数控机床与原理.docx

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数控机床与原理

一填空题

1、为了防止机床强电系统干扰和其他类型外界干扰通过I/O控制回路进入计算机，在控制计算机中，经常采用的输入和输出电路。

[光电隔离]

2、数控车床自动换刀装置的刀架动作是刀架抬起、、、

。

[刀架转位、刀架定位、夹紧刀架]

3、按照伺服系统类型，可将数控机床的控制系统分为、和。

[开环、半闭环、闭环]

4、数控机床有着不同的运动方式，编写程序时，总是一律假定，

并规定为正。

[工件不动刀具运动、刀具远离工件的方向]

5、NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是，FMS的含义是，CIMS的含义是。

[计算机数控机床、柔性制造系统、计算机集成制造系统]

6、现代数控机床的辅助动作，如刀具的更换和切削液的启停等是用进行控制的。

[PLC]

7、数控机床按控制运动轨迹可分为、直线控制和等几种。

[点位控制、轮廓控制]

8、在轮廓控制中，为了保证一定的精度和编程方便，通常需要有刀具

和补偿功能。

[长度、半径]

9、数控机床的联运轴数一般控制轴数。

[少于]

10、滚珠丝杠螺母副的特点之一是传动精度高，无现象。

[爬行]

11、滚珠丝杠螺母副的滚珠的循环方式可分为：

、。

[内循环、外循环]

12、滚珠丝杠螺母副预紧方式包括、、等三种。

[双螺母齿差预紧、双螺母垫片预紧、双螺母螺纹预紧]

13、静压滑动导轨适用于机床的运动部件的导向。

[重型]

14、刀库的类型可分为和盘式两种。

[链式]

15、刀库中刀具与主轴上刀具的交换有两种方式：

刀库与主轴相对运动直接换刀和。

[用机械手换刀]

16、滚珠丝杠与进给电机之间用安全离合器联接，其目的是当运动件的运动

时，能及时切断电机与丝杠间的运动，以保护传动系统中所有零件、部件不损坏。

[过载]

17、CNC系统软件可分为和控制软件两类。

[管理软件]

18、在轮廓曲线的始终点之间按一定的算法进行数据点的密化，从而给出各坐标轴方向上的运动脉冲指令的过程叫做。

[插补]

19、位置检测装置按检测位置的不同分为直接检测和间接检测。

直接检测运动部件的实际位移用于控制。

间接检测运动部件的实际位移用于控制。

[闭环、半闭环]

20、滚珠丝杠预紧的目的是。

[减小或消除反向间隙]

21、数控机床PLC的形式有两种：

和。

[内装型PLC、独立型PLC]

22、数控系统一般由、、、

和四部分组成。

[输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置]

23、数控程序编制一般分为和两类。

[手工编程和自动编程]

24、一个完整的数控加工程序是由、和三部分组成。

[程序号、程序段、程序结束符]

25、插补就是指的过程。

[数据密化]

26、数控系统的核心是。

[数控装置]

27、CNC装置自诊断主要有和两种诊断形式。

[启动诊断、在线诊断]

28、按其硬件结构中CPU的多少，CNC装置结构可分为和。

[单微处理器结构、多微处理器结构]

29、按CNC装置中各印制电路板的插接方式，CNC装置结构可分为和。

[大板式结构、功能模块式结构]

30、按照处理部件耦合方式，多微处理器CNC装置一般采用和两种结构形式。

[紧耦合结构、松耦合结构]

31、按照功能模块的互联方式，，多微处理器CNC装置一般采用和两类结构形式。

[共享总线、共享存储器]

32计算机数控系统插补算法包括和两类。

[脉冲增量插补；数据采样插补]

33CNC系统在它的控制软件中融合了当今计算机软件许多先进技术，其中最突出的是和两种技术。

[多任务并行处理；多重实时中断]

34为了实现CNC系统的多任务并行处理技术，在其软件设计时主要采用

和两种技术。

[资源分时共享；资源重叠流水处理]

35在数控系统插补过程中，对于直线至直线的转接，系统一般采用、

和三种转接方式。

[缩短型；伸长型；插入型]

36、刀具半径补偿的过程：

、、。

[建立刀具补偿、进行刀具补偿、撤销刀具补偿]

3、目前常用的主轴自动换档的方法有两种，分别是和。

[液压拨叉换挡、电磁离合器换挡]

12、数控车床自动换刀装置的刀架动作是刀架抬起、、、

。

[刀架转位、刀架定位、夹紧刀架]

22、脉冲编码器是一种位置检测元件，按照编码方式，可分为

和两种。

[增量式、绝对式]

27、对步进电机施加一个电脉冲信号，步进电机就回转一个固定的角度，这个角度叫做，电机的总角位移和输入脉冲的成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的。

[步距角、数量、频率]

30、现代数控机床的辅助动作，如刀具的更换和切削液的启停等是用进行控制的。

[PLC]

69、运动部件的运动平稳性指导轨上运动部件在低速或微量运动下运动平稳，不出现现象。

[爬行]

76、刀库的类型可分为和盘式两种。

[链式]

108、步进电机一般用于控制系统。

[开环]

109、交直流伺服电机一般用于、控制系统。

[半闭环、闭环]

113、光电编码器每转产生的一个脉冲信号可称为或，作为测量基准。

[一转信号、零标志脉冲]

122、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，称为环伺服系统。

[半闭]

二判断题

1、数控机床上的行程开关用来限制运动部件运动超程和设定机床坐标系或参考点。

（）√

2、为了保证机床的运动精度，机床的传动副间应无任何运动间隙。

（）×

3、机床传动副间的运动间隙应控制在规定的范围内。

（）√

4、数控机床的主轴前支承都应能承受轴向和径向力。

（）√

5、数控机床的主轴前支承只须能承受轴向力就可以了。

（）×

6、数控机床的主轴前端应有装夹工件或刀具的必要结构。

（）√

7、运动导轨副的运动间隙应由机床修理工定期调整。

（）√

8、运动导轨副的运动间隙应由机床操作工每天调整。

（）×

9、运动导轨副的表面应由机床操作工每天做清洁和加油保养。

（）√

10、数控车床操作工不必要掌握车刀的刃磨技术。

（）×

11、滚珠丝杠螺母副的名义直径指的是滚珠中心圆直径。

（）√

12、传动齿轮副可使低转速和大转矩的伺服驱动装置的输出变为高转速低转矩，从而可以适应驱动执行件的需要。

（）×

13、数控车削加工中心就是具有自动换刀装置的数控车床。

（）×

14、数控机床中每个加工零件都有一个相应的程序。

（）√

15、在闭环和半闭环进给系统中，机械传动部件的特性对运动精度没有影响。

（）×

16、数控机床坐标系中一般用Z坐标表示数控机床的主轴坐标。

（）√

17、数控加工中心就是具有自动换刀装置的数控铣镗床。

（）×

18、传动齿轮副可使高转速和低转矩的伺服驱动装置的输出变为低转速高转矩。

（）√

19、滚珠丝杠具有良好的自锁特点。

（）×无

20、滚珠丝杠副消除轴向间隙的目的主要是提高使用寿命。

（）×

21、在闭环系统中，位置检测装置的作用仅只是检测位移量。

（）×

22、测量反馈装置的作用是为了提高机床的安全性。

（）×提高机床的定位精度、加工精度

23、零件加工程序由若干程序段组成，一个程序段各代码字的顺序都有严格规定，不能随意调换（）×

24、滚珠丝杠副消除轴向间隙的目的主要是增大驱动力矩。

（）×提高反向传动精度

25、现需要加工一个尺寸为100×100的正方体，刀具径向补偿值为D21=10.00，加工后实际尺寸为99.98×99.98，问如果要达到要求，应把补偿值调整为9.49。

（）×10.02

26、现需加工一个深度为30的槽，刀具长度补偿值为H01=8.09，试加工后实测深度为29.94问如果需要达到要求，应如何调整刀具长度补偿值8.15。

（）√

27、现需要钻一个深度为38的孔，刀具长度补偿值为H02=7.96，实测深度为38.04，问如果要达到要求，应如何调整刀具长度补偿值8.000。

（）×7.92

29、数控机床的坐标系采用右手法则判定X、Y、Z的方向。

（）√

30、根据ISO标准，在编程时采用刀具相对静止而工件运动规则。

（）×工件相对静止

43、脉冲编码器是一种光学式的位置检测元件，编码盘直接装在旋转轴上，以测出轴的旋转角度位置和速度变化，其输出信号为电脉冲。

（）√

44、闭环控制系统的定位误差主要取决于机械传动副的间隙及制造误差（）×

51、进给伺服系统中使用的交流伺服电机的调速方法是改变电枢电压的调速，可获得的调速范围大。

（）×

52、光栅是数控机床的位置检测元件，因它具有许多优点而被广泛地采用，但它的缺点是怕振动和油污。

（）√

65、脉冲编码器能把机械转角变成脉冲，可作为角速度检测装置。

（）√

79、数控机床作空运行试验的目的是检验加工精度。

（）×检验程序是否能正常运行

91、光栅中，标尺光栅与指示光栅的栅线应相互平行。

（）×互相倾斜一个很小的角度

93、步进电机的转角，转速，旋转方向分别与输入脉冲频率、个数、通电顺序有关。

（）×输入脉冲的个数、频率、通电顺序。

97、步进电机的三相单三拍控制指电机有三相定子绕组，每次有一相绕组通电，每三次通电为一个循环。

（）√

98、步进电机的三相双三拍控制指电机有三相定子绕组，每次有二相绕组通电，每三次通电为一个循环。

（）√

99、步进电机的三相六拍控制指电机有三相定子绕组，每次有一相绕组通电，每六次通电为一个循环。

（）×

100、光电编码器是一种角位移传感器，属于直接测量元件。

（）×间接

101、光栅传感器在测量中形成的莫尔条纹，具有缩小检测距离的功能。

（）×

111、数控装置是直接将控制信号传递给步进电机的。

（）×

112、数控装置是通过驱动装置间接将控制信号传递给步进电机的。

（）√

113、为了数控车床上车削螺纹，其主轴的转速一定有一个旋转编码器进行检测。

（）√

121、目前，交流电机用变频器控制可获得较理想的转速调节系统。

（）√

三选择题

1、采用经济型数系统的机床不具有的特点是（）D

A、采用步进电动机伺服系统B、CPU可采用单片机

C、只配必要的数控功能D、必须采用闭环控制系统

2、提高机床传动链传动精度的措施有（）。

B

A、尽可能增加传动元件，延长传动链。

B、提高各传动元件的制造、安装精度，特别是末端元件

C、尽可能使用越靠近末端的传动副，速度应越大，即采用升速传动

D、以上三者都是。

3、数控机床进给系统的机械传动结构中，结构最筒单的导轨（）C

A．静压导轨B．滚动导轨C．塑料导轨D．气动导轨

4、闭环控制系统的定位误差主要取决于（）C

A、机械传动副的间隙及制造误差

B、机械传动副弹性变形产生的误差

C、检测元件本身的误差

D、滚珠丝杠副热变形所产生的误差

5、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

6、按机床的运动轨迹来分，数控机床可分为（）A

A点和直线控制、轮廓控制B．硬线、软线C．开环、闭环和半闭环D．车床、铣床

7、、数控机床进给系统的机械传动结构中，具有滚动摩擦的导轨是（）B

A．静压导轨B．滚动导轨C．塑料导轨D．气动导轨

8、位置检测装置按测量的方式分为（）C

A．数字式和模拟式B．增量式和绝对式C．直接和间接D．开环与闭环

9、柔性制造单元最主要设备（）A

A．加工中心B．自适应控制机床C．自动交换工件装置D．数控机床

10、程序编制中首件试切的作用是（）。

C

A.检验零件图样设计的正确性B.检验零件工艺方案的正确性

C.检验程序单及控制介质的正确性，综合检验所加工的零件是否符合图样要求

D.测试数控程序的效率

11、CNC系统中的PLC是（）。

A

A.可编程序逻辑控制器B.显示器C.多微处理器D.环形分配器

12、CNC系统一般可用几种方式得到工件加工程序，其中MDI是（）D

A、利用磁盘机读入程序B、从串行通信接口接收程序

C、从网络通过Modem接收程序D、利用键盘以手动方式输入程序

13、闭环位置控制系统的检测元件安装在（）D

A、运动驱动电机上B、机械传动元件上

C、运动执行元件上D、运动执行元件、机床固定元件上

14、数控机床作空运行试验的目的是（）。

C

A、检验加工精度B、检验功率

C、检验程序是否能正常运行D、检验程序运行时间

15、下列哪种机床不属于点位控制数控机床。

（）D

A、数控钻床B、坐标镗床C、数控冲床D、数控车床

16、某控制系统，控制刀具或工作台以给定的速度沿平行于某一坐标轴方向，由一个位置到另一个位置精确定位，此种控制方式属于（）。

B

A、点位控制B、点位直线控制

C、轨迹控制D、无正确答案

17、下列哪种伺服系统的精度最高：

（）B

A、开环伺服系统B、闭环伺服系统C、半闭环伺服系统D、轮廓控制系统

18、光栅中，标尺光栅与指示光栅的栅线应：

（）B

A、相互平行B、互相倾斜一个很小的角度

C、互相倾斜一个很大的角度D、外于任意位置均可

19、数控机床的信息输入方式有：

（）D

A、按键和CRT显示器B、磁带、磁盘、网线

C、手摇脉冲发生器D、以上均正确

20、下列加工中心主传动系统结构中，哪种形式转换效率高，但输出扭矩受到限制（）A

A、电机直接带动主轴B、皮带变速C、一级齿轮变速D、二级齿轮变速

21、在数控机床的数控装置组成中，其核心部分是（）B

A、输入装置B、运算控制装置C、伺服装置D、机电接口电路

22、闭环伺服系统结构特点：

（）B

A、无检测环节B、直接检测工作台的位移、速度

C、检测伺服电机转角D、检测元件装在任意位置

23、步进电机的转角，转速，旋转方向分别与（）有关。

A

A、输入脉冲的个数、频率、通电顺序。

B、输入脉冲频率、个数、通电顺序能力。

C、输入脉冲频率、通电顺序、脉冲个数。

D、通电顺序、输入脉冲频率、个数。

24、数控回转工作台的特点是（）D

A、只实现圆周分度、定位B、只实现圆周进给

C、实现圆周进给、并实现某些特定角度的分度，定位

D、能实现圆周进给，并能实现任意角度的分度，定位

25、数控机床的进给系统由NC发出指令，通过伺服系统最终由（）来完成坐标轴的移动。

B

A、电磁阀B、伺服电机C、变压器D、测量装置

26、检测元件在数控机床中的作用是检测位移和速度，发送（）信号，构成闭环控制。

A

27、工件安装在卡盘上，机床坐标与工件坐标系是不重合的，为便于编程，应在数控系统中建立一个（）坐标系A

A、工件B、机械C、机床D、程序

28、数控机床的丝杠一般采用（）A

A、滚珠丝杠副B、梯形丝杠副C、矩型丝杠副D、普通丝杠副

180、数控车床的回转刀架最少能有（）把刀。

B

A、5B、4C、3D、2

29、全机能高速数控车床在自动工作状态，当换刀时，刀盘实现（）转位换刀D

A、顺时针B、逆时针C、快速D、就近

30、数控车床Z轴的负方向指向（）。

C

A、操作者B、主轴轴线C、床头箱D、尾架

31、数控车床上快速夹紧工件的卡盘大多采用（）B

A、普通三爪卡盘B、液压卡盘C、电动卡盘D、四爪卡盘

四简答与计算题

1半闭环或闭环数控系统一般由哪五个部分组成？

各部分的主要功能是什么?

半闭环或闭环数控系统一般是由输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置以及位置检测装置组成。

数控系统的各部分的功能如下：

（1）输入输出装置：

零件加工程序的输入、编辑、修改与调试；编辑程序的显示；机床加工信息的显示等。

（2）数控装置：

将输入装置传送的数控加工程序，经数控装置软件进行译码、插补运算和速度预处理，产生位置和速度指令以及辅助控制功能信息等。

（3）伺服驱动装置：

包括主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置。

其中主轴伺服驱动装置的功能：

接受来自PLC的转向和转速指令，经过功率放大后驱动主轴电动机转动。

进给伺服驱动装置的功能：

在每个插补周期内接受数控装置的位移指令，经过功率放大后驱动进给电动机转动，同时完成速度控制和反馈控制功能。

（4）辅助控制装置：

是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制装置，通过可编程序控制器（PLC）来实现。

它主要完成与逻辑运算有关的动作，如工件的装夹、刀具的更换、切削液的开关等一些辅助功能。

（5）位置检测装置：

通过直接或间接测量将执行部件的实际进给位移量检测出来，反馈到数控装置并与指令位移量进行比较，将其误差转换后控制执行部件的进给运动，以提高系统精度。

2数控机床有哪几种分类方法？

各有什么特点？

答：

数控机床有以下三种分类方法：

（1）按数控机床的加工功能不同分为点位和直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。

（2）按所用进给伺服系统不同分为开环数控机床、闭环数控机床、半闭环数控机床。

（3）按所用数控装置的构成方式不同分为硬线数控机床、计算机数控机床。

第一类型可使用户认识和了解数控机床的加工功能。

第二种是了解数控机床的加工精度。

第三种使拥护了解数控机床的系统功能和工作原理。

3数控机床主传动系统有哪些特点？

答：

数控机床的主传动系统和普通机床相比有以下特点：

（1）有较宽的调速范围。

可增加数控机床的加工适应性，便于选择合理的切削速度，使切削过程始终处于最佳状态，从而保证工件的加工精度和表面质量。

（2）有足够的功率和扭矩。

使数控加工方便实现低速时大扭矩，高速时恒功率，以保证加工的高效率。

（3）有足够的传动精度。

各零部件应具有足够的精度、刚度、抗振性、低噪声、热稳定性和耐磨性，使主轴运动高精度，从而保证数控加工高精度。

（4）主轴变速迅速可靠。

数控机床的变速是按控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。

由于直流和交流主轴电机的调速系统日趋完善，不仅能方便地实现宽范围的无级变速，而且减少了中间传递环节，提高了变速控制的可靠性。

4常用的步进电动机的性能指标有哪些？

其含义是什么？

答：

步距角：

每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度；

失步率：

单位时间内输入电脉冲信号数和转子所转过的实际步数的差与输入的脉冲数的比率。

脉冲频率：

单位时间内可接受的脉冲数。

通电工作方式：

同时通电的相数和相序。

驱动力矩：

电机轴所能产生的驱动转矩。

5试述CNC装置的硬件结构。

答：

CNC系统的核心是计算机数控装置。

随着半导体技术、计算机技术的产生和发展，现代的数控装置一般采用由微处理器构成的计算机装置（MNC）为主体，统称为CNC装置。

虽然现在越来越多的数控功能由软件完成，但软件功能的实现仍离不开硬件的支持。

CNC装置是整个CNC系统的核心，其硬件和软件的结合控制着系统所有数控功能的实现。

CNC装置的硬件一般由微处理器（CPU）、总线、存储器、输入/输出（I/O）接口电路等组成。

6试述CNC装置的软件结构。

答：

CNC装置是一个相对独立的过程数字控制器，其软件部分包括管理和控制两大部分。

管理部分主要完成输入、I/O处理、显示、诊断、通信等功能。

控制部分主要完成译码、刀具补偿、速度控制、插补处理、位置控制、开关量控制等功能。

7简述计算机数控系统的优点。

答：

（1）柔性强；

（2）可靠性高；（3）易于实现多功能复杂程序控制；

（4）具有较强的网络通讯功能；（5）具有自诊断功能。

8简述交流电动机的调速方法？

答：

交流电动机的调速方法有以下几种：

（1）改变磁极对数。

它是通过通过对定子绕组接线的切换以及改变磁极对数调速的。

（2）改变转差率。

常用的是降低定子电压调速、电磁转差离合器调速、线绕式异步电动机转子串电阻调速或串级调速。

（3）变频调速。

通过平滑改变定子供电电压频率而使转速平滑变化，达到调速效果。

这是交流电动机的一种先进的调速方法，也是常用的调速方法。

9简述增量式光电编码器在数控机床上的作用。

答：

增量式光电编码器在数控机床上的作用主要有以下几种：

（1）位移测量。

增量式光电编码器每转过一个分辨角对应一个脉冲信号，因此，根据脉冲的数量、传动比及滚珠丝杠螺距即可得出移动部件的直线位移量。

（2）在螺纹加工控制中，安装在主轴上的主轴编码器可实现主轴旋转与坐标进给的同步控制，保证主轴每转一周，刀具准确地移动一个导程；另外，为了保证重复切削不乱牙，数控系统在接收到光电编码器中的一转信号后才开始螺纹切削的计算。

（3）增量式光电编码器的一转信号还用于主轴准停和坐标轴回参考点操作中。

10简述CNC系统控制软件实时中断的类型。

答：

CNC系统控制软件实时中断的类型有以下几种：

（1）外部中断。

主要有外部监控中断和键盘操作面板输入中断。

（2）内部定时中断。

主要有插补周期定时中断和位置采样定时中断。

（3）硬件故障中断。

它是各种硬件故障检测装置发出的中断。

（4）程序性中断。

它是程序中出现的各种异常情况的报警中断。

11设一绝对编码盘有8个码道，求其能分辨的最小角度是多少？

普通二进制码10110101对应的角度是多少？

若要检测出0.008o的角位移，应选用多少条码道的编码盘？

解：

由绝对编码器的工作原理可知：

码盘的分辨率即码盘能分辨的最小角度与码道数n的关系为

故可得：

＝3600/28=1.410。

因为二进制数10110101转换成十进制数为27+25+24＋22＋20＝181

所以由编码盘的工作原理可得：

普通二进制在码10110101对应的角度是181x＝181x1.410=255.20

若要检测出0.008o的角位移，应选用编码盘的码道的条数n应满足下式：

从而可得：

15.458

故n取16

12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

＝4，

＝7，试写出其直线插补运算过程，并绘出其轨迹。

（16分）

解：

由于待插补直线的起点坐标为O（0，0），终点坐标为A（4，7），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

第1拍：

偏差判别

第2拍：

坐标进给

第3拍：

新偏差计算

第4拍：

终点判别

1

+X

2

+Y

3

+Y

4

+X

5

+Y

6

+Y

7

+X

8

+Y

9

+Y

10

+X

11

+Y

插补轨迹如下图所示：

13一台三相六拍运行的步进电机，转子齿数Z＝48，测得脉冲频率为1200Hz，求：

1通电顺序；②步距角和转速。

答：

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,

。

转子齿数

，频率

＝1200HZ。

1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根据步距角计算公式：

根据转速计算公式：

（r/min）