整理数控机床控制系统.docx

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整理数控机床控制系统

习题1-2数控机床控制系统

图1-2-1数控机床控制方式

1.判断下列说法的对错，并将错的地方改正。

1.（）主轴（spindle）转速控制，刀具（tool）自动交换控制属于数控系统的辅助功能。

2.（）数控系统的主要功能是控制运动坐标的位移及速度。

3.（）轮廓控制数控系统控制的轨迹一般为与某一坐标轴（axis）相平行的直线。

4.（）直线控制数控系统可控制任意斜率的直线轨迹。

5.（）开环控制数控系统无反馈（feedback）回路。

6.（）配置SINUMERIK802S数控系统的数控机床采用步进电动机作为驱动元件。

7.（）闭环控制数控系统的控制精度（accuracy）高于开环控制数控系统的控制精度。

8.（）全闭环控制数控系统不仅具有稳定的控制特性，而且控制精度高。

9.（）半闭环控制数控机床安装有直线位移检测装置。

10.（）机床工作台（table）的移动是由数控装置发出位置控制命令和速度控制命令而

实现的。

11.

（

）刀具（tool）按程序正确移动是按照数控装置发出的开关命令实现的。

12.

（

）机床主轴（spindle）的起动与停止是根据CNC发出的开关命令，由PLC完成

的。

13.

（

）CNC中位置调节器是用模拟调节器。

14.

（

）在双环进给轴控制器中，转速调节器的输入是位置调节器的输出。

15.（）穿孔纸带（tape）是控制介质的一种。

16.（）软盘属于输出装置。

17.（）M功能指令被传送至PLC-CPU，用PLC程序来实现M功能。

18.（）数控加工程序中有关机床电器的逻辑控制及其他一些开关信号的处理是用PLC

控制程序来实现的，一般用C语言编写。

19.（）HAAS立式加工中心的自动换刀动作是这样完成的：

换刀指令经CNC-CPU译码

后，由轴控制器（axiscontroller）控制完成。

20.（）HAAS立式加工中心（verticalmachiningcenter）共有三个坐标轴，其控制主要由

PLC完成。

21.（）CNCmachinesgenerallyreadandexecutetheprogramdirectlyfrompunchedtapes.

22.（）CNC对加工程序解释时，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。

刀具（tool）

的选择和交换即属于开关功能。

23.（）位置调节器的命令值就是插补器发出的运动序列信号。

24.（）目前的闭环伺服系统都能达到0.001^m的分辨率。

25.（）经济型数控机床一般采用半闭环系统。

26.（）数控机床一般采用PLC作为辅助控制装置。

27.（）半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同，半闭环的位置传感器安装在工作台上，全闭环的位置传感器安装在电机的轴上。

28.（）只有半闭环系统需要进行螺距误差补偿，而全闭环系统则不需要。

29.（）数控机床的数控系统主要由计算机数控装置和伺服系统等部分组成。

2.填充，以完成下列各表述。

1.只有在位置偏差（跟随误差）为时，工作台才停止在要求的位置上。

2.半闭环控制中，CNC精确控制电动机的旋转角度，然后通过传动

机构，将角度转换成工作台的直线位移。

3.开环伺服系统主要特征是系统内没有装置，通常使用为伺服执行机构。

4.辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的—指令信号，主要控制装置是。

5.数控机床控制系统包括了、、、、、。

6.进给伺服系统是以为控制量的自动控制系统，它根据数控装置插补运算生成

的,精确地变换为机床移动部件的位移，直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和实际定位的性能。

7.闭环和半闭环控制是基于原理工作的。

8.数控机床的基本组成包括、、、—、、以及机床本体。

9.无论是半闭环还是闭环进给系统，都

要求传动部件刚度好、图1-2-2HAAS立式加工中间隙小。

在

系统中，传动部件的间隙直接影响进给系统的定位精度；在系统中，传动部件的间隙影响进给系统的稳定性。

3.

选择正确的答案。

4.数控机床伺服系统是以为直接控制目标的自动控制系统。

A.机械运动速度B.机械位移

C.切削力

D.机械运动精度

5.采用开环进给伺服系统的机床上，通常不安装。

A.伺服系统B.制动器

C.数控系统D.位置检测器件

6、数控系统中CRT显示的坐标轴现在位置值是控制器的指令值还是坐标轴实际位置值（如编码器的反馈值）？

A.指令值

B.实际值

C.开环系统中为指令值，闭环系统中通过参数设置为实际值或指令值

18.是CNC控制系统的基本功能。

A.输入、输出、插补B.输入、插补、伺服控制

C.输入、输出、伺服D.输入、显示、插补

13.按数控系统的控制方式分类，数控机床分为：

开环控制数控机床、、闭环控制数控机床。

A.点位控制数控机床B.点位直线控制数控机床

C.半闭环控制数控机床D.轮廓控制数控机床

4.按要求回答问题或完成任务。

1.请画出半闭环控制数控系统的框图，并说出半闭环与全闭环之间的区别。

2.试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较数控系统开环系统、半闭环系统、全闭环系统的区别。

3.试用框图说明CNC系统的组成原理，并解释各部分的作用。

习题2数控装置的组成

2.判断下列说法的对错，并将错的地方改正。

1.（）数控装置各部分之间的通信由内部系统总线（bus）完成。

2.（）进行几何变换和补偿计算的数控功能程序是为了方便零件加工程序编制者而设

计的。

3.（）M辅助功能被译码后，送往PLC。

4.（）NCprogram由输入装置进入到NC装置后，立即进行运动轨迹的插补（interpolation）

处理

5.（）RAMstandsforRandomAccessMemory,whileROMmeansReadOnlyMemory.

6.（）ROM中的信息在断电时可由电池维持。

3.选择正确的答案。

1.纸带（tape）曾经是数控加工程序的理想载体。

标准穿孔纸带（punchedtape）每行有个孔（不包括一个同步孔）。

A.7

B.8

C.9

D.

10

2.卜列哪一种不是NCprogram的输入方式？

_

—

A.纸带阅读方式

B.MDI方式

C.计算机通讯方式

D.

鼠标方式

3.纸带（tape）上一行穿孔信息代表

_个字符。

A.1

B.2

C.4

D.

8

4.RAM是

O

A.只读存储器

B.随机访问存储器

C.动态存储器

D.

静■态存储命

5.巨U关于数控加工程序缓冲器（buffer）和数控加工程序存储器的说法,

哪一项是不正

确的?

A.两者本质上是一样的

B.

D.

两者都是CNC内部的存储器

两者一般米用ROM

C.后白谷里般比前着谷里大

7.

只读存储器的英文简称是。

A.RAMB.ROM

C.

EPROMD.SRAM

8.

通常CNC系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在中。

A.EPROMB.ROM

C.

RAMD.EEPROM

9.数控系统软件是根据编写的程序。

A.被加工零件的形状，由用户

B.NC机床的加工要求，由用户

C.NC机床的工作需求，由系统制造商

10.OneofthefirstoperationsthattheMCUmustperformis.

A.tomaketheinterpolation

B.tomakethecalculationsforthecuttercompensation

C.tomakethedecoding

11.translatestheNCprogramintotheformthatthemachinetoolunderstands.

A.MCUB.SVUC.PLC

12.计算机数控系统的基本流程是:

A.输入译码预处理r插补r位置控制r电机

B.输入预处理译码r位置控制r插补r电机

C.输入译码预处理r位置控制r插补r电机

13.8位计算机是指

A.存储器的字由8个字节组成

B.存储器有8K

C.微处理器数据的宽度为8位

D.数据存储器能存储的数字为8位

14.绝大部分的数控系统都装有电池，它的作用是。

A、是给系统的CPU运算提供能量，更换电池时一定要在数控系统断电的情况下进行

B、在系统断电时，用它储存的能量来保持RAM中的数据，更换电池时一定要在数控系统通电的情况下进行

C、为检测元件提供能量，更换电池时一定要在数控系统断电的情况下进行

D、在突然断电时，为数控机床提供能量，使机床能暂时运行几分钟，以便退出刀具，更换电池时一定要在数控系统断电的情况下进行

15、CNC系统的CMOSRAM常配备有高能电池，其作用是。

A.RAM正常工作所必须的供电电源B.系统掉电时，保护RAM不被破坏

C.系统掉电时，保护RAM中的信息不丢失D.加强RAM供电，提高其抗干扰能力

16、FANUC0i系统PMC使用的闪存芯片F（flash）ROM是什么类型的存储器？

A.只可读B.不可写C.可读写，不用电池保持

17、CNC系统与传统NC系统的区别在于。

A.CNC系统有伺服系统而传统NC系统则没有

B.CNC系统有输入输出接口而传统NC系统没有

C.CNC系统有译码功能而传统NC系统没有

D.CNC系统具有软件功能而传统NC系统没有

4.填充，以完成下列各表述。

1.数控装置的核心是。

2.数控装置中的存储器包括和。

3.存储器用于存放系统控制程序，存储器用于存放零件加工程序、机床

参数、刀具参数以及系统程序运行中间结果。

4.RAM中的信息在断电时可由维持。

5.CNC内部数据预处理过程指从后到前的整个过程。

6.NCprogram预处理过程主要包括、、、、等。

7.数控信息读入数控装置后，经译码器译码，分解为G、F和M、S、T等功能信息。

功能和坐标值（X、Y、Z等）一起送往插补器，经处理后做为进给伺服系统的指令，以控制

刀具相对于工件的移动轨迹。

功能经可编程接口控制器分别送至主轴驱动单元和刀具控制部分，功能送至可编程接口控制器，并由该部分执行，实现对机床部件的开关功能控制。

8.数控系统的软件处理包括输入、、、

、、管理和诊断等。

9.输入数据是指、、。

10.加工程序中含有、、等信息。

11.数控加工程序经数控系统运算处理后输出的信号有'、、O

12.数控系统（硬件、软件）是衡量数控系统功能强弱很重要的一个方面。

13.辅助功能信息有。

四、按要求回答问题或完成作业。

1.数控加工程序（NCprogram）的预处理包含哪些内容?

习题3光电编码器

5.判断下列说法的对错，并将错的地方改正。

1.（）手轮（MPG）实际上是编码器。

2、（）增量型旋转编码器有分辨率的差异，使用每圈产生的脉冲数来计量，脉冲数越多，分辨率越高。

3（）在数控车床上加工螺纹，主轴编码器起到了主轴转动与进给运动的联系作用。

4、（）半闭环和全闭环位置反馈系统的根本差别在于位置传感器安装的位置不同，半闭环的位置传感器安装在工作台上，全闭环的位置传感器安装在电机的轴上。

5.（）检测元件的作用是检测位移和速度的实际值，并向数控装置或伺服装置发送反馈信号，从而构成闭环控制。

6.（）接触式码盘属于绝对式的检测方式。

7.（）对于接触式码盘来说，码道的圈数越多，则其所能分辨的角度越小，测量精度越高。

8.（）绝对式（absolute）光电码盘与增量式（incremental）光电码盘结构相似。

9.（）光电脉冲编码器既可以测量位置，又可以测量速度。

6.填充，以完成下列各表述。

1.半闭环控制系统常以为反馈元件。

2.在一台制造精度良好的闭环数控机床上，机床的定位精度主要取决于的精度。

3.测量装置的倍频电路的作用是。

4.下图说明。

SPEED

ENCODERPULSES

IIIHIIIIIIIIIIII1111

3、检测脉冲当量要达到0.001mm，至少位的绝对编码器。

5.选择编码器时根据

6.刀架编码器是绝对式的光电编码器，它用于数控机床的旋转刀架上，控制刀具的工位，

可以自动换刀。

下表是12工位的刀架编码器输出正逻辑真值表。

请按标号顺序完成横线部分。

工位数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

20

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

0

21二

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

22

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

23

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

奇偶校验

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

选通信号

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

7.

2000个脉冲时，此时伺服

增量型编码器通常有三路信号输出（差分有六路信号）：

A,B和Z,A脉冲在前，B脉冲在后，A,B脉冲相差度，每圈发出一个Z脉冲，可作为。

一般利用A超前B或B超前A进行。

8.某主轴外装定向编码器为1024脉冲/转，通过4倍频电路，主轴每转为脉冲，主轴位置检测单位

为。

9.某机床采用的增量式的编码器的分辨力为0.01mm/脉冲,

则工作台每移动0.01mm,检测装置便发出一个脉冲，当计数为电动机正好旋转2周，则这台机床所用的传动丝杠的螺距为mm。

10.一个数控系统中，如果把CNC装置比作人的大脑，把伺服控制装置比作四肢，则位置传感器相当于人的。

3.选择正确的答案。

1.数控机床常用的直线位移直接测量装置是。

A.光电旋转编码器B.旋转变压器C.直线光栅尺（linearscale）

2.增量式脉冲编码器（pulseencoder）输出的A、B两相，其相位差为90o,它的作用是

A.用于细分B.提高可靠性C.判别旋向

3.数字式位置检测装置的输出信号是。

A.电脉冲B.电流量C.电压量

4.有一增量脉冲编码器为2000线，那么它的Z相输出为。

5.闭环和半闭环系统在结构上的主要区别是。

A.采用的驱动电机不同

B.位置检测元件的安装位置不同

C.速度检测元件的安装位置不同

6.对一个16位的绝对式脉冲编码盘而言，它能测出的最小角位移为。

A、11.25oB、0.196oC、0.0055o

7.一增量式脉冲发生器每转输出脉冲数为5000,如果单次脉冲的脉冲宽度不能小于6微秒,

则该脉冲发生器最高允许的转速为。

A.1000转/分B.2000转/分C.4000转/分D.120000转/分

8.数控机床加工过程中，恒线速切削控制”的目的是

A.保持主轴转速的恒定B.保持进给速度的恒定

C.保持切削速度的恒定D.保持金属切除率的恒定

9.编码器的四线连接（A、A-、B、B-）通常是。

A.伺服电机编码器B.手摇脉冲发生器C.单向计数器

10.某机床不能进行螺纹切削，应检查

A.主轴位置编码器B.接近开关C.进给倍率开关

12、增量式脉冲发生器，其单个（又称单次）脉冲的典型脉冲周期（又称宽度）为5^S，现

要求其最高允许测量转速为4000r/min，请选择每转脉冲数。

A.2000B.3000

C.4000D.5000

12.在增量式光电码盘测量系统中，使光栏板的两个夹缝距离比码盘两个夹缝之间的距离小

1/4节距，使两个光敏元件的输出信号相差1/2相位，目的是。

A.测量被检工作轴的回转角度

B.测量被检工作轴的转速

C.测量被检工作轴的旋转方向

编码器的四线连接（A、A-、B、B-）通常是B。

A.伺服电机编码器B.手摇脉冲发生器C.单向计数器

B.

4.按要求回答问题或完成作业。

1.编码器的六脉冲信号是什么？

分别起什么作用？

画出六脉冲信号图。

2.简述编码器在数控机床中的应用。

4.有一与伺服电动机同轴安装的光电编码器，指标为1024脉冲/转，该伺服电动机与螺距为

6mm的滚珠丝杠通过联轴器直连，在位置控制伺服中断4ms内，光电编码器输出脉冲信号

经4倍频处理后，共计脉冲数为0.5K（1K=1024）。

问：

（1）工作台位移了多少？

（2）伺服电动机的转速为多少？

（3）伺服电动机的旋转方向是怎样判别的？

习题4交流驱动

一.选择正确的答案。

1.无刷直流电动机也称为。

A.鼠笼式电动机B.感应电动机C.方波永磁同步电动机

2.

当交流伺服电机正在旋转时，如果控制信号消失，则电机将会

4.交流伺服电机调速的基本原理是调速。

A.调节电源电压的幅值

B.调节电源电压的相位

C.调节电源电压的频率

二、填充，以完成下列各表述。

1.如果把直流电机结构进行“里翻外”的处理，即把电枢绕组装在定子，转子为永磁部分，

并以转子轴上的编码器测出磁极位置控制电子开关进行电子换相，这就构成了—电机。

2.就调速方法来说，永磁同步交流伺服电动机主要采用改变的方法，而永磁直流伺服电动机，主要采用改变的方法。

3.无刷直流电动机的定子为，转子为。

4.旋转磁场的速度称为。

5.三相电机的各相绕组的空间位置差度。

6.三相交流永磁同步电动机中的“三相交流”是指,“永磁”是指,“同步”是指<

7.目前数控机床进给轴的驱动电机广泛采用。

8.三相同步电动机的装有三相对称绕组，为永久磁极。

9.交流伺服电动机中除定子和转子外，还有用来测量转子的转速，用来测量转子的角度。

10.伺服电动机驱动与普通电动机驱动相比其特点

11.当伺服电动机用于垂直轴驱动时，电动机内可安装,以克服滚珠丝杠垂直安装时的非自锁现象。

12.为了满足伺服系统的要求，有效的方法就是提高直流伺服电动机的<

13.通常，交流伺服电动机（ACservomotor）在额定转速以上工作时，随着转速的升高，电动机输出的转矩将（上升，不变，下降）。

14.电动机的功率是电动机长时间连续运行所能输出的最大功率，其大约

为与的乘积。

15.图示为。

16.图3表小电动机。

5.就调速方法来说，永磁同步交流伺服电动机主要采用改变的方法，而永磁直流伺服电动机，主要采用改变的方法。

2.Phasewindingsina3-phasemotorarelocated

degreesapart.

3.Thespeedoftherotatingmagneticfieldisknownas

speed.

4.Thedifferencebetweenrotorspeedandsynchronous

speedofanasynchronousmotorisknownas

.

5.TheoutputofaPWMtypedriveis.

a.sinusoidal

b.pulsewidthmodulated

四.按要求回答问题或完成作业。

1.三相交流永磁同步电动机用于进给驱动有何好处？

交流伺服电动机上的转子位置检测器有何作用？

该检测器有哪些形式？

2.试述永磁同步交流伺服电动机与永磁同步直流伺服电动机的区别。

3.画出交流进给伺服驱动装置的原理框图。

4.当今进给伺服系统常用驱动电机有几种，试简述每种电机的特点及适用范围。

5.读图题。

1.

以下是一台电动机的铭牌。

Brushless-Servomotorcl\

1FT6082-8AF71-1AG1

NrEJ8991745010Q1EN60034

Note：

M=T=Torque

问：

（1）该电动机的生产单位是。

（2）该电动机是电动机，型号为。

（3）当定子电压的有效值为120V时，额定转速为1500rpm时，输出扭矩为

（4）最大转速为。

（5）60K温升时的失速转矩（零速时的转矩，此时电机作为电制动器将所带的负载保持在指定位置）为，失速电流为。

（5）内置光电编码器的分辨率是。

2.图5为SIEMENS公司生产的1FK6伺服电动机的动力接口图，图6为信号引脚图：

问：

（1）该电动机是电动机。

（2）BR、BR2的作用是

（3）内置增量式编码器的作用是

（4）信号弓I脚8（+temp）、9（-temp）的作用是

（5）㊂GNYE该标记的含义是。

图5动力接口图

Powerconnection

图6信号引脚图

3.下图为1FT507-口AC71伺服电动机的速度-转速图。

S1为连续运行时的工作曲线，其额定转速是2000rpm。

根据S1回答：

（1）该电动机的额定转矩是

（2）该电动机的失速转矩是

（3）该电动机的最大转速是

（4）该电动机的功率为

Coolingtype

A-non-ventilated

S=force-ventiated

Ratedspeed

A1200RPM

C=2000RPM

F=3000RPMG=4000RPMK=6000RPM

DClinkvoltage

7=600V

Typeofconstruction

I=IMB5（IMV1,IMV3）

4.下图为SIEMENS公司生产的1FT5伺服电动机的动力接口图和信号引脚图:

（1）

（2）

（3）

（4）

该电动机是电动机；

芯脚6、7、11、12是信号；

芯脚1、2、3、4、5是信号；

芯脚9、10是信号。

（5）

（J）

该标记的含义是,其电线颜色是

5.日本FANUC公司生产的aC6/2000交流伺服电动机的逆转（失速）转矩是6Nm,最大转速是2000rpm，额定转速是1000rpm，输出功率为0.6kW，画出转矩-转速工作曲线。

6.下图为三菱伺服电机HC-KFS73的转矩特性曲线。

请

问：

1额定转矩

2最大转矩

3额定转速

4最大转速

5额定输出容量

习题5位置控制

2.选择正确的答案。

2.闭环数控机床的飞车现象经常是由于反馈断线故障:

使系统实际上成为开环状态，没有

位置反馈增量从命令增量中减去，跟随误差会越来越大，直至溢出，以致引起过量的进给速度而造成事故。

A.位置反馈断线B.数控装置运算C.伺服