数控技术考试题及答案

数控技术考试题及答案一、选择题1.数控机床的核心组成部分是（）。A.伺服驱动系统B.数控装置C.检测反馈装置D.机床本体2.下列代码中，属于模态指令（续效指令）的是（）。A.G00B.G04C.M00D.M023.在数控铣床编程中，G17、G18、G19指令分别用于选择（）。A.XY、XZ、YZ平面B.XZ、XY、YZ平面C.YZ、XZ、XY平面D.以上均不对4.数控机床的定位精度主要反映了机床的（）。A.运动速度B.几何精度C.运动精度D.静态精度5.闭环控制系统的位置检测装置通常安装在（）。A.伺服电机轴上B.机床工作台上C.传动丝杠端部D.刀架上6.下列哪种插补方法适用于数控系统进行直线和圆弧的轮廓控制？（）A.逐点比较法B.数字积分法C.数据采样法D.以上都是7.在FANUC系统中，程序段“G91G01X30.0Y20.0F200；”的含义是（）。A.绝对坐标，直线插补到点(30,20)B.增量坐标，直线插补，X方向移动30mm，Y方向移动20mmC.绝对坐标，快速定位到点(30,20)D.增量坐标，顺时针圆弧插补8.滚珠丝杠副的主要优点是（）。A.自锁性好B.传动效率高C.制造成本低D.承载能力极大9.数控机床的“回参考点”操作是为了建立（）。A.工件坐标系B.机床坐标系C.局部坐标系D.相对坐标系10.下列M功能指令中，用于调用子程序的是（）。A.M98B.M99C.M30D.M02二、填空题1.数控机床按运动轨迹分类，可分为点位控制、直线控制和______控制。2.在ISO标准中，准备功能字以字母______开头，辅助功能字以字母______开头。3.一个完整的数控加工程序由程序开始部分、______和程序结束部分构成。4.数控机床的伺服系统按控制原理可分为开环控制系统、______控制系统和______控制系统。5.刀具半径补偿的作用是，编程时只需按______轨迹编写程序，通过补偿指令，系统会自动计算刀具中心轨迹。6.数控车床的坐标系中，Z轴与主轴______方向平行，正方向为______。7.常见的数控系统插补功能有直线插补和______插补。8.在数控编程中，用于设定主轴恒线速度控制的指令是______。9.数控机床的精度指标主要包括定位精度、______和轮廓跟随精度。10.步进电机的主要性能指标有步距角、______和最大静转矩。三、判断题1.数控机床的脉冲当量是指数控装置每发出一个脉冲信号，机床移动部件所移动的距离。（）2.G代码和M代码均为模态指令，一经指定一直有效，直到被同组代码取代。（）3.半闭环控制系统比闭环控制系统的控制精度更高。（）4.在FANUC系统中，G54~G59指令用于设定工件坐标系。（）5.数控铣削加工中，顺铣是指刀具旋转方向与工件进给方向相同。（）6.刀具长度补偿功能主要用于数控铣床和加工中心，以简化不同长度刀具的编程。（）7.数控机床的“超程”报警通常是由于程序中的坐标值超过了机床的行程范围。（）8.程序段“G02X20Y20I10J0；”表示一个顺时针的整圆。（）9.数控机床的重复定位精度通常高于其定位精度。（）10.M30指令与M02指令功能完全相同，都是程序结束并复位。（）四、简答题1.简述开环、闭环、半闭环伺服系统的主要区别、优缺点及典型应用场合。2.什么是刀具半径补偿？简述其在数控铣削加工中的主要作用及常用指令（以FANUC系统为例）。3.简述数控机床对进给伺服系统的主要要求。4.什么是插补？在数控系统中，为什么需要插补功能？列举两种常见的插补方法。5.简述数控加工工艺分析的主要内容。五、编程题1.在数控车床上加工如下图所示零件（外圆轮廓），毛坯为Φ50×100mm的45钢棒料。请编写其精加工程序（不考虑切断）。已知：工件坐标系原点设在工件右端面中心，使用1号刀为93°外圆精车刀，主轴转速800r/min，进给速度0.15mm/r。零件简图描述：从右端面开始，轮廓依次为：端面→Φ30外圆，长度20mm→R5圆弧过渡→Φ40外圆，长度15mm→C2倒角→Φ48外圆，长度至总长80mm。所有尺寸公差及表面粗糙度要求略。2.在立式数控铣床（或加工中心）上，使用Φ10mm的立铣刀，精加工一个80mm×60mm的长方形外轮廓，深度为5mm。工件坐标系原点设在工作上表面左下角。请编写轮廓精加工程序，要求采用刀具半径补偿，并考虑从工件外部安全下刀与提刀。主轴转速2000r/min，进给速度300mm/min。六、计算与分析题1.某数控车床的X轴丝杠螺距为6mm，与伺服电机直联，伺服电机每转脉冲数为2500脉冲/转。试计算：(1)该轴的系统脉冲当量δ（单位：mm/脉冲）。(2)若程序指令为“G01U10.0F0.2;”（U为X轴增量坐标），执行该段程序时，伺服电机需要接收多少脉冲？需要多少时间（单位：秒）？2.用逐点比较法插补第一象限直线OE，起点O(0,0)，终点E(5,3)。请列表写出插补计算过程，并画出插补轨迹示意图。答案与解析一、选择题1.B。解析：数控装置是数控机床的“大脑”，它接收、处理输入信息，并发出相应的控制指令，是核心组成部分。2.A。解析：模态指令是指该指令一经指定便一直有效，直到被同组代码取代。G00（快速点定位）是模态指令。G04（暂停）、M00（程序暂停）、M02（程序结束）均为非模态指令。3.A。解析：G17选择XY平面，G18选择XZ平面，G19选择YZ平面。这是数控铣床及加工中心编程的基础知识。4.C。解析：定位精度是指机床移动部件在数控系统控制下，运动到指定位置的精确程度，是反映机床运动精度的关键指标之一。5.B。解析：闭环控制系统将位置检测装置（如光栅尺）直接安装在机床工作台等移动部件上，直接检测其实际位移并进行反馈，精度最高。6.D。解析：逐点比较法、数字积分法、数据采样法都是数控系统中实现直线和圆弧插补的常用算法。7.B。解析：G91为增量坐标编程，G01为直线插补，F为进给速度。因此该程序段表示以200mm/min的速度，向X正方向移动30mm，同时向Y正方向移动20mm。8.B。解析：滚珠丝杠副通过滚珠在丝杠和螺母之间滚动，将滑动摩擦变为滚动摩擦，其传动效率可高达90%以上，是数控机床进给系统的关键部件。9.B。解析：机床坐标系是机床固有的坐标系，其原点（机床原点）由制造商设定。“回参考点”操作就是为了确定机床坐标系的原点位置，从而建立机床坐标系。10.A。解析：M98用于调用子程序，M99用于子程序结束返回主程序。M30和M02都用于主程序结束。二、填空题1.轮廓或连续。2.G；M。3.程序主体部分或加工内容部分。4.闭环；半闭环。5.工件轮廓。6.轴线；刀具远离工件的方向（或尾座方向）。7.圆弧。8.G96。9.重复定位精度。10.启动频率或运行频率。三、判断题1.√。解析：脉冲当量是数控系统最基本的位置控制参数。2.×。解析：G代码和M代码中都有模态和非模态之分。例如，G04（暂停）、M00（程序暂停）就是非模态指令。3.×。解析：闭环控制系统直接检测工作台位移进行反馈，理论上精度最高。半闭环系统检测电机或丝杠转角，无法补偿丝杠螺母副等传动链误差，精度低于闭环系统。4.√。解析：G54~G59是常用的6个工件坐标系偏置寄存器，通过设定机床坐标系原点与工件坐标系原点之间的偏置值来建立工件坐标系。5.×。解析：顺铣是指铣刀旋转方向与工件进给方向在切点处相同。更准确地说，是刀具切削速度方向与工件进给方向在接触点一致。6.√。解析：刀具长度补偿功能允许编程者按标准刀具或编程原点编程，通过补偿值来调整不同长度刀具在Z轴方向的位置。7.√。解析：超程是常见的操作或编程错误，现代数控系统通常设有软件和硬件限位保护。8.×。解析：该程序段终点坐标为(20，20)，圆心相对于起点的坐标为(10，0)，半径为10，因此是一个从起点到终点、圆心角小于360°的圆弧，不是整圆。整圆编程时，I、J、K需用圆心坐标，且终点坐标可以省略或与起点相同。9.×。解析：重复定位精度是指在相同条件下，多次定位到同一点的位置一致性。定位精度是指实际位置与指令位置的一致程度。通常，重复定位精度值（如±0.003mm）要小于定位精度值（如0.01mm），但“高”是指数值小、精度高。从数值上看，重复定位精度通常优于（数值小于）定位精度，但题干表述为“高于”，易引起歧义，严格来说，在精度指标中，数值小代表精度高，因此重复定位精度通常“优于”定位精度，但说“高于”不准确，故判错。10.×。解析：M30指令除了具备M02（程序结束）的功能外，通常还会将程序指针返回到程序开头，并为下一次加工做好准备，而M02仅结束程序。四、简答题1.答：主要区别：开环系统：无位置检测反馈装置。系统发出指令后，不检查执行结果。半闭环系统：位置检测装置（如编码器）安装在伺服电机轴或丝杠端部，间接检测移动部件位置。系统环内包含丝杠螺母副，但不包含工作台等最终移动部件。闭环系统：位置检测装置（如光栅尺）直接安装在机床工作台等移动部件上，直接检测其实际位移并进行反馈。系统环内包含了所有传动环节。优缺点及应用：开环系统：结构简单、成本低、稳定性好；但精度和速度较低，无法补偿传动误差。应用于经济型、精度要求不高的数控机床。半闭环系统：结构较简单、稳定性较好、精度高于开环；但不能补偿丝杠螺母副的传动误差。广泛应用于中、高档数控机床。闭环系统：控制精度最高，能补偿全部传动链误差；但系统复杂、成本高、调试维护难，对机床结构要求高。应用于高精度、大型数控机床。2.答：定义：刀具半径补偿是数控系统的一种功能，它使编程人员可以直接按工件轮廓尺寸编程，而由数控系统自动计算出刀具中心沿轮廓偏移一个刀具半径值的轨迹，并控制刀具按此轨迹运动。主要作用：1.简化编程：无需人工计算刀具中心轨迹。2.实现粗、精加工：通过改变补偿值，可用同一程序进行余量切除和精加工。3.补偿刀具磨损：通过修改补偿值，补偿因刀具磨损造成的尺寸误差。4.使用不同半径刀具：同一程序，通过修改半径补偿值，可使用不同直径的刀具。常用指令（FANUC系统）：G41：左刀补（沿刀具前进方向看，刀具在工件左侧）。G42：右刀补（沿刀具前进方向看，刀具在工件右侧）。G40：取消刀具半径补偿。D代码：指定刀具半径补偿值所在的存储器编号（如D01）。3.答：数控机床对进给伺服系统的主要要求包括：高精度：定位精度和轮廓跟随精度要高，误差要小。快速响应：系统应能快速跟踪指令变化，无超调或少超调，缩短过渡过程时间。调速范围宽：能在宽范围内实现平滑无级调速，适应不同材料、刀具和工艺的要求。低速大转矩：在低速进给（如切削）时，能输出足够的转矩，保证加工平稳。高稳定性：系统应能在各种干扰下稳定工作，抗干扰能力强，保证加工可靠性。可靠性高：平均无故障时间长，维护方便。4.答：定义：插补是指根据给定的数学函数（如直线、圆弧），在轮廓的起点和终点之间，实时计算出若干中间点的坐标值，从而控制刀具沿预定轨迹运动的过程。原因：数控系统只能控制坐标轴进行简单的直线移动。要加工复杂的轮廓，必须将轮廓分解成许多小段的直线或圆弧，并连续控制各坐标轴协调运动，这个分解和协调控制的功能就是插补。常见方法：1.逐点比较法：每走一步，将当前点与理论轨迹比较，根据偏差决定下一步走向。主要用于开环系统。2.数字积分法（DDA）：利用数字积分运算，产生脉冲分配。易于实现多坐标联动，可插补各种函数曲线。3.数据采样法（时间分割法）：将加工时间分成相等的小区间（插补周期），在每个周期内根据进给速度计算出各坐标轴的位移增量。这是现代CNC系统广泛采用的插补方法。5.答：数控加工工艺分析是编程前的重要准备工作，主要内容包括：零件图分析：分析零件的几何形状、尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度、材料及热处理要求等。加工内容选择：确定哪些表面适合在数控机床上加工，哪些可以安排在普通机床上加工。加工方案确定：包括划分加工阶段（粗、半精、精加工）、安排加工顺序（基准先行、先面后孔、先主后次等）、确定工序集中与分散程度。工艺装备选择：选择数控机床类型和规格，选择或设计夹具（考虑定位、夹紧、对刀、与机床连接），选择刀具（类型、材料、几何参数），选择量具。切削用量确定：合理选择主轴转速（n）、切削深度（）、进给速度（f或F）。走刀路线规划：确定刀具相对于工件的运动轨迹和方向，优化路径以提高效率、保证精度和表面质量。数学处理：计算零件轮廓的基点、节点坐标，或进行列表曲线、曲面等的拟合计算。对刀点与换刀点确定：选择编程原点、对刀点、换刀点的位置。五、编程题1.数控车床精加工程序（FANUC系统格式）：```O0001;G99G21G40;（每转进给，公制，取消刀补）T0101;（调用1号精车刀及1号刀补）M03S800;（主轴正转，800r/min）G00X100.0Z100.0M08;（快速至安全点，冷却液开）G00X52.0Z2.0;（快速至循环起点）G01X-1.0F0.15;（平端面，至中心）G00X30.0Z2.0;（退刀至Φ30外圆起点）G01Z-20.0F0.15;（车Φ30外圆，长20mm）G02X40.0Z-25.0R5.0;（车R5圆弧）G01Z-40.0;（车Φ40外圆，长15mm）G01X46.0;（径向移动至倒角起点）G01X48.0Z-41.0;（车C2倒角）G01Z-80.0;（车Φ48外圆至总长80mm）G00X100.0;（X向退刀）G00Z100.0M09;（Z向退刀至安全点，冷却液关）M05;（主轴停）M30;（程序结束并复位）```解析：程序采用G99（每转进给）。精加工从右端面开始，按轮廓描述顺序编程。注意圆弧指令G02的用法，以及倒角C2的编程方法（终点坐标计算：X方向48，Z方向从-40再移动-1，即Z-41）。解析：程序采用G99（每转进给）。精加工从右端面开始，按轮廓描述顺序编程。注意圆弧指令G02的用法，以及倒角C2的编程方法（终点坐标计算：X方向48，Z方向从-40再移动-1，即Z-41）。2.数控铣床轮廓精加工程序（FANUC系统格式）：```O0002;G90G94G21G17G40G49G80;（绝对编程，分进给，公制，XY平面，取消补偿）T01M06;（换1号刀，Φ10立铣刀）G54G00X-10.0Y-10.0;（快速定位至工件外部左下角下刀点）M03S2000;（主轴正转）G43H01Z50.0M08;（建立刀具长度补偿至安全高度，冷却液开）Z5.0;（下刀至慢速下刀高度）G01Z-5.0F100;（慢速下切至深度5mm）G41G01X0Y0D01F300;（建立左刀补，移动至轮廓起点(0,0)）Y60.0;（加工左侧边）X80.0;（加工上侧边）Y0;（加工右侧边）X0;（加工下侧边）G40G01X-10.0Y-10.0;（取消刀补，退回工件外部）G00Z50.0M09;（提刀至安全高度，冷却液关）G91G28Z0;（Z轴返回参考点）G28X0Y0;（X、Y轴返回参考点）M05;（主轴停）M30;（程序结束）```解析：采用G90绝对编程。程序起始点（X-10，Y-10）位于工件轮廓外部，确保下刀安全。在直线移动至轮廓起点(0,0)的过程中建立左刀补（G41）。D01中存储刀具半径值5mm。轮廓加工完毕后，在直线移动退出轮廓的过程中取消刀补（G40），再提刀。解析：采用G90绝对编程。程序起始点（X-10，Y-10）位于工件轮廓外部，确保下刀安全。在直线移动至轮廓起点(0,0)的过程中建立左刀补（G41）。D01中存储刀具半径值5mm。轮廓加工完毕后，在直线移动退出轮廓的过程中取消刀补（G40），再提刀。六、计算与分析题1.解：(1)系统脉冲当量δ=丝杠螺距/（伺服电机每转脉冲数）=(2)U10.0表示X轴直径方向移动10.0mm（增量）。在数控车床中，X轴坐标通常为直径值。因此，刀具在X轴半径方向的移动距离为Δ=所需脉冲数N由于脉冲数为整数，系统实际会发出2083或2084个脉冲，此处按理论计算。进给速度F0