数控复习题及答案

联系环节,是数控机床的重要组成部分

18．步进电机：将电脉冲转变成机械角位移的装置

19．莫尔条文：光栅检测装置工作时，当指示光栅与标尺光栅相对运动时，会产生与光栅线

垂直的横向的明--暗--明变化的条纹，该条纹为莫尔条纹。摩尔条纹的移动距离与光栅的移动距离成比例，光栅横向移动一个节距ω，摩尔条纹正好沿刻线上下移动一个节距W，或者说在光栅刻线的某一位置，摩尔条纹明--暗--明变化一个周期。 20．栅距：光栅每两条刻线之间的距离。

21．MDI：manual data input，手动数据输入。

22.对刀点、换刀点、机床参考点、机床原点、工件原点 工件坐标系的原点就是工件原点，也叫做工件零点

机床原点：是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时

就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。 机床参考点：是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。 对刀点：是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。

换刀点：是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。换刀点往往设在工件的外部，以能

顺利换刀、不碰撞工件和其他部件为准。

23．控制轴数: CNC最多可以控制多少坐标轴（包括直线轴和回转轴）

24．联动轴数 : CNC可同时控制且按一定规律完成一定轨迹插补的协调运动的坐标轴数 25．APT语言:是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动进行定义时所用的

一种接近于英语的符号语言，将该源程序输入计算机，经编译产生数控加工程序。 26．刀具半径补偿:按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控装置能实时自动生

成刀具中心轨迹的功能。

27．伺服电动机:为数控伺服系统的重要组成部分，是速度和轨迹控制的执行元件 28．步进电机:将电脉冲转变成机械角位移的装置

29．环形分配器：根据指令方向，依次产生步进电机的各相的通电步骤，分为硬件环分、软

件环分两种。

30：最高启动频率：空载时，步进电机由静止突然启动，并不失步的进入稳速运行，所允许

的启动频率的最高值为最高启动频率

31．最高工作频率：步进电机工作频率连续上升时，电动机不失步运行的最高频率称为最高

工作频率

32．矩频特性：在连续运行状态下，步进电机的电磁力矩随频率的升高而急剧下降，这两者

的关系称为矩频特性

33．位置测量装置：是由检测元件（传感器）和信号处理装置组成的。作用：实时测量执行

部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。

34．脉冲编码器：是一种旋转式脉冲发生器，能将机械转角变换成电脉冲，可作为位置检测

和速度检测装置。是数空机床上使用最多的检测装置

35．基准脉冲：或称零点脉冲，它由圆光栅盘产生，可以作为坐标原点的信号，车削螺纹时

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作为刀点的信号。 36．葛莱循环码：针对普通二进制编码盘容易产生非单值性误差这一缺点进行改进的一种编

码方式，使得相领两个数码之间只有一位变化，限制了非单值性误差。

37．管理程序:主要是对CNC系统的各项数控功能与零件加工过程的进行管理的程序，包括

输入、I/O处理、显示、诊断等。 38．前台程序(实时中断服务程序): 数控软件系统的核心，承担几乎全部实时功能如插补运

算、位置控制、故障诊断

39后台程序(背景程序): 完成插补前的准备工作和调度管理，如显示、插补预处理、程序

编辑。 40．中断型软件结构 :指除了初始化程序外，整个控制程序分成若干各不同级别的中断服务

程序。所有的各种功能子程序均被安排成级别不同的中断程序，管理功能主要通过各级中断程序之间的相互通讯来解决。 41．逐步比较插补法:是通过逐点比较刀具与所加工曲线的相对位置，确定刀具的进给方向，

以加工出所需的零件廓形。可以用一个插补循环所包括的四个节拍描述插补过程。 42.数字积分插补：用数字积分的方法计算刀具沿各坐标轴的移动量，从而使刀具沿着设定的曲线运动。

43．资源分时共享：插补、伺服输出与译码、预处理分时共享（占用）CPU，以完成多任务并行处理。

44．并行处理：CNC装置的管理和控制的某些任务必须同时执行。

45．控制程序：主要是对CNC系统的各项数控功能与零件加工过程的控制的程序，包括译码、刀具补偿、速度控制、插补、位置控制等

46．自动编程：用数控语言编写零件源程序输入计算机。计算机对源程序进行计算处理和后

置处理，最后自动产生具体机床的加工程序单，这个过程称为自动编程。

47．手工编程：全部或主要由人工进行，广泛采用于简单的点位加工及直线与圆弧组成的轮

廓加工中。 但对复杂零件编程计算繁琐、程序量大、 费时且易出错。

48．数字采样（增量）插补：插补程序每调用一次，算出坐标轴在一个周期中的增长段（不是脉冲），得到坐标轴相应的指令位置，与通过位置采样所获得的坐标轴的现时的实际位置（数字量）相比较,求得跟随误差。位置伺服软件将根据当前的跟随误差算出适当的坐标轴进给速度指令，输出给驱动装置。 49．ATC 自动换刀系统 三、问答题

1.什么是开环控制控制系统、半闭环控制控制系统、闭环控制控制系统？它们的区别是什么？

答案：教材P7-8页

开环控制控制系统：没有反馈装置，以步进电机作为执行机构。控制精度低。 半闭环控制控制系统：在伺服电机的输出断或者丝杠轴端装有角位移检测和反馈装置，通过测量角位移来间接测量移动部件的直线位移。控制精度一般。

闭环控制控制系统：在移动部件上直接安装直线位移检测和反馈装置。控制精度较高。

2.简述数控加工工艺设计的原则。 答案详见教材P18-19。 要点： 1. 工序划分：以一次装夹为一道工序、以同一把刀具加工的内容为同一工序、以加

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2.

工部位划分工序、以粗精加工划分工序。 工序的安排：上一道工序的加工不影响下一道工序的加工、先加工内腔再加工外形、同一次装夹或同一把刀具加工工序集中，以减少换刀和定位次数、数控加工工序与普通加工工序的衔接。

3.数控加工工艺设计的具体内容包括哪些？

答案详见教材P19-23。 要点：

1. 确定走刀路线和安排加工工序：寻求最短加工路线、最终轮廓一次走刀完成、选择恰

当的切入切出方式、选择使工件加工后变形最小的路线；

2. 确定定位和夹紧方案：尽量做到设计基准，工艺基准，编程基准统一、尽量使加工工

序集中、避免采用调整时间较长的夹紧方案、夹紧力应落在刚性较好的部位；

3. 选择合适的对刀点：对刀点应使程序编制简单、对刀点应选择在容易找正，便于确定

加工原点的位置、对刀点应选择在加工时检测方便的位置、对刀点的选择应有利于加工精度；

4. 确定合适的切削刀具和切削用量。

1. 什么是机床坐标系、工件坐标系、绝对坐标系和相对坐标系？机床坐标系与工件坐标系

有何区别和联系？

机床坐标系是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。工件坐标系是编程人员在编程中使用的，由编程人员以工件图样上的某一固定点为原点所建立的坐标系。运动轨迹的终点坐标是相对于起点计量的坐标系称为相对坐标。所有坐标点的坐标值均从某一个固定坐标原点计量的坐标系称为绝对坐标系。机床坐标系在机床出厂时就固定不变，并有固定的原点；工件坐标系是由编程人员自己根据实际应用设定的，可以各不相同。但工件坐标一旦设定后，工件坐标系和机床坐标系的位置就确定下来，两者的原点有一个偏移量，工件坐标系的坐标值加上各自的偏移量就得到机床坐标系的坐标值。 2．写出刀具半径补偿的概念、其执行过程、刀具半径补偿的优点以及刀具半径补偿中直线转接过渡的方式。

在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径，刀具中心运动的轨迹并不等于所需

加工的零件的实际轮廓，而是偏移轮廓一个刀具半径值，这种偏移习惯上成为刀具半径补偿。

刀具半径补偿的执行过程一般可分为刀具补偿建立、刀具补偿进行、刀具补偿撤销三步。 刀具半径补偿中，直线转接过渡方式有缩短型，伸长型，插入型。

刀具半径补偿的优点：在编程时可以不考虑刀具半径，直接按图纸尺寸编程。改变刀具时，不必修改程序，只要修改刀补寄存器中的刀具补偿量即可。

可以使粗加工的程序简化，通过改变刀具补偿量，就能实现一把刀具、同一个程序完成不同余量的加工。

3．什么是步进电机的步距角和脉冲当量？一个三相步进电机，转子有40个齿，采用双拍通电方式，其步距角是多少？若该进给系统的齿轮传动比是0.6，滚珠丝杆的导程是4mm，则该进给系统的脉冲当量是多少？

（1） 当数控系统发出一个指令脉冲信号时，步进电机的转子所转的角度，称为步距角；而机床工作台在坐标轴上相应移动的距离，称为脉冲当量。

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（3）步距角 α=360/(m·K·z)= 360/(3X2X40)=1.5. 4）脉冲当量

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δ=α·i·t/360=1.5 X0.6X4/360 =0.01mm.

4．简述脉冲编码器的辨向原理。

脉冲编码器具有DA、DB、DC三个光电元件，其中DA、DB错开９０o相位角安装，当圆盘旋转一个节距时，在光源照射下，就在DA、DB上得到９０o相位差的Ａ、Ｂ两路正弦信号，

信号经放大与整形后，输出为方波，若Ａ相超前Ｂ相时为正方向旋转 若Ｂ相超前Ａ相时为反方面旋转

5．简述光栅测量装置的工作原理及莫尔条纹的特点。

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。

6．下图是步进电机的双电压供电功放电路，请分析电路，画出电机绕组LA的电流波形图，并说明双电压供电功放电路的特点及应用场合。

电流波形图略

绕组的注入电流波形前沿陡，比单电压的好，高频特性好；但在低频时振荡严重，运行平稳性较差

显著特点是功耗较低，高频工作时有较大的转动力，多用于中、大功率的步进电机中。

7．试阐述数控铣床坐标轴的方向及命名规则。

①传递切削力的主轴轴线，垂直于工件装夹面的主轴

为Ｚ轴，正方向为刀具远离工件的方向

②Ｘ轴平行于工件的装夹面且与Ｚ轴垂直工件静止，Ｚ轴水平时，从刀具主轴后端向工件方向看，Ｘ轴正方向向右

工件静止，Ｚ轴垂直时，面对刀具主轴向立柱方向看，Ｘ轴正方向向右

③Ｙ轴：

Ｘ、Ｙ轴正方向确定后，用右手笛卡儿坐标(右手)法则确定Ｙ轴正方向 8．什么是对刀点？其功用是什么？选择对刀点的原则是什么？

对刀点是数控加工时刀具相对零件运动的起点，也是程序的起点。

其功用是为了确定机床坐标系与工件坐标系之间的相互位置关系。( 选择的原则是：对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上；也可以在零件或夹具上，但都必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系；并考虑方便编程和校正。 9．工件原点的选择原则 10．阐述对刀的实质

11 阐述PWM直流调速系统中H型（T型）开关电路的工作原理。

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