2014东北林业大学数控复习材料.doc

2014-2015-1数控机床复习题
一、选择
1.按控制刀具与工件间相对运动的轨迹来分，可分为点位控制数控机床和（B）。
A.开环控制数控机床 B.轮廓控制数控机床 C.闭环控制数控机床 D.半闭环控制数控机床
2. CNC系统是指（C）系统。
A.自适应控制 B.直接数字控制 C.计算机数字控制 D.前馈控制
3.数控系统常用的两种插补功能是（C）。
A.直线插补和螺旋线插补 B.螺旋线插补和抛物线插补
C.直线插补和圆弧插补 D.圆弧插补和螺旋线插补
4.一般用于开环伺服控制的电动机是（D）。
A.异步交流伺服电动机 B.永磁宽调速直流电动机 C.无刷直流电动机 D.功率步进电动机
5.NC加工程序是NC机床自动加工零件的（C）。
A.输入介质 B.存储载体 C.加工指令 D.系统指令
6.开环步进系统中，通过控制进给脉冲的（A）来控制步进电机转子的角位移。
A.数量 B.频率 C.大小 D.方向
7.工件坐标原点也称作（D）。
A.换刀点 B.对刀点 C.机床零点 D.编程零点
8.数控机床坐标系建立时，首先要指定的轴是（C）。
A.X轴 B.Y轴 C.Z轴 D.W轴
9.若数控冲床快速进给速度v=15m/min，快进时步进电动机工作频率f=5000Hz，脉冲当量δ为（B）。
A.0.01mm B.0.05mm  C.0.02mm D.0.1mm
10.球头铣刀的球半径通常（A）加工曲面的曲率半径。
A.小于 B.大于 C.等于 D.A、 B、 C都可以
11.加工中心编程和与普通数控铣床程序的主要区别在于（D）。
A.指令格式 B.程序段格式 C.指令功能 D.换刀程序
12.数控铣床中的G43是对（A）进行补偿。
A.刀具的几何长度 B.刀具的刀尖圆弧半径 C.刀具的圆柱半径 D.刀具的前角
13.数控机床的 C轴是绕（C）轴转动的旋转轴。
A.X B.Y C.Z D.U
14.数控机床中，把脉冲信号转换成机床移动部件运动信号的部分叫做（C）。
A.控制介质 B.数控装置 C.伺服驱动装置D.数控程序
二、填空
1.三相步进电机转子齿数为100，以双三拍通电方式步距角为（1.2）度，三相六拍步距角为（0.6）度。
2.步进电动机的相数和齿数越多，在一定的脉冲频率下，转速（越平稳）。
3.感应同步器根据输出信号的处理方式可以分为（鉴相方式）和（鉴幅方式）。
4.零件轮廓的各个几何元素间的连接点称为（基点）；加工非圆曲线轮廓时，用直线或圆弧逼近的交点，称为（节点）。
5.G41D01其中的D01是指（刀具偏置代码地址字）。
三、问答
1.数控机床按加工控制路线应分为哪几类？其控制过程有何不同？
答：
1）点位控制机床：只控制刀具从一点向另一点移动，而不管其中间行走轨迹的控制方式。在从点到点的移动过程中，只作快速空程的定位运动，因此不能用于加工过程的控制。
2）直线控制机床：可控制刀具相对于工作台以适当的进给速度，沿着平行于某一坐标轴方向或与坐标轴成45°的斜线方向作直线轨迹的加工。
3）轮廓控制机床：可控制刀具相对于工件作连续轨迹的运动，能加工任意斜率的直线，任意大小的圆弧，配以自动编程计算，可加工任意形状的曲线和曲面。
2.数控加工机床按使用的进给伺服系统不同应分为哪几类？哪类的控制质量高，为什么？
答：
数控加工机床按使用的进给伺服系统不同应分为：开环伺服系统型、闭环伺服系统型和半闭环伺服系统型。
闭环伺服系统型控制质量高，因为其测量元件（直线感应同步器、长光栅等）装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，且该系统将所有部分都包含在控制环之内，可消除机械系统引起的误差。
3.绝对编程和增量编程有什么区别？
答：
增量值编程是指运动轨迹的终点坐标是相对于线段的起点来计量；绝对坐标编程是指所有坐标点的坐标值均从某一固定的坐标原点来计量。
4.数控机床由哪几部分组成，试用框图表示各部分之间的关系,并简述其主要组成部分的基本功能。

答：
机床组成框图，数控机床由 CNC系统，机床主机及辅助装置三部分组成。
1、CNC系统：
（1）输入。指零件加工程序及各种参数的输入。
（2）插补。插补既是根据给定的数学函数，诸如线性函数、圆函数或高次函数，在理想的轨迹或轮廓上已知点之间，确定一些中间点的方法。通常在给定直线或圆弧的起点和终点间进行数据密化。
（3）伺服控制。见计算机送出的位置进给脉冲或进给速度指令，经变换和放大后转化为伺服电机的转动，从而带动工作台移动。
2、机床主机及辅助装置：
其基本功能是机床加工部分，且通过各种辅助装置保证加工要求。
5.什么是开环、闭环、半闭环数控机床？它们之间有什么区别？
答：开环控制数控机床
这类数控机床不带位置检测反馈装置。CNC装置输出的指令脉冲经驱动电路的功率放大，驱动步进电机转动，再经传动机构带动工作台移动。
指令脉冲
驱动器
步进电动机
机床工作台

闭环控制数控机床
这类数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置，并与CNC装置的指令位置进行比较，用插值进行控制。
位置比较电路
速度控制电路
伺服电动机
机床工作台
指令值
位置反馈
速度反馈
+
-

半闭环控制数控机床
将检测元件安装在电机的端头或者丝杠的端头，则为半闭环控制机床。
位置比较电路
速度控制电路
伺服电动机
机床工作台
指令值
速度反馈
角位置反馈
+
-

这三种控制方式的数控机床主要区别在于有无反馈和在哪里反馈。

6.刀具长度补偿的作用是什么？
答：
刀具长度补偿指令解决了因换刀所带来的刀具长度不同在加工中沿刀具轴线方向所产生的坐标值变化但可共用同一坐标系统问题，及刀具长度磨损引起的误差补偿问题，同样使得编程工作量减少、精确程度提高。
7.刀具半径补偿的作用是什么？
答：
刀具半径补偿指令解决了刀具中心运动轨迹与加工轮廓不重合所带来的复杂计算问题，使编程者在编程时不必考虑这类计算，并且可解决粗精加工或刀具磨损前后共用同一程序问题，使得编程工作量减少、精确程度提高。
8.画出开环控制系统的原理框图，并说明其工作原理。
答：

开环数控机床采用开环进给伺服系统，图所示为典型的开环进给系统。是由功率步进电机驱动的开环进给系统。数控装置根据所要求的进给速度和进给位移，输出一定频率和数量的进给指令脉冲，经驱动电路放大后，每一个进给脉冲驱动功率步进电机旋转一个步距角，再经减速齿轮、丝杠螺母副，转换成工作台的一个当量直线位移。对于圆周进给，一般都是通过减速齿轮、蜗杆蜗轮副带动转台进给一个当量角位移。
9.光栅的基本结构如何？什么是摩尔条纹的放大作用？
答：
光栅由固定光栅和指示光栅组成。在光源的照射下，指示光栅相对固定光栅运动时，形成摩尔条纹，摩尔条纹的节距比光栅的栅距大很多倍，即摩尔条纹将微小的指示光栅的运动距离放大，便于检测的这种作用叫摩尔条纹的放大作用。
10.试述逐点比较法插补的四个节拍。
答：
逐点比较插补计算法，即每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较，视该点在给定轨迹的上方或下方或在给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向，使之趋近加工的轨迹。四节拍可概括为（1）偏差判别。（2）坐标进给。（3）新偏差计算。（4）终点判别。假设直线上有一坐标点（Xm,Ym）和终点坐标（Xe,Ye）偏差判别Fm。插补开始从起点出发，当Fm≥0时，应沿  +X方向走；当Fm<0时，则应沿+Y方向走一不；当两个方向的步数和终点坐标（Xe,Ye）值相等时，发出终点到达信号，停止插补。
11.简述数控机床程序编制的内容和步骤。
答：
数控机床程序编制的内容：零件加工顺序，刀具与工件相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数以及辅助操作等加工信息。
步骤：分析零件图纸及工艺处理，数学处理，编写零件加工程序单、制作介质，进行程序检验。
12.对刀点选择的原则。
答：
① 对刀点应便于数学处理和程序编制；② 对刀点在机床上容易校准；
③ 在加工过程中便于检查；④ 引起的加工误差小。
四、计算
1.用逐点比较法插补直线OA，其中起点为O（0,0），终点为A（-6,4），给出插补计算过程，并画插补轨迹。
序号 (i)

进给
新坐标
终点判别
计算
判别
1
0

+Y
（0,1）
N
2
-6

-X
（-1, 1）
N
3
-2

-X
（-2, 1）
N
4
2

+Y
（-2, 2）
N
5
-4

-X
（-3,2）
N
6
0

+Y
（-3, 3）
N
7
-6

-X
（-4, 3）
N
8
-2

-X
（-5, 3）
插补轨迹
N
9
2

+Y
（-5, 4）
N
10
-4

-X
（-6, 4）
Y
2. 用逐点比较法插补第一象限逆圆，其中起点为A（5，0），终点为 B（0，5），给出插补计算过程，并画插补轨迹。
序号(i)

进给
新坐标
终点判别
计算
判别
1
0

-X
（4，0）
N
2
-9

+Y
（4，1）
N
3
-8

+Y
（4，2）
N
4
-5

+Y
（4，3）
N
5
0

-X
（3, 3）
N
6
-7

+Y
（3, 4）
N
7
0

-X
（2, 4）
N
8
-5

+Y
（2, 5）
N
9
4

-X
（1, 5）
插补轨迹
N
10
1

-X
（0, 5）
Y
3.如果已在G53坐标系中设置了以下两个坐标系：
G57：X＝-40，Y＝-40，Z＝-20； G58：X＝-80，Y＝-80，Z＝-40；
（1）试用坐标简图把这两个工件坐标系表示出来；
（2）写出刀具从G53坐标系的（0，0，0）点到G57的坐标系的（5，5，10）点；再到G58的
（10，10，5）点的G指令；
答：图略
G53G00X0Y0Z0
G57G00X5Y5Z10
G58G01(G00)X10Y10Z5F200
4.光栅刻线为100线/mm，动、定栅尺之间的夹角θ＝0.001弧度，工作台移动时，测得移动过的莫尔条纹数为200。求：光栅尺的栅距、莫尔条纹的纹距及其放大倍数、工作台移动的距离。
解：已知光栅刻线为100线/mm，则光栅栅距W=0.01mm，莫尔条纹的纹距B=W/2sin(θ/2)≈W/θ=1000W=10mm，其放大倍数为1000倍，当工作台移动过的莫尔条纹数为200时，工作台移动的距离200×0.01mm=2mm。
五、编程题
1数控铣
(1) OXY：机床坐标系，O′X′Y′Z′：工件坐标系。
绝对坐标编程：也可采用相对(增量)坐标编程方法
N01 G92 X0 Y0  Z70；
N02 G90 G17 G00 G42 D01 X-500 Y-100 S400 M03  M08 ；
N03 Z-80 ；
N04 G01 X200 F250  ；
N05 X0 Y500  ；
N06 G03 X-400 Y600 J-100  ；
N07 G02 X-400 Y100 I-100  ；
N08 G01 Y-140  ；
N09 G00 G40 Z70 M05 M09 ；
N10 X0 Y0 M02 *   
(2) 见右图。
2、 数控车

（1）加工准备
加工路线确定为：粗车外形→平端面、倒角→精车→切槽→切螺纹→切凹圆弧。选择直径为55mm，高为160mm的圆柱形毛坯，工件坐标系设在右端面中心处。
（2）加工程序
N330 M98 P041000；
N340 G00 X60.0；
N350 X150.0 Z200.0；
N360 G28 U0 W0 T00 M05；
N370 M30；
子程序：
O1000
N010 G01 U-1.0 F60；
N020 G02 U0 W-30.0 R35.0；
N030 U3.0；
N040 W30.0；
N050 U-3.0；
N060 M99；
O0001
N010 G40 G97 G99 S500 M03 T0101；
N020 G00 X53.0 Z5.0 M08；
N030 G71 U2.0 R0.5；
N040 G71 P50 Q120 U0.4 W0.2 F60；
N050 G00 G42 X0 D01；
N060 G01 Z0 F60；
N070 X33.8 C-2.0；
N080 Z-30.0；
N090 X45.0；
N100 X50.0 W-25.0；
N110 Z-120.0；
N120 G40 X53.0；
N130 G00 X150.0 Z200.0；
N140 T0202 S600；

N150 G00 X53.0 Z5.0；
N160 G70 P50 Q120；
N170 G00 X150.0 Z200.0；
N180 T0303 S400；
N190 G00 X48.0 Z-30.0；
N200 G01 X30.0 F60；
N210 X48.0；
N220 G00 X150.0 Z200.0
N230 T0404；
N240 G00 X36.0 Z5.0；
N250 G92 X33.1 Z-28.0 F2.0；
N260 X32.5；
N270 X31.9；
N280 X31.5；
N290 X31.4；
N300 G00 X54.0；
N310 Z-75.0；
N320 S500；

36、说明步进电动机的工作原理。说明什么是步距角？
答：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
37、常用的步进电动机的性能指标有哪些？其含义是什么？
答：步距角：每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度；
失步率：单位时间内输入电脉冲信号数和转子所转过的实际步数的差与输入的脉冲数的比率。
脉冲频率：单位时间内可接受的脉冲数。
通电工作方式：同时通电的相数和相序。
驱动力矩：电机轴所能产生的驱动转矩
38、 减少热变形要求 减少发热 控制温升 改善机床结构
39、 提高抗振性 减少质量 减少机床内部振源 提高静态刚度 增加构件或结构的阻尼
40、 提高机床结构刚度 合理选择构件的结构形式 合理的结构布局 构件变形补偿
41、 对数控机床的机械结构要求 机床的性能要求 满足机床刚度和抗振性要求 减少热变形要求 机床可靠性要求 人机要求
42、 数控机床对伺服系统的基本要求 可逆运行 速度范围宽 具有足够的传动刚度和高的速度稳定性 快速响应并无超调 高精度 低速大转矩
43、 伺服和步进电机的比较 控制精度 低频特性 矩频特性 过载能力 运动性能 速度响应
编程题

O0001
N010 G00 X260.0 Z220.0； 快速定位到程序始点
N020 G00 X220.0 Z160.0； 定位到循环始点B
N030 G73 Ul4.0 W14.0 R3.0； 粗车循环
N040 G73 P50 Q80 U1.0 W0.5 F60；粗车循环
N050 G00 X80.0 W-40.0； 定位到精车切入点，精车开始段
N060 G01 W-20.0 F60； 车圆柱面φ80
N070 X120.0 W-10.0； 车锥面
N080 W-20.0； 车圆柱面φ120
N090 G02 X160.0 W-20.0 R20.0； 车圆弧(R20)
N100 G01 X180.0 W-10.0； 车锥面，精车结束段
N110 G70 P50 Q80； 精车循环
Nl20 G00 X260.0 Z220.0； 回到起始位置
N130 M05 M30； 程序结束