南京工业大学数控技术考试试题.pdf

一一 名词解释名词解释 数字控制数字控制：数字控制是一种借助数字、字符或者其他符号对某一工作过程进行编 程控制的自动化方法。 数控系统数控系统：数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System） ， 根据计算机存储器中存储的控制程序， 执行部分或全部数值控制功能， 并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。 LSI：大规模集成电路、CAPP：计算机辅助工艺过程设计 CNC：计算机数字控制 MC（加工中心） DNC（直接数字控制） FMC（柔性制造单元） FMS（柔性制造系统） CIMS（计算机集成制造系统） IMS（智能制造系统） 简述数控开环、半闭环、闭环系统的区别简述数控开环、半闭环、闭环系统的区别 答：开环系统：对实际传动机构的动作完成与否不进行检查，驱动控制指令发送出去后 不 再反馈回数控系统。 闭环控制系统：运动部件上装有测量元件，讲运动部件的位置、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 出补偿控制命令。 半闭环控制系统：末端件工作台没有完全包括在控制回路内。 点位控制系统点位控制系统，只要求控制道具从一点移到另一点的准确位置，而对于运动轨迹原 则上不 加控制。 连续控制系统连续控制系统又称轮廓控制系统，能对两个或两个以上坐标方向的 位移进行严格的不间断 的控制。 相对坐标编程相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式（增量坐标编程） 机床坐标系机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系 机床原点机床原点，是 X 轴和 Y 轴都处于 0 位置上的点，一般是用来检正机床使用 工作原点工作原点偏置偏置： 在加工时， 工件装夹到机床上， 通过对刀求得工件原点与机床原点间的距离。 刀位点刀位点，是指刀具的定位基准点。 宏程序宏程序：用变量的方式进行数控编程的方法 脉冲当量脉冲当量：当控制器输出一个定位控制脉冲时，所产生的定位控制移动的位移 插补插补：指在一条已知起点和终点的曲线上进行数据点的密化 刀具半径补偿刀具半径补偿：在进行内轮廓加工时，刀具中心向零件的内侧偏移一个刀具半径值。 并行处理并行处理：计算机系统中能同时执行两个或更多个处理的一种计算方法 中断型结构中断型结构： 这种结构将除了初始化程序之外， 整个系统软件的各个任务模块分配给不同级 别的中端服务程序，然后由中断管理系统对各级中断服务程序进行管理。 数字式测量数字式测量：是指将被测量以数字形式表示出来，一般是脉冲信号，可以直接把它送到数控 装置进行比较处理。 模拟式测量模拟式测量是将被测量用连续变量来表示，如电压的幅值变化、相位变化。 步进电机矩频特性步进电机矩频特性：判断步进电机运行过程中的参照指示图 步距误差步距误差：步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角的差值 伺服系统伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制 系统 自动换刀装置自动换刀装置：储备一定量的道具并完成刀具的自动交换功能的装置。 重复精度重复精度：是指在相同条件下，操作方法不变，进行规定次数的操作所得到的实际位置的 一致程度。其最大不一致量为重复定位误差。 机床结构静刚度机床结构静刚度：恒定载荷下机床结构抵抗变形的能力。 预紧预紧：消除间隙，并提高系统刚度 二二 综合题目综合题目 1.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。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。 开环：即无位置反馈系统，其驱动原件只要是功率步进电机，实质是数字脉冲到角度位移的 转换， 他不用位置检测原件实现定位， 而是靠驱动装置本身转过的角度正比于脉冲 个数，角加速度由进给脉冲的频率决定。结构简单易于控制，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。 闭环：是误差控制随动系统，该装置测出实际位移或者实际位置，并将测量值反馈给 CNC 系统，与指令比较求的误差，构成闭环系统。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都可以得 到补偿，大大提高了精度。 半闭环系统： 是指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闭环以外， 在环外的误差得不 到补偿，精度低于闭环伺服系统。 2.简述运行一个数控加工程序的过程。简述运行一个数控加工程序的过程。 运行-主轴转动-回参-x、z、y 轴按程序加工零件（如果是车床就不用写 Y）-退刀回参-主轴停 止-程序结束 3.G 代码编程代码编程 如下图所示刀具运动路线 PABCD，P 为刀尖起点，试用绝对和相对尺寸编写加工程序。(进给 速度 200mm/min，主轴转速 400r/min，刀具号：1，刀补号：1，采用直径方式编 程) 答：绝对尺寸编程： N10 G00 G90 X10 Z30 M03 N20 G01 X20 Z20 F200 S400 T11 N30 X20 Z10 N40 G02 X40 Z0 R10 （或 N40 G02 X40 Z0 I20 K0） N50 G01 X40 Z12 M02 相对尺寸编程： N10 G00 G90 X10 Z30 M03 N20 G01 G91 X10 Z-10 F200 S400 T11 N30 X0 Z-10 N40 G02 X20 Z0 R10 （或 N40 G02 X20 Z0 I20 K0） N50 G01 X0 Z12 M02 在数控车床上精加工图示零件的外轮廓 （不含端面） 。 请采用教材中给定的代码格式 （在数控车床上精加工图示零件的外轮廓 （不含端面） 。 请采用教材中给定的代码格式 （JB3208- 83）编制加工程序。要求：）编制加工程序。要求： （1）数控车床的分辩率为）数控车床的分辩率为 0.01mm； （2）在给定工件坐标系内采用绝对尺寸编程；）在给定工件坐标系内采用绝对尺寸编程； （3）图示刀尖位置为程序的起点和终点。切入点为锥面的延长线上，其）图示刀尖位置为程序的起点和终点。切入点为锥面的延长线上，其 Z 坐标值为坐标值为 152。 刀具号为刀具号为 20。 （4）进给速度）进给速度 50mm/min，主轴转速，主轴转速 700r/min。 N G X Z I K F S T M N010 G00，G90 X100 Z195 F50 S700 T20 M03 N020 G00 X10.531 Z152 N030 G01 X25 Z125 N040 Z80 N050 G02 X45 Z25 I8 K0 N060 G01 Z0 N070 G00 X100 Z195 N080 M30 下图是一个通过车削工艺得到的零件，试用手工方式编出其加工程序。其中主轴转速为下图是一个通过车削工艺得到的零件，试用手工方式编出其加工程序。其中主轴转速为 600rpm，进给速度为，进给速度为 200mm/min，起刀点坐标为，起刀点坐标为 X20、Z80，刀具号为，刀具号为 20，加工，加工 完毕后刀具停止坐标为完毕后刀具停止坐标为 X33、Z80。 N G X Z I K F S T M N010 G00，G90 X20 Z80 F200 S600 T20 M03 N020 G01，G91 Z-5 N030 X8 Z-18 N040 Z-25 N050 G02 Z-22 I-27.91 K11 N060 G01 Z-10 N070 G00 X5 Z80 N080 M30 试编制下图所示零件的程序；试编制下图所示零件的程序； 2 x 45 R3 R5 30 40 1220 47 60 15 Z X O S A 15 答： M03 S1000 G94 G91 G00 X0 Z0； G01 X11 Z-2 F100； Z-10 X24 G02 X6 Z-3 I0 K-3 Z-12 G03 X10 Z-5 I10 K0 X-15 G00 X60 Z15 M02 试编制下图所示零件的程序；试编制下图所示零件的程序； 40 80 30 30 R20 R20 20 205050 X Z 160 180 120 答： G90 M03 S1000 G00 X180 Z200 G01 X0 Z200 F100 X40 X80 Z150 Z100 G91 G02 X40 Z-20 I40 K0 G03 X40 Z-20 I0 K-20 G90 G01 Z30 X180 G00 X180 Z200 M02 试编制下图所示零件的程序（铣床） ；试编制下图所示零件的程序（铣床） ； N1 M03 S300； N2 G90 G54 G00 X0 Y0；快速定位到 O 点 N3 G01 X0 Y15 F100； O-A N4 G01 X10 Y15； A-B N5 G02 X15 Y10 I0 J-5； B-C N6 G03 X18 Y7 I3 J0； C-D N7 G01 X20 Y7； D-E N8 G01 X23 Y5； E-F N9 G01 X23 Y0； F-G N10 G01 X0 Y0； G-O N11 M02； 立铣刀直径为立铣刀直径为 20mm，试对下图外轮廓进行编，试对下图外轮廓进行编程。主轴程。主轴 500RPM，左刀补，绝对坐标编程。，左刀补，绝对坐标编程。 进给速度进给速度 100mm/min。 70 80 R30 R30 40 30 110 10 50 60 20 80 20 X Y Z N01 G00 G90 X120 Y60 Z50 N02 X100 Y40 M03 S500 N03 Z-11 N04 G01 G41 X70 Y10 H012 F100 N05 Y-10 N06 G02 X40 Y-40 R30 N07 G01 X-70 N08 Y40 N09 X40 N10 G03 X70 Y10 R30 N11 G01 X85 N12 G00 G40 X100 Y40 N13 X120 Y60 Z50 N14 M30 立铣刀直径为立铣刀直径为 20mm，试对下图外轮廓进行编程。主轴，试对下图外轮廓进行编程。主轴 800RPM，右刀补，绝对坐标编程。，右刀补，绝对坐标编程。 要求在要求在 Z 方向分两刀铣完，用子程序编写。进给速度方向分两刀铣完，用子程序编写。进给速度 300mm/min。 400 R100 R200 300 40 20 刀具 O X Y Z 解： O1000 N010 G90 G54 G00 X-50 Y-50 N020 S800 M03 N030 G43 G00 Z0 H12 N040 G01 Z-20 F300 N050 M98 P1010 N060 Z-45 F300 N070 M98 P1010 N080 G49 G00 Z300 N090 G28 Z300 N100 G28 X0 Y0 N110 M30 O1010 N010 G42 G01 X-30 Y0 F300 H22 M08 N020 X100 N030 G02 X300 R100 N040 G01 X400 N050 Y300 N060 G03 X0 R200 N070 G01 Y-30 N080 G40 G01 X-50 Y-50 N090 M09 N100 M99 用用10mm 的立铣刀铣削图示零件外轮廓，铣削深度为的立铣刀铣削图示零件外轮廓，铣削深度为 3mm，从原点开始铣削，顺时针绕，从原点开始铣削，顺时针绕 工件一周工件一周(工件坐标系已标于图中工件坐标系已标于图中)。 R10 R30 80 O 30 60 30 X Y 答： G90 M03 S1000 G00X-10 Y-10 G42 G01 X0 Y0 T01 F100 G01 X70 G03 X80Y10I0J10 G01 Y30 G02 X50Y60I0J30 G01 X30 X0 Y30 X0 Y0 G40 G01X-10Y-10 M02 4. 试推导出逐点比较法插补第二象限逆圆时的偏差函数递推公式， 并画出插补程序流程图试推导出逐点比较法插补第二象限逆圆时的偏差函数递推公式， 并画出插补程序流程图。 如图，第二象限逆圆弧，起点为 A（x0，y0） ，终点为 B（xe，ye） ，圆心再原点，半径为 R， 进给方向为x 或y 方向。取偏差函数 222 RyxF 瞬时加工点 P（xi，yj）对应的偏差函数值为 2 2 2 , RyxF jiji （1）当 Fi，j0 时， 2 2 2 Ryx ji ，点 P（xi，yj）在圆弧以外，应向y 方向进给一步。则新的加工点为（xi， yj+1） ，其中: 1 1 jj yy A B X Y O 新偏差为 12) 1( 22222222 1 2 1, jjijijiji yRyxRyxRyxF 即偏差函数递推公式为 12 ,1, jjiji yFF （2）当 Fi，j0 时） 。 插补程序流程图： 5. 逐点比较法的插补原理是什么，逐点比较法应用。逐点比较法的插补原理是什么，逐点比较法应用。 逐点比较法是我国数控机床中广泛采用的一种插补方法，它能实现直线、圆弧和非圆二次 曲线的插补，插补精度较高。 初始化 x=x0, y=y0, F=0 往y 方向 走一步 往x 方向 走一步 FF-2y+1 FF-2x+1 yy-1 xx-1 JJ-1 J=0 结束 开始 逐点比较法，顾名思义，就是每走一步都要将加工点的瞬时坐标同规定的图形轨迹相比较， 判断其偏差，然后决定下一步的走向，如果加工点走到图形外面去了，那么下一步就要向图 形里面走；如果加工点在图形里面，那么下一步就要向图形外面走，以缩小偏差。这样就能 得出一个非常接近规定图形的轨迹，最大偏差不超过一个脉冲当量。 在逐点比较法中，每进给一步都须要进行偏差判别、坐标进给、新偏差计算和终点比较四个 节拍。 6. 若加工第一象限直线若加工第一象限直线 OE，起点为，起点为 O(0，0)，终点为，终点为 E(7，4)，设累加器为，设累加器为 3 位，试按位，试按 DDA 法进行插补计算，并绘出插补轨迹图。法进行插补计算，并绘出插补轨迹图。 解： 将 Xe 7 及 Ye 4 化成二进制数 Xe 111B 及 Ye100B 存放在 Jvx 及 Jvy 中，选 寄存器容量为三位，则累加次数 m238。插补运算过程如下表所示，插补轨迹 见图 3-24 所示。 7. 简述刀具补偿功能简述刀具补偿功能 答:刀具补偿功能是数控系统所具有的为方便用户准确编程而设置的功能。它分为两大类： 刀具位置偏置补偿和刀具圆弧补偿。 刀具位置偏置补偿是对编程时假想的刀具与 实际使用的刀具的差值进行补偿。 它可分为刀具形状补偿和刀具磨损补偿两种。 刀 具圆弧补偿是在车锥度和圆弧时， 对由于刀尖圆弧半径形成的实际轮廓和理论轮廓 的差值进行补偿。 根据工件表面相对于刀具的位置， 刀尖圆弧补偿可分为左边刀尖 圆弧补偿和右边圆弧补偿。 8. B 功能刀具补偿与功能刀具补偿与 C 功能刀具补偿的特点和区别功能刀具补偿的特点和区别? 答： 由于刀具具有一定的半径， 在加工外轮廓时， 刀具中心偏移零件的外轮廓一个刀具半径， 在加工内轮廓时， 刀具中心偏移零件的内轮廓一个刀具半径， 这就是刀具半径补偿。 B 功能刀具半径补偿只能计算出直线或圆弧终点的刀具中心值， 而对于两个程序段之间在刀 补后出现的一些特殊情况（如伸长或缩短）没有给予考虑。它的工作流程通常是读 一段、算一段，再走一段的控制方法。 C 功能刀具补偿改进了 B 功能刀具补偿的缺陷，它可以实现直线或圆弧的过渡，直接求出刀 具中心轨迹的交点。 9. 加减速控制的目的是什么，有哪些实现方法？加减速控制的目的是什么，有哪些实现方法？ 答：为了保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对送到伺服驱动装 置的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。 加减速有：线性加减速，指数加减速和 sin 加减速。 10.什么是前加减速，什么是后加减速，各有何优缺点？什么是前加减速，什么是后加减速，各有何优缺点？ 答： 插补器 坐标位置X、Y 速度指令F 前加减速后加减速 后加减速 X Y 精插补 X Y F 把加减速控制放在插补之前进行的，称为前加减速控制。优点是：仅对合成速度有 影响， 不影响实际插补输出的位置精度。 缺点是需根据实际刀具位置和程序段终点 之间的距离来确定减速点，计算工作量大。 把加减速控制放在插补之后分别对各坐标轴进行的，称为后加减速控制。优点是： 不需要专门预先确定减速点， 而是在插补输出为零时开始减速， 通过一定的时间延 时逐渐靠近程序终点。 缺点是由于是对各坐标分别进行控制， 所以在加减速控制实 际的各运动轴合成位置可能不准确。但这种影响只存在于加速或减速过程中。 11. 多微处理器多微处理器 CNC 装置的两种典型结构是什么？各有什么特点？装置的两种典型结构是什么？各有什么特点？ 答： 1） 、 共享总线结构： 分为带 CPU 的主模块和不带 CPU 的从模块， 共享系统的标准总线。 由于有多个模块共享总线，容易引起冲突，使数据传输效率降低，总线一旦出现故 障，会影响整个 CNC 装置的性能。但结构简单、系统配置灵活，实现容易。 2） 、共享存储器结构：各个主模块都有权控制使用系统存储器，引起冲突的可能较小，数据 传输效率高，结构不复杂。 12. 中断型结构模式的结构特点？中断型结构模式的结构特点？ 答： 中断型结构模式是将除了初始化程序之外， 整个系统软件的各个任务模块分别安排在不 同级别的中断服务程序中，然后由中断管理系统（由硬件和软件组成）对各级中断 服务程序实施调度管理。 实时性好。由于中断级别较多，强实时性任务可安排在优先级较高的中断服务程序中。 模块间的关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和扩充。 13. 数控前后台型结构中，前台和后台各进行哪些内容的处理，其关系是怎样的？数控前后台型结构中，前台和后台各进行哪些内容的处理，其关系是怎样的？ 答：前台程序是一个实时中断服务程序，它完成全部的实时功能，如插补、位置控制等；后 台程序程序即背景程序，其实质是一个循环运行程序，它完成管理及插补准备等功能。在背 景程序运行过程中，前台实时中断程序不断插入，与背景程序相配合，共同完成零件的加工 任务。 14. 以处理以处理程序段程序段 G01 X30 Y40 F100 为例说明为例说明 CNC 系统中数据转换过程。系统中数据转换过程。 答：该程序段在 CNC 中的处理过程为： 1）零件程序的输入：通过 CNC 面板或通讯接口将程序输入到零件程序存储器内； 初始化 中断管理系统（硬件 + 软件） 0 级 中 断 服 务 程 序 1 级 中 断 服 务 程 序 2 级 中 断 服 务 程 序 n 级 中 断 服 务 程 序 2）零件程序的预处理： （1）编辑一段程序，按标准格式存放在 BS 缓冲区； （2）译码，识别程序段中的各种具体功能指令及坐标尺寸字，进行“十翻二” ，以一定的格 式存放在指定的内存区，即缓冲器 DS； （3）刀具补偿处理，将处理结果放入刀具处 理缓冲器 CS 中，本程序段没有刀具补偿，跳 过此程序处理； （4）速度预处理，根据插补方式不同（基准脉冲法、数据采样法）计算得到相应的速度， 存入工作缓冲器 AS。 3）插补：从工作寄存器 AS 中读取坐标值送入输出寄存器 OS 中，进行插补运算，其结果送 入伺服系统予以执行。 15. 数控系统检测装置的性能指标及要求是什么数控系统检测装置的性能指标及要求是什么? 1）性能指标：数控机床检测装置的分辨率一般为 0.00010.01mm/m，测量精度为士 0.0010.01mm/m，能满足机床工作台以 110m/min 的速度运行。不同类型机床对于检测装 置的的精度和速度要求是不同的，一般地，对于大型机床一满足速度为主，中小型机床和高 精度机床以满足精度为主。 2）检测装置的要求有： 准确性好，满足精度要求，工作可靠，能长期保持精度； 满足快速，精确和机床工作行程的要求； 可靠性好，抗干扰能力强，适应机床工作环境的要求； 使用、维护和安装方便，成本低。 16.旋转变压器的工作原理旋转变压器的工作原理 旋转变压器的工作原理和普通变压器基本相似， 区别在于普通变压器的原边、 副边绕组 是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原边、副边绕组则随 转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化,输出 绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范 围内与转角成线性关系。 旋转变压器在同步随动系统及数字随动系统中可用于传递转角或电 信号;在解算装置中可作为函数的解算之用，故也称为解算器。 旋转变压器一般有两极绕组和四极绕组两种结构形式。 两极绕组旋转变压器的定子和转 子各有一对磁极，四极绕组则各有两对磁极，主要用于高精度的检测系统。除此之外，还有 多极式旋转变压器，用于高精度绝对式检测系统。 17. 编码器在数控机床中有哪些应用，将编码器安装在丝杠驱动前端和末端有什么区别？编码器在数控机床中有哪些应用，将编码器安装在丝杠驱动前端和末端有什么区别？ 答：编码器在数控机床中的应用有： 1） 、位移测量； 2） 、主轴控制： （1） 、主轴旋转与进给轴同步； （2） 、主轴定向准停控制； （3） 、恒线速度切 削控制； 3） 、测速； 4） 、零点脉冲用于回参考点控制； 5） 、手摇脉冲发生器； 编码器安装在丝杠前端时测量的误差不含丝杠误差，而安装在后端包含了丝杠的传动误差。 18. 简述光栅测量装置的工作原理及莫尔条纹的特点。简述光栅测量装置的工作原理及莫尔条纹的特点。 答：光栅位移检测装置由光源、两块光栅（长、短光栅）和光电元件组成，是利用光栅的莫 尔条纹测量位移。莫尔条纹的移动量、移动方向和光栅相对应，莫尔条纹的间距对光栅栅距 有放大作用和误差平均作用。当两块光栅有相对移动时，可以观察到莫尔条纹光强的变化， 其变化规律为一正弦曲线， 通过感光传感器输出该正弦变化的电压， 经整形处理变成数字量 输出以实现位移测量。 区别正反向位移的原理是在相距四分之一莫尔条纹的间距的位置上设置两个光敏传感器， 这 样就得到两个相位差 90 度的正弦电压信号,将两个信号输入到辩向电路中就可区别正反向 位移。 19. 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 速度速度? 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 P2/2，P2滞后 P3/2, P3滞后 P4/2，则摩尔条纹反向移动时四个光强变化为 P1超前 P2/2，P2超前 P3/2, P3超前 P4/2，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。 20. 数控机床对进给伺服系统、伺服电动机的要求有哪些数控机床对进给伺服系统、伺服电动机的要求有哪些? 目前， 数控机床伺服驱动系统主要通过对交、 直流伺服电机或步进电机等进给驱动元件 的控制来实现。 数控机床的伺服驱动系统作为一种实现切削刀具与工件间运动的进给驱动和 执行机构，是数控机床的一个重要组成部分，它在很大程度上决定了数控机床的性能，如数 控机床的最高移动速度、 跟踪精度、 定位精度等一系列重要指标取决于伺服驱动系统性能的 优劣。因此，随着数控机床的发展，研究和开发高性能的伺服驱动系统，一直是现代数控机 床研究的关键技术之一。 对数控机床伺服驱动系统的主要性能要求有下列几点： （1） 进给速度范围要大。不仅要满足低速切削进给的要求，如 5mm/min，还要能满足高 速进给的要求，如 10000mm/min。 （2） 位移精度要高。 伺服系统的位移精度是指指令脉冲要求机床工作台进给的位移量和该 指令脉冲经伺服系统转化为工作台实际位移量之间的符合程度。两者误差愈小，伺 服系统的位移精度愈高。 目前， 高精度的数控机床伺服系统位移精度可达到在全程范围内 5m。通常，插补器或计算机的插补软件每发出一个进给脉冲指令，伺服系统将其转化为 一个相应的机床工作台位移量， 我们称此位移量为机床的脉冲当量。 一般机床的脉冲当量为 0.010.005mm 脉冲，高精度的 CNC 机床其脉冲当量可达 0.001mm 脉冲。脉冲当量越小，机 床的位移精度越高。 （3） 跟随误差要小。即伺服系统的速度响应要快。 （4） 伺服系统的工作稳定性要好。要具有较强的抗干扰能力，保证进给速度均匀、平稳， 从而使得能够加工出粗糙度低的零件。 21. 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？用的驱动元件是什么？ 由光源、两块光栅和光电元件等组成。标尺光栅和光栅读数头两部分组成。 莫尔条纹的作用 1.放大作用，2.均化误差作用，3.莫尔条纹的移动与栅距的移动成比例。 22. 步进电机的工作原理：步进电机的工作原理： 通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带 动转子旋转一角度， 使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。 当定子的矢量磁场旋 转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进 一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺 序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进 电机的转动。 23. 步进电机的主要性能指标有哪些？试比较驱动步进电机的三种功率放大器特点。步进电机的主要性能指标有哪些？试比较驱动步进电机的三种功率放大器特点。 主要性能指标：步距角、静态步距误差、输出扭矩、最高启动、停止脉冲频率、边续运行的 最高工作频率、步进运行和低频振荡等。 其驱动电路有三种功率放大器： 单电压功率放大电路、 双电压功率放大电路和斩波恒流功放 电路，区别如下： 单电压功率放大电路：功耗大，一般只用于小功率步进电机驱动； 双电压功率放大电路：采用高、低电压两种供电电源以降低能耗，高频工作时有较大的转动 力，多用于中、大功率步进电机驱动； 斩波恒流功放电路： 利用斩波方法使电流恒定在额定值附近，不需外接电阻来限流和减少时间常数； 能耗小，电源效率高；能提高高频工作频率，是目前使用最普及的一种驱动电路 24.什么是步进电机的步距角和脉冲当量？一个三相步进电机，转子有什么是步进电机的步距角和脉冲当量？一个三相步进电机，转子有 40 个齿，采用双拍通个齿，采用双拍通 电方式，其步距角是多少？若该进给系统的齿轮传动比是电方式，其步距角是多少？若该进给系统的齿轮传动比是 0.6，滚珠丝杆的导程是，滚珠丝杆的导程是 4mm，则，则 该进给系统的脉冲当量是多少？该进给系统的脉冲当量是多少？ 解： （1）当数控系统发出一个指令脉冲信号时，步进电机的转子所转的角度，称为步距角； 而机床工作台在坐标轴上相应移动的距离，称为脉冲当量。 （2）步距角 =360o/(mKz)= 360o/(3X2X40)=1.5o. （3）脉冲当量 =it/360o=1.5o X0.6X4/360o =0.01mm. 25.某数控机床采用滚动导轨，由伺股电动机通过一对齿轮带动滚珠丝杠驱动工作台移动， 其脉冲当量为 0.005mm，现 CNC 发出正向指令脉冲，工作台移动了 100mm 后，电动机又接 到同样数量反向指令脉冲，而工作台反向只移动了 99.975mm，未能复位到原点。试分析该 系统有何问题?应采取什么措施以提高定位精度。 答：齿轮有间隙,修改参数进行反向间隙补偿。 26. 一与伺服电机同轴安装的光电编码器，指标为 1024（脉冲/转） ，该伺服电机与螺距为 6mm 的滚珠丝杠通过联轴器直接相连，在伺服中断 4ms 内，光电编码器输出信号经 4 倍频 处理后，共计脉冲数为 5K（1K=1024）时，问： （1）倍频的作用。 （2）工作台移动多少距离 （3）伺服电机的转速是多少。 解： （1）倍频电路可以对信号进行细分，进一步提高系统的分辨率； （2）工作台移动距离： L=（5X1024X6）/（4X1024）=7.5mm； （3）编码器转速： （1000ms/4ms）X（ （5X1024）/（4X1024） ）=312.5rpm 27. 简述同步带传动的优缺点； 答：(1)传动效率高，可达 98% (2) (3) (4)使用范围较广，速度可达 50ms，速比可达 10 (5) (6)安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。 28. 简述下列主轴轴承配置的特点。简述下列主轴轴承配置的特点。 答： （1）图（a） ：前支撑采用双列短圆柱滚子轴承和 60角接触双列向心推力球轴承组 合， 后支撑采用成对向心推力球轴承。 此配置可提高主轴的综合刚度， 满足强力切削的要求。 它普遍用于各类 图（b） ： （2）前支撑采用高精度双列向心推力球轴承。向心推力轴承有良好的高速 性，主轴最高转速可达 4000rmin，但它的承载能力小，适于高速、轻载、高精密的数控机 床主轴。 图（c） ： （3）前后支撑分别采用双列和单列圆锥滚子轴承。这种轴承的径向和轴向刚度 高，能承受重载荷，尤其是可承受较强的动载荷。其安装、调整性能好，但这种支撑方式限 制了主轴转速和精度，因此可用于中等精度、低速、重载的数控机床的主轴。 29. 主传动的常见形式有哪些，各种传动形式的分别适用于什么场合？主传动的常见形式有哪些，各种传动形式的分别适用于什么场合？ 答：主传动形式有：变速齿轮传动、皮带轮传动、调速电机直接驱动。 变速齿轮传动：1） 、降速增扭；2） 、变速，扩大调速范围。满足机床转矩功率特性。 皮带轮传动：适用于低