数控技术考前复习

1、考试题型：考试题型：一、填空题一、填空题二、单选题二、单选题三、多选题三、多选题四、简答题四、简答题五、综合题：计算、分析、编程五、综合题：计算、分析、编程复习重点：复习重点：数控系统的定义、分类数控系统的定义、分类开环、闭环、半闭环系统的特点开环、闭环、半闭环系统的特点数控机床的组成及各部分的作用数控机床的组成及各部分的作用数控技术数控技术:采用数字控制的方法对某一工作过程实采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。现自动控制的技术。数控装备数控装备:是采用数控技术对机械的工作过程进行是采用数控技术对机械的工作过程进行自动控制的一类装备。其中数控机床是数控技自动控制的一类装备。其中

2、数控机床是数控技术应用的经典例子。术应用的经典例子。数控系统数控系统:实现数字控制的装置实现数字控制的装置典型例题：典型例题：一、名词解释一、名词解释二、简答题二、简答题1.从数控系统控制、联动轴数、伺服系统来看，数控从数控系统控制、联动轴数、伺服系统来看，数控系统各分为几类，它们各用于什么场合？系统各分为几类，它们各用于什么场合？2.答：答：（1）从数控系统控制功能来看，数控系统分为：点位）从数控系统控制功能来看，数控系统分为：点位控制数控系统、直线控制数控系统以及轮廓控制数控制数控系统、直线控制数控系统以及轮廓控制数控系统。其中点位控制数控系统适用于：数控钻床、控系统。其中点位控制数控系统

3、适用于：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机；数控镗床、数控冲床和数控测量机；直线控制直线控制数控系统适用于：数控镗铣床、数控组合机床等；数控系统适用于：数控镗铣床、数控组合机床等；轮廓控制数控系统适用于：数控车床、数控铣床、轮廓控制数控系统适用于：数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数加工中心等用于加工曲线和曲面的机床。现代的数控机床基本上都是装备的这种数控系统。控机床基本上都是装备的这种数控系统。（2 2）从联动轴数来看，数控系统分为：）从联动轴数来看，数控系统分为： 2 2轴联动数控系统，轴联动数控系统，适用于平面曲线类零件的适用于平面曲线类零件的加工。加工

4、。 3 3轴联动数控系统，轴联动数控系统，适用于具有沿机床主轴方适用于具有沿机床主轴方向单调特性的空间曲面类零件的加工。向单调特性的空间曲面类零件的加工。 4 4轴联动数控系统，轴联动数控系统，适用于具有复杂形状特性适用于具有复杂形状特性的空间曲面类零件的加工。的空间曲面类零件的加工。 5 5轴联动及轴联动及6 6轴联动数控系统，轴联动数控系统，适用于具有任意适用于具有任意复杂形状特性的空间曲面类零件的加工复杂形状特性的空间曲面类零件的加工 。（3 3）从伺服系统来看，数控系统分为：）从伺服系统来看，数控系统分为：开环数控系统，开环数控系统，是指进给伺服子系统没有位置测量装置的是指进给伺服子系

5、统没有位置测量装置的数控系统，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合数控系统，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用，一般也称为得到广泛应用，一般也称为经济型数控系统经济型数控系统。闭环数控系统，闭环数控系统，是指进给伺服子系统有位置测量装置，而是指进给伺服子系统有位置测量装置，而且位置测量装置安装在机械执行部件上，直接对运动部件且位置测量装置安装在机械执行部件上，直接对运动部件的实际位置进行检测的数控系统。主要用于精度要求很高的实际位置进行检测的数控系统。主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等，的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等

6、，一般也称为一般也称为高档数控系统高档数控系统。半闭环数控系统，半闭环数控系统，是指进给伺服子系统有位置测量装置，是指进给伺服子系统有位置测量装置，而且位置测量装置安装在驱动装置（常用伺服电机）或丝而且位置测量装置安装在驱动装置（常用伺服电机）或丝杠上，通过采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部杠上，通过采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置的数控系统。半闭环数控机床性价比介于开件的实际位置的数控系统。半闭环数控机床性价比介于开环系统和闭环系统之间，结构也较为简单、调试比较方便、环系统和闭环系统之间，结构也较为简单、调试比较方便、精度也较高，因而在现代精度也较高，因而在现代CN

7、CCNC机床中得到了广泛应用。一机床中得到了广泛应用。一般也称为般也称为中档数控系统。中档数控系统。2.NC机床由哪儿部分组成，试用框图机床由哪儿部分组成，试用框图 表示各部分之表示各部分之间的关系，并简述各部分的基本功能。间的关系，并简述各部分的基本功能。3.答：答：NC机床的组成图示如下：机床的组成图示如下： 装备I/O电路和装置 测量装置 主轴驱动装置 进给驱动装置 主轴伺服单元 进给伺服单元 计算机数 控 装 置 操作面板 PLC 计计算算机机数数控控系系统统 机机械械装装备备 辅助控制机构 进给传动机构 主运动机构 键盘 输入输出 设备 （1）操作面板，）操作面板，操作人员与数控装置

8、进行信息交流的工具。操作人员与数控装置进行信息交流的工具。（2） 控制介质与输入输出设备，控制介质与输入输出设备，控制介质是记录零件加工程序的媒介，控制介质是记录零件加工程序的媒介，输入输出设备是输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。系统与外部设备进行交互装置。（3）CNC装置（装置（CNC单元），单元），根据输入的零件加工程序进行相应的处根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等）。等）。CN

9、C装置是装置是CNC系统系统的核心。的核心。（4）伺服单元、驱动装置和测量装置，）伺服单元、驱动装置和测量装置，保证灵敏、准确地跟踪保证灵敏、准确地跟踪CNC装装置指令，包括进给运动指令和主轴运动指令等。置指令，包括进给运动指令和主轴运动指令等。（5）PLC、装备、装备I/O电路和装置，电路和装置，接受接受CNC的的M、S、T指令，对其进行指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成装备相应的开关动作；译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成装备相应的开关动作；接受操作面板和装备侧的接受操作面板和装备侧的I/O信号，送给信号，送给CNC装置，经其处理后，输出装置，经其处理后，

10、输出指令控制指令控制CNC系统的工作状态和系统的工作状态和装装备备的动作。的动作。（6）机械装备，）机械装备，数控装备的主体，是实现制造加工的执行部件。数控装备的主体，是实现制造加工的执行部件。内容：内容：复习重点：复习重点：典型例题：典型例题：一、名词解释一、名词解释脉冲当量脉冲当量: 对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）对应于每一个指令脉冲（最小位移指令）机床位移部件的运动量机床位移部件的运动量分辨率（分辨率（对控制系统），可以控制的最小位移量。对控制系统），可以控制的最小位移量。数控机床的最小位移量数控机床的最小位移量（最小设定单位，最小编程单（最小设定单位，最小编程单位，最小指令增量，

11、脉冲当量（步进电机）是指数位，最小指令增量，脉冲当量（步进电机）是指数控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技控机床的最小移动单位，它是数控机床的一个重要技术指标。一般为术指标。一般为0.00010.01mm，视具体机床而定。，视具体机床而定。经执行后持续生效，直到遇到同组指令经执行后持续生效，直到遇到同组指令 二、简答题二、简答题答答: 加工线路的选择应遵从的原则：加工线路的选择应遵从的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的工艺要求。保证零件的工

12、艺要求。利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。工作量。以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系。系的参考坐标系。工件坐标系是以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程工件坐标系是以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。该坐标系也称为编时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。该坐标系也称为编程坐标系。程坐标系。通过对刀确定两者之间的关

13、系通过对刀确定两者之间的关系答答:首先判断类别首先判断类别判断判断Z轴轴判断判断X轴轴判断判断Y轴轴被加工零件如图所示，本工序为精加工，铣刀直径为被加工零件如图所示，本工序为精加工，铣刀直径为20mm，进给速度，进给速度120mm/min，主轴转速为，主轴转速为420r/min，不考虑不考虑Z轴运动，编程单位为轴运动，编程单位为mm，试编制该零件的加工，试编制该零件的加工程序。程序。要求：要求：(1) 选择合适的起刀点，建立工件坐标系，并从选择合适的起刀点，建立工件坐标系，并从O点开始点开始进入切削，按顺时针方向加工，加工完成后刀具回到起刀进入切削，按顺时针方向加工，加工完成后刀具回到起刀点；

14、点；(2) 采用绝对坐标编程，画出刀具中心的轨迹，并指出零采用绝对坐标编程，画出刀具中心的轨迹，并指出零件上各段所对应的程序段号；件上各段所对应的程序段号；(3) 程序中有相应的程序中有相应的M指令、指令、S指令和刀补指令。指令和刀补指令。 150250o%455G54G0X-10Y50G42D01S420M03G01X0Y0 F120 Y150 X250 Y0 X-10M05G0 G41 X-10Y50M30（-10，50）内容：内容：常用数控功能的含义：插补功能、进给功能、辅助功能、常用数控功能的含义：插补功能、进给功能、辅助功能、主轴功能、补偿功能等主轴功能、补偿功能等CNC装置的体系结

15、构及特点：单机、多机装置的体系结构及特点：单机、多机(单主、多主、单主、多主、分布分布)CNC装置的组成：计算机基本系统装置的组成：计算机基本系统+接口板接口板()CNC软件特点：实时、多任务软件特点：实时、多任务流水、并行处理流水、并行处理CNC数据处理流程数据处理流程常用结构模式及特点常用结构模式及特点:前后台、中断、实时操作系统前后台、中断、实时操作系统复习重点：复习重点：插补定义：根据速度和线形要求，在已知点间确定中间点的插补定义：根据速度和线形要求，在已知点间确定中间点的方法方法插补作用：是实现轮廓加工系统的本质插补作用：是实现轮廓加工系统的本质常用插补方法、特点及评价标准：常用插补

16、方法、特点及评价标准： 脉冲增量、数字增量脉冲增量、数字增量逐点比较插补算法思路，从插补速度、精度等角度分析特点逐点比较插补算法思路，从插补速度、精度等角度分析特点时间分割法算法的思路，从插补速度、精度等角度分析特点时间分割法算法的思路，从插补速度、精度等角度分析特点时间分割法算法关于插补速度、插补周期、插补精度与曲线时间分割法算法关于插补速度、插补周期、插补精度与曲线形状的关系形状的关系刀补定义：根据编程轨迹及参数产生刀具轨迹的功能刀补定义：根据编程轨迹及参数产生刀具轨迹的功能刀补作用：简化编程、补偿磨损、预留加工余量刀补作用：简化编程、补偿磨损、预留加工余量两种刀补方式及特点：两种刀补方式

17、及特点：B刀补，刀补，C刀补刀补刀补建立过程：建立，进行，取消刀补建立过程：建立，进行，取消C刀补过渡方式及判断方法：缩短、伸长、插入刀补过渡方式及判断方法：缩短、伸长、插入过切判断原理：过切判断原理：典型例题：典型例题：一、名词解释一、名词解释插补功能：插补功能：恒线速度控制：恒线速度控制：主轴定向控制：主轴定向控制：单机系统：单机系统：多主结构：多主结构：插补算法：插补算法：对应于每种插补方法（原理）的各种实现算法。对应于每种插补方法（原理）的各种实现算法。二、简答题二、简答题I/O设备设备计算机主板计算机主板显显 示示 卡卡功能模板功能模板m功能模板功能模板1电电 子子 盘盘多功能卡多功

18、能卡位置控制板位置控制板n位置控制板位置控制板1PLC模块模块主轴控制模板主轴控制模板机床机床I/O控制面板控制面板速度控制单元速度控制单元1速度控制单元速度控制单元n功能驱动功能驱动1功能驱动功能驱动m系系 统统 总总 线（线（BUS）标准标准PC计算机计算机CNC装置装置CNC系统系统答答: 前台程序主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实前台程序主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任务，它是实时中断服务程序。后台程序完成显示、时性很强的任务，它是实时中断服务程序。后台程序完成显示、零件加工程序的编辑管理等弱实时性任务，是一个循环运行的零件加工程序的编辑管理等弱实时性任务，是

19、一个循环运行的程序，在运行过程中，不断地被前台程序定时打断，前后台相程序，在运行过程中，不断地被前台程序定时打断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。互配合来完成零件的加工任务。任务调度机制任务调度机制: 优先抢占调度和循环调度。前台程序的调度优先抢占调度和循环调度。前台程序的调度是优先抢占式的；前台和后台程序内部各子任务采用的是顺序是优先抢占式的；前台和后台程序内部各子任务采用的是顺序调度。调度。信息交换信息交换:缓冲区。前台和后台程序之间以及内部各子任务缓冲区。前台和后台程序之间以及内部各子任务之间的。之间的。实时性：实时性：实时性有限。在后台程序内无优先级等级、也无抢实时性有限。在后台程

20、序内无优先级等级、也无抢占机制。占机制。答：答： 脉冲增量插补算法插补速度与进给速度密切相关。因而脉冲增量插补算法插补速度与进给速度密切相关。因而进给速度指标难以提高，但容易用硬件来实现。该法主要用进给速度指标难以提高，但容易用硬件来实现。该法主要用早期的采用步进电机驱动的数控系统。早期的采用步进电机驱动的数控系统。数字增量插补算法插补运算速度与进给速度无严格的关系。数字增量插补算法插补运算速度与进给速度无严格的关系。因而采用这类插补算法时，可达到较高的进给速度（一般可因而采用这类插补算法时，可达到较高的进给速度（一般可达到达到 10m/min以上）。主要用于交、直流伺服电机为伺服驱以上）。主

21、要用于交、直流伺服电机为伺服驱动系统的闭环，半闭环数控系统，也可用于以步进电机为伺动系统的闭环，半闭环数控系统，也可用于以步进电机为伺服驱动系统的开环数控系统服驱动系统的开环数控系统.答：答：刀具半径补偿的工作过程为：刀具半径补偿的工作过程为： 刀补建立，刀补建立， 刀补进行，刀补进行， 刀补撤销。刀补撤销。起刀点起刀点刀补建立刀补建立刀补进行刀补进行刀补撤销刀补撤销编程轨迹编程轨迹刀具中心轨迹刀具中心轨迹5、结合图示，简述、结合图示，简述C刀补中两段程序轨迹的过渡方式及其判断刀补中两段程序轨迹的过渡方式及其判断准则。准则。答：根据两段程序轨迹的矢量夹角答：根据两段程序轨迹的矢量夹角和刀补方向

22、的不同，过渡和刀补方向的不同，过渡方式有以下几种：方式有以下几种：缩短型：缩短型：矢量夹角矢量夹角180度度刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式刀具中心轨迹短于编程轨迹的过渡方式伸长型：伸长型：矢量夹角矢量夹角90度度180度度刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式刀具中心轨迹长于编程轨迹的过渡方式插入型：插入型：矢量夹角矢量夹角90度度在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡方式。在两段刀具中心轨迹之间插入一段直线的过渡方式。6、数控机床在加工中，能否控制刀具严格按零件的轮廓运动，、数控机床在加工中，能否控制刀具严格按零件的轮廓运动，为什么？为什么？答：因为对于铣削加工来说，工件的轮廓是刀具上切削

23、刃的答：因为对于铣削加工来说，工件的轮廓是刀具上切削刃的包络线或包络面形成的，而刀具的切削刃到刀具的回转中心包络线或包络面形成的，而刀具的切削刃到刀具的回转中心（刀位点）有一定的距离，即切削接触点同刀位点不是同一个（刀位点）有一定的距离，即切削接触点同刀位点不是同一个点；如果刀具（刀位点）严格按零件的轮廓运动，则切削刃将点；如果刀具（刀位点）严格按零件的轮廓运动，则切削刃将偏离零件的轮廓，从而产生轮廓误差。所以，数控机床在加工偏离零件的轮廓，从而产生轮廓误差。所以，数控机床在加工中，不能控制刀具严格按零件的轮廓运动。中，不能控制刀具严格按零件的轮廓运动。7、试分析、试分析B刀补和刀补和C刀补的

24、加工工艺特点刀补的加工工艺特点答答:B刀补加工尖角好，刀补加工尖角好，C刀补尖角加工工艺好刀补尖角加工工艺好主要内容：主要内容：位置检测装置位置检测装置伺服驱动系统伺服驱动系统伺服性能分析伺服性能分析组成组成复习重点：复习重点：进给伺服系统定义、组成、要求分类进给伺服系统定义、组成、要求分类开环、闭环、半闭环在组成，性能，应用等方面的特点开环、闭环、半闭环在组成，性能，应用等方面的特点开环系统设计开环系统设计位置检测装置的作用，分类位置检测装置的作用，分类常用装置原理常用装置原理(感应同步器感应同步器/脉冲码盘脉冲码盘)，选用依据，选用依据跟随误差概念及与轮廓精度的关系跟随误差概念及与轮廓精度

25、的关系低速平稳性的概念及加工的影响低速平稳性的概念及加工的影响增益、定位精度、阻尼增益、定位精度、阻尼典型例题：典型例题：一、名词解释一、名词解释进给伺服系统：进给伺服系统：以移动部件的位置和速度作为控制量的自以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。由位置控制单元；速度控制单元；驱动元件动控制系统。由位置控制单元；速度控制单元；驱动元件（电机）；检测与反馈单元；机械执行部件组成。（电机）；检测与反馈单元；机械执行部件组成。跟随误差：跟随误差：指令位置与实际位置指令位置与实际位置 之差称为跟随误差之差称为跟随误差二、简答题二、简答题1、闭环进给伺服系统由哪儿部分组成，试用框图、闭环进给伺

26、服系统由哪儿部分组成，试用框图 表示各部表示各部分之间的关系，并简述各部分的基本功能。分之间的关系，并简述各部分的基本功能。位置控制位置控制调节器调节器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动位置检测单元位置检测单元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+-电机电机机械执行部件机械执行部件CNC插插补补指令指令UgUpUmDXD速度检测装置速度检测装置mXAXCXDD2 2、简述感应同步器的工作原理。、简述感应同步器的工作原理。感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相感应同步器是利用励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应对位移时，由于电磁耦合的变化，感

27、应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，借以进行位移量的检测。电压随位移的变化而变化，借以进行位移量的检测。感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组，定尺上的绕组感应同步器滑尺上的绕组是励磁绕组，定尺上的绕组是感应绕组。是感应绕组。感应同步器的信号处理原理：感应同步器的信号处理原理：滑尺与定尺滑尺与定尺 相对位移量相对位移量 x x 的求取：的求取： 22： 2= x 2= x ： 11 x = 1 x = 1 结论：相对位移量结论：相对位移量 x x 与与 相位角相位角1 1 呈线性关系，呈线性关系，只要能测出相位角只要能测出相位角1 1 ，就可求得位移就可求得位移量量 x x 。3、简述增量脉冲编码

28、盘中、简述增量脉冲编码盘中A、B、Z三相输出信号的作用。三相输出信号的作用。A、B两相的作用两相的作用 根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移； 根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据脉冲的频率可得被测轴的转速； 根据根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向。旋转方向。Z相的作用相的作用 被测轴的周向定位基准信号；被测轴的周向定位基准信号； 被测轴的旋转圈数记数信号。被测轴的旋转圈数记数信号。规格规格 增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数；增量式码盘的规格是指码盘每转一圈发出的脉冲数； 现在市场上提供的规格从现

29、在市场上提供的规格从 36线线/ 转转 到到 10万线万线 /转转 都有；都有； 选择：伺服系统要求的分辨率；选择：伺服系统要求的分辨率； 考虑机械传动系统的参数。考虑机械传动系统的参数。分辨率（分辨角）分辨率（分辨角） 设增量式码盘的规格为设增量式码盘的规格为 n 线线/转：转：n3604、简述增量式码盘的规格及分辨率、简述增量式码盘的规格及分辨率5.已知步进电机的步距角为已知步进电机的步距角为0.9 ，直接驱动的丝杠螺距为，直接驱动的丝杠螺距为2mm，试求出该系统的脉冲当量，当步进电机的脉冲频率为试求出该系统的脉冲当量，当步进电机的脉冲频率为1000HZ时，时，求对应的轴的移动速度求对应的

30、轴的移动速度F，若要使脉冲当量达到，若要使脉冲当量达到0.0025，请问可，请问可以采取什么措施？采取措施后，对轴的最高移动速度有无影响？以采取什么措施？采取措施后，对轴的最高移动速度有无影响？答：由于电机直连丝杆，则有：360/步距角=螺距/脉冲当量，所以脉冲当量为：脉冲当量=螺距*步距角/360=20.9/360=0.005当频率为1000HZ时，对应的轴移动速度为：F=0.005*1000=5mm/s即F=300mm/min若要使脉冲当量达到0.0025则可采取以下措施：增加减速装置、减小螺距、减小步距角采取措施后，分辨率提高了一倍，但最高速度降低一半。6、简述系统增益、简述系统增益 K

31、S对系统动态性能的影响对系统动态性能的影响答：答：KS 与输出速度与输出速度 的关系：的关系： 当当KS 时，到达时，到达 F 所需的时间越短，所需的时间越短，系统的响应加快，灵敏度增高。系统的响应加快，灵敏度增高。 KS 与系统的加速度的关系：与系统的加速度的关系： 当当KS 时，系统的加速度增大，时，系统的加速度增大，尤其是在刚启动时，它使系统的响应加快，但对系统的冲击尤其是在刚启动时，它使系统的响应加快，但对系统的冲击也大，尤其对惯性较大的系统，将产生很大的冲击力，另外，也大，尤其对惯性较大的系统，将产生很大的冲击力，另外，加速度太大也可能系统超调，引起系统失稳。加速度太大也可能系统超调，引起系统失稳。 KS 与跟随误差与跟随误差D 的关系：的关系： KS D 即：有利于提高系即：有利于提高系统的跟随精度。统的跟随精度。7、简述减小定位误差可采用的措