数控技术复习题一

第一章 概论

1． 什么是计算机数控技术？（CNC）

计算机数控技术是利用计算机采用数字指令信号对机电产品或设备进行控制的一种自动控制技术 2． 与传统机床相比,数控机床具有哪些特点?

自动化程度高，加工精度高，生产率高，对工件的适应性强，有利于生产管理信息化 3． 数控机床的发展趋势如何？

智能化、开放化、网络化、高速化、精密化、复合化

4． 什么叫工件坐标系？在数控加工中，工件坐标系与机床坐标系有何关系？

工件坐标系是为编程人为设定的坐标系. 工件坐标系各轴要与机床坐标系平行,加工工件时,通过对刀实现工件坐标系与机床坐标系重合.

5． 数控机床按伺服系统控制方式可分成哪几类?各有什么特点?

分类:开环控制数控机床 特点：机床结构简单，成本低，但加工精度低；

闭环控制数控机床 机床加工精度高，但结构复杂，成本高； 半闭环控制数控机床 机床加工精度、结构复杂程度、成本适中。 6． 数控机床按运动轨迹控制方式可分成哪几类?各有什么特点?

分类:点位控制数控机床 特点：CNC系统无插补器，可实现定位精度、定位时间、移动速度，对运动轨迹

无精度要求；

连续控制数控机床 这类机床带有插补器，以精确实现各种曲线或曲面的加工。 7． 如何确定立式数控铣床坐标系的各轴?

Z轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；

X轴：位于与主轴垂直的平面内，由刀具向立柱看，X轴的正向指向右边； Y轴：由确定的X轴、Z轴，按右手定则来确定。 8． 如何确定立式数控车床坐标系的各轴?

Z轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；

X轴：垂直主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件的方向为X轴的正向； 8 什么是数控机床？它由哪些部分组成？

答：数控机床是一种利用数控技术，准确按照事先安排的工艺流程，自动实现规定动作的金属加工机床。它由输入介质、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等部分组成。

题型变换：数控机床的输入介质是指（ ③ ） ①光电阅读机

②穿孔机

④零件图纸和加工程序单

③穿孔带、磁带和软磁盘

9 用框图说明一般数控机床的工作原理。

答：数控机床的工作原理如图1-1所示。首先将零件图纸的形状、尺寸和技术条件、加工工艺等按照规定的

格式和代码，记录在输入介质上（例如穿孔带、磁带和软磁盘等），并输入数控装置。数控装置由输入、信息处理和输出三部分构成。输入介质通过输入单元（例如光电读带机）后，转换成可以识别的信息，由信息处理单元加以处理，再通过输出单元发出位置、速度等指令（脉冲信号）给伺服系统。伺服系统的作用是将来自数控装置的各种指令，转换成机床移动部件运动。反馈系统再将机床的实际位置、速度等参数检测出来，转换成电信号，输送到数控装置，使数控装置能够校核该机床实际位移情况是否与指令一致，并发出指令纠正所产生的误差。

输入介质 数据装置 速度指令 位置指令 伺服系统 机 床 图1-1 对于一些高效率和加工精度较高的数控机床还有适应控制系统，以补偿加工环境参数的变化。 题型变换：数控机床的数控装置包括（③）。 ①光电读带机和输入介质

反馈装置 位置检出 速度检出 ②步进电机和伺服系统 ③输入、信息处理和输出单元 ④位移、速度传感器和反馈系统

10．在数控机床的编程时，一般假定 刀具 相对于静止 工件 运动的原则。 11． 数控机床的机械结构与普通机床相比，有何特点？

答：数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，与普通机床相比，应该具有更好的刚性和抗振性，相对运动面的摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小。

12 简述机床数控系统的工作原理和组成部分。

答：机床数控系统在输入某种介质载有的、以规定格式记录的指令后，能自动译解指令，并使所控制的机床执行指令，有时还能监控其执行结果，以保证得到要求的精度和功能。机床数控系统一般由输入介质、数控装置和伺服系统构成。对于较高级的机床数控系统还包括反馈系统和适应控系统。

13． 机床数控系统的类型很多，根据伺服系统来分类，可分为 开环控制系统 、 闭环控制系统 和 半闭环控制系统 。根据运动方式来分类，可分为 点位控制系统 、 点位/直线控制系统 和 连续控制系统 。根据坐标值的表示方式可分为 增量 坐标控制系统和 绝对 坐标控制系统。

14． 什么叫脉冲当量？它影响数控机床什么性能？它的值一般为多少？

答：相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量，又称作最小设定单位。它的大小视机床精度而定，一般为0.01～0.0005cm。脉冲当量影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。

题型变换一：数机床的最小设定单位又称作 脉冲当量 。 题型变换二：脉冲当量是（④）。

①相对于每一脉冲信号，传动丝杠所转过的角度 ②相对于每一脉冲信号，步进电机所回转的角度

③脉冲当量乘以进给传动机构的传动比就是机床部件位移量 ④对于每一脉冲信号，机床运动部件的位移量

题型变换三：脉冲当量的值取得越 小 ，加工精度越 高 。 15． 开环控制系统中，多采用 步进电机 作为伺服电机。 16． 闭环控制系统的反馈装置（④）。

①装在电机轴上

②装在位移传感器上

③装在传动丝杠上 ④装在机床移动部件上

17． 闭环系统比开环系统及半闭环系统（③）。

①稳定性好

②故障率低

③精度高

④精度低

10 点位控制系统（④）。 ①必须采用增量坐标控制方式

②必须采用绝对坐标控制方式

③刀具沿各坐标轴的运动之间有确定的函数关系

④仅控制刀具相对于工件的定位，不规定刀具运动的途径 18． DNC系统是指（④）。 ①适应控制系统

②群控系统

③柔性制系统 ④计算机数控系统

题型变换二：AC控制是指（③）。 ①闭环控制

②自动化工厂 ③群控系统

④计算机集成制造系统

19．加工中心是指（④） ①柔性制造单元FMC ③适应控制系统

②分布式DNC系统 ④自动换刀数控机床

20． 近年来数控系统发展很快，数控机床进给速度已从 3～5m/min 增加到 15～30m/min ，而最小设定单位已从 0.001mm 减少到 0.0001mm 。

第二章 CNC系统的基本原理

1．数控机床的CNC系统由哪几部分组成?

输入/输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、强电控制部分、主轴调速驱动单元及主轴电机、进给伺服驱动单元及进给电机、辅助装置电动执行器、位移与速度检测装置。 2．在CNC中，何谓插补？有哪两大类插补算法？

插补是根据给定的刀具运动轨迹和进给速度,采用适当的计算方法,在运动的起点和终点之间,计算出满足预定要求的中间点及其坐标.

基准脉冲插补,数据采样插补

9． 在数控加工中，刀具位置补偿的作用和原理是什么？

原理：数控系统的刀具位置补偿功能是指利用两把刀具位置坐标的差作为位置的补偿值，对刀具的运动轨迹进行坐标变换（坐标平移），使两刀具的位置等同，可共用相同的程序对零件进行相同的加工。

作用：数控系统具有刀具位置补偿功能，尽管各刀具的位置不同，我们可以按任一把刀具编程。用另外

刀加工时，只要将该刀具与编程刀具位置的补偿值存入指定的寄存器，使用系统的位置补偿功能，都可用该程序加工出要求零件。达到简化编程的目的

3． 工业控制计算机与通用计算机相比，有什么显着特点？ 答：根据数控机床的特殊要求，它具有两个显着特点：

（1）高可靠性：工业生产一般要求CNC系统具有很强的抗干扰能力，能在比较恶劣的环境中可靠地工作，要求CNC系统具有较高的平均无故障率和很短的修复时间。

（2）编程简单，操作方便。以方便用户使用。

4．机床I/O控制部分根据机床与微机之间传送信息形式的不同，I/O控制被划分为 数字量I/O 、 开关量I/O 和 模拟量I/O 三种。

5． 在数控加工中，何谓刀补？

在编程时,将刀具简化为刀位点,用零件本身轮廓进行编程,但要将实际刀具的参数测量出来并输入给CNC装置,再在程序中适当位置调用补偿指令,CNC装置就会根据程序的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹,使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移,这个偏移恰好能加工出要求的零件轮廓,这个过程称为刀补.

6． 刀具补偿功能包括 刀补建立 、 刀补进行 和 刀补撤消 三个阶段。 7． 数控铣床（车床）的刀具补偿功能分为哪两种

8． 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；

9． 三相步进电机为什么常采用三相六拍驱动方式，而很少采用三相三拍驱动方式？

答：三相三拍驱动时，三相绕组是按A→B→C→A…或A→C→B→A→…的顺序通电，而三相六拍驱动方式是按A→AB→B→BC→C→CA→A→…顺序通电（或相反方向）。由于三相六拍制在转换时始终保持有一相线圈通电，故其工作稳定性好，而且步距角比三相三折驱动方式缩小了一半，可以提高位置精度。

10． 步进电机的主要特点是什么？ 答：步进电机的主要特点是：

(1) 输出转角大小与输入脉冲数严格成比例，即每输入一个脉冲，电机转子相应转动一步，且在时间上与输入脉冲同步。

(2) 电机转子转速随输入信号的脉冲频率而变化。改变输入脉冲频率，即可实现平滑的无级调速，且调速范围相当宽。

(3) 借助控制线路，易于获得正反转、间歇运动等特殊功能。

(4) 转子的转动惯量小，启动、停止时间短。一般在信号输入几毫秒或几十毫秒后，即能使电机转动或达到同步转速。信号切断后，电机立即停止转动。

(5) 输出转角精度高，无累积误差。

(6) 步进电机的工作状态对各种干扰因素不敏感。

由于步进电机具有上述特点，故在数控机床中得到广泛应用，而且是唯一能以开环结构用于数控机床的电动机。

11．步进电动机驱动器电路由 环形脉冲分配器 、 功率放大器 构成。

12． 步进电机转子有80个齿，采用三相六拍驱动方式，经丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，丝杠的导程为5mm，工作台移动最大速度为6mm/s。求：

(1)步进电机的步距角?=？ (2)工作点的脉冲当量??？

360?360???0.75? mkz3?2?80(3)步进电机的最高工作频率f?？ 解：(1) (2)

????丝杠导程×步距角/360°

=5×0.75°/360°=0.01(mm/脉冲)

(3)

f?v/??6/0.01?600(Hz)

13．三相六拍运行的步进电机采用单双相轮流通电控制方式，即m=3,k500HZ。

电机正转时的通电顺序：A→AB→B→BC→C→CA→A 电机反转时的通电顺序：A→AC→C→CB→B→BA→A

?2。转子齿数Z?50，频率f＝

360?360? ?mZk3?50?260f60?500根据转速计算公式： n?（转/分）) ?mZk3?50?2根据步距角计算公式：??14． 对于一个设计合理，制造良好的带位置闭环控制系统的数迭机床，可达到的精度由（②）决定。 ①机床机械结构的精度 ②检测元件的精度 ③计算机的运算速度 ④驱动装置的精度

题型变换：对于一个设计、制造良好的位置闭环控制系统，可达到的精度以 的精度为极限。答：系统所采用的检测元件

15． 数控机床常用的位置检测元件有光栅、感应同步器、磁栅等，这些传感器的特点是 检测范围较大 、 易于实现测量信号数字化 和 测量精度高 。

题型变换：举出2～3种数控机床常用的位置传感器，并说明它们的主要特点？ 答：常用的位置传感有光栅、感应同步器、光电编码盘等等。

它们的特点是：检测范围较大，易于实现测量信号数字化，测量精度高。

16．在检测装置直线光栅中，莫尔条纹宽W、栅距P、两光栅尺线纹夹角θ三者之间存在关系 。 17． 数控机床的光栅检测装置用于测量工作台运动的 位移 、 速度 和 方向 。 18． 数控机床伺服系统是以（②）为直接控制目标的自动控制系统。

①机械运动速度

②机械位移

③切削力

19． 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 。 20． 数控机床对伺服系统的基本设计要求是（①②⑤⑥）。

①精确度高

②稳定性好

③电机负载特性好

④准确的位置检测 ⑤具有快速响应特性 ⑥可靠性好

21 闭环控制伺服系统一般由 、 、 等部分组成。

答：位置检测元件 取得位置偏差的比较环节 以位置偏关工业区输入的伺服电机调速系统

22． 设X-Y工作台由步进电机直接经丝杠螺母副驱动，丝杠螺距为5mm，步进电机步距角为1.5°/3°，工作方式为三相六拍工作台最大行程为400mm。求：

(1) 系统的脉冲当量；

(2) 微机发出的脉冲总数是多少？ 答：(1) ??5?1.5??0.020833(mm) 360??L (2) 脉冲数n??400400360 ?19200(步) η??5/24051.5第三章 数控机床的机械结构

1．（×）数控机床进给传动机构中采用滚珠丝杠的原因主要是为了提高丝杠精度。

2．（√）数控机床为了避免运动件运动时出现爬行现象，可以通过减少运动件的摩擦来实现。

第四、五章 数控机床的程序编制

1． 数控机床上常用的编程方法有哪些？

答：由零件图纸给出零件形状和尺寸时，采用的编程方法有手工编程和自动编程两大类。由无尺寸的图形或

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