数控技术复习题及答案

数控技术复习题及答案一、填空题1.数控机床的核心是______，它接收______程序，经过译码和运算，发出指令控制机床各坐标轴的运动。2.数控机床按控制运动的方式可分为______、______和______。3.在数控编程中，G代码用于指定______，M代码用于指定______。4.数控机床的坐标系采用______坐标系，其中平行于主轴轴线的坐标轴定义为______轴。5.滚珠丝杠副的传动效率高达______以上，其特点是有______现象，通常需要采用______措施来消除。6.常用的位置检测元件中，用于半闭环控制系统的是______，用于全闭环控制系统的是______。7.插补是指根据给定的______和______，在轮廓的起点和终点之间计算出若干中间点的坐标值。8.在逐点比较法插补中，一个插补循环包括四个节拍：______、______、______、______。9.刀具半径补偿功能（G41/G42）的作用是，编程时只需按______轨迹编程，由系统自动计算______轨迹，从而简化编程。10.数控加工中心的自动换刀装置中，实现刀具选刀的方式主要有______和______两种。二、单项选择题1.下列哪一项不属于数控机床的特点？（）A.高精度B.高柔性C.高生产率D.对操作者技能要求高2.下列G指令中，属于模态指令的是（）。A.G04B.G00C.G28D.G923.数控车床中，通常定义的X轴是（）。A.水平方向，平行于工件装夹面B.垂直于主轴轴线方向C.平行于主轴轴线方向D.根据机床结构确定，无固定方向4.步进电机驱动器中，将数控装置发出的脉冲信号进行功率放大的是（）。A.环形分配器B.功率放大器C.速度控制单元D.位置比较器5.半闭环控制数控机床的位置检测元件安装在（）。A.工作台上B.丝杠端部C.电机轴上D.刀具上6.数据采样插补法中，插补周期与位置控制周期的关系通常是（）。A.插补周期等于位置控制周期B.插补周期大于位置控制周期C.插补周期是位置控制周期的整数倍D.两者没有固定关系7.在FANUC系统中，程序段“G90G01X30.Y20.F200;”中的“F200”表示（）。A.主轴转速为200转/分钟B.进给速度为200毫米/分钟C.刀具号为200号D.程序段号为2008.加工中心与数控铣床的主要区别在于（）。A.数控系统不同B.主轴功率不同C.是否带有自动换刀装置和刀库D.机床精度不同9.下列哪种误差属于数控机床的定位误差？（）A.反向间隙B.丝杠螺距误差C.导轨直线度误差D.以上都是10.在数控编程中，建立刀具半径补偿的正确说法是（）。A.必须在G00或G01移动指令段中建立B.必须在圆弧插补指令段中建立C.可以在任何移动指令段中建立D.必须在程序开头建立三、判断题1.开环控制数控机床没有位置检测反馈装置，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的精度。（）2.M02和M30指令功能完全相同，都是程序结束并返回程序开头。（）3.绝对编程（G90）是指刀具运动终点的坐标值相对于程序原点的绝对值，而增量编程（G91）是指刀具运动终点的坐标值相对于当前位置的增量值。（）4.主轴准停功能（如M19）主要用于数控铣床的自动换刀，使主轴上的键槽对准刀柄上的键。（）5.直线光栅尺测量的是角位移，旋转编码器测量的是线位移。（）6.数控机床的重复定位精度通常高于其定位精度。（）7.在加工中心上，换刀指令（M06）和选刀指令（Txx）必须编写在同一程序段中。（）8.反向间隙补偿参数通常是在机床出厂时设定好的，用户在使用过程中无需调整。（）9.宏程序的特点是可以使用变量、算术和逻辑运算以及条件转移语句，从而加工出非圆曲线轮廓或实现有规律变化的加工。（）10.数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位置和速度为控制量的自动控制系统。（）四、简答题1.简述数控机床的组成及各部分的主要功能。2.什么是插补？试列举三种常见的插补方法，并简要说明其原理。3.说明开环、半闭环和全闭环控制系统的区别，并比较其优缺点。4.简述刀具长度补偿和刀具半径补偿的作用及其在编程中的应用方法。5.数控加工工艺分析与普通机床加工工艺分析相比，有哪些特殊考虑因素？五、编程题1.在数控车床上加工如下图所示零件（外轮廓），毛坯为Φ40mm的棒料，材料为45钢。请编写精加工程序（不考虑切断）。要求：(1)使用FANUC系统格式。(2)采用G71/G70复合循环指令进行粗、精加工。(3)标注出编程原点（工件原点）位置。（零件图示意：左端为夹持端，右端为自由端。从右向左轮廓依次为：端面→Φ20圆柱段（长15mm）→R5圆弧过渡→Φ30圆柱段（长20mm）→圆锥面（大端Φ30，小端Φ38，长10mm）→Φ38圆柱段（长5mm）→端面。总长50mm。）2.在立式数控铣床（或加工中心）上加工一个80mm×60mm的长方形外轮廓，深度为5mm，四个角有R8的圆角。工件坐标系原点设在工件上表面中心。刀具为Φ10的立铣刀。请编写精加工程序。要求：(1)使用FANUC系统格式。(2)采用刀具半径补偿功能。(3)采用顺铣方式加工。六、计算与分析题1.一台数控机床采用步进电机驱动，其步距角为，丝杠导程为6mm。若要求机床脉冲当量为0.005mm，请计算所需的齿轮传动比i（电机轴与丝杠轴连接）。若电机以500Hz的频率运行，求工作台的移动速度v2.用逐点比较法对第一象限直线OE进行插补，起点O(0,0)，终点E(5,3)。请完成下表，并画出插补轨迹图。（说明：总步数Σ=||+||=5+3=步数偏差判别\(F_m\)进给方向偏差计算\(F_{m+1}\)终点判别\(\Sigma\)0\(F_0=0\)\(\Sigma=8\)12...............8答案与解析一、填空题1.数控系统（或CNC装置）；零件加工程序（或NC程序）。解析：数控系统是数控机床的“大脑”，负责处理输入的程序指令并控制机床动作。2.点位控制；直线控制；轮廓控制。解析：这是按运动轨迹分类的三种基本方式，轮廓控制功能最复杂。3.机床的运动方式（或准备功能）；机床辅助动作（或辅助功能）。解析：G代码如G01直线插补，M代码如M03主轴正转。4.右手笛卡尔；Z。解析：Z轴的正方向定义为增大工件与刀具距离的方向。5.90%；反向间隙；预紧（或消隙）。解析：滚珠丝杠高效率但无自锁，反向间隙影响精度，需预紧消除轴向间隙。6.旋转编码器；直线光栅尺。解析：半闭环检测电机或丝杠转角，间接得到位置；全闭环直接检测工作台实际位置，精度更高。7.轮廓曲线类型；起点、终点坐标。解析：插补的本质是数据点的密化过程。8.偏差判别；坐标进给；偏差计算；终点判别。解析：这是逐点比较法一个插补循环的标准步骤。9.零件轮廓；刀具中心。解析：使用刀具半径补偿后，编程尺寸即为零件图纸尺寸，无需计算刀具中心轨迹。10.顺序选刀；任选（或随机）选刀。解析：顺序选刀按刀库顺序，任选选刀通过刀具识别装置（如刀套编码、钥匙编码）实现。二、单项选择题1.D。解析：数控机床旨在降低对操作者技能的依赖，实现自动化加工。2.B。解析：G00是快速点定位指令，一经指定持续有效，直到被同组G代码（如G01）取代。G04（暂停）、G28（返回参考点）、G92（坐标系设定）通常为非模态。3.B。解析：在数控车床中，Z轴平行于主轴（工件回转轴线），X轴在水平面内垂直于Z轴，指向径向。4.B。解析：功率放大器将环形分配器输出的弱电信号放大为足以驱动步进电机的强电信号。5.B或C。解析：半闭环检测的是电机轴或丝杠端的角位移，以间接推算工作台位置。常见的是安装在电机轴上，也有安装在丝杠端部的。6.C。解析：数据采样插补在每个插补周期内算出一段微小直线，位置控制周期更短，用于伺服控制，通常插补周期是位置控制周期的整数倍。7.B。解析：在G94模式下（通常为默认），F指令单位为毫米/分钟（mm/min）或英寸/分钟。8.C。解析：加工中心本质是带有刀库和自动换刀装置的数控铣床，这是其最核心的特征。9.D。解析：定位误差是指机床移动部件在确定的终点位置实际与理论值的偏差。A、B、C都是导致定位误差的常见因素。10.A。解析：建立或取消刀具半径补偿必须在G00或G01的直线移动程序段中进行，不能在圆弧插补段建立/取消，以防过切或欠切。三、判断题1.×。解析：开环控制没有位置检测反馈，其精度主要取决于步进电机和传动系统的精度，伺服驱动系统（如步进驱动器）的误差也会影响。2.×。解析：M02程序结束，光标停在程序末尾；M30程序结束，并自动返回到程序开头，为下一次加工做准备。功能有区别。3.√。解析：这是绝对编程与增量编程的基本定义。4.√。解析：主轴准停使主轴停止在固定的周向位置，便于换刀机构抓取刀柄。5.×。解析：正好相反。直线光栅尺测量线位移，旋转编码器测量角位移。6.√。解析：重复定位精度是在相同条件下多次定位的一致性，排除了系统性误差，通常值比包含系统性误差的定位精度要高（数值更小）。7.×。解析：通常分开编写。例如“T02;”（将2号刀转到换刀位置）和“M06;”（执行换刀动作）。有些系统允许写在一起“T02M06;”。8.×。解析：反向间隙会随着机械磨损而变化，用户需要定期检测并调整补偿参数。9.√。解析：宏程序（或参数编程）实现了数控编程的变量化和一定程度的智能化。10.√。解析：伺服系统是数控机床的执行机构，其性能直接影响机床的精度和速度。四、简答题1.答：数控机床通常由以下几部分组成：程序载体：存储零件加工程序，如U盘、CF卡等。输入/输出装置：实现程序、参数等人机交互，如操作面板、显示器。数控装置（CNC）：核心。接收输入信息，进行译码、插补运算、逻辑判断，输出控制指令。伺服驱动系统：包括伺服驱动器和伺服电机。将CNC的微弱指令信号放大，驱动电机精确运动。机床主体：基础结构，包括床身、导轨、主轴箱、工作台等。通常采用高刚度、高抗振性、低热变形的设计。检测反馈系统：测量位移或速度信号并反馈，构成闭环控制，提高精度。包括检测元件和电路。辅助控制装置：控制主轴启停、换刀、冷却液开关等辅助动作的PLC或继电器逻辑电路。2.答：插补是在轮廓控制系统中，根据给定的轮廓起点、终点和形状，实时计算出刀具运动轨迹上各个中间点坐标值的过程。逐点比较法：每走一步，比较当前点与理论轮廓的偏差，根据偏差符号决定下一步进给方向，逐步逼近轮廓。计算简单，但速度不均。数字积分法（DDA）：利用积分原理，将被积函数（如速度）累加，溢出脉冲作为进给指令。易于实现多坐标联动，可插补空间曲线。数据采样法：将加工时间分为相等的小区间（插补周期），在每个周期内根据进给速度计算出下一周期的移动量（微小直线段）。适用于现代闭环CNC系统，精度高，速度平稳。3.答：开环系统：无位置检测反馈。指令发出后，机床实际移动情况未知。优点：结构简单，成本低，稳定性好。缺点：精度低，无法补偿误差。半闭环系统：位置检测元件安装在电机轴或丝杠端部，间接测量工作台位置。优点：稳定性较好，精度高于开环，成本低于全闭环。缺点：无法消除丝杠螺母副等机械传动链的误差。全闭环系统：位置检测元件（如光栅尺）直接安装在工作台上，检测实际位移。优点：精度最高，能补偿机械传动链的全部误差。缺点：结构复杂，成本高，对机床稳定性要求高，调试维护难。4.答：刀具长度补偿作用：编程时无需考虑刀具的实际长度差异。通过设定补偿值，使不同长度的刀具在Z方向能达到相同的编程深度。应用：在机床上测量每把刀的长度偏差值，输入到对应的刀具长度补偿寄存器（如H01）中。编程时使用G43Z_H_激活补偿。刀具半径补偿作用：编程时直接按零件轮廓尺寸编程，无需计算刀具中心轨迹。通过设定刀具半径值，系统自动偏移一个半径值生成刀具中心路径。应用：将刀具半径值输入到对应的刀具半径补偿寄存器（如D01）中。在轮廓加工前，用G41（左补偿）或G42（右补偿）D_激活补偿，并在G00/G01移动中建立；加工结束后用G40取消。5.答：数控加工工艺分析需额外考虑：工序高度集中：需合理安排各工步顺序，减少换刀次数和空行程，考虑刀具干涉。走刀路径规划：需详细规划刀具切入、切出方式、轮廓加工方向（顺/逆铣）、路径优化以提高效率和质量。刀具选择与管理：需预先确定所有刀具的规格、参数，并考虑刀具寿命、刚性及在刀库中的安排。坐标变换功能应用：考虑使用坐标系旋转、缩放、镜像等功能简化编程。精度控制：利用数控系统精度高的特点，合理分配公差，并考虑刀具磨损补偿。程序结构与调试：程序应结构清晰，便于修改和调试。首件试切需验证程序与工艺。五、编程题1.答：编程原点设在工件右端面中心。```O1001;G99G21G40;（每转进给，公制，取消刀补）T0101;（调用1号刀及刀补）M03S800;G00X42.0Z2.0;（循环起点）G71U1.5R0.5;（粗车循环，切深1.5mm，退刀量0.5mm）G71P10Q20U0.5W0.1F0.2;（精加工轮廓段号N10~N20，X向精车余量0.5mm，Z向0.1mm，粗车进给）N10G00X0;G01Z0F0.1;X20.0;Z-15.0;G02X30.0Z-20.0R5.0;G01Z-40.0;X38.0Z-50.0;N20X42.0;（精加工轮廓结束）G00X100.0Z100.0;（退刀）M05;M30;```2.答：```O2001;G90G54G00X0Y0;（绝对坐标，选择坐标系，定位于原点上方）G43Z50.0H01;（建立刀具长度补偿，安全高度）M03S1500;Z5.0;（下刀至安全平面）G01Z-5.0F50;（下切至加工深度）G41G01X-28.0Y40.0D01F200;（建立左刀补，D01中存入5.0，移动到切入点P1）G03X-36.0Y32.0R8.0;（圆弧切入至轮廓起点P2，并加工左上角R8圆角）G01X-36.0Y-32.0;（加工左侧边）G03X-28.0Y-40.0R8.0;（加工左下角R8圆角）G01X28.0Y-40.0;（加工下侧边）G03X36.0Y-32.0R8.0;（加工右下角R8圆角）G01X36.0Y32.0;（加工右侧边）G03X28.0Y40.0R8.0;（加工右上角R8圆角）G01X-28.0;（加工上侧边，回到P1附近）G03X-36.0Y32.0R8.0;（用圆弧切出，与切入路径重合）G40G01X0Y0;（取消刀补，返回中心）G00Z100.0;（抬刀）M05;M30;```六、计算与分析题1.解：(1)计算齿轮传动比i：脉冲当量δ其中，α=，=6mm，代入公式：0.005解得：i(2)计算工作台移动速度v：电机转速n=更直接的方法：每个脉冲对应工作台移动0.005mm。每秒500个脉冲，则每秒移动距离=500每分钟移动速度v=答：齿轮传动比i为2.4，工作台移动速度