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数控原理知识第一节 数控系统概述一、选择题：1、数控系统中CNC的中文含义是（ ）。A、计算机数字控制 B、工程自动化 C、硬件数控 D、计算机控制2、数控系统的核心是 （ ）。A、伺服装置 B、数控装置 C、反馈装置 D、检测装置3、（ ）分别是数控机床的“大脑”和“四肢”。A、数控系统和传动系统 B、数控装置和伺服驱动系统 C、反馈系统和伺服控制系统 D、数控系统和伺服控制系统4、下列不属于有形的信息载体的是（ ）。A、纸带 B、程序 C、磁带 D、磁盘5、 测量与反馈装置的作用是为了（ ）。A、提高机床的安全性B、提高机床的使用寿命C、提高机床的定位精度、加工精度D、提高机床的灵活性。6、关于进给驱动装置描述不正确的是（ ）。A、进给驱动装置是数控系统的执行部分。B、进给驱动装置的功能是：接受加工信息，发出相应的脉冲。C、进给驱动装置的性能决定了数控机床的精度。D、进给驱动装置的性能决定了数控机床的快速性。7、（ ）是系统的感受器官。A、自动控制技术B、传感与检测技术C、伺服传动技术 D、信息技术8、只要数控机床的伺服系统是开环的，一定没有（ ）装置。A、检测B、反馈C、伺服驱动D、输出通道9、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。10、闭环控制数控机床( )。A、是伺服电动机与传动丝杠之间采用齿轮减速连接的数控机床B、采用直流伺服电动机并在旋转轴上装有角位移检测装置C、采用步进电动机并有检测位置的反馈装置D、采用交、直流电动机并有检测位移的反馈装置11、下列对于闭环控制数控机床正确的解释是( )。A、在这类机床的控制中，没有位置检测元件B、这类数控机床是将位置检测元件安装在驱动电机的端部或传动丝杠的端部，用以间接地测量执行部件的实际位置或位移C、这类数控机床是将位置检测元件直接安装在机床的移动部件上，用以直接检测机床工作台的实际位置D、这类数控机床装有角位移检测装置，用以检测工作台的移动12、直线工作台进给系统闭环控制时应将传感器装在（ ）A、电机轴上B、传动丝杠轴上C、移动工作台上D、传动齿轮上13在全闭环数控系统中，检测反馈量是（ ）。A、机床的工作台位移B、进给电机角位移C、主轴电机转角D、主轴电机转速14、半闭环数控系统中，检测反馈量是 （ ）。A、进给伺服电机的转角B、机床的工作台位移C、主轴电机转速D、主轴电机转角15、全闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统的主要区别在于 B、 。A、位置控制器B、反馈单元的安装位置C、伺服控制单元D、数控系统性能优劣 16、半闭环控制伺服进给系统的检测元件一般安装在 （ ）。A、工作台上B、丝杠一端C、工件上D、导轨上17在数控机床的闭环控制系统中，其检测环节具有两个作用，一个是检测出被测信号的大小，另一个作用是把被测信号转换成可与（ ）进行比较的物理量，从而构成反馈通道。A、指令信号B、反馈信号C、偏差信号D、脉冲信号。18、影响开环伺服系统定位精度的主要因素是_。A、插补误差B、传动元件的传动误差C、检测元件的检测精度D、机构热变型。二、判断题：（ ）1、一般情况下半闭环控制系统的精度高于开环系统。（ ）2、闭环数控系统是不带反馈装置的控制系统。（ ）3、数控装置发出的脉冲指令频率越高，则工作台的位移速度越慢。（ ）4、开环控制系统一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。（ ）5、不带有位置检测反馈装置的数控系统称为开环系统。（ ）6、半闭环数控系统装有检测反馈装置，它的反馈信号取自电动机轴而不是机床的最终移动部件。（ ）7、 检测环节的作用是将位置或速度等被测参数经过一系列转换由物理量转化为计算机所能识别的数字脉冲信号，送入到伺服系统。（ ）8、数控机床按数控系统的刀具轨迹分类，可以分为开环系统、半闭环和闭环系统。（ ）9、按数控系统的控制方式分类，数控机床分为：点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。（ ）10、全闭环数控机床不需要对进给机构进行传动反向间隙补偿。（ ）11、全闭环数控机床的检测装置，通常安装在伺服电机上。（ ）12、数控机床伺服系统将数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。（ ）13、用数字化信息进行控制的自动控制技术称为数字控制技术，采用数控技术控制的机床，称之为数控机床。（ ）14、数控机床的伺服系统是由伺服驱动和伺服执行两部分组成。三、简答题:1、什么叫数字控制技术？有何特点？2、机床数控系统的组成及其基本工作原理？3、什么叫开环数控系统、全闭环（简称闭环）数控系统、半闭环数控系统，并说明各自的特点？答案部分（一）选择题1、答案：A 详解：数字控制（NumeriCAL Control）简称NC，是近代发展起来的一种自动控制技术。早期的数控系统是由数字逻辑电路构成的，称为硬件数控，现已淘汰，取而代之的是计算机数字控制（Computer NumeriCAL Control），简称CNC。2、答案：B 详解：数控装置是数控系统的核心，它担负着信息处理任务。数控装置将处理结果输出到机床的主轴及进给驱动装置，并通过检测与反馈装置不断进行实时监测，控制机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。3、答案：B 详解：同上。4、答案：B 详解：输入介质一般包括纸带、磁带、磁盘等，是有形的信息载体。而数控程序是记录在输入介质上的由特定符号和数字构成的加工程序，该程序包含有加工所需的全部几何信息、工艺信息。5、答案：C详解：测量与反馈装置构成了数控系统的检测环节，数控装置根据反馈信号进行判断，从而控制伺服装置实现准确的位置（或转速）控制。其检测精度的高低直接决定了机床的定位精度、加工精度。6、答案：B 详解：进给驱动装置主要包括驱动电源与执行元件（一般为伺服电机）两大部分，它接受来自数控装置的数字信号，通过驱动电源功率放大后驱动执行元件，实现轨迹和速度控制。其性能决定了数控机床的精度和快速响应能力。7、答案：B 详解：传感与检测环节是数控系统的感受器官，数控装置不断对反馈信号与指令要求进行比较判断，从而实现闭环控制。8、答案：B详解：没有反馈装置是开环数控系统区别于闭环数控系统的一个主要特征，但开环数控系统不一定就没有检测环节。加上数显装置的开环数控系统，具有检测环节，但是检测到的信号并不参与比较、控制，而是经数控装置处理后送显示器显示，以供操作人员参考 。9、答案：C详解：数控机床的分类方法很多，按运动方式分类可分为：点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。10、答案：D详解：闭环控制数控机床驱动电机一般采用交、直流伺服电动机，配合位置反馈环节实现高的位置控制精度和响应速度。而开环控制数控机床一般采用功率步进电机进行伺服驱动，由于没有反馈环节，故控制精度较低，其控制精度取决于步进电机和丝杠的精度。11、答案：C详解：见问答题3 12、答案：C详解：直线工作台进给系统闭环控制时其检测量为直线位移，应将传感器装在移动工作台上。13、答案：A详解：同上。14、答案：A详解：半闭环数控系统中，检测反馈量是进给伺服电机的角位移，通过换算实现间接测量，其检测元件一般为脉冲编码器，旋转变压器等，一般装于旋转轴上。 另外，数控系统控制方式的分类不以主轴控制为依据。15、答案：B详解：同上。16、答案：B详解：同上。17、答案：A详解：在数控机床的闭环控制系统中，检出信号一般很弱，须通过检测环节把被测信号转换成可与指令信号进行比较的物理量，从而构成反馈通道。18、答案：B详解：传动元件的传动误差是影响开环伺服系统定位精度的主要因素。（二）判断题:1、 对。详解：数控系统的控制精度一般闭环优于半闭环，半闭环优于开环。开环数控系统由于没有反馈环节，其控制精度取决于步进电机和丝杠的精度，脉冲当量一般只有0.01mm；半闭环系统一般采用编码器作为反馈元件，其脉冲当量一般可达0.001mm；闭环数控系统检测反馈量直接取自于直线位移，可以消除由于机械传动误差给加工精度带来的影响，因此控制精度高，脉冲当量一般可达0.1m。2、 错。详解：见简答题3。3、 错。详解：工作台的移动方向、位移增量的大小、速度的快慢，都要受到来自数控装置的指令脉冲（或指令字）的控制。脉冲的多少决定了位移增量的大小，脉冲的频率决定了移动速度的快慢，数控装置发出的脉冲指令频率越高，则工作台的位移速度越快。4、 对。详解：开环控制系统结构简单、调试方便，因此适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。5、 对。详解：见简答题3。6、 对。详解：见简答题3。7、 错。详解：检测环节的作用是将位置或速度等被测参数经过一系列转换由物理量转化为计算机所能识别的数字脉冲信号，送入到数控装置，与指令信号进行比较判断，或经数控装置处理后送显示器显示，以供操作人员参考 ，而非直接送入伺服系统。8、 错。详解：数控机床按数控系统的刀具轨迹（或运动方式）分类，可以分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。控制系统如按控制方式分类，可分为开环系统、半闭环和闭环系统。9、 错。详解：见简答题3。10、 对。详解：在全闭环数控系统中，机械传动环节包含在闭合环路内，系统对于机械传动误差给加工精度带来的影响能有效的消除，因此不需要对进给机构进行传动反向间隙补偿。而半闭环系统一般采用离线测量的方法进行反向间隙测量，通过数控装置进行反向间隙补偿。11、 错。全闭环数控机床进给伺服系统的检测装置，通常安装在机床移动部件上，半闭环数控机床进给伺服系统的检测装置，通常安装在传动丝杠轴上。12、 对。13、 对。14、 对。（三）简答题：1答：用数字化信息进行控制的自动控制技术称为数字控制技术。 特点：1）可用不同的字长表示不同的精度信息，表达信息准确； 2）可进行逻辑运算、算术运算，也可进行复杂的信息处理。 3）采用微处理技术，因而具有高度的柔性。2答：机床数控系统（简称CNC系统）由程序输入输出设备、通讯设备、机床数控装置、可编程序控制器（即PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。基本工作原理：机床数控装置读取输入介质或来自输入设备、通讯设备的数控程序后，根据加工程序信息进行信息处理，计算出理想轨迹（计算轨迹的过程称为插补）和运动速度，并将处理的结果输出到机床的主轴及进给驱动装置，控制机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。3答：数控系统根据其伺服系统控制方式的不同，可分为开环数控系统、全闭环数控系统和半闭环数控系统。开环数控系统指数控装置发出的指令信号流是单向的，即数控装置对伺服执行机构只有顺向控制，没有反向联系（即无反馈）。特点：结构简单、工作稳定、维修简单、调试方便、价格低廉，但控制精度不高，驱动力矩和功率较小。全闭环数控系统指数控装置与伺服执行机构之间，既有顺向控制，又有直接位置反馈的控制系统。特点：可以消除由于机械传动误差给加工精度带来的影响，因此控制精度高。但系统稳定性差，机床维修与调试困难，价格昂贵。半闭环数控系统指数控装置与伺服执行机构之间，既有顺向控制，又有间接位置反馈（即反馈信号取自电动机轴而不是机床最终移动部件）的控制系统。特点：对于机械传动误差给加工精度带来的影响不能消除，但采用间隙补偿仍可获得较高的控制精度高，且系统稳定性较好，机床维修与调试较容易，价格适中。第二节 检测反馈装置一、选择题：1、数控机床检测反馈装置可以将工作台的位移量转换成（ ），并且反馈给C、NC、系统。A、脉冲B、电信号C、角位移D、步距2、数控机床位置检测装置中 （ ）不属于旋转型检测装置。A、光栅尺B、旋转变压器C、脉冲编码器3、数控机床位置检测装置中（ ）属于旋转型检测装置。A、光栅尺B、磁栅尺C、感应同步器D、脉冲编码器4、直光栅在数控机床中的作用是（ ）。A、测工作台位移B、限位C、测主轴电机转角D、测主轴转速5、数控机床的检测元件光电编码器属于（ ） 。 A、旋转式检测元件B、移动式检测元件C、接触式检测元件6、数控机床的位置检测元件光栅尺属于 （ ）。A、旋转式检测元件B、移动式检测元件C、接触式检测元件7、数控车床能进行螺纹加工，其主轴上一定安装了（ ）。A、测速发电机B、脉冲编码器C、温度控制器D、光电管。8、一个4位二进制接触式码盘其分辨角为（ ）A、90B、45C、22.5D、60 9、为了消除二进制码盘的非单值性误差，可采用二进制循环码盘（即格雷码盘）。比如二进制码0111转换为循环码（格雷码）应为（ ）A、1000B、1010C、0101D、1111 10、在增量式光电码盘测量系统中，使光栅板的两个夹缝距离比刻线盘两个夹缝之间的距离小于1/4节距，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D、提高码盘的测量精度11、下列检测装置中，用于直接测量直线位移的检测装置为 （ ）。A、绝对式旋转编码器B、增量式旋转编码器 C、旋转变压器D、直线光栅12、在全闭环数控系统中，用于位置反馈的元件是（ ）。A、直线光栅 B、圆光栅 C、旋转变压器 D、圆感应同步器13、莫尔条纹的形成主要是利用光的（ ）现象。A、透射与干涉 B、反射与干涉 C、反射 D、衍射14、物理光栅刻线细且密，主要是利用了光的（ ）现象，常用于光谱分析和光波波长测定。A、透射 B、干涉 C、反射 D、衍射15、光栅利用了莫尔条纹原理，由于具有高的分辨力和高的读数速率而被广泛地用于动态测量，但它的缺点是（ ）。A、怕振动和油污B、速度慢C、抗电磁干扰差D、很容易变形16、（ ）不能提高光栅的分辨精度。A、增大刻线密度B、提高刻线精度C、提高鉴向倍频的倍数D、使指示光栅刻线与标尺光栅刻线的夹角为0度17、两个具有相同栅距的光栅尺叠在一起，刻线夹角越大，则莫尔条纹节距（ ）。A、越大B、越小C、不变D、不定。18、感应同步器的工作原理是根据定尺和滑尺绕组间的（ ）A、电容变化而工作的B、电阻变化而工作的C、电磁感应作用而工作的D、相互作用力而工作的19、感应同步器采用幅值工作方式时，滑尺上正弦绕组和余弦绕组的励磁信号分别是（ ）A、umsint和umC、ostB、u1sint和u2sint (u1u2)C、umsint和umsint D、u1sint和u2C、ost (u1u2)20、某数控机床感应同步器节距为2mm，由其构成的鉴相测量系统中脉冲-相位转换器的分频系数为1000，则该机床脉冲当量应为（ ）A、0.002mmB、0.001mmC、0.02mmD、0.01mm21、旋转变压器常用于速度或角位移的检测，为了提高检测精度，常通过（ ）与被测轴连接。A、带传动B、增速齿轮C、连轴器 22、磁栅的拾磁磁头属于（ ）。A、速度响应型磁头B、动态磁头C、磁通响应型磁头23、磁栅采用双磁头是为了（ ）。A、识别移动方向B、提高测量精度C、工作可靠 24、增量式脉冲编码器，其单个（又称单次）脉冲的典型脉冲周期（又称宽度）为5m，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、3000C、4000D、5000二、判断题：（ ）1、码盘又称为编码器，是一种旋转式测量元件，它能将角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。（ ）2、用编码器测量位移量，都属于间接测量。（ ）3、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。（ ）4、接触式码盘属于绝对式的检测方式。（ ）5、莫尔条纹节距与指示光栅刻线和标尺光栅刻线的夹角成正比，夹角越小，则放大倍数越小。（ ）6、直线式光栅可以直接测量工作台的进给直线位移。（ ）7、感应同步器和旋转变压器均属于电磁式测量传感器。（ ） 8、感应同步器的相位工作方式就是给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、幅值相同、但时间相位任意的交流励磁电压。（ ）9、磁栅与光栅、感应同步器相比，测量精度略高一些。（ ）10、磁栅的拾磁磁头与录音机的拾磁磁头不可互换。（ ）11、模拟式测量是小量程内可实现高精度测量。答案部分（一）选择题1、答案：B详解：数控机床检测装置的反馈信号，可以是脉冲、数字信号，也可能是模拟电压、电流信号，它们都是电信号，但不可能是电信号以外的其他物理量。2、答案：A详解：见简答题3。3、答案：D详解：见简答题3。4、答案：A详解：见简答题3。5、答案：A详解：见简答题3。6、答案：B 详解：见简答题3。7、答案：B详解：数控车床进行螺纹加工时，工作台进给速度必须严格与主轴角位移同步，即主轴每转一圈工作台进给一个螺距。因此数控车床主轴上一定安装了脉冲编码器用于测量主轴角位移。8、答案：C详解：一个n位二进制接触式码盘，其分辨角=360/2n。9、答案：A详解：二进制码转换为循环码（格雷码）的法则为：将二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不进位加法，所得结果即为循环码（格雷码）。10、答案：C详解：在增量式光电码盘测量系统中，使光栅板的两个夹缝距离比刻线盘两个夹缝之间的距离小于1/4节距，目的是使两个光敏元件的输出信号相差/2相位，从而根据两个光敏元件输出信号的相位可判断被检工作轴的旋转方向。11、答案：D详解：见简答题3。12、答案：A详解：在全闭环数控系统中，用于位置反馈的元件是应为直线测量元件。13、答案：A详解：莫尔条纹的形成主要是利用了光的透射与干涉现象。当两块光栅尺的刻线相互重叠时，在光源的照射下，透光夹缝互不遮挡的地方由于透光性最强而形成亮带，反之透光夹缝互相错开造成相互遮挡的地方由于透光性最差而形成暗带。最终导致莫尔条纹现象。14、答案：D详解：光栅一般可分为物理光栅和计量光栅。物理光栅节距很小（200-500条/mm），主要是利用了光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定。15、 答案：A详解：光栅利用了光学上的莫尔条纹原理，因此怕振动和油污，响应速度快，抗电磁干扰。基体材料一般是玻璃或金属，所以不易变形。16、 答案：D详解：提高光栅的分辨精度，除了增大刻线密度和提高刻线精度外，还可用倍频的方法细分。其分辨力=栅距/ 鉴向倍频的倍数17、答案：B详解：莫尔条纹的节距与刻线夹角成反比，即刻线夹角越大，莫尔条纹节距越小。18、答案：C详解：感应同步器和旋转变压器都属于电磁式测量传感器，是利用电磁感应作用而工作的。19、答案：B详解：根据励磁绕组中励磁供电方式的不同，感应同步器可分为相位工作方式和幅值工作方式。当工作于相位工作方式时，给滑尺上正弦绕组和余弦绕组所加励磁信号分别是频率相同、幅值相同、时间相位相差90的交流电压。当工作于幅值工作方式时，给滑尺上正弦绕组和余弦绕组所加励磁信号分别是频率相同、相位相同、幅值不同的交流电压。20、答案：A详解：以感应同步器为检测元件构成的鉴相测量系统中，数控装置每发出N(分频系数)个脉冲，对应工作台移动一个节距。21、答案：B详解：旋转变压器为了提高检测精度，常通过增速齿轮与被测轴连接。22、答案：C详解：磁栅的拾磁磁头属于磁通响应型磁头，又叫静态磁头，当磁尺与磁头相对速度较低或处于静止时亦能测出位移或位置。录音机的拾磁磁头属于速度响应型磁头，又叫动态磁头，不能用来测位移。23、答案：A详解：磁栅的双磁头是为了识别移动方向而设置的，原理与增量式光电码盘测量系统中光栅板采用两个夹缝相同。 24、答案：B详解：根据题意，每分钟最高可产生脉冲数为60/（510-6）=1.2107个，若最高允许测量转速为4000r/min，则每转脉冲数为3000个。（二）判断题:1、对。2、错。详解：用编码器测量直线位移时，属于间接测量，而用编码器测量角位移或角位置时，则属于直接测量。3、对。详解：一个n位二进制接触式码盘，其分辨角=360/2n。可见，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。4、对。详解：在一个圆周内，接触式码盘的每一个转角位置，都有一个唯一的二进制数与之对应。因此接触式码盘属于绝对式的检测方式。5、错。详解：莫尔条纹的节距与刻线夹角成反比，即刻线夹角越大，莫尔条纹节距越小。6、对。7、对。8、错。详解：感应同步器的相位工作方式就是给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、幅值相同、但时间相位相差90的交流励磁电压。9、错。详解：磁栅与光栅、感应同步器相比，测量精度略低一些。10、对。详解：录音机的拾磁磁头属于速度响应型磁头，又叫动态磁头，不能用来测位移。11、对。（三）简答题：1、 什么是分辨力、分辨角、脉冲当量，三者之间有何关系？答：分辨力：机床位置检测装置所能检测到的最小直线位移单位。分辨角：机床角位移检测装置所能检测到的最小角度值。脉冲当量：伺服电机接受一个脉冲带动直线移动部件移动的一基本长度单位，即数控系统所能控制的最小移动单位。分辨力（角）越小，说明检测精度越高，机床所能控制的最小移动单位（即脉冲当量）就越小，脉冲当量的大小取决于前者，但三者在数值上往往是统一的。对数控机床而言，选择进给伺服系统的脉冲当量或测量系统的分辨力（角），要求比加工精度高一个数量级。2、 检测传感器的种类有哪些？ 答：检测传感器按形状不同可分为直线式和旋转式。直线式传感器包括：直光栅、直线感应同步器、线型或尺型磁栅等。旋转式传感器包括：编码器（码盘）、圆光栅、圆感应同步器、园磁栅、旋转变压器等。按工作原理不同可分为接触式、光电式和电磁式。3、检测装置的测量方式分为那几类？答：检测装置的测量方式由于测量要求和工作条件不同可分为：1） 直接测量和间接测量。直接测量方式包括：直线式传感器测直线位移、旋转式传感器测角位移。数控机床间接测量方式一般指用旋转式传感器测角位移从而间接得到直线位移量的测量方式。2） 增量式测量和绝对式测量。增量式测量只测位移增量，常以脉冲形式输出，通过对脉冲计数便可得到位移增量。缺点是一旦计数有误，后面的计算结果全错，且无位置记忆功能。大部分测量方式以此为主。绝对式测量每一个被测点都有一个对应的测量值，常以数据形式出现，因此无位置丢失问题。典型的绝对式测量装置有接触式码盘、绝对式脉冲编码器。3) 数字式测量和模拟式测量。数字式测量是以量化后的数字形式表示被测量。典型的测量装置包括编码器、光栅等。模拟式测量是将被测量用连续的变量来表示，如感应同步器、旋转编码器、磁栅等。4) 接触式测量和非接触式测量。接触式测量在检测中，检测传感器与被测对象间存在着机械联系，如编码器（码盘）、光栅、感应同步器、磁栅、旋转变压器等。非接触式测量检测传感器与被测对象是分离的，如双频激光干涉仪测机床位移，由于不受机床因素的影响，常用于超精测量。第三节 执行元件及伺服系统一、选择题：1、一台三相反应式步进电动机，转子有40个齿。当采用双三拍通电运行时，其步距角为（ ）A、B、C、D、2、脉冲分配器是（ ）。A、产生脉冲信号的功能元件B、进行插补运算的功能元件C、功放电路D、控制脉冲按规定通电方式进行分配的硬件或软件3、步进电动机驱动电路实际上是一个（ ）。A、功率放大器B、脉冲电源C、脉冲信号发生器D、直流电源4、步进电动机按原理可分为下列哪一类 （ ）。A、伺服式、功率式B、轴向式、径向式 C、反应式、励磁式D、反应式、混合式5、采用步进电机的开环进给系统中，系统的当量脉冲为0.01mm，步进电机的步距角3，齿轮传动比i=0.1，则滚珠丝杠的导程为（ ）mm。 A、6B、8C、10D、126、反应式步进电动机采用三相单双六拍工作方式时其通电顺序应为（ ）A、U-V-W-UB、U-UV-V-VW-W-WU-UC、UV-VW-WU-UV7、交、直流伺服电动机和普通交、直流电动机相比，（ ）。A、工作原理及结构完全相同 B、工作原理相同但结构不同 C、工作原理不同但结构相同 D、工作原理及结构完全不同8、永磁宽调速直流电动机与小惯量直流伺服电动机相比，具有（ ）的优点。A、输出转矩低，过载能力强，动态响应好，调速范围宽。 B、输出转矩高，过载能力强，动态响应好，调速范围宽。C、输出转矩高，过载能力弱，动态响应好，调速范围宽。D、输出转矩低，过载能力强，动态响应差，调速范围宽。9、PWMM系统是指（ ）。A、直流发电机电动机组B、可控硅直流调压电源加直流电动机组C、感应电动机变频调速系统。 D、脉冲宽度调制器直流电动机调速系统10、数控机床 ( )的变速方式有液压拨叉变速、电磁离合器变速和调速电机直接驱动。 A、步进电机B、交流伺服电机C、直流伺服电机D、主轴。 11、数控机床要求在 （ ） 进给运动下不爬行，有高的灵敏度。A、停止B、高速C、低速D、匀速二、判断题：（ ）1、 由于步距误差的存在，步进电机在一转内的累计误差将很大，导致控制精度低。 （ ）2、步进电机采用三相六拍的通电方式，与采用三相三拍通电方式相比，其步距角相同。（ ）3、 对于一般数控机床和加工中心，由于采用了电机无级变速，故简化了机械变速机构。（ ）4、PWM系统具有工作频率高、电枢电流脉动小的特点，但频带较窄。三、简答题：1、简述数控机床对进给伺服系统有哪些要求？2、简述数控机床对主轴驱动的基本要求。3、试述步进电动机开环伺服系统基本工作原理？4、试述PWM系统工作特点？5、试述相位伺服系统工作原理?6、 述幅值伺服系统工作原理?答案部分（一）选择题1、答案：C详解：反应式步进电动机步距角=360/mzk，其中m为定子相数（本题m=3），z为转子齿数（本题z=40），k为拍数与相数的比值（如三相三拍k=1，三相六拍k=2，本题k=1）。2、答案：D详解：脉冲分配器早期由硬件构成（如环形分配器），目前多为软件实现。目的是控制进给指令脉冲按规定通电方式进行分配进而控制步进电动机转向。3、答案：A详解：步进电动机驱动电路实际上是一个功率放大器，目的是对来自脉冲分配器的脉冲进行功率放大以便驱动步进电动机。4、PWMM系统是指_。A、直流发电机电动机组B、可控硅直流调压电源加直流电动机组C、感应电动机变频调速系统。 D、脉冲宽度调制器直流电动机调速系统步进电动机按原理可分为反应式和励磁式（混合式步进电动机转子励磁采用永久磁钢，属励磁式），按输出力矩大小可分为伺服式和功率式。5、答案：D、详解：滚珠丝杠转一圈，工作台移动一个导程，而步进电动机需接受360/（步距角*i）即1200个脉冲才能带动滚珠丝杠转一圈，所以滚珠丝杠的导程为1200*0.01mm=12mm。6、答案：C、详解：反应式步进电动机采用U-V-W-U通电顺序时为三相单三拍，采用UV-VW-WU-UV通电顺序时为三相双三拍，采用U-V-W-U通电顺序时为三相单双六拍。同一台反应式步进电动机采用三相六拍比三相三拍步距角小一半。7、答案：B详解：交、直流伺服电动机和普通交、直流电动机相比，工作原理相同但结构不同。结构设计上交、直流伺服电动机更侧重于控制特性，而普通交、直流电动机侧重于效率。8、答案：B详解：永磁宽调速直流电动机与小惯量直流伺服电动机相比，具有输出转矩高，过载能力强，动态响应好，调速范围宽的优点。小惯量直流伺服电动机在早期数控机床上被广泛应用。9、答案：D详解：10、答案：D详解：数控机床进给伺服系统自身具有自动调速功能，一般不再进行机械调速，而主轴调速有多种方式。11、答案：C详解：数控机床在低速时由于动静摩擦力的非线性用可能导致爬行现象，不利于加工。（二）判断题:1、错。步进电机实际的步距角与理论值的最大误差称为步距误差。由于制造等方面的原因，步距误差不可避免，但步进电机转动一周后转子回到起始位置，可消除累计误差。2、错。同一台反应式步进电动机采用三相六拍比三相三拍步距角小一半。3、对。4、错。详解：见 简答题4答案。（三）简答题：1、答：稳定性好；准确的定位精度；快速的响应性；宽调速范围；足够的输出扭矩或驱动功率。2、答：数控机床对主轴驱动的基本要求是： 高功率：主轴电动机根据机床要求应有足够的功率，最低2.2KW，最高250KW。 宽调速范围：要求在1：1001：1000范围内进行恒转矩和1：10的恒功率调速。主轴的两个转向中任一方向都可进行转动和加减速。 定位功能：数控车床要具有车削螺纹的功能，主轴和进给驱动实行同步控制。 加工中心（或数控铣床）要求主轴有高精度的准停功能。为保证端面加工质量，主轴应具有恒线速表面切削功能。3、答：来自数控装置的进给指令脉冲经环形分配和功率放大后，驱动步进电动机按一定的大小、方向和速度旋转，带动工作台移动。指令脉冲的数量决定了他的转动步数，指令脉冲的频率决定了他的转动速度，改变绕组的通电顺序，可以改变转向。4、答：PWM脉冲宽度调制器由于采用大功率晶体管脉宽调制技术，具有下列优势：1）、工作频率高，避开机械共振；2）、电枢电流脉动小；3）、电流波形系数小；4）、功率损耗小；5）、频带宽；6）、动态硬度好；7）、相应快速。被广泛应用于现代直流调速技术中。5、答：来自数控装置的指令脉冲经脉冲调相器转换为对应的位置相位增量，并通过鉴相器检出输入信号和反馈信号的相位差后，用此相位差控制电动机的转速，并锁定此相位差（该相位差反映了随动系统的跟随误差），直到到达指令位置，相位差为零，从而实现位置相位伺服控制。6、答：工作于幅值方式的测量元件将工作台的位移检出后，经信号处理电路转换位数字脉冲信号，该信号作为位置反馈信号进入比较器与来自数控装置的指令脉冲经脉冲比较，并用此偏差控制电动机的转速，从而驱动工作台移动直到偏差消除到达指令位置，实现位置幅值伺服控制。第四节 数控系统插补原理一、选择题：1、插补运算的主要任务是确定刀具的（ ）。A、速度 B、加速度 C、运动轨迹D、运动距离2、数控系统常用的两种插补功能是（ ）。A、直线插补和圆弧插补 B、 直线插补和抛物线插补C、圆弧插补和抛物线插补 D、 螺旋线插补和抛物线插补3、数控系统中逐点比较法插补的四个节拍依次是 （ ） 。 A、偏差判别、偏差计算、坐标进给、终点判别 B、偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判别 C、偏差计算、偏差判别、坐标进给、终点判别4、在逐点比较法直线插补中，若偏差函数等于零，表明刀具在直线的（ ）。A、上方B、下方C、起点D、直线上5、 逐点比较法进行第一象限的直线插补时，若偏差判别等于零，移动部件应向（ ）方向移动一步。A、+XB、x C、+YD、y 6、逐点比较插补法，反映刀具偏离所加工曲线情况的是（ ）。A、偏差函数B、被积函数C、积分函数D、插补函数。7、数字积分插补法能实现（ ）插补。A、平面圆弧、直线B、空间圆弧、直线C、以上全对8、数据采样插补最终输出信号为（ ）。A、脉冲信号B、二进制数据C、模拟电压信号D、模拟电流信号 9、基准脉冲插补最终输出信号为（ ）。A、脉冲信号B、二进制数据C、模拟电压信号D、模拟电流信号10、脉冲当量是数控机床数控轴的位移量最小设定单位，脉冲当量的取值越小，插补精度（ ）。A、越高； B、越低； C、与其无关； D、不受影响。二、判断题：（ ）1、在插补过程中，每走一步都要完成“偏差判别、进给计算、新偏差计算、终点判别”四个节拍。 （ ）2、数据采样插补过程，实际上是用微小的直线段来逼近曲线的过程。（ ）3、软件插补的优点是速度快、精度高。（ ）4、数字积分圆弧插补与直线插补一样，均可以在空间任意方位实现。 （ ）5、数控机床的脉冲当量越小，插补精度越高。（ ）6、插补运动的实际插补轨迹始终不可能与理想轨迹完全相同。（ ）7、采用等间距法对非圆曲线进行拟合处理时，可使每段的拟合误差都相等。（ ）8、采用数据采样插补的计算机一般不包含在位置伺服闭环内。 三、简答题：1、 什么叫逐点比较插补法？并简述其插补计算过程。2、 试述数据采样插补与基准脉冲插补有何区别？答案部分（一）选择题1、答案：C 答案：A 答案：B 答案：D详解：插补运算的主要任务是数控装置通过计算各中间点坐标（即“插入、补上”运动轨迹各中间点坐标）以确定刀具的运动轨迹。2、答案：A、详解：直线插补和圆弧插补是数控系统最基本的两种插补功能，一些高档数控系统还具有螺旋线插补和抛物线插补功能。3、答案：B、详解：数控系统中逐点比较法插补的四个节拍依次是偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判别。4、答案：D、详解：在逐点比较法直线插补中，若偏差函数等于零，表明刀具在直线上；若偏差函数大于零，表明刀具在直线的上方；若偏差函数小于零，表明刀具在直线的下方。5、答案：A、详解：逐点比较法进行第一象限的直线插补时，若偏差判别大于等于零，移动部件应向+X方向移动一步。偏差判别小于零，移动部件应向+Y方向移动一步6、答案：A、详解：逐点比较插补法中偏差函数反映了刀具偏离所加工曲线的情况，它的正负决定了下一步的进给方向。7、答案：C、 详解：数字积分插补法除了能对平面圆弧、直线及函数曲线进行插补外，还可对空间圆弧、直线及函数曲线进行插补。8、答案：B、详解：数据采样插补最终输出信号为二进制数据，计算机定时对反馈回路采样，得到的反馈数据与之比较，用偏差信号去控制伺服电机。9、答案：A、详解：基准脉冲插补最终输出信号为脉冲信号，该信号作为位置指令信号送入伺服系统进行位置控制。10、答案：A、详解：脉冲当量的取值越小，拟合误差越小，插补精度越高。（二）判断题:1、 对。2、对。3、错。详解：软件插补与硬件插补相比不一定速度快、精度高，有些系统常采用软件插补做粗插补，硬件插补做精插补。4、对。详解：数字积分插补法除了能对平面圆弧、直线及函数曲线进行插补外，还可对空间圆弧、直线及函数曲线进行插补。5、对。6、对。详解：数控加工的插补过程，实际上是用微小的直线段来逼近、拟合曲线的过程。7、错。详解：采用等间距法对非圆曲线进行拟合处理时，每段的拟合误差不一定都相等。8、错。详解：采用数据采样插补的计算机一般包含在位置伺服闭环内，计算机定时对反馈回路采样，得到的反馈数据与数据采样插补输出二进制数据比较，用偏差信号去控制伺服电机。（三）简答题：1、答：所谓逐点比较插补法，就是每走一步都要和给定轨迹上的坐标值比较一次，从而决定下一步的进给方向，且走步方向永远总是向着逼近给定轨迹的方向。如此每走一步，算一次偏差，比较一次，决定下一步走向，以逼近轨迹，直到加工结束。逐点比较插补法插补计算过程如下：偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判别。2、答：基准脉冲插补每次插补运算产生的信号为指令脉冲，该信号作为位置指令信号送入伺服系统进行位置控制。每发一个指令脉冲对应工作台移动一个基本长度单位（即脉冲当量），进给速度受到插补运算速度限制，一般用于进给速度要求不高的数控系统或开环数控系统。而采用数据采样插补的数控系统，计算机一般包含在位置伺服闭环内，计算机定时对反馈回路采样，得到的反馈数据与数据采样插补输出二进制数据比较，用偏差信号去控制伺服电机。进给速度不受计算速度限制。第五节 其它原理知识一、选择题：1、限位开关在机床中起的作用是（ ）。A、短路开关 B、过载保护 C、欠压保护 D、行程控制2、数控机床回零时，到达机床原点行程开关被压下，所产生的机床原点信号送入（ ）。A、伺服系统 B、数控系统 C、显示器3、在数控机床上，霍尔开关的作用是（ ）。A、限位 B、测主轴转速 C、测进给电机位置反馈 D、测工作台位移4、在数控机床的+X方向有两个行程开关，连续向+X方向移动过程中，首先压下（ ）行程开关。A、超程 B、回零 C、二者同时压下5、为了保障人身安全，在正常情况下，电气设备的安全电压规定为（ ）。A、42V B、36V及以下C、24VD、12V。6、掉电保护电路是为了（ ）。A、防止强电干扰B、防止系统软件丢失C、防止RA、M中保存的信息丢失 D、防止电源电压波动7、C、NC、系统的RA、M常配有高能电池,配备电池的作用是（ ）。A、保护RA、M不受损坏B、保护C、PU和RA、M之间传递信息不受干扰C、没有电池，RA、M就不能工作D、系统断电时，保护RA、M中的信息不丢失8、计算机应用最早的领域是 （ ）。A、辅助设计 B、实时控制 C、信息处理 D、数值计算9、中央处理器主要包括（ ）。A、内存储器和控制器 B、内存储器和运算器 C、控制器和运算器 D、存储器、控制器和运算器10、微型计算机的出现是由于（ ） 的出现。A、中小规模集成电路 B、大规模集成电路 C、晶体管电路 D、集成电路11、计算机病毒是一种对计算机系统具有破坏性的（ ）。A、高级语言编译程序 B、生物病毒 C、操作系统 D、计算机程序12、数控系统软件中前台程序又称（ ），完成实时控制任务；后台程序又称（ ），完成无实时要求的任务。A、系统程序 B、中断服务程序 C、应用程序 D、背景程序13、为提高C、NC、系统的可靠性，可( )。 A、采用单片机B、采用双C、PUC、提高时钟频率D、采用光电隔离电路14、存储器包括只读存储器和随机存储器，只读存储器英语缩写（ ）。A、CRTB、PIOC、ROMD、RAM。15、存储器的容量单位中1GB、=（ ）。A、1000KB、 B、1024KB、 C、1000MB、 D、1024MB、16、现代数控系统中一般都配有RS232C、接口和（ ）接口，可以与上级计算机进行信号的高速传输。