、以直线函数法直线插补为例，说明数据采样插补原理。 答：P85

11、直线函数法圆弧插补的特点是什么？

答：直线函数法，用弧线逼近圆弧，因此插补误差主要为半径的绝对误差。因插补周期是固定的，该误差取决于进给速度与圆弧半径，当加工的圆弧半径确定后，为了使径向绝对误差不超过允许值，对进给速度有个限制。 12、说明扩展DDA数据采样插补原理。

答：答：是利用数字积分的方法，当两个积分器根据插补时钟进行同步累加时，溢出脉冲分别控制相应坐标轴运动，根据插补循环数是否等于2n或坐标进给步数判断插补是否完成。 13、何谓刀具半径补偿? 它在零件加工中的主要用途有哪些?

答：数控机床在加工过程中，它所控制的是刀具中心的轨迹，为了方便起见，用户总是按零件轮廓编制加工程序，因而为了加工所需的零件轮廓，在进行内轮廓加工时，刀具中心必须向零件的内侧偏移一个刀具半径值；在进行外轮廓加工时，刀具中心必须向零件的外侧偏移一个刀具半径值。

作用：1.可以简化程序 2.减少编程人员的坐标计算 3.使用不同的刀具时不用再编程

14、为什么要控制数控机床的进给速度？ 答：（1）影响加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关；（2）对不同材料的加工，需根据切削速度、背刀吃量、表面粗糙度和精度的要求，选择合适进给速度；（3）为了防止产生冲击、失步、超程或震荡等，保证运动平稳和准确定位，数控系统需要对机床的进给运动速度进行加减速控制。 15、何谓前加减速控制和后加减速控制，各有何优缺点？

答：前加减速控制原理：插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。优点：仅对合成速度F 进行控制，不会造成额外的轨迹误差；不影响插实际插补输出的精度 后加减速控制原理：插补后根据各轴到终点的坐标方向上的差值，对速度进行加减速控制。 优点：对各运动轴分别进行加减速控制，不需要专门预 测减速点，而在插补输出为0时开始减速，并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段的终点。 16、在CNC装置中，为何对进给电动机进行加减速控制，常用的控制算法有哪些？请简要说明。

答：为了在机床启动、停止、轨迹转折、速度变化处保证平滑过渡，必须使机床按给定平滑规律进行加减速控制。常用控制算法:前加减速控制、后加减速控制。

第4章

1、试用框图说明CNC装置的组成原理，并解释各部分的作用。

答：由硬件和软件组成。 硬件结构中，中央处理器单元CPU实施对整个系统的运算控制和

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管理。存储器用于储存系统软件和零件加工程序，以及运算的中间结果等，输入、输出接口用来交换数控装置和外部的信息，MDI/CRT接口完成手动数据输入和将信息显示在CRT上，位置控制部分包括对主轴驱动的控制，通过伺服系统提供功率、扭矩的输出，还包括对进给坐标的控制。 软件结构中包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由零件程序的输入、输出程序，显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序，刀具补偿计算程序，速度控制程序，插补运算程序和位置控制程序等组成。

2、CNC装置分为哪几种类型？每种类型有什么特点？

答：单片机数控装置、单CPU数控装置、多CPU数控装置、基于PC的数控装置。 3、说明数控装置中的接口的功能，常用的接口有哪几种？

答：接口的任务（1）进行电平和功率放大。(2)将数控装置和机床之间的信号在电气上加以隔离。(3)数/模（D/A）或模/数（A/D）转换电路。（4）消除畸变。 常用的接口：（1）直流模拟信号接口（2）直流数字信号接口（3）数控装置的通信接口 4、什么是数控系统的软硬件界面？怎样划分软硬件界面？ 略

5、CNC软件系统有哪些特殊要求，系统中采用哪些技术来满足其特殊要求？ 略

6、试说明CNC装置的工作过程。

答：输入、译码、数据处理、插补、位置控制、管理程序。

7、可编程控制器（PLC）的作用是什么，和继电器逻辑控制（RLC）有什么区别？

答：PLC是由计算机简化而来的，为了适应顺序控制的要求，PLC省去了计算机的一些数字运算功能，强化了逻辑运算功能，是一种介于继电器控制和计算机控制之间的自动控制装置。

PLC的最大特点是，其输入输出量之间的逻辑关系是由软件决定的，因此改变控制逻辑时，只要修改控制程序即可，是一种柔性的逻辑控制装置。另外PLC能够控制的开关量数量要比RLC多，能实现复杂的控制逻辑。由于减少了硬件线路，控制系统的可靠性大大提高。

8、PLC的编程方法有哪些，它们各自的优缺点有哪些？ 答：（1）梯形图编程：一种图形编程方法，由于用了电路元件符号来表示控制任务，与传统的继电器电路图很相似，因此梯形图很直观，易于理解。语句表：这种编程方法紧凑、系统化，但比较抽象，有时先用梯形图表达，然后写成相应的指令语句再用编程器上的指令和功能键输入到PLC中。

9、简述PLC的工作原理和程序执行过程。 答：输入/输出状态采集 解算梯形图

扫描I/O口，更新输出状态 扫描编程器 更新显示 强行I/O操作

第5章

1. 数控机床对位置检测装置的要求有哪些？ 答：要求：（1） 工作可靠，抗干扰能力强；（2） 满足精度和速度的要求；（3）易于安装，

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维护方便，适应机床工作环境； 成本低。

2. 位置检测装置可按哪些方式分类？

答：直接测量和间接测量、数字式测量和模拟式测量、增量式测量和绝对式测量 3. 位置检测装置在数控机床控制中起什么作用?

答：位置检测装置是数控机床的重要组成部分。在闭环、半闭环控制系统中，它的主要作用是检测位移和速度，并发出反馈信号，构成闭环或半闭环控制。 4. 分析感应同步器与旋转变压器的结构特点。

答：感应同步器：按其结构特点一般分为直线式和旋转式两种：直线式感应同步器由定尺和滑尺组成，用于直线位移测量。旋转式感应同步器由转子和定子组成，用于角位移测量。旋转变压器：输出电压信号与转子转角成一定函数关系的控制微电机, 旋转变压器是一种角位移测量装置，由定子和转子组成。旋转变压器的工作原理与普通变压器基本相似，其中定子绕组作为变压器的一次侧，接受励磁电压。转子绕组作为变压器的二次侧，通过电磁耦合得到感应电压，只是其输出电压大小与转子位置有关。 5. 叙述鉴相方式和鉴幅方式工作的感应同步器的工作原理。 答：P149\\P151

6. 试述光电式增量脉冲编码器的工作原理。 答：P143

7. 数控车床车削螺纹时与主轴同步回转的脉冲编码器有何作用？ 答：P143

8. 试述光栅检测装置的工作原理。

答：当指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一小角度放置时，两光栅尺上线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点附近的小区域内黑线重叠，形成黑色条纹，其它部分为明亮条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。莫尔条纹与光栅线纹几乎成垂直方向排列。严格地说，是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。 9. 光栅位移—数字变换电路包括哪些环节？ 答：P139 10. 在卧式数控加工中心上，用光栅检测装置测量工作台的位移，若采用100线/mm的光栅和十倍频电路配合，可达到多高的分辨率？ 解：0.001 11. 若光栅刻线密度为50线/mm，两块光栅线纹夹角为1.14?，则莫尔条纹宽度为多少？ 解：0.2/1.14=0.175

12. 磁通响应型磁头有何特点？ 略

13. 应用在数控机床上的直线位移和角位移检测装置各有哪些？ 略

第6章

1. 进给伺服系统由哪几部分组成？

答：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置、机械传动机构以及执行部件 2. 进给伺服系统的作用是什么？ 答：进给伺服系统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，驱动机床的执行部件进行工作进给和快速

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