1、 数控原理与系统自测题一、 填空题1、 数控机床是用数字化代码来控制 刀具与工件 的相对运动，从而完成零件的加工。2、 CPU 是 CNC 装置的核心，它由运算器和控制器两个部分组成， 运算器 是对数据进行算术和逻辑运算的部件， 控制器 是统一指挥和控制数控系统各部件的中央机构。3、 所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行 数据点的密化 的过程。4、 数控系统按照有无检测反馈装置分为 开环控制机床 ，闭环控制机床 和 半闭环控制机床 种类型。5、 对于以坐标原点为起点的第一象限直线 OA，其偏差函数为： ，eieii yxyF若 ，刀具往 -X 进给；若 ，刀具往 +Y 进给。0i
2、F 0iF6、 CNC 系统中，实时性要求最高的任务是 增大 和 位控 。7、 旋转变压器是一种常用的 转角 检测元件，从其结构来看，它由 定子 和 转子 两个部分组成。8、 步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统，在此系统中执行元件是 步进电机 9、 步进电机通过控制 脉冲频率 控制速度；通过控制 脉冲个数 控制位移量；通过改变 步进电机输入的脉冲信号的循环信号，实现步进电机的正反转。10、 数控机床按运动方式分为 直线插补机床 、 圆弧插补机床、曲线插补机床 等三类。11、 为减少运动件的摩擦和消除传动间隙，数控机床广泛采用 滑动导轨和 滚动导轨，在进给系统中，目前数控机床几乎无例外的都采
3、用 滚动 代替滑动丝杆。12、 机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退回到 机床 。13、 步进电动机的最大缺点是容易_ 失步 _，特别是在大负载和速度较高的情况下，更容易发生。14、 在闭环系统中，定位精度主要取决于 位置检测系统的精度 _。15、 PLC 采用 扫描 工作方式，数控机床上采用的 PLC 有 内装型 和 独立型 两种类型16、 数控机床是用数字化代码来控制机床 刀具与工件 的相对运动，从而完成零件的加工。17、 标准机床坐标系中 X、Y 、Z 坐标轴的相互关系用 右 手 直 角 笛 卡 尔 坐 标 系 决定。18、 用逐点比较法插补直线 OA，其起点坐标为 O（0，0）
4、，终点坐标 A（5，8） ，若采用插补的总步数作为终点减法计数器 JE 的初始值，即 JE 13 。在插补过程中，每进给一步，计数器 JE 减 1,当 JE 0 时，到达终点，停止插补。19、 在单 CPU 的 CNC 系统中，主要采用 CPU 分时共享 的原则来解决多任务的同时运行。20、 CNC 系统控制软件中两个最突出的特征是：多任务并行处理和 多重实时中断 。 21、 旋转变压器是一种常用的 角位移 检测元件。22、 如果直线式感应同步器的定尺绕组的节距为 4mm，那么滑尺绕组的节距应该为 4 mm 才能保证检测精度。23、 三相步进电机的转子齿数为 40，则单三拍通电方式运行时的步距
5、角 3 。24、 光栅是利用 光电 原理进行工作的位置反馈检测元件。若光栅栅距 d = 0.01mm，光栅指示光栅与标尺光栅夹角 = 0.01rad，则可得莫尔条纹宽度 W = 1mm 25、 步进电机的“失步”现象有两种表现形式，即 丢步 和 越步 。二、解答题1 和普通机床相比，用数控机床结构上有哪些区别，有哪些特点？2 CNC 的插补可以由软件或硬件完成，根据这一原则CNC 系统的软硬件组合有哪几种类型？3 对数控机床伺服驱动系统的主要性能要求有哪些？以及对电动机的要求4 简述数控系统的插补概念。56 简述数控开环、半闭环、闭环系统的区别。7 数控加工中为什么要进行刀具半径补偿？在铣床上
6、进行轮廓加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心轨迹和工件轮廓不重合。若数控装置不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程，其数值计算有时相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨、换新刀等导致刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，编程只需按工件轮廓线进行，数控系统会自动计算刀心轨迹坐标，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行半径补偿。 8 分析说明数控装置对加工程序的处理过程。9 数控机床加工不同于普通机床加工,在数控机床上加工零件,是将加工过程所需要的各种操作(如主轴的起停、换向及变速,工件或刀具的送进,刀具选择,
7、冷却液供给等)以及零件的形状、尺寸按规定的编码方式写成数控加工程序,输入到数控装置中。 1011121314 简述光栅尺的工作原理以及辨向和提高分辨率的方法P140，P142在光栅检测装置中，将光源来的平行光调制后作用于光电元件上，从而得到与位移成比例的电信号。为了提高分辨率，光栅测量路线常采用 4 倍频的方案。即在一个莫尔条纹节距内安装了 4 只光电元件（如硅光电池） ，每相邻两只的距离均为 14 个节距。15 旋转变压器工作原理旋转变压器，是一种输出电压与转子转角保持一定函数关系的感应式微电机。它是一种将角位移转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件。在同步随动系统
8、及数字随动系统中可用于传递转角或电信号 。16 简要分析直流电机的调速原理与方法17 根据直流电动机的机械特性：改变电枢电压，励磁电流或电枢回路电阻即可改变电机的转速。调速方法：改变电枢供电电压；改变励磁磁通；改变电枢回路电阻调速。 1819 简述数控系统的工作过程202122 轮廓控制、点位控制和点位直线控制各有何特点？点位控制；点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。如数控钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。 直线控制；点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个位置的精确移动和定位
9、，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动。轮廓控制；轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个坐标轴同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制运动轨迹，将零件加工成在平面内的直线、曲线或在空间的曲面。 23简述数控系统为什么要进行加/减速控制，有哪些实现方式？在 CNC 系统中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对数控系统进行加减速控制。加减速实现的方式有线性加减速(匀加减速) 、指数加减速和 sin 曲线(S)加减速。 2425 反向间隙误差是怎样产
10、生的，如何进行补偿？26 在数控机床加工过程中，传动链的运转存在很多的间隙，而其中的反向间隙可能会导致机床反向时，伺服电机处于运转状态而机床并没有产生运动，这也直接使得数控机床产生一定的误差或者发生机床震荡现象。因此在进行数控机床的设计时，应该充分考虑反向间隙，但是无论采取什么样的改进措施，都不可避免的会存在一定的间隙。在半闭环系统的数控机床中，通过上述的螺距误差补偿技术，对机床运转过程中的各点反向间隙进行记录，并将其录入到控制系统中去，这样在产生反向运动时，系统会自动进行补偿误差操作。对于全闭环系统的数控机床而言，其反向间隙的补偿可以利用参数的设置来实现。总之，在数控机床加工过程中，影响其加
11、工精度的因素有很多，除了上述所讲的这些因素外，工艺设计、刀具、操作人员技术水平等都会对竞速产生一定的影响，因此在实际的数控机床加工过程中，应该综合考虑各种方面的影响，才能真正实现加工精度的有效提升。 16.步进电动机的选用要考虑哪几个方面？（ 1） 考 虑 系 统 的 精 度 和 速 度 的 要 求 。 为 了 提 高 精 度 ， 希 望 脉 冲 当 量 小 ， 但 脉 冲 当 量越 小 ， 系 统 的运 行 速 度 越 低 ， 应 兼 顾 精 度 和 速 度 的 要 求 来 选 定 系 统 的 脉 冲 当 量 ，当 脉 冲 当 量 确 定 以 后 ， 来 选 择 步进 电 机 的 步 距 角
12、 和 传 动 机 构 的 传 动 比 。（2） 考 虑 负 载 转 矩 引 起 的 定 位 误 差 、 传 动 机 构 的 误 差 以 及 步 进 电 机 的 步 进 误 差 ， 使 总 的误 差 小 于 数 控 机床 允 许 的 定 位 误 差17.数控机床对进给伺服的性能有何要求？(1) 精 度 高 。 伺 服 系 统 要 具 有 较 好 的 静 态 特 性 和 较 高 的 伺 服 刚 度 ， 从 而 达 到 较 高 的 定 位 精度 ， 以 保 证 机 床 具 有 较 小 的 定 位 误 差 与 重 复 定 位 误 差 ； 同 时 伺 服 系 统 还 要 具 有 较 好 的 动 态性 能
13、 ， 以 保 证 机 床 具 有 较 高 的 轮 廓 跟 随 精 度 。 (2) 快 速 响 应 ， 无 超 调 。 为 了 提 高 生 产 率 和 保 证 加 工 质 量 ， 在 启 、 制 动 时 ， 要 求 加 、 减 加速 度 足 够 大 ， 以 缩 短 伺 服 系 统 的 过 渡 过 程 时 间 ， 减 小 轮 廓 过 渡 误 差 。 一 般 电 动 机 的 速 度 从零 变 到 最 高 转 速 ， 或 从 最 高 转 速 降 至 零 的 时 间 小 于 200ms。 这 就 要 求 伺 服 系 统 要 快 速 响应 ， 但 又 不 能 超 调 ， 否 则 将 形 成 过 切 ， 影
14、 响 加 工 质 量 。 同 时 ， 当 负 载 突 变 时 ， 要 求 速 度 的恢 复 时 间 也 要 短 ， 且 不 能 有 振 荡 ， 这 样 才 能 得 到 光 滑 的 加 工 表 面 。 (3)调 速 范 围 宽 。 在 数 控 机 床 中 ， 由 于 所 用 刀 具 、 被 加 工 材 料 、 主 轴 转 速 以 及 进 给 速 度 等加 工 ： 工 艺 要 求 各 有 不 同 ,为 保 证 在 任 何 情 况 下 都 能 得 到 最 佳 切 削 条 件 ， 要 求 进 给 驱 动 系统 必 须 具 有 足 够 宽 的 无 级 调 速 范 围 (通 常 要 大 于 1:10000
15、)。 尤 其 在 低 速 (如 0.01m/min)时 ， 要 仍 能 平 滑 运 动 而 无 爬 行 现 象 。 而 高 速 的 范 围 要 求 可 达 20100m/min。 27282930画出主轴电动机的特性曲线，并说明如何进行调速？典型主轴电动机工作特性曲线如图:基数 n0 以下励磁电流 If 不变，改变电枢电压 U 调速，其输出的最大转矩Mmax 取决于电枢电流最大值，而对一台主轴电动机来说，最大电流为恒定，因此所能输出最大转矩是恒定的，而输出功率转速升高而增加，因此基速 n0以下称为恒转矩调速 M=CMImax基速 n0 以上采用弱磁升速的方法调速，即采用调节激磁电流 If 的方
16、法，在弱磁升速中，If 减少 k 倍，相应的转数增加 k 倍，电动机所输最大转矩则因为磁通中的减小而减小 k 倍，所能输出的最大功率不变，因此称为恒功率调速。 Pmax=Mmaxn3118.什么是主轴分段无级调速，为什么要采用主轴分段无级变速？不 论 采 用 哪 一 种 方 法 ， 均 可 实 现 主 轴 电 动 机 的 无 级 调 速 。 采 用 无 级 调 速主 轴 机 构 ， 主 轴 箱 虽 然 得 到 大 大 简 化 ， 但 其 低 速 段 输 出 转 矩 常 常 无 法 满 足 机 床切 削 转 矩 的 要 求 。 如 单 纯 追 求 无 级 调 速 ， 势 必 要 增 大 主 轴
17、电 动 机 的 功 率 ， 从 而使 主 轴 电 动 机 与 驱 动 装 置 的 体 积 、 重 量 及 成 本 大 大 增 加 。 因 此 数 控 机 床 常 采 用14 档 齿 轮 变 速 与 无 级 调 速 相 结 合 的 方 式 ， 即 分 段 无 级 变 速 。采 用 与 不 采 用 齿 轮 减 速 主 轴 的 输 出 特 性 ， 采 用 齿 轮 减 速 虽 然 低 速 的 输 出 转矩 增 大 ， 但 降 低 了 最 高 主 轴 转 速 。 因 此 通 常 均 采 用 齿 轮 自 动 变 速 ， 达 到 同 时 满足 低 速 转 矩 和 最 高 主 轴 转 速 的 要 求 。 一
18、般 来 说 ， 数 控 系 统 均 提 供 4 档 变 速 功能 的 要 求 ， 而 数 控 机 床 通 常 使 用 两 档 即 可 满 足 要 求 。32 19.简述数控机床主要由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？数控系统一般由输入输出装置、数控装置、驱动控制装置、机床电器逻辑控制装置四部分组成，机床本体为被控对象 3320.脉冲编码器的作用是什么？脉冲编码器是一种光学式位置检测元件，其采用圆光栅通过光电转换将轴转角位移转化为电脉冲信号，又称为光电脉冲编码器。一般是编码盘直接装在电机的旋转轴上，以测出轴的旋转角度位置和速度变化。广泛用于数控设备。34 PLC 和 NC 在数控机床里各自作用以及相互关系看下课本 86 页，这是最难的一道题，很难组织语言。百度
