《机床数控技术》-许德章 习题及答案 第五章答案

第五章计算机数控装置5-1计算机数控系统的定义是怎样的?定义中包含几层含义?答：计算机数控系统是一种通过计算机控制的自动化系统，用于控制机床或其他工业设备进行精确的加工和操作。它将数字指令和程序与机床或设备的运动控制相结合，实现对工件进行高精度、高效率的加工和操作。计算机数控系统的定义包含以下几层含义：计算机控制：系统通过计算机来实现控制和管理，包括指令输入、数据处理和输出等功能。数字指令和程序：用户可以通过编写或输入数字指令和程序，描述所需的操作步骤和加工路径，以及相关的运动、速度和参数等信息。机床或设备控制：系统将数字指令和程序转化为机床或设备的运动控制信号，从而实现对工件的精确加工和操作。高精度和高效率：计算机数控系统具有精密的运动控制能力，能够实现高精度的加工和操作；同时，它还可以通过优化程序和运动轨迹等方式提高加工效率。5-2CNC控制系统的主要特点是什么?它的主要控制任务是哪些?答：CNC装置的软件由管理软件和控制软件组成，其特点是在硬件支持下执行软件的全过程。主要控制任务有程序的输入/输出、刀具补偿计算、速度控制、插补运算及位置控制。5-3CNC装置的主要功能有哪些?答：主要功能有控制功能、准备功能、插补功能、固定循环加工功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、补偿功能、显示功能、通信功能以及自诊断功能。5-4单CPU结构和多CPU结构各有何特点?答：单CPU结构是仅有一个CPU对系统的资源拥有控制权和使用权，其他CPU无权控制和使用系统资源，只能接收主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求信号以获取所需要的数据。多CPU结构是有两个或两个以上带CPU的功能部件对系统资源有控制权和使用权，实现并行处理，处理速度快，可实现复杂的系统功能。5-5计算机数控系统有哪些组成,试用框图来说明各部分的组成与功能。答：如图所示，数控系统由程序、输入/输出设备、计算机数控装置、可编程控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。各部分的组成与功能如下：程序：通常采用特定的编程语言（如G代码和M代码）来描述运动轨迹、切削速度、进给速度等。输入/输出设备：用于输入程序和参数，以及输出加工结果。计算机数控装置：将程序翻译为机床或工具机的运动指令，控制加工过程中各个轴的运动、速度和位置。可编程控制器：负责逻辑控制、信号处理和设备之间的协调。主轴驱动装置：控制主轴的旋转速度和方向，以实现刀具的旋转，从而进行切削加工。进给驱动装置：控制工件或刀具在各个轴上的运动，实现精确的工件位置控制和进给速度调节。5-6计算机数控系统的工作流程分几步?各部分的功能是什么?答：CNC装置的工作过程是在硬件支持下执行软件的全过程。工作流程从输入、译码、刀具补偿、进给速度处理、插补、位置控制、I/O处理、显示和诊断。各部分功能如下：输入：输入CNC装置的有零件程序、控制参数和补偿数据。译码：不论系统工作在NC方式还是仔储器方式，译码处理都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的各种零件轮廓信息（如起点、终点、直线或圆弧等）、加工速度信息（F代码）和其他辅助信息（M.S.T代码等）按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式放在指定的内存专用区间。刀具补偿：刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。进给速度处理：编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。插补：插补信息完成“数据密化"的工作，即数控装置依据编程时的有限数据，按照一定方法产生基本线型（直线、圆弧等），并以此为基础完成所需轮廓轨迹的拟合工作。位置控制：位置控制的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与工作台实际位置相比较，用其宏值去控制进给电机。输入输出（I/O）处理：输入输出处理主要是处理CNC装置和机床之间来往信号的输入输出控制。显示：数控系统显示主要是为操作者提供方便，通常应有零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。诊断：现代CNC装置都具有联机和脱机诊断的能力。5-7何为自修复诊断、通讯诊断?各有什么优点?答：自修复诊断：自修复诊断是指数控系统通过捕捉故障信号、分析故障原因并采取相应措施来自动修复故障。它的主要优点包括：自动化修复：自修复诊断能够自动检测和修复故障，无需人工干预，提高了系统的可靠性和稳定性。时间效率：自修复诊断能够快速识别和处理故障，可以减少系统停机时间，提高生产效率。通讯诊断：通讯诊断是指通过分析数控系统与外部设备之间的通讯过程和数据传输情况，来判断是否存在通讯故障或故障原因。它的主要优点包括：故障定位：通讯诊断可以帮助确定故障发生的具体位置，包括硬件故障、软件故障或网络故障等，有助于更快地解决问题。维护便利：通过通讯诊断，维护人员可以通过远程访问数控系统，诊断和解决问题，提高了维护的便利性和效率。自修复诊断和通讯诊断在数控系统中都有其独特的优点，可以提高系统的可靠性、稳定性和工作效率。根据具体情况和需求，可以选择合适的故障诊断方法来应对不同的故障情况。5-8常规数控系统的硬件有几部分组成?答：主要由控制器、驱动器、传感器、电机、机床、输入设备以及显示设备组成。控制器负责接收、解释和执行机床上的数控程序。驱动器负责将控制器发出的指令转化为电信号，控制电机和执行器的运动。传感器用于获取机床和工件的相关信息，将其转化为电信号反馈给控制器。电机是驱动机床运动的关键组件。机床是数控系统的执行部分。输入设备用于操作和输入数控程序。显示设备用于显示机床状态，加工过程和操作界面等信息。5-9常规的CNC系统软件有哪几种结构模式?答：有单任务结构、多任务结构、分布式结构和模块化结构。5-10何为常规与开放式的CNC?答：常规式CNC是指传统的闭源、专有的数控系统，通常由硬件和软件组成，在性能和稳定性方面表现较好，但用户不能很大程度上对其进行定制和扩展。开放式CNC是一种模块化的通用数控系统，根据控制对象的不同要求，灵活地变更软硬件组成，适用不同用户的需求。5-11数控机床常用的输入方法有几种?各有何特点?答：常用的输入方法有I/O接口和MDI（手动输入）。通过总线接口把微型计算机总结把外部设备和用户电路连接起来，用户只要按照总线排列的顺序制作外部设备或用户电路的插线析，即可实现外部设备或用户电路与系统总线的连接。MDI是则通过数控面板上的键盘来进行操作的。5-12试述采用串行和并行方式进行外部设备与数控机床间的数据通信的工作原理与特点。答：(1)串行方式：工作原理：串行方式是将数据逐位地按照顺序发送和接收，一次只能传输一个位，数据位按照先后顺序排列，通过连接的单个线路传输。在传输过程中，发送端将数据依次发送到接收端，接收端按照相同的顺序接收并组合数据。特点：数据传输速率相对较慢，但传输距离较远；需要额外的控制线路来同步发送和接收端的操作；线路数量相对较少，便于布线和连接；适用于长距离、低速率的数据传输，例如串口通信。(2)并行方式：工作原理：并行方式是将数据同时按照多个位并行发送和接收，每个位通过独立的线路传输。在传输过程中，发送端将不同位的数据同时发送到接收端的对应位，接收端直接接收并处理数据。特点：数据传输速率相对较快，但传输距离较短；需要较多的并行线路，线路数量与数据位数相同；对线路的要求较高，要求各个线路的延迟和幅度差异较小；适用于短距离、高速率的数据传输，例如内部总线通信。5-13开放式结构数控系统的主要特点是什么?答：主要解决复杂变化的市场需求与控制系统专一的固定模式之间的矛盾，使数控系统易变、紧凑、廉价并具有很强的适应性和二次开发性，以工业PC作为CNC系统的支撑平台，根据需要装入自己的控制卡和数控软件组成数控系统。5-14试用框图来分析开放式CNC软件结构的组成与优缺点。答：开放式CNC软件的整个系统软件分为两大部分：前台程序和后台程序。前台程序是一个实时中断服务程序，承担了全部的实时功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补、位置控制、机床相关逻辑和监控等。后台程序是一个循环执行程序在这个程序中，主要处理一些实时性要求不高的工作，如输入、译码、数据预处理等插补准备工作和相关的管理工作。如下图所示，在后台程序循环运行的过程中，前台程序以实时中断的方式，按照一定的周期不断插入，二者密切配合，共同完成数控系统要求的全部功能。开放式CNC软件的优缺点如下。优点：开放源码：开放式CNC软件是开源的，可以让更多的人参与进来，不断改进和完善。模块化设计：模块化设计使得开放式CNC软件更容易扩展和修改，可以根据需求添加或删除模块。跨平台性：开放式CNC软件可在不同平台运行，包括Windows，Linux等。硬件适应性：