1、1 / 17 第一章 概论 1-1 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 答： 1-2 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。
2、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
3、和反馈系统 答： 1-3 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。 1-4 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 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 2 / 17
4、统还包括反馈系统和适应控系统。 1-5 机床数控系统的类型很多，根据伺服系统来分类，可分为 、 和 。 根据运动方式来分类，可分为 、 和 。根据坐标值的表示方式可分为 坐标 控制系统和 坐标控制系统。 答：开环控制系统 闭环控制系统 半闭环控制系统 点位控制系统 点位/直线控制系统 连续控制系统 增量 绝对 1-6 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 0.010.0005cm。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
5、床的最小设定单位又称作 。 答：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 答： 题型变换三：脉冲当量的值取得越 ，加工精度越 。 答：小 高 1-7 开环控制系统中，多采用 作为伺服电机。 答：功率步进电机 1-8 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 答： 1-9 闭环系统比开环系统及半闭环系统。 稳定性好 故障率低 精度高 精度低 答： 1-10 点位控制系统。 必须
6、采用增量坐标控制方式 必须采用绝对坐标控制方式 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 答： 1-11 加工如图 1-2 所示的直线轮廓，应该采用点位/ 直线控制系统，还是采用连续控 制系统？ 答：应该采用连续控制系统。点位/直线控制系统只能加工沿坐标轴方向上的直线廓形。 3 / 17 1-12 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 答： 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 答： 1-14 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
7、动换刀数控机床 答： 1-15 近年来数控系统发展很快，数控机床进给速度已从 增加到 ，而最小设 定单位已从 减少到 。 答：35m/min 1530m/min 0.001mm 0.0001mm 第二章 数控机床的程序编制 2-1 什么是数控机床的程序编制？简述程序编制的内容及步骤。 答：在数控机床上加工零件，首先要编制零件的加工程序，然后才能加工。即将零件 的图形尺寸、工艺路线与工艺参数等内容，用数控机床能够接受的数字及文字代码表示， 再根据代码的规定形式制成控制介质（如数控带、磁带等） ，然后把控制介质作为数控装置 的输入信息，自动控制机床加工。这种从零件图到制成控制介质的过程称之为数控机
8、床的 编程。 程序编制的内容及一般步骤如下： (1) 制订工艺过程。 (2) 数值计算。 (3) 编写程序单。 (4) 制备控制介质。 (5) 程序交核。 以上是手工编程的内容及一般步骤。 题型变换：用框图表示在数控机床上加工零件的全过程。 答：框图如图 2-1 所示，其中虚线框中为程序编制的内容。 程序编制 零件 图纸 制订工艺 数值计算 制备数控带 编写程序 数控 装置 数控 装置 数控 装置 毛坯 成品 4 / 17 图 2-1 2-2 程序编制过程中程序校核的作用是什么？如何进行？ 答：在穿孔机上制成的数控带必须经过仔细校对以防出错。为了确保加工的准确性， 还需用此数控带在机床上进行首
9、件试切，并检验首件是否符合图纸要求。只有首件通过了 检验，才能将此数控带投入使用。试切可以综合地检查穿孔带、程序单的错误，及零件精 度是否符合图纸要求。 题型变换：程序编制中首件试切的作用是。 检验零件图纸设计的正确性 检验零件工艺方案的正确性 检验程序单、穿孔带的正确性，综合检验所加工的零件是否符合图纸要求 仅检验数控带穿孔的正确性 答： 2-3 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 和 两大类。
10、答：手工编程 自动编程 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 编程。 答：数字化技术 2-4 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控机床加工的情况，此时应 采用自动编程。 2-5 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
11、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 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 5 / 17 需要人工用数控语言编写源程序
12、需要人工编写目标程序 答： 2-6 国际上常采用的八列穿孔带有哪两种代码？它们代表什么含义？ 答：EIA 代码，是美国电子工业协会的标准代码。ISO 代码，是国际标准化组织的简 称。 2-7 EIA 代码和 ISO 代码主要有哪些区别？ 答：主要有以下几点区别： （1）EIA 代码采用小写字母，ISO 代码采用大写字母； （2）程序段结束时，EIA 代码中用 CR 或 EOB，ISO 代码中用 LF 或 NL； （3）EIA 代码中有 EOR 代码，用于倒带停止，ISO 代码中用%； （4）ISO 代码中有“（” 、 “） ”代码，括号中间的文字对数控装置没有影响，可以插 入注解； （5）IS
13、O 代码中有“：”代码，表示数控带上特定位置。读入时，将数控带送到此位 置为止，或者返回到此位置； （6）程序段取消：EIA 用“block delete” ，ISO 用“/”代码； （7）每排孔孔位从 b5b 8 代表的意义不同。EIA 代码用 b5 位作为补奇位，每排孔数 必须为奇数；ISO 代码用 b8 位作为补偶位，每排孔数必须为偶数。其它孔位区别参见表 2- 1。 题型变换一：EIA 代码的补奇位是。 b 5 b 6 b 7 任意位 答： 题型变换二：ISO 代码的补偶位是。 b 8 b 7 b 6 任意位 答： 题型变换三：用 ISO 代码编程时，每程序段的末尾用。 CR EOR
14、分隔符 LF 答： 2-8 在 ISO 编码中，数字编码特征孔是。 第七列八更有孔 第五列六列有孔 第五至七列无孔 第五列无孔 答： 2-9 在 EIA 代码中，数字 19 的编码是。 第六列第七列有序 第六列第七列无孔 第七列有孔 第八列有孔 答： 2-10 用 EIA 代码编程时，下列叙述正确的是。 采用大写字母 采用小写字母 程序段结束时用 LF 有“（” 、 “） ”代码，可插入注解 答： 6 / 17 2-11 任意取一数控带，南非辨别其为 EIA 代码或 ISO 代码，可采用下述哪种方法？ 。 第五列是否有孔 第八列是否有孔 每排孔数是奇数或偶数 是否为字地址程序段格式 答： 2-
15、12 什么叫程序段中的字？ 答：以某个顺序安排字符的集合称为字(word)，数控带上的信息以字为单位处理，例 如 N001，G00 等。 2-13 什么叫程序段？ 答：在数控机床的程序中，必要的信息以字或字的集合表示，此集合称为程序段。数 控带上的各个程序段必须用 EOB 区分。例如： N003 G08 X12345 Y67890 F004 S717 M07 LF 即为一程序段。 2-14 什么是数控带的格式？ 答：在一个程序段中，字的特定排列式样称为数控带的格式。 2-15 目前在八单位数控带中用得最广泛的是哪种数控带格式？ 答：用得最广泛的是文字地址程序段格式。在这种程序段格式中，每一坐标
16、轴和各种 功能，都以字母和数字合成的特定字表示，而在一个程序段内，坐标字和各种功能字又按 一定顺序排列。每个字都由字母开头。 2-16 在如下程序段中，各字符表示： N006 G08 X2354 Y1369 Z2213 F004 S717 T65432 M07 LF N： ；G： 功能字；X、Y、Z： ；F： 功能字；S： 功能字； T： 功能字；M： 功能字；LF： 。 答：程序段序号 准备 尺寸字 进给 主轴转速 刀具 辅助 程序段结束 2-17 进给速度代码有几种？ 答：共有五种：（1）FRN 法； （2）3 位、4 位和 5 位代码法 （3）等比级数法或 2 位代码法； （4）符号法或
17、 1 位代码法； （5）直接法。 2-18 进给速度代码的 FRN 法是如何规定的？ 答：把刀具沿途径移动的进给速度 V(mm/min)除以直线的位移量 L(mm)，所得的值称 为 FRN 值或进给速度数。此值在 0.1999.9 之间时，用 00019999 四位代码表示。圆弧插 补时的 FRN 一般为进给速度除以圆弧半径（mm）之值。 2-19 举例说明进给速度的 3 位、4 位或 5 位代码法是如何表示的？ 答：规定代码的第一位数字表示数值的位数，余下的数字代表速度。例如第一位数字 减去三等于 n，它的位数是 0.110n。设速度为 1728，是 4 位数，n=7-3=4，数值位数为 0
18、.110n=0.1104，即 4 位数，用 3 位代码表示为 717，用 4 位代码表示为 7173，用 5 位 代码表示则为 71728。 题型变换一：当进给速度为 7.826 时，如用 3 位、4 位、5 位代码表示，各为多少？ 7 / 17 答：进给速度为一位，先计算第一位数字 x3=1，x=4，故进给速度为 7.826 时，用 3 位代码 478，用 4 位代码表示为 4783，用 5 位代码表示为 47826。 题型变换二：如进给速度的三位代码为 213，实际进给速度为多少？ 答：第一位数字表示数值的位数。N=23=1，数值位数为 0.1101 ，为2 位， 实际进给速度为 0.01
19、3。 题型变换三：用 4 位代码表示进给速度时，F6150 所表示的实际进给速度为。 15.03 150.3 1503 15030 答： 2-21 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。 2-22 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
20、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。 2-23 准备功能 G42 表示的功能是。 螺纹切削 刀具偏置 刀具补偿 永不指定 答： 2-24 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。 （2）控制主轴正转、反转或停止。例如 M03、M04、M05 等。 （3）换刀。 （4）开关冷却液。 （5）夹紧、松开工件。
21、（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 答： 2-25 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。 2-26 什么是人机对话输入形式？ 8 / 17 答：人机对话的输入形式是在人工进行编程时，编程人员坐在 NC 装置的屏幕 （CRT）前，对屏幕上顺序提出的问题和输入要求，用回答问题方式输入数据，这就是人 机对话形式的编程功能，也可称为人机对话的输入形式。所编程序
22、和输入数据，存入 NC 装置的记忆单元，可随时调用执行。这样，消除了按数控带格式编程的麻烦，可以适时地 进行修改、补充和编辑，非常方便地完成编程工作。 2-27 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，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
23、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。 228 数控自动编程系统按其功能可分为哪几类？并举出每一类型系统的代表。 答：可分为以下几类： （1）几何处理系统：主要功能是处理复杂的几何形状，APT 系统就是一个具有较强 的处理几何形状能力而不能自动求取最佳工艺参数的系统。 （3）工艺处理系统：对许多工件，较简单的几何描述已经够用了，就特别注重工艺的 处理，如切削参数、铣削时轨迹分解、车削时走刀划分、选择刀具等。德国的 EXAPT 具 有这方面的功能。 （3）会话
24、型自动编程系统：使自动编程系统的功能更加完备，使用更方便，于是发展 了这种自动编程系统。在数控系统处理零件源程序的过程中，编程人员可以随时与计算机 对话，进行适当的控制。这种系统可以日本富士通的会话型自动编程系统 FAPT 为代表。 题型变换一：在自动编程系统中，具有较强处理几何形状的能力而不能自动求取最佳 工艺参数的系统是。 ADAPT 系统 EXAPT 系统 APT 系统 FAPT 系统 答： 题型变换二：德国的 EXAPT 系统是下述几类系统中哪一类？ 佳话题自动编程系统 人机对话自动编程系统 几何处理系统 工艺处理系统 答： 2-29 APT 系统的控制面有几个？代号是什么？有什么作用
25、？ 答：APT 自动编程系统为了控制刀具在空间的轨迹，定义了三个控制面： （1）导动面（DS 面） 。它是在切削过程中，引导刀具保持在指定公差范围内运动的面。 （2）零件面（PS 面） 。在刀具沿导动面运动时，控制刀具高度（ Z 方向）的面是零件 9 / 17 面。 （3）停止面（CS 面） 。控制刀具停止位置的面，又叫检验面。 2-30 什么叫 APT 自动编程系统的 CL 数据？ 答：APT 系统中计算刀具轨迹时，先将工件坐标系固定在适当位置，并且假定加工件 不动而刀具移云贵，计算结果称为 CL 数据（cutter location data）或者称为一般解。为了使 这些假设符合所使用的数
26、控装置和加工情况，要利用兵团处理程序进行处理。 2-31 在 APT 自动编程系统中人工需要完成哪些工作？ 答：在当前广泛使用的 APT 自动编程系统中，根据零件图纸，需要人工制订工艺，然 后利用数控语言描述加工件的几何形状和工艺方法，编制源程序。数控语言是一系列按一 定规则书写的代码和符号。 2-32 试解释以下 APT 系统中词汇的定义，并以图表示之。 P32=POINT/XLARGE，INTOF ，L3，C1 L5=LINE/P5，PARLEL，LINI C5=CIRCLE/CENTER，P6，TANTO，L1 答：其意义为：P32 是 L3 与圆 C1 交点中，X 坐标值偏大的一点。
27、定义 L5 为经过 P5 与直线 LINI 平行的直线。 定义 C5 为以 P5 为圆心并与 L1 相切的圆。 2-33 为什么要对工件廓形进行拟合？ 答：由于大多数数控机床上只具备直线和圆弧插补，所以在连续控制系统的数控机床 上加工成形轮廓的工件时，都先要对工件廓形曲线进行拟合，代替原来的轮廓曲线，然后 才能使用数控机床的 G 功能加工出所需的廓形曲线。 2-34 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。 2-35 直线插补时，等误差计算法的基本原理是什么？ 答：等误差法拟合廓形曲线时，
28、可以使每段的拟合误差相等，且小于或等于允差 al。 其计算目的也是求出各节点 A、B、C的坐标值，以提供编程使用。 等误差法的基本思路是已知廓形曲线方程 )(xfy和允许拟合误差 al及曲线起点 A 的坐标 ax、 y，按等误差的原则逐点求出其它各节点。步骤如下： （1）在曲线起点 A 处，以 A 点为圆心、 al为半径作一圆； （2）作此圆与廓形曲线的公切线 PT； （3）列出过圆 A 上 P 点的切线斜率、直线 的斜率、廓形曲线上过 T 点的切线斜 率，此三个斜率相等，可列出两个方程式，再与廓形方程、圆 A 方程联立得一联立方程组； （4）求解此联立方程组，可解出 Tx、 y、 p、 的坐
29、标值，并可求出直线的斜率； （5）拟合直线 AB平行 P，斜率相同，法线距离为 al，可求出 B方程； （6）用廓形方程 )(fy和直线 AB联立，求解，所得交点即为 B 点坐标（ Bx、 10 / 17 By） ，再依次可求出各节点坐标。 2-36 试述等间距法与等误差法的优缺点及它们的使用场合。 答：等间距法计算较简单，但程序段数多，编程费时，各节点之间的线段逼近廓形曲 线时，产生的拟合误差不相等，为保证所有折线线段拟合误差都在允差范围内，不得不使 间距 x减小，更增加节点数目，亦即增加程序段数。适宜和于廓形曲线斜率变化不大的 场合。 等误差法计算较复杂，但可在保证精度的条件下，得到最少的
30、程序段数目，使编程工 作量减少，拟合计算可用计算机辅助计算，所以是一种较好的拟合方法。由于在保证等误 差的前提下，使节点分布合理，所以应用于廓形曲线斜率变化较大的场合。 但是无论是等误差法还是等间距法，都用直线逼近曲线，是由许多折线构成的近似线 段代替廓形曲线，联接点处不光滑，而且直线的曲率半径无穷大，与原来曲线的曲率半径 相差很大，这是共同的缺点，使用圆弧拟合可以避免此缺点。 题型变换：已知工件廓形方程时，经常采用的直线插补计算有 、 等方法。 答：等间距法 等误差法 2-37 三次样条曲线插值计算用于什么场合？ 答：三次样条曲线适用于工件廓形为列表曲线时，要求拟合曲线在型值点处以及整个 曲
31、线上都很光滑，并且具有连续曲率。另外，由于三次样条函数是建立在材料力学弹性梁 变形的理论基础上，故只能应用于小挠度的情况，即工件廓形曲线斜率变化不大的场合。 2-38 三次样条曲线插值教育处有什么优缺点？ 答：用三次样条函数分段拟合列表线时计算程序简单、方便、拟合效果好，可保证一 阶、二阶导数连续。但是有以下缺点： （1）拟合后的图形不具备几何不变性。即当坐标系变化后，三次样条函数随之变化。 虽然仍通过这些型值点，但与原来的样条函数不完全重合。 （2）现在的数控机床上广泛使用直线插补器或圆弧插补器，故插值出来的三次样条函 数尚需用直线或圆弧作第二次拟合，将三次样条曲线变成分段的圆弧或直线，增加
32、了计算 量并降低了拟合精度。 2-39 双圆弧逼近法的优缺点是什么？ 答：双圆弧逼近法是在两个型值点之间用两个相切的圆弧拟合工作廓形曲线。其优点 是： （1）每段圆弧的圆心和半径是几何不变量，它的形状不随坐标选择而变。 （2）使用双圆弧逼近法以后，可直接用于零件的编程计算，不需要进行二次拟合。 （3）计算方法比三次样条法简单、准确。 （4）可以拟合大挠度曲线。 主要缺点是：要先建立局部坐标，再进行坐标变换，多一道步骤。 2-40 为什么在双圆弧逼近计算时采用局部坐标，而在计算完毕后，还要将计算结果 转换回原来曲线的坐标系中？ 答：双圆弧逼近计算时，首先要建立局部坐系，即以相邻的两个型值点联线为
33、横坐标 U，通过前一个型值点并与 U 轴垂直的线为纵坐标 V，在每一个局部坐标系中有两段圆弧 11 / 17 相切，需求出这两段圆弧的半径和圆心。采用局部坐标系有以下好处： （1）计算简单方便； （2）可以解决大挠度曲线； （3）采用局部坐标系后，双圆弧可具有较好的保凸性。 但是在插补编程时，需要知道圆心在整体坐标系 OXY 中的坐标值，故还要将计算结 果转换回原来曲线的坐标系中。 2-41 用三次样条函数插值法拟合 n 个型值点，有 条三次样条曲线表示该点列：如 用双圆弧逼近法拟合 n 个型值点，需建立 个局部坐标系，由 段圆弧拟合该点列。 答：n-1 n-1 2(n-1) 2-42 用双圆
34、弧逼近法拟合曲线时，一对相邻型值点之间的两个圆弧相切，下列叙述 中正确的是。 切点是唯一的 切点必须是 1iP和通过 i、 1i两点处圆弧切线构成的三角形的内心 切点轨迹是一个圆 双圆弧公切线必性须平行于 1i 答： 2-43 工件廓形为列表曲线时，常用的拟合方法有哪些？ 答：三次样条函数值法和双圆弧逼近法。 2-44 试述工件廓形及其等距线在几何上的相互关系。 答：工件廓形及其等距线在相应点上的曲率中心相重合。 题型变换：若机床不具备 G41 和 G42 功能时，应按工件廓形的 编程。 答：等距线 12 / 17 第三章 CNC 系统的基本原理 3-1 机床数控系统主要由哪几部分组成？ 答：
35、主要由以下几部分组成：零件加工程序的输入、数据处理（例如数制转换、刀具 半径补偿等） 、插补计算和伺服机构的控制。 3-2 计算机数控系统（CNC 系统）由哪些部分构成？各部分的功能如何？ 答：主要由微型计算机、计算机接口电路、伺服系统及外部输入/输出（I/O）设备组 成。 （1）微型计算机：微机是 CNC 系统的核心，其主要作用有：输入和存储零件加工 程序；计算刀具运动轨迹；插补运算；伺服系统的控制。 （2）计算机接口电路：作用传递和转换计算机与外界联系的信息，并将计算机与外界 隔离，起保护作用。 （3）伺服系统：伺服系统是计算机和机床的联系环节，由执行机构和驱动电路、检测 装置等组成。 （
36、4）外部输入/输出设备：主要包括键盘、显示器、操作控制面板、外部存储设备、 光电阅读机和纸带穿孔机等。 3-3 CNC 系统中微机的控制功能有哪些？ 答：主要包括以下几方面： （1）记忆功能。用于存储规定机床动作的程序以及各种有关机床加工现场的状态信息； （2）信息处理功能。对外部输入的各种有关控制信息进行相应的算术运算和逻辑处理， 以便对执行机构发出相应的动作指令； （3）内部控制功能。由于保持控制系统内各功能部件的动作及各部件之间的协调； （4）输入/输出功能。由于保持对外随着系和机床控制状态信息的输入和输出； （5）适应环境的功能。在计算机数控系统中，可以人工或自动改变程序，以适应环境
37、条件和加工状态的变化。 3-4 CNC 系统中微机译码程序的功能是什么？ 13 / 17 答：译码程序的功能是将输入的零件轮廓信息、加工速度及辅助功能进行识别处理。 将这引起零件程序翻译成计算机能够识别的代码。 3-5 CNC 系统常用的软件插补方法中，有一种是数据采样法。计算机执行插补程序 输出的是数据而不脉冲。这种方法适用于。 开环控制系统 闭环控制系统 点位控制系统 连续控制系统 答： 3-7 工业控制计算机与通用计算机相比，有什么显著特点？ 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
38、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。 3-8 为了提高 CNC 系统的可靠性，可采取哪些措施？正确答案是。 采用单片机 采用双 CPU 提高时钟频率 采用模块化结构 采用光电隔离电路 答： 3-9 CNC 系统中的微机部分，订要由微处理器（CPU） 、内部存储器（RAM 和 ROM）和 1/O 接口电路组成。由 、 和 三条信号线联接。 答：数据总线 地址总线 控制总线 题型变换：CNC 系统中的微机部分，主要由 、 和 组成。由数据总线、 地址总线和控制总线三条信号线联接。 答：微处理器（CPU） 内部存储器（RAM 和
39、 ROM） I/O 接口电路 3-10 机床 I/O 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 、 和 三种。 答：数字量 I/O 开关量 I/O 模拟量 I/O 3-11 什么叫微处理器、微机、微机系统？ 答：微处理器是指具有完整的计算机中央处理部件（CPU）功能的一片或少数几片大 规模集成电路。微处理器也叫微处理机；微机是指微型计算机，是以微处理机做为 CPU 的 电子计算机，微机除包含微处理器以外，还必须包含内部存储器（RAM、ROM） 、I/O 接 口和系统总线。微机系统是以微机为主体构成的系统，在这个系统中，除包含微型计算机 以外，还包含计算机外设、系统软件
40、和电源。 3-13 FANCU15 系列的 CNC 系统快速进给速度已达到 。切削进给可达到。 10m/min 10m/s 100m/min 100m/s 2.4m/min 2.4mm/s 24m/min 24mm/s 3-14 在微机，I/O 接口电路常由哪几部分组成？ 答：微机中 I/O 接口应包括 I/O 接口硬件电路和软件两方面的内容。根据选用不同的 I/O 设备或接口芯片，I/O 的操作方式不同，因而应用程序亦不可。如入口地址、接口芯片 初始化状态设备、工作方式选择等。I/O 硬件电路主要由地址译码、I/O 读写译码和 I/O 接 口芯片（如数据缓冲器和数据锁存器等）组成。 14 /
41、 17 3-16 CNC 系统中的 I/O 控制器通道由 、 和 几部分组成。 答：I/O 接口电路 光电隔离电路 信息转换电路 3-17 CNC 系统中 I/O 控制通道应具备哪些基本功能？ 答：（1）可靠地传递输入输出信息； （2）能进行相应的信息转换（如 A/D、D/A 、电平转换、数字量转开关量、弱电转换 强电等） ； （3）阻断干扰信号进入计算机。 3-18 如图 3-2 所示光电隔离电路，其输入与输出的对应状态应是 。 输入高电平、输出低电平 输入低电平，输出高电平 输入高电平，输出高电平 输入低电平，输出低电平 图 3-2 3-19 光电隔离电路（如采用达林顿或可探硅输出型光电耦
42、合器件）的主要作用是什 么？ 答：（1）使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。 （2）可以进行信号电平转换。 （3）提高驱动能力。 3-20 试绘出采用软件实现环形分配与采用硬件环形分配器的步进电机控制通道组成 框图。 答：如图 3-3 所示。 3-21 将一台普通车床改造成经济型数控车床，其主电动机仍为手动控制，但方刀架 要能自动转位（90、180270、0） ，试用框图表明，组成一个完整的数控系统需要 哪些基本的硬件电路和设备？ 答：如图 3-4 所示。 Vc=+5V G 发光二极管 R1 输出信号 去机床 光敏三极管 R2反向器 74L S04 输入信号 来自微机 +12V C B
43、 A光电隔离电路 光电隔离电路 光电隔离电路 A 相放大电路 B 相放大电路 C 相放大电路 步进 电机 进给脉冲 进给方向 C B A 光电隔离电路 光电隔离电路 A 相放大电路 B 相放大电路 C 相放大电路 步进 电机 15 / 17 图 3-3 图 3-4 3-22 CNC 系统控制软件主要由哪些部分组成？ 答：主要由以下七部分组成。 （1）系统管理程序； （2）零件加工源程序的输入、输出设备的管理程序； （3）机床手动控制程序； （4）系统的编译程序； （5）插补程序； （6）伺服控制开关量控制程序； （7）系统自检程序。 PC 口 PB 口 PC 口 PA0、PA1 I/O 接 口
44、 8255A 光电 隔离 环形 分配器 功率 放大器 Z 向步 进电机 PA2、PA3 光电 隔离 环形 分配器 功率 放大器 X 向步 进电机 PA4 光电 隔离 功率 放大器 交流 控制 交流 电动机 刀架 回转 LED 键盘 到位信号 16 / 17 3-23 零件加工程序通过 CNC 系统几个程序的共同处理和加工，最后才能生成控制机 床运动的目标信息，这几个程序是。 系统管理程序、零件加工源程序的输入输出设备管理程序 系统管理程序、机床手动控制程序、插补程序、系统自检程序 系统的编译程序、插补程序、伺服控制及开关控制程序 系统的管理程序、编译程序、伺服控制及开关控制程序 答： 3-24
45、 机床 I/O 控制回路中的接口软件是。 插补程序 系统管理程序 系统的编译程序 伺服控制程序 答： 3-25 目前 CNC 系统控制软件基本上有两种常用的典型结构，即 和 。 答：前后台型 中断型 题型变换：在 CNC 系统控制软件的结构上，将主要完成插补计算、伺服控制和机床 逻辑控制等信息的实时中断服务程序与另一部分主要完成程序的输入、译码、数据处理及 管理调度的程序，二者共同完成数控的全部功能的软件称为 ；而将在软件中除了初 始化程序以外，各种功能程序均被安排成优先级别不同的中断服务程序称为 。 答：前后台型 中断型 3-26 在中断型系统软件结构中，各种功能程序被安排成优先级别不同的中
46、断服务程 序，下列程序中被安排成最高级别的应是。 CRT 显示 伺服系统位置控制 插补运算及转段处理 译码、刀具中心轨迹计算 答： 3-27 什么是微机数控系统的模块化设计？ 答：模专人经设计方法是把控制根据功能划分成具有一种或几种独立功能的单元模板， 组成一个模块网络，配上相应的控制软件，组成一个完整的控制系统。 3-28 实现控制系统的模块化设计的必要条件是 。而模块化设计工作可归结为 的选用。 答：总线的标准化 功能模块 3-31 微机控制系统的模块化，按照功能，总线标准模块可分为 、 、 以及 等。 答：CUP 模板 存储器板 I/O 模板 专用模板 3-32 采用标准总线模板组成系统时的优缺点有哪些？ 答：其优点是： （1）提高设计效率，缩短设计、制造周期； （2）提高系统的可靠性； （3）便于调试和维修； （4）能适应技术发展需要； （5）经济上合理。 17 / 17 其缺点是： （1）系统硬件模块化，增强了许多插接环节，在有振动的情况下，易出现故障； （2）插接件之间有接触电阻，在不利工作环境下工作时，会出现腐蚀损坏； （3）标准化模板会对某些用户有不需要的多余功能，而使系统的成本提高。
