青岛理工大学数控技术与数控机床期末考试复习题

PAGEPAGE2《数控技术与数控机床》复习题_A填空题数控加工中的最基本问题就是根据所输入的零件加工程序中有关几何形状和的原始数据及其指令，通过相应的插补运算。按一定的关系向各个坐标轴的驱动控制器分配，从而使得驱动工作台相对主轴的运动轨迹,以一定的精度要求逼近于所加工的零件的外形轮廓尺寸。按加工批量和零件的复杂程度，试在下图区域内标出通用机床、专用机床和数控机床的适用位置。功率步进电机一般用于普通机床的数控改造，以及对精度要求较低的场合等系统。步进电机的步距角是指。对于三相步进电机，当以双相通电方式，齿数为40时。此时步距角α＝。为了保证数控机床总是能在最有利的切削速度下进行加工，或实现桓速切削的功能，数控机床的主轴转速通常在其调速范围内。因此，现代数控机床常采用作为主运动的动力源。数控机床的最小设定单位是，标制着数控机床精度的分辨率，其值一般为，在编程时，所有的编程单位都应转换成与最小设定单位相应的数据。通常把数控车床的床身导轨倾斜布置，可改善其和。提高机床的静刚度。数控技术是的技术；计算机数控（CNC）是指；数控机床具有、、、、等优点。插补器就实现的方法而言，可用或；按其实现的功能来分类，它可分为、、等类型。刀具半径补偿是指。左偏刀具半径补偿指令和右偏刀具半径补偿指令分别为和。简答题何谓二轴半坐标数控机床？试论述数控机床的进给伺服系统是由哪几部分组成，它们分别的作用如何？伺服系统常用的驱动元件是什么？简述数控车床采用钢板焊接床身的原因。计算题若加工第一象限直线OE，起点为O(0，0)，终点为E(7，4)，设累加器为3位，试按DDA法进行插补计算，并绘出插补轨迹图。论述题试推导下图内的脉冲当量δ与步距角α的关系式，假设已知各齿轮齿数和丝杠的导程。由于脉冲当量是规定的，步进电机一经选定后，其步距角也是一定的，试回答如何满足脉冲当量与步距角中间的关系？试讨论利用光栅的摩尔条纹特点如何来检测机床移动部件的位移、移动方向和移动的速度？试分别论述开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统的实现方式和特点。谈谈你对现代数控机床发展趋势的看法和学习体会。

《数控技术与数控机床》参考答案一．填空题1．轮廓尺寸，进给脉冲，伺服电机2.3．开环，步进电机每步的转角4．连续无级可调，直流或交流调速主轴电机5．数控机床能实现的最小位移量，0.0001～0.01mm6．排屑条件，受力状态7．以数字量编程实现机械或其他设备自动工作，用计算机通过数字信息来自动控制机床，加工精度高，生产效率高，减轻工人劳动强度，改善了劳动条件，有利于生产管理，有利于向高级计算机控制和管理方面发展。8．硬件逻辑电路，执行软件程序，直线插补,二次圆，抛物线等9．具有这种功能的数控装置能使刀具中心自动地从零件实际轮廓上偏离一个指定的刀具半径值（补偿量），并使刀具中心在这一被补偿的轨迹上运动，从而把关键加工成图纸上要求的轮廓形状。二．简答题1．二轴半坐标数控机床在结构上有三个坐标，可同时控制两个坐标，而第三个坐标作等间距运动。主要用于三轴以上控制的机床，其中两个轴互为联动，而另一个轴作周期进给，如在数控铣床上用球头铣刀采用行切法加工三维空间曲面。2．由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件四部分组成。它的作用是：接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置(直流、交流伺服电机，功率步进电机，电液脉冲马达等)和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。伺服系统常用的驱动元件是步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。3．采用钢板焊接床身结构可采用最有利于提高刚度的筋板布置形式，能充分发挥壁板和筋板的承裁及抵抗变形的作用；焊接结构还无需铸造结构所需的出砂口，有可能将基础件做成完全封闭的箱形结构；钢板的弹性模量E比铸铁的弹性模量E大几乎相差一倍。因此，在结构相同时，E值大的材料刚度则高。三．计算题1．解：将Xe＝7及Ye＝4化成二进制数Xe＝111B及Ye＝100B存放在Jvx及Jvy中，选寄存器容量为三位，则累加次数m＝23＝8。插补运算过程如下表所示，插补轨迹见图3-24所示。四．论述题1．解脉冲当量δ与步距角α的关系式为：可通过配算齿轮降速比来满足它们中间的关系2．按摩尔条纹特点，可在摩尔条纹移动方向上开设四个窗口P1、P2、P4和P4，切使得它们两两相距1/4摩尔条纹宽度，可以从四个观察窗口得到如下结论：机床移动部件的位移检测：标尺光栅装在机床移动部件工作台上，赶上读数头装在床身上，当标尺光栅移动一个栅距时，摩尔条纹也移动一个摩尔条纹宽度。即透过任一窗口的光强度变化一个周期。所以可观察窗口透过的光强变化的周期数来确定标尺光栅移动了几个栅距，从而测得机床工作台的位移。确定移动部件的方向：从P1、P2、P4和P4四个窗口可得到在相位上依次超前或滞后1/4周期的近似余弦函数的光强度变化过程。当标尺光栅沿一个方向移动时，可得到四个光强信号，P1滞后P2π/2，P2滞后P3π/2,P3滞后P4π/2，则摩尔条纹反向移动时四个光强变化为P1超前P2π/2，P2超前P3π/2,P3超前P4π/2，我们就可断定标尺光标沿反向移动。即按四个观察窗口得到光强度变化的相互超前或滞后关系来确定机床移动部件的移动方向。确定移动的速度：根据摩尔条纹的特点，标尺光栅的移动位移与摩尔条纹位移成正比，因此标尺光栅的移动速度与摩尔条纹的移动速度一致，也与观察窗口的光强度变化频率向对应。根据透过观察窗口的光强度变化的频率来确定标尺光栅的移动速度，即得到机床移动部件的移动速度。3．开环控制方式通常是以步进电机或电液伺服马达为驱动元件，输入的数据经过数控系统的运算分配指令脉冲，每一个脉冲送给环形分配器驱动步进电机或电液伺服马达，使其转动一个角度带动传动机构，从而使被控制对象移动。这种方式对实际传动机构的动作完成与否不进行检查，驱动控制指令发出后不反馈会数控系统，这种控制方式容易掌握，调试方便，维修简单，但精度不高。在数控设备的运动部件上装有测量元件，将运动部件的位置、速度信息及时反馈给伺服系统，伺服系统将指令位置，速度信息与实际信息进行比较并及时发出补偿控制指令，如果测量元件装在机械传动链末端部件上，如机床工作台上，则该系统为全闭环系统，或闭环系统，这种控制方式精度高，速度快，但维修和调试较困难。如果测量元件装在机械传动链的中间部件上，如滚珠丝杠上，则该系统为半闭环系统，这种控制方式的精度比闭环的低。4．运行高速化；加工高精化；功能复合化；控制智能化；体系开放化；驱动并联化；交互网络化自己谈学习体会

《数控技术与数控机床》复习题B一、选择题1、数控机床的组成部分包括(

)A．输入输出装置、光电阅读机、PLC装置、伺服系统、多级齿轮变速系统、刀库B．输入输出装置、CNC装置、伺服系统、位置反馈系统、机械部件C．输入输出装置、PLC装置、伺服系统、开环控制系统、机械部件D．输入输出装置、CNC装置、多级齿轮变速系统、位置反馈系统、刀库2、计算机数控系统的优点不包括(

)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3、机床数控系统是一种(

)A．速度控制系统

B．电流控制系统C．位置控制系统

D．压力控制系统4、半闭环控制系统的传感器装在(

)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5、步进电动机多相通电可以(

)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6、用光栅位置传感器测量机床位移，若光栅栅距为0.01mm，莫尔条纹移动数为1000个，若不采用细分技术则机床位移量为()A．0.1mm

B．1mm

C．10mm

D．100mm7、所谓开环的数控伺服系统是指只有(

)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8、FANUC0i系列数控系统操作面板上用来显示图形的功能键为（）。A

PRGRMB

OPR/ALARMC

AUX/GRAPHD

OFFSET9．数控系统所规定的最小设定单位就是（

）。A

数控机床的运动精度

B

机床的加工精度

C

脉冲当量D

数控机床的传动精度10、通常数控系统除了直线插补外，还有（

）。A正弦插补B

圆弧插补

C

抛物线插补D多义线插补二、判断题1、()如果在数控车床上车削螺纹，该数控车床必须有主轴脉冲编码器，并处于工作状态。2、()数控车床加工中，若刀具需移动一个准确的尺寸，则这个尺寸的正确性是依靠进给伺服系统来保证的。3、(

)加工端面或直径变化较大的工件时，若数控车床的主轴可伺服（即能无级变速），通常采用恒转速车削。4．(

)数控机床伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。5、(

)数控机床适于单件、小批生产形状复杂的工件，不适合大批量加工。三、填空题1.数控机床是用数字化代码来控制的相对运动，从而完成零件的加工。2.所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行的过程。3.对刀操作就是和之间关系的操作。4.直流伺服电动机的控制特性是指其速度随变化的特性，而其机械特性是指其速度随变化的特性。5.刀具在机床上的位置是由的位置来表示的。6.JB3051-82规定，数控机床坐标轴和方向是基于固定，移动。7.数控机床上采用的导轨主要有、、三种形式。7.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JE的初始值，即JE＝。在插补过程中，每进给一步，计数器JE减1,当JE＝时，到达终点，停止插补。8.数控机床一般由、、、和五个部分组成。9.CNC系统软件必须完成和两大任务。10.步进电机的“失步”现象有两种表现形式，即和11.数控机床伺服驱动系统是指以机床移动部件的和作为控制量的自动控制系统，又称为拖动系统。12.若三相步进电机（三相绕组分别为A、B、C），请写出三相六拍工作方式的通电顺序：13.对于第四象限逆圆弧来说，当F≥0时其进给方向为，偏差计算公式为14.数控机床的脉冲当量是指。15.数控技术是指用对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。16.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17.改变刀具半径补偿值的大小，不改变加工程序，就可以实现同一轮廓的粗、精铣加工。18.数控机床按伺服系统的控制方式可分为。19、NC机床的含义是，CNC机床的含义是，FMS的含义是，CIMS的含义是。20、伺服系统包括和两大部分。21、滚动导轨根据滚动体的种类可分为、和三种结构形式。22、CNC系统中的微机部分，主要由、和组成。23、步进电动机的驱动电源主要有三种类型：、和。24、数控机床精度的主要检测项目包括：、以及等项目。25、系统的可靠性是指系统在条件下和时间内完成规定功能的能力。26、对数控机床机械结构提出了以下几方面更高的要求：、、和提高进给运动的动态性能和定位精度。27、一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数为，在A相绕组中测得电流频率为600Hz，则该电动机的步距角为，转速为。28、直流主轴电机控制系统中，通过调整电动机电枢的端电压来进行调速，通过改变电动机定子磁场进行恒调速。四、简答题1.试述脉冲增量法和数据采样法在插补方法上的区别。2.简述数控系统的插补概念。简述数控开环、半闭环、闭环系统的区别。数据采样插补的原理是什么？试对其插补精度进行分析？数控系统由哪几个基本组成部分？各部分的基本功能是什么？6、数控机床对导轨有什么要求?五、分析计算题1.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（，），其值为＝5，＝6，试写出其直线插补运算过程，并绘出其插补轨迹。用数字积分（DDA）插补法对图示直线进行插补运算，并在图中画出插补轨迹。3.某CNC机床采用丝杆螺母副驱动工作台的直线进给运动，丝杆与电机直接相连，丝杆导程为10mm，步进电机每转400步，工作台的最高进给速度为2.4m/min，求：1)系统的脉冲当量δ2)最高速进给时的进给脉冲频率。4.编写车削加工程序，加工ABCDEFG部位的外轮廓，直径设定。加工尺寸如图，其它参数合理自定。各程序段要求注释。5.用有关的循环加工指令（或简单指令）编程加工如图所示零件的孔系，程序原点选与机床原点重合，所有孔均为的钻削加工。

《数控技术与数控机床》参考答案一、选择题BCC

AA

CB

CCB二、判断题1、(√)如果在数控车床上车削螺纹，该数控车床必须有主轴脉冲编码器，并处于工作状态。2、(√)数控车床加工中，若刀具需移动一个准确的尺寸，则这个尺寸的正确性是依靠进给伺服系统来保证的。3、(

×)加工端面或直径变化较大的工件时，若数控车床的主轴可伺服（即能无级变速），通常采用恒转速车削。4．(

×)数控机床伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。5、(

×)数控机床适于单件、小批生产形状复杂的工件，不适合大批量加工。三、填空题1.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。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点的密化（或数据密化）的过程。3.对刀操作就是确定工件坐标系和机床坐标系之间关系的操作。4.直流伺服电动机的控制特性是指其速度随电压变化的特性，而其机械特性是指其速度随负载转矩变化的特性。5.刀具在机床上的位置是由刀位点的位置来表示的。6.JB3051-82规定，数控机床坐标轴和方向是基于工件固定，刀具移动。7.数控机床上采用的导轨主要有静压导轨、滚动导轨、塑料导轨三种形式。7.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JE的初始值，即JE＝13。在插补过程中，每进给一步，计数器JE减1,当JE＝0时，到达终点，停止插补。8.数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、测量装置和机械本体五个部分组成。9.CNC系统软件必须完成管理和控制两大任务。10.步进电机的“失步”现象有两种表现形式，即丢步和越步11.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。12.若三相步进电机（三相绕组分别为A、B、C），请写出三相六拍工作方式的通电顺序：A－AB－B－BC－C－CA－A（或者A－AC－C－CB－B－BA－A）13.对于第四象限逆圆弧来说，当F≥0时其进给方向为+y，偏差计算公式为F=F-2y+114.数控机床的脉冲当量是指每个脉冲信号使数控机床移动部件产生的位移量。15.数控技术是指用数字化信号（或数字化代码）对机床运动及其加工过程进行自动控制的一种方法。16.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17.改变刀具半径补偿值的大小，不改变加工程序，就可以实现同一轮廓的粗、精铣加工。18.数控机床按伺服系统的控制方式可分为。19、NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是计算机控制数控机床，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。20、伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。21、滚动导轨根据滚动体的种类可分为滚珠导轨、

滚柱导轨和

滚针导轨三种结构形式。22、CNC系统中的微机部分，主要由微处理器(CPU)、内部存储器(RAM和ROM)和I/O接口电路组成。23、步进电动机的驱动电源主要有三种类型：高低压双电源型、恒流斩波型和调节器频调压型。24、数控机床精度的主要检测项目包括：几何精度、定位精度以及工作精度等项目。25、系统的可靠性是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。26、对数控机床机械结构提出了以下几方面更高的要求：高刚度、高抗振性、减少机床热变形和提高进给运动的动态性能和定位精度。27、一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数为，在A相绕组中测得电流频率为600Hz，则该电动机的步距角为0.75度，转速为75r/min。28、直流主轴电机控制系统中，通过调整电动机电枢的端电压来进行恒转矩调速，通过改变电动机定子磁场进行恒功率调速。四、简答题1.答：按插补算法不同，有多种不同复杂程度的插补处理。一般按照插补结果，插补算法被分为脉冲增量插补法和数字采样插补法两大类。前者的插补结果是分配给各个轴的进给脉冲序列；后者的插补结果是分配给各个轴的插补数据序列。2.答：机床数控系统的核心技术是插补技术。在数控加工中，数控系统要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。在所需的路径或轮廓上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点位置坐标值的运动过程称为插补。数控系统根据这些坐标值控制刀具或工件的运动，实现数控加工。插补的实质是根据有限的信息完成“数据密化”的工作。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。答：插补采用的是软件插补法，其输出的插补结果不是脉冲，而是数据。数控系统定时地对位置检测进行采样，采样数据与插补程序所产生的指令数据相比较后，得到位置偏差，经伺服驱动控制伺服电动机。从插补过程实现的方式上来说有粗插补和精插补。粗插补采用软件方法先将加工轨迹分割为线段，精插补采用硬件插补器将粗插补分割的线段进一步密化数据点。粗、精插补相结合的方法对数控系统运算速度要求不高，并可节省存储空间，且响应速度和分辨力都比较高。答：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。输入装置将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入内容及数控系统的工作状态可以通过输出装置观察。数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。驱动控制装置位于数控装置和机床之间，包括进给轴伺服驱动装置和主轴驱动装置，进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成，它按照数控装置发出的位置控制命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件(如：机床移动部件和主轴头等)机床电器逻辑控制装置也位于数控装置和机床之间，接受数控装置发出的开关命令，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制功能，换刀功能，工件装夹功能，冷却、液压、气动、润滑系统控制功能及其它机床辅助功能。其形式可以是继电器控制线路或可编程序控制器（PLC）。7.答：(1)在工作及空载时有足够的导向精度；(2)具有良好的摩擦磨损特性和低速运动平稳性，无爬行现象；(3)具有足够的刚度；(4)结构简单、工艺性好。五、分析计算题1.解：由于待插补直线的起点坐标为O（0，0），终点坐标为A（5，6），采用总步数终点判别方法，总步数。从坐标原点开始插补，故此时偏差，加工过程的运算节拍如下表所示：序号工作节拍