数控机床技术考试试卷(附答案)要点

第 1 页 共 12 页 三 单项选择题 三 单项选择题 1 CNC 系统软件必须完成管理和控制两大任务 下面任务中哪个不属于控制任务 A 诊断 B 插补 C 位控 D 译码 2 下列正确表示机床坐标系的是 A X B X Z Y Y Z C Z D Y X Y Z X 3 脉冲当量的大小决定了加工精度 下面哪种脉冲当量对应的加工精度最高 A 1um 脉冲 B 5um 脉冲 C 10um 脉冲 D 0 01mm 脉冲 4 设编程原点在工件的上表面 执行下列程序后 钻孔深度是 G90 G01 G43 Z 50 H01 F100 H01补偿值 2 00mm A 48mm B 52mm C 50mm 5 一直线的起点坐标在坐标原点 终点坐标为A xa ya 刀具的坐标为P x y 用逐点比较法对该直 线进行插补时的偏差函数是 A F x y xa ya B F xa y ya x C F xa x ya y D F xa ya x y 6 加工中心与其他数控机床的主要区别是 A 有刀库和自动换刀装置 B 机床转速高 C 机床刚性好 D 进刀速度高 7 数控机床的数控装置包括 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 8 G00的指令移动速度值是 A 机床参数指定 B 数控程序指定 C 操作面板指定 9 编程坐标系一般指的是 A 机床坐标系 B 工件坐标系 10 下面哪项任务不是数据预处理 预计算 要完成的工作 A 位置控制 B 刀具半径补偿计算 C 刀具长度补偿计算 D 象限及进给方向判断 11 A步进电机的转速是否通过改变电机的 而实现 A 脉冲频率 B 脉冲速度 C 通电顺序 12 程序编制中首件试切的作用是 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 测试数控程序的效率 D 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 13 在开环数控机床进给系统中 下列电机唯一可用的是 A 直流伺服电机 B 交流伺服电机 C 步进电机 D 大惯量电机 14 用逐点比较法插补起点为 0 0 终点坐标为A 60 20 的一条直线 若当前偏差函数值为40 第 2 页 共 12 页 则刀具进给方向为 A X B X C Y D Y 15 数控机床上直流电动机最常用的调速方法是 A 调压调速法 B 调励磁磁场调速法 C 电枢电路串电阻法 D 电枢电路串电感法 16 用光电盘测量角位移时 为判别角位移方向 采用两套光电转换装置 使它们产生的电信号在相位 上相差 A 1 4周期 B 1 2周期 C 一周期 D 3 4周期 17 下面哪项任务不是数据预处理 预计算 要完成的工作 A 位置控制 B 刀具半径补偿计算 C 刀具长度补偿计算 D 象限及进给方向判断 18 CNC 系统的中断管理主要靠 完成 而系统的中断结构决定了系统软件的结构 A 软件 B 硬件 C CPU D 总线 19 步进电机的转速与下面哪些因素无关 A 脉冲信号的频率 B 转子齿数fz C 通电方式 D 定子绕组中的电流大小 k 四 简答题 四 简答题 1 开环进给系统中 如何补偿机械传动间隙和滚珠丝杆螺距误差 2 数控机床对进给伺服系统的要求有哪些 3 开环 闭环和半闭环进给系统的区别是什么 各有什么特点 4 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 5 编程轨迹几何要素的连接关系如图所示 刀补方向为左刀补 试确定 A B C D 各处的转接类型 并说明判别依据是什么 6 数控机床一般由哪几个部分组成 各部分起什么作用 五 计算题 五 计算题 1 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 e x e y 5 6 试写出其直线插补运算过程 并绘出其插补轨迹 e x e y 2 用数字积分 DDA 插补法对图示直线进行插补运算 并在图中画出插补轨迹 3 某 CNC 机床采用丝杆螺母副驱动工作台的直线进给运动 丝杆 与电机直接相连 丝杆导程为 10mm 步进电机每转400 步 工作台的 1 x 2 3 y A 4 3 4 3 2 1 O A B C D 加工方向 第 3 页 共 12 页 最高进给速度为 2 4m min 求 1 系统的脉冲当量 2 最高速进给时的进给脉冲频率 六 插补题 六 插补题 1 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 七 编程题 七 编程题 1 编写车削加工程序 加工 ABCDEFG 部位的外轮廓 直径设定 加工尺寸如图 其它参数合理自 定 各程序段要求注释 2 用有关的循环加工指令 或简单指令 编程加工如图所示零件的孔系 程序原 点选与机床原点重合 所有孔均为 10 的钻削加工 20 20 20 20 30 20 60 Y X O 10 10 20 退刀位置 A 第 4 页 共 12 页 3 用刀具半径补偿的方法编写外轮廓铣削加工程序 工件形状如图所示 工件厚度 5mm 刀具路线 等其它参数 坐标系合理自定 要求考虑刀具半径补偿 各程序段要求注释 100 R50 R8 25 2060 第 5 页 共 12 页 参考答案参考答案 三 单项选择题三 单项选择题 1 A 2 A 3 A 4 C 5 B 6 A 7 C 8 A 9 B 10 A 11 A 12 D 13 C 14 C 15 A 16 A 17 A 18 B 19 D 四 简答题四 简答题 1 机械传动间隙和滚珠丝杆螺距误差可采用机械 硬件 软件补偿方法 其中机械补偿方法 传动间隙的补偿有偏心轴套调整 轴向垫片调整 双片薄齿轮调整等 滚珠丝杆螺距误差常采用双螺母调整 软件或硬件补偿法 预先测得传动间隙 每次在进给反向时通过软件或硬件电路额外发出对应于间隙值 的指令位移 以进行补偿 2 一般来说 对数控机床伺服驱动系统的主要性能要求有以下几点 进给速度范围要大 能满足低速切削和高速切削的需要 位移精度要高 跟随误差要小 即响应速度要快 工作稳定性要好 具有抗干扰能力 运行平稳 加工精度较高 3 开环系统中没有位置检测和反馈 半闭环系统中的位置检测和反馈信号不是取自最终的进给部件 而是取的电动机轴 或丝杆等中间环节 闭环系统中的位置检测和反馈信号是取自最终的进给部件 如工作台 所以闭环系统的精度最高 但稳定性稍差 开环系统的精度最低 但成本也最低 4 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 5 A B D 均为缩短型 因为夹角都为 0 180 度 C 为伸长型 因为夹角为 180 270 度 6 数控机床一般包括五部分 各部分的作用如下 1 控制介质 存储程序 参数 2 数控装置 将加工程序译码轨迹计算 速度计算 插补计算 补偿计算 向各 坐标的伺服驱动系统 分配速度 位 移命令 这一部分是数控机床的核心 3 伺服系统 接受数控装置来的指令 将信号进行调解 转换 放大后驱动伺服 电机 带动机床执行部件运动 4 测量装置 电流 速度 位置等检测反馈装置 5 机床本体 包括主运动部件 进给运动部件 执行部件和基础部件 最终实现刀 具和工件的相对运动 五 计算题五 计算题 第 6 页 共 12 页 1 由于待插补直线的起点坐标为 O 0 0 终点坐标为 A 5 6 采用总步数终点判 别方法 总步数 N 5 6 11 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 0 0 F 工作节拍 序号第 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 10 0 F X660 01 e yFF10111 N 20 1 F Y156 12 e xFF9110 N 30 2 F Y451 23 e xFF819 N 40 3 F X264 34 e yFF718 N 50 4 F Y352 45 e xFF617 N 60 5 F X363 56 e yFF516 N 70 6 F Y253 67 e xFF415 N 80 7 F X462 78 e yFF314 N 90 8 F Y154 89 e xFF213 N 100 9 F X561 910 e yFF112 N 110 10 F Y055 1011 e yFF011 N 插补轨迹如下图所示 2 总步数为 4 3 7 步 JVX Xe JRX X 溢出JVY Ye JRY Y 溢出终点计数器 100000011000000 100100011011001 1000001011110010 1001000110011011 1000001011100100 100100011111101 第 7 页 共 12 页 10000010110101110 100100011101111 10000010110001000 插补轨迹图 3 步进电机每转 400 步 即步距角为 9 0 400 360 1 系统的脉冲当量为 025 0 101 360 9 0 360 mmti 2 设工作台最高进给速度 V 时步进电机的转速为 n 转每分钟 对应的进给脉冲 频率为 f 则 tinV 60360 nf 由以上两式得 1600 10 104 2 9 0 66 3 HZ ti V f 六 插补题六 插补题 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 j 0 时 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 2 2 2 Ryx ji xi yj 1 其中 1 1 jj yy 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 七 编程题 七 编程题 1 N01 G92 X120 Z90 N02 S300 M03 N03 G90 G00 X30 Z 2 A N04 G01 Z 15 F20 B N05 G03 X60 Z 41 R30 C N06 G01 Z 56 D N07 X80 Z 86 E N08 Z 101 F N09 G02 X114 Z 131 R35 G N10 G00 X120 Z90 M02 2 N01 G92 X0 Y0 Z0 初始化 x x0 y y0 F 0 00 xxyyJ ee 0 F 往 y 方向 走一步 往 x 方向 走一步 F F 2y 1 F F 2x 1p y y 1x x 1 J J 1 J 0 结束 开始 第 9 页 共 12 页 N02 S300 M03 M07 N03 G99 G81 X30 Y 60 Z 43 R 27 F20 1 孔 N04 G98 Y 80 2 孔 N05 G99 G81 X50 Y 60 Z 43 R 27 F20 3 孔 N06 G98 Y 60 4 孔 N07 G99 G81 X70 Y 60 Z 43 R 27 F20 5 孔 N08 G98 Y 80 6 孔 N09 G99 G81 X90 Y 60 Z 43 R 27 F20 7 孔 N10 G98 Y 60 8 孔 N11 G99 G81 X110 Y 60 Z 43 R 27 F20 9 孔 N12 G98 Y 80 10 孔 N13 G00 X0 Y0 Z0 M05 M09 N14 M02 3 设工件坐标系原点位于工件上表面的 R50 圆心处 选择刀具半径小于或等于 8mm N01 G92 X 150 Y 200 Z200 N02 G00 Z 5 S300 M03 N03 G01 G41 X 50 Y 100 D01 F150 N04 Y0 N05 G02 X50 R50 N06 G01 Y 100 N07 G01 X30 N08 G01 Y 83 N09 G03 X22 Y 75 R8 N10 G01 X 22 N11 G03 X 30 Y 83 R8 N12 G01 Y 100 N13 G01 X 50 N14 G00 G40 X 150 Y 200 M05 N15 G00 Z200 M02 简答题 每题 6 分 共 18 分 1 何谓二轴半坐标数控机床 2 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 3 简述数控车床采用钢板焊接床身的原因 一 计算题 10 分 若加工第一象限直线 OE 起点为 O 0 0 终点为 E 7 4 设累加器为 3 位 试按 DDA 法进行插补计算 并绘出插补轨迹图 第 10 页 共 12 页 四 论述题 每题 9 分 共 36 分 1 试推导下图内的脉冲当量 与步距角 的关系式 假设已知各齿轮齿数和丝杠的导程 由于脉冲当量是规定的 步进电机一经选定后 其步距角也是一定的 试回答如何满足脉 冲当量与步距角中间的关系 2 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 3 谈谈你对现代数控机床发展趋势的看法和学习体会 二 简答题 每题 6 分 共 18 分 1 二轴半坐标数控机床在结构上有三个坐标 可同时控制两个坐标 而第三个坐标作等间 距运动 主要用于三轴以上控制的机床 其中两个轴互为联动 而另一个轴作周期进给 如在数控铣床上用球头铣刀采用行切法加工三维空间曲面 2 由伺服驱动电路 伺服驱动装置 机械传动机构及执行部件四部分组成 它的作用是 接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号 由伺服驱动电路作转换和放大后 经伺服 驱动装置 直流 交流伺服电机 功率步进电机 电液脉冲马达等 和机械传动机构 驱动 机床的工作台 主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动 伺服系统常用的驱动元件 是步进电机 直流伺服电机和交流伺服电机 3 采用钢板焊接床身结构可采用最有利于提高刚度的筋板布置形式 能充分发挥壁板和筋 板的承裁及抵抗变形的作用 焊接结构还无需铸造结构所需的出砂口 有可能将基础件做 成完全封闭的箱形结构 钢板的弹性模量 E 比铸铁的弹性模量 E 大几乎相差一倍 因此 在结构相同时 E 值大的材料刚度则高 三 计算题 10 分 第 11 页 共 12 页 1 解 将 Xe 7 及 Ye 4 化成二进制数 Xe 111B 及 Ye 100B 存放在 Jvx 及 Jvy 中 选寄存器容量为三位 则累加次数 m 23 8 插补运算过程如下表所示 插补轨迹见 图 3 24 所示 计算正确 6 分 绘图 4 分 四 论述题 每题 9 分 共 36 分 1 解 第 12 页 共 12 页 脉冲当量 与步距角 的关系式为 6 分 可通过配算齿轮降速比来满足它们中间的关系 3 分 2 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 们两两相距 1 4 摩尔条纹宽度 可以从四个观察窗口得到如下结论 1 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 3 分 2 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