南京工业大学数控技术复习题目及答案

1、1简述运行一个数控加工程序的过程。运行-主轴车专动-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2数控机床加工的特点？效率高、精度高、柔性高、改善劳动强度、利于生产管理现代化、加工质量稳定可靠3简述刀具补偿功能.包括刀具长度补偿和半径补偿。作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。4简述一次有效G代码和模态代码的区别？模态的就是只用一次，下面不用在用，可以直接写程序非模态的就不可以了，每次前面都要加上5逐点比较法的插补原理是什么：被控制对象在数控装置的控制下，按要求的轨迹运动时，每走一步都要和规定的轨迹比较，根据比较的结果决定下一步的移动方向6滚珠丝杠消

2、隙的方法及消隙的注意事项是什么？为双螺母垫片调隙式，改变垫片的厚度，使内外两个螺母产生轴向相对位移。弹簧自动调整式：用弹簧使两螺母间产生轴向位移。为齿差调隙式，通过调整螺母端头上的外齿相对内齿的啮合角度来消除间隙。为螺纹调隙式，转动调整螺母1,使螺母2产生轴向位移。7数控系统对伺服电动机有哪些要求？(1)控制性能高，有控制电压信号时，电动机在转向和转速上应能做出正确的反应，控制电压信号消失时，电动机应能立即可靠停转，即无“自转”现象；(2)动态响应快，电动机转速的高低和方向随控制电压信号改变而快速变化，反应灵敏，启动转矩大；(3)机械特性和调节特性线性度好，调速范围大；(4)控制功率小，空载启

3、动电压低。8数控系统检测装置的性能指标及要求是什么？答：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；9数控机床对导轨有什么要求？高速进给时不振动、摇臂钻床低速进给时不爬行、具有高的灵敏度、能在重载下长期连续地工作、耐磨性高、精度保持性10某数控机床采

4、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。11试阐述数控铳床坐标轴的方向及命名规则。1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标,中指代表Z坐标。2）大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为丫坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。3）围绕X、丫Z坐标旋转的旋转坐

5、标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、丫Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向12加减速控制的目的是什么，有哪些实现方法？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。13数控装置的功能有哪些？控制功能；准备功能（G功能）；插补功能和固定循环功能；进给功能；主轴功能；辅助功能（M功能）；刀具管理功能；补偿功能；人机对话功能；自诊断功能；通讯功能14多微处理器CNC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：

6、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。3）、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15数控系统软件主要完成哪些功能？答：1、数据输入处理：输入、译码、数据处理；2、插补运算；3、速度控制；4、系统管理诊断16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

7、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17光栅尺有哪些部件组成，莫尔条纹的作用。答：由光源、长光栅、短光栅、光电元件等组成。1）、光栅移动一个栅距时，莫尔条纹就相应准确的移动一个节距，两者一一对应；2）、莫尔条纹具有放大机构的作用；3）、莫尔条纹具有平均效应。

8、18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？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、P3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。2）确定移动部件的方向：从P1、P2、P3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

9、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P2ti/2,P2滞后P3tt/2,P3滞后P4兀/2,则摩尔条纹反向移动时四个光强变化为P1超前P2tt/2,P2超前P3兀/2,P3超前P4兀/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。3）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。1

10、9绘制全闭环数控机床的结构框图，并简述其工作原理；（要求从数据输入开始，到工作台输出结束）数控机床闭环进给系统的一般结构上图，这是一个双闭环系统，内环为速度环，外环为位置环。速度环由速度控制单元、速度检测装置等构成。速度控制单元是一个独立的单元部件，它是用来控制电机转速的，是速度控制系统的核心。速度检测装置有测速发电机、脉冲编码器等。位置环是由CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等部分组成20绘制半闭环数控系统的结构图并简述其特点。答：半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置（常用伺服电机）或丝杠引出，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。半闭环

11、环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。21绘制开环数控系统的结构图并简述其特点。没有位置测量装置，信号流是单向的(数控装置一进给系统)，故系统稳定性好。无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。这类系统具有结构简单、工作稳定、

12、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度,机械执行部件I要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。f、n脉冲频率f脉冲个数n脉冲环形分配A相、B相功率、放大换算变换C相、22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？1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。2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。3伺

13、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。23数控机床的机械结构包含那些，在机械结构方面有哪些主要特点？答：有：床身、立柱、导轨、主轴部件、进给系统、工作台、刀库和刀架、辅助装置等。支撑件的高刚度化；传动机构的简约化：传动元件精密化：辅助操作自动化24机床加工时可能产生的振动有那些？如何提高机床的抗振性能？答：有两种：强迫振动和自激振动。提高抗振性能的措施有：(1)基础件内充填泥芯、混凝土等阻尼材料；(2)表面采用阻尼涂层；(3)采用聚合物等新材料制造基础件；(4)充分利用结合面之间的阻尼。25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

14、轮传动、皮带轮传动、调速电机直接驱动。1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。2皮带轮传动：适用于低扭矩特性要求的主轴，调速范围比受电机调速范围约束。3调速电机直接驱动：电机与主轴直联，结果紧凑，传动效率高。但主轴扭矩特性完全取决于电机特性，应用受到限制。但主轴性能提高以后，这种驱动形式可能被广泛使用26直线导轨的特点是什么？(1)具有自调整能力，安装基面许用误差大；(2)制造精度高；(3)可高速运行，运行速度可大于60m/min;(4)能长时间保持高精度；(5)可预加负载，提高刚度。27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

15、点。开环控制方式通常是以步进电机或电液伺服马达为驱动元件，输入的数据经过数控系统的运算分配指令脉冲，每一个脉冲送给环形分配器驱动步进电机或电液伺服马达，使其转动一个角度带动传动机构，从而使被控制对象移动。这种方式对实际传动机构的动作完成与否不进行检查，驱动控制指令发出后不反馈会数控系统，这种控制方式容易掌握，调试方便，维修简单，但精度不高。在数控设备的运动部件上装有测量元件，将运动部件的位置、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指令，如果测量元件装在机械传动链末端部件上，如机床工作台上，则该系统为全闭环系统，或闭环系统，这种控制方式精度高

16、，速度快，但维修和调试较困难。如果测量元件装在机械传动链的中间部件上，如滚珠丝杠上，则该系统为半闭环系统，这种控制方式的精度比闭环的低28简述同步带传动的优缺点；传动效率高，可达98%以上：(2)无沿孤QL比那推传上厂梗.里小小；(4)使用范围较广，速度可达50m/s,速比可达10左右，传递以率百几瓦至数下口；(5)浓修保"帛方啰，不茫要强滑；(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。29简述数控加工工序的划分原则。工序集中原则和工序分散原则工序集中原则。指每道工序包括尽可能多的加工内容，从而使工序的总数减少工序分散原则。工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进

17、行，每道工序的加工内容很少30试说明基准脉冲插补法和数据采样法的特点？基准脉冲插补法在插补计算过程中不断地向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲，驱动各坐标轴进给电动机的运动。实现方法比较简单，既可以用硬件来实现，也可以用软件来实现。数据采样插补法采用软件插补法，其输出的插补结果不是脉冲，而是数据。数控系统定时地对位置检测进行采样，采样数据与插补程序所产生的指令数据相比较以后，得到位置偏差，经伺服驱动控制伺服电动机31数控机床对进给伺服系统的要求有哪些？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

18、高32数控机床的主传动系统有哪几种传动方式？各有何特点？有如下四种方式：(1)带有变速齿轮的主传动，通过少数几对齿轮降速，增大输出扭矩，可以满足主轴低速时有足够的扭矩输出。(2)通过带传动的主传动，电动机与主轴通过形带或同步齿形带传动，不用齿轮传动，可避免振动和噪声。(3)用两个电动机分别驱动主轴，高速时，通过皮带直接驱动主轴旋转；低速时，另一个电动机通过齿轮传动驱动主轴旋转。(4)内装电动机主轴传动结构，简化结构，提高刚度。33若加工第一象限直线OE,起点为0(0,0),终点为E(7,4),设累加器为3位，i3t按DDA法进行插补计算，并绘出插补轨迹图将长二7及Y*二电北成二进制判&

19、=ill54¥,=侬片存放在J立受Jvy中，选寄祥器暮量为三位，则事和次数m二2=以插补运算过程如下表前示，插扑轨迹如图所示学长就Jut+/iW+ftdlAT1十ill"m00。tIOQ-1Q0Q2111+111-110tIM+IR13w+in3mLaw+loo-iwD4ioi+in=IDOI104+100=OIM?15-Oilt皿+工|M0eonm-C01JOfl+IM-MO11ok+in00911at。*-iwOieMl+lit一41g，DM1仪4)0t1J*J6734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?其中机械补偿方法：传动间隙的补偿有偏心轴套调整

20、、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。35对数据采样插补法有这样一段描述：“数据采样插补用小段直线来逼近给定轨迹，插补输出的是下一个插补周期内各轴要移动的距离。”问：1）、插补周期指什么？2）、小段直线l是怎样获得的？3）、各轴移动的距离指什么？4）、在时间分割中，若给定轨迹分别是直线和圆弧，则Ax,Ay怎样得到？答：1把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，成为插补周期T。2在每个插补周期内，根据插补周期T和编程速度F计算轮廓步长L=F*T。3各轴移动的距离是步长在各轴上的投影分量；4直线插补:圆弧插补:x=lcos，.：y=xta

21、n:，1.、，(Xi-x)xlx=lcos-,ty=21y-2y36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Z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。37重38试编制下图所示零件的程序;答：M03S1000G94G91G00X0Z0G01X11Z-2F10QZ-10X24G02X6Z-3I0K-3Z-12G03X10Z-5I10K0X-15G

22、00X60Z15M0239立铳刀直径为20mm,试对下图外轮廓进行编程。主轴500RPM,左刀补，绝对坐标编程。进给速度100mm/min。J41|DN01G00G90X120Y60Z50N02X100Y40M03S500N03Z-11N04G01G41X70Y10H012F100N05Y-10N06G02X40Y-40R30N07G01X-70N08Y40N09X40N10G03X70Y10R30N11G01X85N12G00G40X100Y40N13X120Y60Z50N14M3040根据下面的框图原理推导指数加减速控制算法。At解：iit1e-%(Vc-Vk)t,Vi*-e(t)=0(v

23、c-v(t)dt,v(t)e(t)k0TTde(t)dtdv(t)1de=dtTdt=TM=vcv(t)”T=dldtvc-v(t)Tt两边积分得：vc-v(t)=e丁vc-v(0)t加速时，v(0)=0,所以v(t)=vc(1e斤)匀速时，tr-1,v(t)=vc减速时,vc=0,式det)=vcv(t)变成dt也二-v(t)dt代入皿dtT.答得dv(t)二1而一t积分后得：v(t)=v(0)*eT当t,，v(t)=0.41什么是前加减速，什么是后加减速，各有何优缺点?答：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

24、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。42设有一直线OE,起点为原点O(0,0),终点E(6,7),采用数字积分法进行插补,累加器和寄存器的位数为3位，其最大容量为23=8,设初始值JRX=0、JRY=0E(6,7)J£=8、Jvx=6、Jvy=7。试用二进制数写出该直线插补计算

25、过程如下表，画出插补轨迹。累加次数JRX+JVXxJRY+JVYy10+6=600+7=7026+6=8+417+7=8+6134+6=8+216+7=8+5142+6=8+015+7=8+4150+6=604+7=8+3166+6=8+413+7=8+2174+6=8+212+7=8+1182+6=8+011+7=8+010(0,0)43变频调速时，改变电源频率？1的同时须控制电源电压U1,试说明其原因。答：在变频调速时，若？1下降，U1不变，则m上升。因为m已设计在接近饱和处，m上升即进入磁化曲线的饱和区，引起工作电流大幅度增加，使电动机过热损坏；若？1上升，U1不变，则m下降，将使工作电

26、流下降。由于电流的下降，电动机的输出转矩不足。为了保持电动机的m不变，即电动机的转矩不变，在？1变化的同时，U1必须同时变化，使U1与？1的比值保持恒定，即U1/?1=常数44重45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。46如下图所示刀具运动路线PABCDP为刀尖起点，试

27、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）IX答：绝对尺寸编程：N10G00G90X10Z30M03N20G01X20Z20F200S400T11N30X20Z10N40G02X40Z0R10（或N40G02X40Z0I20K0N50G01X40Z12M02相对尺寸编程：N10G00G90X10Z30M03N20G01G91X10Z-10F200S400T11N30X0Z-10N40G02X20Z0R10（或N40G02X20Z0I20同N50G01X0Z12M0247是第一象限要加工的圆弧，圆弧的圆心在坐标

28、原点(0,0),圆弧起点为A(0,4),终点为B(4,0),若脉冲当量为1,用逐点比较法对该段圆弧进行顺圆插补。试完成下列问题：(1)求出需要的插补循环数总数；(2)完成插补计算过程，同时把刀具进给位置各点的坐标值求出列入；(3)画出刀具运动的轨迹。解：步数为|4-0|+|0-4|=8步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F0=0X0=0,Y0=4汇=81F0=0-YF1=F02Y0+1=7X1=0,Y1=3汇=72Fi<0+XF2=F1+2X1+1=-6X2=1,Y2=3汇=63F2<0+XF3=F2+2X2+1=-3X3=2,Y3=3E=54F3<0+XF4=F

29、3+2X3+1=2X4=3,Y4=3E=45F4>0-YF5=F42Y4+1=-3X5=3,Y5=2汇=36F5<0+XF6=F5+2X5+1=4X6=4,Y6=2汇=27F6>0-YF7=F6-2丫6+1=1X7=4,Y7=1E=18F7>0-YF8=F7-2Y7+1=0X7=4,Y7=0汇=048第一象限逆圆弧，起点(5,0),终点(0,5);试用DDA法进行插补，写出插补过程,并画出插补轨迹。次序X积分器X终Y积分器Y终注(Yi)(Xi)0000000101011010000101初始1000000010110110101012000001000010110101

30、01100修正Yi300100101011011110100400101001001011011001011修正Yi501001110001011010011010修正Yi601111101011011100010701110001011001011000111001修正Yi修正Xi810011001001001110001910010101010111000110111000修正Yi修正Xi101011110011011111010011001011010修正Xi121010011001010001修正Xi131011100001001141010111000001000结束X49重50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