1、1第一章 概论1 什么是计算机数控技术？（CNC）计算机数控技术是利用计算机采用数字指令信号对机电产品或设备进行控制的一种自动控制技术2 与传统机床相比,数控机床具有哪些特点?自动化程度高，加工精度高，生产率高，对工件的适应性强，有利于生产管理信息化3 数控机床的发展趋势如何？ 智能化、开放化、网络化、高速化、精密化、复合化4 什么叫工件坐标系？在数控加工中，工件坐标系与机床坐标系有何关系？工件坐标系是为编程人为设定的坐标系. 工件坐标系各轴要与机床坐标系平行,加工工件时,通过对刀实现工件坐标系与机床坐标系重合. 5 数控机床按伺服系统控制方式可分成哪几类?各有什么特点?分类:开环控制数控机床
2、 特点：机床结构简单，成本低，但加工精度低；闭环控制数控机床 机床加工精度高，但结构复杂，成本高；半闭环控制数控机床 机床加工精度、结构复杂程度、成本适中。6 数控机床按运动轨迹控制方式可分成哪几类?各有什么特点?分类:点位控制数控机床 特点：CNC 系统无插补器，可实现定位精度、定位时间、移动速度，对运动轨迹无精度要求；连续控制数控机床 这类机床带有插补器，以精确实现各种曲线或曲面的加工。7 如何确定立式数控铣床坐标系的各轴?Z 轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；X 轴：位于与主轴垂直的平面内，由刀具向立柱看，X 轴的正向指向右边；Y 轴：由确定的 X 轴、Z 轴，按右手定则来确定
3、。8 如何确定立式数控车床坐标系的各轴?2Z 轴：平行于主轴，远离工件的运动方向为正方向；X 轴：垂直主轴轴线且平行于横向滑板，使刀具远离工件的方向为 X 轴的正向；8 什么是数控机床？它由哪些部分组成？答：数控机床是一种利用数控技术，准确按照事先安排的工艺流程，自动实现规定动作的金属加工机床。它由输入介质、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等部分组成。题型变换：数控机床的输入介质是指（ ）光电阅读机 穿孔机穿孔带、磁带和软磁盘 零件图纸和加工程序单9 用框图说明一般数控机床的工作原理。答：数控机床的工作原理如图 1-1 所示。首先将零件图纸的形状、尺寸和技术条件、加工工艺等按照规定的格式和代
4、码，记录在输入介质上（例如穿孔带、磁带和软磁盘等） ，并输入数控装置。数控装置由输入、信息处理和输出三部分构成。输入介质通过输入单元（例如光电读带机）后，转换成可以识别的信息，由信息处理单元加以处理，再通过输出单元发出位置、速度等指令（脉冲信号）给伺服系统。伺服系统的作用是将来自数控装置的各种指令，转换成机床移动部件运动。反馈系统再将机床的实际位置、速度等参数检测出来，转换成电信号，输送到数控装置，使数控装置能够校核该机床实际位移情况是否与指令一致，并发出指令纠正所产生的误差。图 1-1对于一些高效率和加工精度较高的数控机床还有适应控制系统，以补偿加工环境参数的变化。题型变换：数控机床的数控装
5、置包括（） 。光电读带机和输入介质 步进电机和伺服系统输入、信息处理和输出单元 位移、速度传感器和反馈系统10在数控机床的编程时，一般假定 刀具 相对于静止 工件 运动的原则。位置指令速度指令位置检出速度检出输入介质 数据装置 伺服系统 机 床反馈装置311 数控机床的机械结构与普通机床相比，有何特点？答：数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，与普通机床相比，应该具有更好的刚性和抗振性，相对运动面的摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小。12 简述机床数控系统的工作原理和组成部分。答：机床数控系统在输入某种介质载有的、以规定格式记录的指令后，能自动译解指令，并使所控制的机床执行指令，有时还能监
6、控其执行结果，以保证得到要求的精度和功能。机床数控系统一般由输入介质、数控装置和伺服系统构成。对于较高级的机床数控系统还包括反馈系统和适应控系统。13 机床数控系统的类型很多，根据伺服系统来分类，可分为 开环控制系统 、 闭环控制系统 和 半闭环控制系统 。根据运动方式来分类，可分为 点位控制系统 、 点位/直线控制系统 和 连续控制系统 。根据坐标值的表示方式可分为 增量 坐标控制系统和 绝对 坐标控制系统。14 什么叫脉冲当量？它影响数控机床什么性能？它的值一般为多少？答：相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量，又称作最小设定单位。它的大小视机床精度而定，一般为 0.010.
7、0005cm。脉冲当量影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。题型变换一：数机床的最小设定单位又称作 脉冲当量 。 题型变换二：脉冲当量是（） 。相对于每一脉冲信号，传动丝杠所转过的角度相对于每一脉冲信号，步进电机所回转的角度脉冲当量乘以进给传动机构的传动比就是机床部件位移量对于每一脉冲信号，机床运动部件的位移量题型变换三：脉冲当量的值取得越 小 ，加工精度越 高 。15 开环控制系统中，多采用 步进电机 作为伺服电机。16 闭环控制系统的反馈装置（） 。装在电机轴上 装在位移传感器上装在传动丝杠上 装在机床移动部件上17 闭环系统比开环系统及半闭环系统（） 。稳定性好 故障率低
8、 精度高 精度低10 点位控制系统（） 。必须采用增量坐标控制方式 必须采用绝对坐标控制方式4刀具沿各坐标轴的运动之间有确定的函数关系仅控制刀具相对于工件的定位，不规定刀具运动的途径18 DNC 系统是指（） 。适应控制系统 群控系统 柔性制系统 计算机数控系统题型变换二：AC 控制是指（） 。闭环控制 自动化工厂 群控系统 计算机集成制造系统19加工中心是指（）柔性制造单元 FMC 分布式 DNC 系统适应控制系统 自动换刀数控机床20 近年来数控系统发展很快，数控机床进给速度已从 35m/min 增加到 1530m/min ，而最小设定单位已从 0.001mm 减少到 0.0001mm 。
9、第二章 CNC 系统的基本原理1数控机床的 CNC 系统由哪几部分组成?输入/输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器、强电控制部分、主轴调速驱动单元及主轴电机、进给伺服驱动单元及进给电机、辅助装置电动执行器、位移与速度检测装置。2在 CNC 中，何谓插补？有哪两大类插补算法？插补是根据给定的刀具运动轨迹和进给速度,采用适当的计算方法,在运动的起点和终点之间,计算出满足预定要求的中间点及其坐标. 基准脉冲插补,数据采样插补9 在数控加工中，刀具位置补偿的作用和原理是什么？ 原理：数控系统的刀具位置补偿功能是指利用两把刀具位置坐标的差作为位置的补偿值，对刀具的运动轨迹进行坐标变换（坐标平移）
10、，使两刀具的位置等同，可共用相同的程序对零件进行相同的加工。作用：数控系统具有刀具位置补偿功能，尽管各刀具的位置不同，我们可以按任一把刀具编程。用另外刀加工时，只要将该刀具与编程刀具位置的补偿值存入指定的寄存器，使用系统的位置补偿功能，都可用该程序加工出要求零件。达到简化编程的目的 3 工业控制计算机与通用计算机相比，有什么显著特点？5答：根据数控机床的特殊要求，它具有两个显著特点：（1）高可靠性：工业生产一般要求 CNC 系统具有很强的抗干扰能力，能在比较恶劣的环境中可靠地工作，要求 CNC 系统具有较高的平均无故障率和很短的修复时间。（2）编程简单，操作方便。以方便用户使用。4机床 I/O
11、 控制部分根据机床与微机之间传送信息形式的不同，I/O 控制被划分为 数字量 I/O 、 开关量 I/O 和 模拟量 I/O 三种。5 在数控加工中，何谓刀补？在编程时,将刀具简化为刀位点,用零件本身轮廓进行编程,但要将实际刀具的参数测量出来并输入给 CNC 装置,再在程序中适当位置调用补偿指令,CNC 装置就会根据程序的刀补值自动调整刀位点的运动轨迹,使刀位点的运动轨迹相对编程轨迹产生偏移,这个偏移恰好能加工出要求的零件轮廓,这个过程称为刀补.6 刀具补偿功能包括 刀补建立 、 刀补进行 和 刀补撤消 三个阶段。7 数控铣床（车床）的刀具补偿功能分为哪两种8 数控机床对伺服驱动系统有哪些要求
12、？答：有以下要求；(1) 调速范围宽并有良好的稳定性，尤其是低速时的平稳性；(2) 负载特性硬，即使在低速时也应有足够的负载能力；(3) 动态响应速度快；(4) 高的位移情度；(5) 能够频繁地启动；9 三相步进电机为什么常采用三相六拍驱动方式，而很少采用三相三拍驱动方式？答：三相三拍驱动时，三相绕组是按 ABCA或 ACBA的顺序通电，而三相六拍驱动方式是按 AABBBCCCAA顺序通电（或相反方向）。由于三相六拍制在转换时始终保持有一相线圈通电，故其工作稳定性好，而且步距角比三相三折驱动方式缩小了一半，可以提高位置精度。10 步进电机的主要特点是什么？答：步进电机的主要特点是：(1) 输出
13、转角大小与输入脉冲数严格成比例，即每输入一个脉冲，电机转子相应转动一步，且在时间上与输入脉冲同步。(2) 电机转子转速随输入信号的脉冲频率而变化。改变输入脉冲频率，即可实6现平滑的无级调速，且调速范围相当宽。(3) 借助控制线路，易于获得正反转、间歇运动等特殊功能。(4) 转子的转动惯量小，启动、停止时间短。一般在信号输入几毫秒或几十毫秒后，即能使电机转动或达到同步转速。信号切断后，电机立即停止转动。(5) 输出转角精度高，无累积误差。(6) 步进电机的工作状态对各种干扰因素不敏感。由于步进电机具有上述特点，故在数控机床中得到广泛应用，而且是唯一能以开环结构用于数控机床的电动机。11步进电动机
14、驱动器电路由 环形脉冲分配器 、 功率放大器 构成。12 步进电机转子有 80 个齿，采用三相六拍驱动方式，经丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，丝杠的导程为 5mm，工作台移动最大速度为 6mm/s。求：(1)步进电机的步距角 =？(2)工作点的脉冲当量 ？(3)步进电机的最高工作频率 ？f解：(1) 75.082360mkz(2) 丝杠导程步距角/360=50.75/360=0.01(mm/脉冲)(3) (601./Hzvf13三相六拍运行的步进电机采用单双相轮流通电控制方式，即 m=3, 。2k转子齿数 ，频率 500HZ。50Zf电机正转时的通电顺序：AABBBCCCAA 电机反转时的
15、通电顺序：AACCCBBBAA根据步距角计算公式： 25036mZk根据转速计算公式： （转/分）)fn14 对于一个设计合理，制造良好的带位置闭环控制系统的数迭机床，可达到的精度由（）决定。机床机械结构的精度 检测元件的精度计算机的运算速度 驱动装置的精度7题型变换：对于一个设计、制造良好的位置闭环控制系统，可达到的精度以 的精度为极限。答：系统所采用的检测元件15 数控机床常用的位置检测元件有光栅、感应同步器、磁栅等，这些传感器的特点是 检测范围较大 、 易于实现测量信号数字化 和 测量精度高 。题型变换：举出 23 种数控机床常用的位置传感器，并说明它们的主要特点？答：常用的位置传感有光
16、栅、感应同步器、光电编码盘等等。它们的特点是：检测范围较大，易于实现测量信号数字化，测量精度高。16在检测装置直线光栅中，莫尔条纹宽 W、栅距 P、两光栅尺线纹夹角 三者之间存在关系 。17 数控机床的光栅检测装置用于测量工作台运动的 位移 、 速度 和 方向 。18 数控机床伺服系统是以（）为直接控制目标的自动控制系统。机械运动速度 机械位移 切削力19 伺服系统的输入是 插补器发出的指令脉冲 ， 输出是直线或转角位移 。20 数控机床对伺服系统的基本设计要求是（） 。精确度高 稳定性好 电机负载特性好准确的位置检测 具有快速响应特性 可靠性好21 闭环控制伺服系统一般由 、 、 等部分组成
17、。答：位置检测元件 取得位置偏差的比较环节 以位置偏关工业区输入的伺服电机调速系统22 设 X-Y 工作台由步进电机直接经丝杠螺母副驱动，丝杠螺距为 5mm，步进电机步距角为 1.5/3，工作方式为三相六拍工作台最大行程为 400mm。求：(1) 系统的脉冲当量；(2) 微机发出的脉冲总数是多少？答：(1) (mm)0283.5.136(2) (步) 194/Ln脉 冲 数 5.13604第三章 数控机床的机械结构1（）数控机床进给传动机构中采用 滚珠丝杠的原因主要是为了提高丝杠精度。82（）数控机床为了避免运动件运动时出现爬行现象，可以通过减少运动件的摩擦来实现。第四、五章 数控机床的程序编
18、制1 数控机床上常用的编程方法有哪些？答：由零件图纸给出零件形状和尺寸时，采用的编程方法有手工编程和自动编程两大类。由无尺寸的图形或实物模型给出零件形状和尺寸时，采用数字化技术编程或实物编程。题型变换一：数控机床的程序编制方法可分为 手工编程 和 自动编程 两大类。题型变换二：由无尺寸图形或实物模型给出零件形状和尺寸时，需采用 数字化技术 编程。2 手工编程方法有什么优缺点，适用于什么情况？答：手工编程是用人工编写零件程序。对于几何形状较为简单的零件，计算工作量较少，程序又不长，用手工编程比较经济而及时。零件轮廓复杂和加工工序较长时，使用手工编程既繁琐又费时，且易出错，常会出现编程工作跟不上数
19、控机床加工的情况，此时应采用自动编程。3 什么是自动编程，适用于什么情况？答：自动编程是用计算机代替手工编程的大部分工作。自动编程时，使用“数控语言”描述切削加工时的刀具与工件的相对运动轨迹和一些加工工艺过程。程序员只需使用规定的数控语言编写零件的“语言程序”即可。当零件源程序输入计算机后，计算机自动完成机床运动轨迹的计算，加工程序的编制和数控带制作等工作。所编程序还可通过屏幕或绘图仪进行检查。自动编程与手工编程相比，具有减轻程序员的劳动强度，缩短编程时间，提高编程准确性的优点。但是自动编程系统需要较大容量的计算机和专用软件，而且系统的软件又较昂贵。所以自动编程系统适用于数控机床较多的大、中型
20、工厂。题型变换：自动编程是指（） 。从零件图纸到制作加工穿孔带的全过程都由通过计算机完成9从零件图到制作加工穿孔带的过程中，除后置处理程序外，全部由计算机完成需要人工用数控语言编写源程序需要人工编写目标程序4什么是模态 G 代码?什么是非模态 G 代码?模态代码：该代码在一个程序段一经指定就一直有效，直到后续的程序中出现同组的 G 代码才失效；非模态代码：只在出现的程序段才有效的代码。5 在如下程序段中，各字符表示：N006 G08 X2354 Y1369 Z2213 F004 S717 T65432 M07 LFN： 程序段序号 ；G： 准备 功能字；X、Y、Z： 尺寸字 ；F： 进给 功能
21、字；S： 主轴转速 功能字；T： 刀具 功能字；M： 辅助 功能字；LF： 程序段结束 。6 G90 时的 X10，Y20 与 G91 时的 X10、Y20 有何区别？答：G90 表示绝对尺寸，即以坐标原点为基准表示的尺寸是 X=10，Y=20；G91表示增量尺寸，即以前一点为基准X=10，Y=20。7程序结束指令 M02 和 M30 有何相同功能?又有什么区别?相同：同为程序结束指令，必须出现在最后一个程序段中，该指令使主轴、进给、冷却全部停止。区别：M02 使数控系统处于复位状态；M30 使程序返回开始状态。8比较 G00 与 G01 程序的主要区别。答：G00 是点定位的代码，以最大进给
22、速度移动到指定位置。以前程序段指定的进给速度无效。G01 是直线插补，用于斜线或直线运动，它通过程序段中的信息在各坐标轴上产生与其移动距离成比例的速度当程序段中有 G01 代码时，一定要有指定的 F 时给速度，G01 或 F 都是续效指令（即不仅在本程序段中起作用，在后的程序段中亦效） 。进给速度 F 对 G00 程序无效。9 辅助功能 M 主要有哪几种功能？答：辅助功能 M 主要有以下几方面功用：（1）程序停止或程序结束，用于控制主轴停转、机械进给停止、冷却液关闭等，如 M00、M01、M02 等。10（2）控制主轴正转、反转或停止。例如 M03、M04、M05 等。（3）换刀。（4）开关冷
23、却液。（5）夹紧、松开工件。（6）更换工件。（7）刀具或工件直线位移。此外，还有永不指定和不指定代码等。题型变换一：辅助功能 M03 代码表示（） 。程序停止 冷却液开 主轴停止 主轴顺时针方向转动10切削用量三要素是指 主轴转速 、 切削深度 、 进给速度 。11 MDI 表示什么意思？答 MDI 是手动数据输入。所编程序不是由穿孔带输入，而是通过 NC 装置操作面板上的键和码盘，将程序段逐个直接输入。12数控车床编程有绝对值和增量值编程，用 U、W 表示 增量 坐标编程，用 X、Z表示 绝对 坐标编程。13 数控车床程序编制有什么特点？答：数控车床程序编制有以下特点：(1) 在一个程序段中
24、，根据图纸标注尺寸，可以是绝对值或增量值或二者混合编程。(2) 由于图纸尺寸和测量尺寸都是直径值，故值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编程，并附上方向符号（正向省略） 。(3) 为提高径向尺寸精度，X 向的脉冲当量取为 Z 向的一半。(4) 由于毛坯常用棒料或锻料，加工余量较大，所以数控装置常个备不同形式的固定循环功能，可进行多次重复循环切削。(5) 为提高刀具寿命和加工表面粗糙度，车刀刀尖常磨成半径不大的圆弧。为此，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。14 已知工件廓形方程时，可以用哪些方法进行插补计算？答：已知工件廓形方程时，可以采用直线插补和圆弧插补计算。直线插补计算常采用等间距法和等误差法。15. 圆弧插补用半径编程时，当圆弧所对应的圆心角 大于等于 1800 时半径取负值；当圆弧为整圆时，圆弧插补必须用 圆心 方式编程。
