《数控技术第3版》-(习题解答)机工版

数控技术第三版章节练习答案

第一章绪论

1.1数控机床的工作流程是什么？

答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。

数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工

1.2数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？

答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床木体组成

输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印

数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑

判断和输入输出控制等功能。

伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。

测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。

机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。

1.3.什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？

答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。如：数控钻床、

数控键床和数控冲床等。

（2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的正确定位，又要控制两相关点

之间的位移速度和路线。b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。

如：简易数控车床和简易数控铳床等。

（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给

速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、

曲面加工。

1.4.数控机床有哪些特点？

答：a.加工零件的适用性强，灵活性好：b.加工精度高，产品质量稳定：c.柔性好：d.自

动化程度高，生产率高；e.减少工人劳动强度；f.生产管理水平提高。

适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等

1.5.按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？

答：（1）开环控制的数控机床：

其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.

通常采用降速齿轮；d.价格低廉，精度及稳定性差。

（2）闭环控制系统；

其特点：a.反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b.主要检测机床工

作台的位移量：c.精度高，稳定性难以控制，价格高。

（3）半闭环控制系统：

其特点：a.反馈信号取自于传动链的旋转部位；b.检测电动机轴上的角位移：c.精

度及稳定性较高，价格适中。应用最普及。

第二章数控加工编程基础

1数控编程是指从零件图样到制成控制介质的全部过程

手工编程的内容：分析零件图样、确定加工工艺过程、数直计算、编写零件加工程序、

制作控制介质、程序校检和试切削

2数控编程的方法及特点

手工编程：用人工完成程序编制的全部工作，对于儿何形状较为简单，数值计算比较简

单的，程序段不多采用手工编制容易完成

自动编程：程序编制的工作的大部分或全部都由计算机来完成。

3.什么是“字地址程序段格式”，为什么现代数控系统常用这种格式？

答：字地址程序段的格式：NxxGxxXxxYxxZxxSxxFxxTxxMxx；特点是顺序自由。

地址字符可变程序段格式。程序段的长短，字数和字长都是可变，字的排列顺序没有严格要

求。这种格式的优点是程序简短、直观、可读性强、易于检验和修改。

4.数控机床的X、Y、Z坐标轴及其方向是如何确定的？

答：Z坐标：规定平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z坐标，取决于远离工件的方向为正

方向

X坐标：规定X坐标轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面

Y坐标：Y坐标垂直于x、y坐标。在确定了x、z坐标正方向后，可按右手定则确定y坐

标的正方向

5.机床坐标系与工件坐标系的关系：

工件坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐下轴相平行，方向也相同，但原点不同。

在加工中，工件随夹具在机床上安装后，要测量的工件原点与机床原点之间的坐标距

离成为原点偏置…这个偏置值需预读到数控系统中。在加工时，工件原点偏置值便能

自动加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值。

6.准备功能G代码：使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。

辅助功能M代码：控制机床辅助动作的指令，主要用作机床加工时的工艺性指令。

7.MOO.MOKM02、M30指令各有何特点?如何应用?

答：M00：暂停；

M01：选择性的暂停

M02：复位性加工程序结束，用于数控机床；

M30：复位性加工程序结束，并返回程序起点。用于加工中心。

应用略

8.F代码：为进给速度功能代码，它是续效代码，用来指定进给谏度

S代码：为主轴转速功能代码，，它是续效代码，用来指定主轴的转速。

T代码：为刀具功能代码，该指令用以选择所需的刀具号和补刀号。

9.G90X20Y15与G91X20Y15有什么区别?

答：G90为绝对坐标

G91为增量坐标即相对坐标。

10.G00-快速点定位指令：使刀具从当前位置以系统设定的速度快速移动到坐标系的另一

点。它只是快速到位，不进行切削加工，一般用作空行程运动。

G01一直接插补指令：该指令时直线运动控制指令，它使刀具从当前位置以两坐标或者

三坐标联动方式按指定的F进给速度做任意斜率的直线运动到达指定的位置。该指令•般

用作轮廓切削

G02一圆弧插补指令：G02表示顺时针圆弧插补：

G03衣示逆时针圆弧插补。

11.G41、G42、G43、G44的含义如何?试用图说明。

答：G40表示注销左右偏置指令，即取消刀补，使刀具中心与编程轨迹重合。

G41：刀具左偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边，如图1示:

G42：刀具右偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边，如图1示;

G40：取消刀补，使刀具中心与编程轨迹重合。G40必须与G41、G42指令配合使用；

G43：正偏置，执行G43时，Z实际值=Z指令值+(H--),如图2(a)左所示。

G44：负偏置，Z实际值=2指令值-(H-),如图2(b)左所示。。

轮廓线

指令瞥实际螃点

实际到达点指令值点

7777

M2

图1刀具半径补偿方向判别图2刀具长度补偿

13.零件的加工路线是指数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和

运动方向。

加工原则：1应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。2应尽量缩短加工路线，减

少刀具空程移动时间。3应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

15.什么是对刀点、刀位点和换刀点？

答：①对刀点：是指数控机床上加工零件时，刀具相对与工件运动的起点。也称为程序起点

或起刀点。

②换刀点：是指刀架转位换刀时的位置。可以是某一固定点(如加工中心机床，其换刀

机械手的位置是固定的)，也可以是任意设定的一点(如车床),应设在工件或夹具的外部。

③刀位点：用于表示刀具在机床上的位置。

17.什么是基点？什么是节点？

答：基点：是指组成零件轮廓曲线的各几何元素(如直线、圆弧、二次曲线等)间的连接点。

节点：是指当利用具有直线插补功能的数控机床加工零件的曲线轮廓时;任一轮廓的曲

线均用连续的折线来逼近。此时，根据编程所允许的误差，将曲线分割成若干个直线段，其

相邻两直线的交点。

18.试编制精车如图1所示零件的加工程序。

答：

01001G01Z-14.F.2

T0101X40.Z-39.

M03S600Z-52.

G00X42.Z2.G00X50.Z20.

G00X32.M30

19.铳削如图2所示轨迹，起刀点为A,沿A—B—C切削，试用绝对坐标和增量坐标方式编

程。

答：

01002G03X140.Y100.R60.

G54G02X120.Z60.R50.

M03S1200G00Z5.

G00X0Y0Z50.G00X0Y0Z50.

G00X200.Y40.M30

第三章数控加工程序的编制

3.1数控车床的编程特点：

1）1在一个程序段中，根据图样标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或者

混合编程。

2）2直径方向用绝对值编程时，X以直径值表示：用增量值编程时，以径向实际位

移量的二倍值表示。

3）3为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半

4）4数控装置常具备不同形式的固定循环功能，可进行多次重复循环切削。当编制圆

头刀程序是，需要对刀具半径进行补偿

5）许多数控车床用XZ表示绝对坐标指令；用UW表示增量坐标指令，而不用G90

G91指令。

6）第三坐标指令IK在不同的程序段中左右也不相同。IK在圆弧切削时表示圆心

相对圆弧的起点坐标位置。

3.2车削固定循环功能：由于车削毛坯多为棒料和铸锻件，因此车削加工多为大余量多次进

给切除，所以在车床的数控装置中总是设置各种不同形式的固定循环功能。

常用指令：I柱面循环指令2锥面循环指令3简单螺纹循环指令4复杂螺纹循环指

令5复合式粗车循环指令。

第四章计算机数控装置

1.CNC系统的组成：数控程序、输入输出设备、CNC装置、可编程控制器、主轴驱动装置

和进给驱动装置。核心是CNC装置。

2.CNC装置软件由管理软件和控制软件组成。

3.CNC装置的功能：1控制功能2准备功能3插补功能4固定循环加工功能

5进给功能6主轴功能7辅助功能8刀具功能9补偿功能10显示功能

11通信功能12自诊断功能

4.单微处理器与多微处理器的结构区别：单微处理机在CNC的装置中，只有•个中央处

理器，采用集中控制，分时处理数控的每项任务。

5.单微处理机结构的CNC装置有哪几部分组成？其I/O接口的功能和任务分别是什么？

答：由CPU（微处理器）、存储器、总线、I/O接口、MDI接口、CRT或液晶显示接口、PLC

接口、主轴控制、通讯接口等组成。

I/O接口主要功能：缓冲功能，选择功能（内部、外部的选择），中断功能，转换功能（A/D、

D/A转换），数据宽度变换功能，通讯功能。

6.比较共享总线型结构CNC装置和共享存储结构CNC装置的工作特点及优缺点？

答：I）共享总线型：以总线为中心，各模块工作时，仅有一个模块可占用总线，多个请求

时由总线仲裁器来裁决。

a.将各个功能模块划分为主模块和从模块。带有CPU和DMA器件的各种模块称为主

模块，其余如存储器模块，I/O模块为从模块。

系统中只有主模块有权使用系统总线，而每个主模块按其担负任务的重要程度预先安排

好优先级别的高、低顺序。

b.总线裁决方式有两种：串联方式和并联方式。

串联方式中，优先权的排列是按链位置决定的；

并联方式中配有专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编码方式。

c.该结构优点：结构简单，系统配置灵活，扩展模块容易。缺点是总线一旦出现故障，

整个系统受影响。

（2）共享存储器结构：以存储器为中心，各模块工作时，通过优先接受使用请求，使

用完成要撤消，释放存储器。

缺点：由于同一时刻只能有一个微处理器对多端口存储器进行读或写，所以功能复杂而

要求增加微处理器数量时，会因争取共享而造成信息传送的阻塞，降低系统效率，且扩展较

困难。

7.CNC软件结构的特点：多任务并行处理和多重实时中断

8.CNC装置软件采用的并行史理方法有哪几种？这些方法是如何实现并行处理的？

答：并行处理的方法有：资源共享、资源重曳和时间重叠。

资源共享是根据“分时共享”的原则，使多个用户按时间顺序使用一套设备。

时间重叠是根据流水线处理技术，使多个处理过程在时间一相互错开，轮流使用一套设

备的几个部分。

资源近复是通过增加资源（如多CPU）提高运算速度。

9.CNC装置中的中断结构模式：1中断型结构模式2前后台型结构模式

中断型结构模式：除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块分别安排在不同级别

的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统。

前后台型结构模式：是•个中断服务程序，完成全部实时功能。后台程序是•个循环程序，

它包括管理软件和插补准备程序。后台程序运行时实时中断程序不断插入，与后台程序相

配合，共同完成零件加工任务。

12.为什么要对G代码、M代码分组？分组的原则是什么？

答：通常依据G或M指令功能相近的原则将G、M指令进行整理分组，且每组含有若干G代

码，把不能同时出现在一个程序段的G代码（M代码）归为•组。如将GOO、GOKG02和G03

归为一组,M07、M08和M09归为一组。

（2）G代码、M代码分组的目的：

可以减少计算机内存容量，提高数控系统内存资源的利用率：还能方便查出编程错误

14.何谓刀具半径补偿？其执行过程如何？

答：刀具刀位点与刀具进行加工时位置有误差。

刀具半径补偿的执行过程分为三步：

（1）刀补建立：即刀具从起点出发沿直线接近加工零件，依据G4I或G42使刀具中心

在原来的编程零件轨迹的基础上伸长或缩短•个刀具半径值.

(2)刀补进行：刀补指令是模态指令。在轨迹转接处，采用圆弧过度或直线过渡。

(3)刀补撤销：与刀补建立时相似，在轨迹终点的刀具中心处开始沿•直线到达起刀

点起刀点与刀具中心重合，刀补被撤销。

第五章数控装置的轨迹控制原理

1.插补：就是按照进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间算出若干终点间的坐标值。插

补算法有两类：1脉冲增量插补；2数据采样插补。

2.逐点比较法：数控装置在控制刀具按要求的轨迹移动过程中，不断比较刀具与给定轮廓

的误差，由此误差决定下一步刀具移动的方向，使刀具向减少误差的方向移动，且只有一

个方向移动。

4个节拍：第一节拍一偏差判别第二节拍一进给第三节拍一偏差计算第四节拍一终

点判别

3.设欲加工第一象限直线0E,终点坐标为乙=4,尤=6,试用逐点比较法对直线OE

进行插补，并画出插补轨迹。

答：略

5.设AB为第一象限逆圆弧,起点A(6,0),终点B(0,6),试用逐点比较法对圆弧AB进行

插补，并画出插补轨迹。

答：略

8.逐点比较插补法是如何实现的？

答：每次仅向一个坐标输出脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判别

偏差点的顺时坐标同规定的加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方

向。每一个插补循环都是由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别组成。

9.试述DDA插补原理。

答：是利用数字积分的方法，当两个积分将根据插补时钟进行同步累加时，溢出脉冲

分别控制相应坐标轴运动，根据插补循环数是否等于2n或坐标进给步数判断插补是否完成。

17.脉冲增量插补的进给速度控制常用哪些方法？

答：常用的方法有：软件延时法和中断控制法。

(1)软件延时法

由编程进给速度F可求出要求的进给脉冲频率f；从而得到两次插补运算时间的时间间

隔I，它必须大于cpu执行插补程序的时间t出，因此，t跄=1-1%可以编写一个延时子程序来

改变进给速度。

(2)中断控制法

根据编程进给速度计算出定时器/计数器的定时时间常数，以控制叩u中断。在中断服

务中进行一次插补运算并发出进给脉冲，cpu等待下一次中断，如此循环。

18.加减速控制有何作用？有哪些实现方法？

答：前加减速控制：进对编程速度F指令进行控制。优点：不会影响实际插补输

出的位置，但须预测减速点，计算量较大。

后加减速控制：分别对各运动轴进行加减速控制，固不必预测减速点，而是在插补输出

为零时才开始减速，经过•定的延时逐渐靠近终点。当在加减速过程中对坐标合成位置有影

响。

第六章数控机床的伺服系统

1.数控机床对伺服系统有哪些要求？

答：a.精度高。即定位精度和重复定位精度高：b.快速响应特性好（跟踪精度高，跟随误差

等）；c.调速范围宽（恒转矩：1：100〜1000,恒功率：1：10〜100）d.具有足够的传动刚

性和高的速度稳定性。即具有优良的静态与动态负载特性：e.稳定性好（抗干扰能力强，可

靠性好）；f.低速大转矩。

2.数控机床的伺服系统有哪几种类型？各自有何特点？

答：按控制理论和有无位置检测反馈环节分为：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制

系统。其特点略。

3.步进电机步距角的大小取决于哪些因素？

答：步进电机步距角a与定子绕组的相数m、转子的齿数z、道电方式k有关，可用下式表

360°

小：a=-------;式中，m相in拍时，k—I；in相2nl拍时，k=2。

nizk

6.如何提高开环系统的伺服精度？

答：步距角是决定开环伺服系统脉冲当量的重要参数，0越小，加工精度越高。

静态步距误差是指理论的步距角和实际的步距角误差。

影响步距误差的因素主要有：①步进电机齿距制造误差；②定子和转了•间气隙不均匀：

③各相电磁转距不均匀。

7.数控机床对检测装置有哪些要求？

答：①工作可靠、抗干扰能力强；②使用维护方便，适用机床的工作环境；③满足精度、速

度和工作行程的要求：④成本低、寿命长；⑤便于与伺服系统的连接。

8.简述旋转变压器两种不同工作方式的原理。

答：鉴相方式和鉴幅方式。

9.莫尔条纹的特点有哪些？是否在光栅的信息处理过程中倍频数越大越好？

答：①放大作用（莫尔条纹的间距对光栅栅具有放大作用）

8=W7（2sin-）=W/（2x_）=W/6式中，B为莫尔条纹间距，W为栅

22

距，0为线纹交角。由此，B可以通过改变。的大小来调整。

②平均效应：对光栅栅距局部误差具有误差平均作用。

③莫尔条纹的移动量，移动方向与指示光栅的位移量、位移方向具有对应关系。

在光栅的信息处理过程中倍频数越大要求传感器精度越高，实现越困难。

第七章数控机床的机械结构

5.数控机床的主轴准停装置的作用？

答：换刀和精确控制刀具的转动角度。在链削加工和螺纹加工时能实现精确控制。

6.数控机床对进给运动系统有哪些要求？

答：a.高的精、动刚度及良好的抗振性能：

b.良好的热稳定性；

减少热变形主要从两个方面考虑：

①对热源采取液冷、风冷等方法来控制温升：

②改善机床结构，即a、使热变形发生在非敏感方向上；b、在结构上尽可能减少零件

变形部分的长度，以减少热变形总量；c、尽量设计对称结构；虫采用热平衡措施和特殊的

调日元件来消除或补偿热平衡。

c.高的运动精度和低速运动的平稳性；

d.充分满足人性化要求。

7.滚珠丝杆如何预紧？

答：滚珠丝杠副的预紧滚珠丝杠螺母副的预紧是通过改变两个螺母的相对位置，使每个螺

母中的滚珠分别接触丝杠滚道的左、右两侧而来实现的。

a、双螺母垫片式预紧；b.双螺母螺纹式预紧；c.单螺母变导程自预紧。

9.数控机床的导轨副有哪些形式？

答：机床上常用的导轨，按其接触面间的摩擦性质的不同，可分为三大类：

(1)滑动导轨

(2)滚动导轨

(3)静压导轨

数控机床导轨副有哪些特点？

答：(1)导向精度高

(2)耐磨性能好

(3)足够的刚度

(4)低速运动的平稳性

(5)结构简单、工艺性好。

第八章数控机床的故障诊断

1.简述故障及故障诊断的一段定义。

答：(1)系统可靠性：是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

(2)故障：是指系统在规定条件下和规定时间内爽失r规定的功能。

2.根据数控机床的故障频率，整个使用寿命期大致可以分为哪三个阶段？它们各自有什么

特点？

答：根据数控机床的故障频率，整个使用寿命期大致可以分为三个阶段：初期运行期、有效

寿命期和衰老期。其中，有效寿命期故障率最低。

4.数控机床的故障诊断常用的方法有哪些？

答：（1）常规分析法

常规分析法是对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查，以此来判断故障发生原

因的一种方法。

（2）动作分析法

动作分析法是通过观察、监视机床实际动作，判定动作不良部位并由此来追溯故障根

源的一种方法。

（3）状态分析法