伺服系统试题.docx

一、解释下列概念（共20 分，每小题4 分）
1、 插补
2、 脉冲当量
3、 采样周期
4、 CNC
5、 步距角
二、 要回答下列问题（共24 分，每小题6 分）
1．画出数控机床的组成框图，简述各部分的主要功能。
2．解释所给程序段“N5G42G01X25000Y56000F150S350”中各字的意义。
3．数控机床为什么要有刀补功能？C 刀补的设计思想是什么？
4．在步进式伺服系统中，加减速电路的作用是什么？试述用硬件电路或软件程序实现加减速电路的基本原理。
三、插补计算（共20 分，每小题10 分）
1．用逐点比较法插补直线OE，起点为O（0，0），终点为E6，4），写出插补过程并绘出轨迹。
2．用数字积分法插补第Ⅰ象限顺时针圆弧PQ，起点为P（0，6），终点为Q（6，0），
若被积函数寄存器和余数寄存器的最大可寄存数为Jmax=7(即J≥8 时溢出，如采用二进制计数，试写出插补过程并绘制插补轨迹。
四、CNC 系统的控制软件一般包括哪几部分？简述各部分的主要功能。（共16 分）
五、画出以直尺光栅为测量元件、直流伺服电机为执行元件的CNC 伺服系统框图，在图上标出关键模块的输入、输出信号形式，并展开测量元件及信号处理线路。（共20 分）

一、解释下列概念（共20 分，每小题4 分）
1. 插补：数据密化的过程。在数控系统有限输入坐标点的情况下，计算机根据线段的特征，运
用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据。
2. 脉冲当量：相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移量叫做脉冲当量。
3. 采样周期：连续两次数据采样的时间及间隔。
4. CNC：计算机数控系统。CNC 是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存
储器中的控制程序去执行数控装置的一部分或全部功能。
5. 步距角：步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过的角度。
二、 要回答下列问题（共24 分，每小题6 分）
1．画出数控机床的组成框图，简述各部分的主要功能。
答：由控制介质、数控装置、伺服系统、检测装置和机床本体组成。控制介质建立人与数控机床
之间联系；数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、存储、运算，输出相应的指令
脉冲以驱动伺服系统；伺服系统是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工
作台精确定位获按照规定的轨迹严格的相对运动；检测装配测量机床的实际位移，并将其转换为
数控系统所能接受的电信号；机床完成零件的加工。
评分标准：正确画出组成框图2 分，正确叙述各组成部分主要功能4 分。
2．解释所给程序段“N5G42G01X25000Y56000F150S350”中各字的意义。
答：N5——第五行程序；G42——右刀补；G01——直线插补；X25000——x 方向进给到25000；
Y56000——y 方向进给到56000；F150——进给速度为150；S350——主轴转速为350。
评分标准：正确解释每个功能字1 分。
3．数控机床为什么要有刀补功能？C 刀补的设计思想是什么？
答：数控机床是以零件的轮廓进行编程的，而数控系统是控制刀具的中心轨迹进行轮廓加工的，
因此数控系统必须具备刀具半径补偿功能，自动将零件轮廓编程的轨迹转换为刀具中心的轨迹，
这样才能加工出符合要求的零件。C 刀补的设计思想是利用计算机强大的计算功能，在进行刀具
半径补偿计算时考虑后一段程序对本段程序的影响，根据程序段间的转接情况自动修正本段程
序的轨迹。具体实现时开设几个缓冲区，同时存放三段程序，根据后一段程序对本段程序的影
响修正轨迹后才进行输出。
评分标准：正确答出第一问4 分，正确叙述C 刀补设计思想2 分。
4．在步进式伺服系统中，加减速电路的作用是什么？试述用硬件电路或软件程序实
现加减速电路的基本原理。
答：根据步进电机加减速特性，进入步进电机定子绕组的电平信号的频率变化要平稳，而且应
有一定的时间常数。但由于加减脉冲分配电路来的进给脉冲的频率变化是有跃变的。因此为了
保证步进电机能够正常、可靠的工作，此跃变频率必须首先进行缓冲，使之变成符合步进电机
加减速特性的脉冲频率，然后再送入步进电机的定子绕组。设置了加减速线路，可使得输入信
号脉冲满足步进电机的要求，保证不失步也不丢步，否则，可能会造成位置控制误差。硬件电
路：
评分标准：正确答出第一问4 分，正确画出组成框图2 分。
三、 插补计算（共20 分，每小题10 分）
1．用逐点比较法插补直线OE，起点为O（0，0），终点为E（-6，4），写出插补过
程并绘出轨迹。
答：x、y 以绝对值带入， i j i j e F = F − y +1, , ， i j i j e F = F + x , +1 , ， 0 00 F = ， = 6, = 4 e e x y ， E =10
序号 工 作 节 拍
第一拍：判别第二拍：进给第三拍：运算第四拍：比较
1 F00=0 -Δx F10=F00-ye=-4 E9=E10-1=9
2 F10=-4＜0 Δy F11=F10+xe=2 E8=E9-1=8
3 F11=2＞0 -Δx F21=F11-ye=-2 E7=E8-1=7
4 F21=-2＜0 Δy F22=F21+xe=4 E6=E7-1=6
5 F22=4＞0 -Δx F32=F22-ye=0 E5=E6-1=5
6 F32=0 -Δx F42=F32-ye=-4 E4=E5-1=4
7 F42=-4＜0 Δy F43=F42+xe=2 E3=E4-1=3
8 F43=2＞0 -Δx F53=F43-ye=-2 E2=E3-1=2
9 F53=-2＜0 Δy F54=F53+xe=4 E1=E2-1=1
10 F54=4＞0 -Δx F64=F54-ye=0 E0=E1-1=0

2．用数字积分法插补第Ⅰ象限顺时针圆弧PQ，起点为P（0，6），终点为Q（6，0），
若被积函数寄存器和余数寄存器的最大可寄存数为Jmax=7(即J≥8 时溢出，如采用二
进制计数，试写出插补过程并绘制插补轨迹。
累加 x 积分器 y积分器
次数 yi Σyi Δx
x 终
xi Σxi Δy
y 终
0 110 000 0 110 000 000 0 110
1 110 110 0 110 000 000 0 110
2 110 100 1 101
001
3 110 010 1 100 001 001 0 110
010
4 110 000 1 011 010 011 0 110
011
5 110 110 0 011 011 110 0 110
6 110 100 1 010 011 001 -1 101
101 100
7 101 001 1 001 100 101 0 101
101
8 101 110 0 001 101 010 -1 100
100
9 100 010 1 000 101 111 0 100
110
10 110 101 -1 011
11 110 011 -1 010
12 110 001 1 001
13 110 111 0 001
14 110 101 -1 000

评分标准：正确列出插补计算表格8 分，正确画出插补曲线2 分。
四、CNC 系统的控制软件一般包括哪几部分？简述各部分的主要功能。（共16 分）
答：CNC 控制软件包括：输入数据处理、插补运算及位置控制、速度输出控制、管理程序及
诊断程序等。输入数据处理程序接收输入的零件程序，将其用标准代码表示的加工指令和数据进
行翻译、整理，按照所规定的格式存放。有些系统还要进行刀具半径补偿计算，或为插补运算和
速度控制等进行一些预处理，总之输入数据处理程序主要包括三项内容：输入、译码和数据处理；
插补运算程序完成NC 系统中插补器的功能，实现坐标轴脉冲分配的功能，插补的输出，经过位
置控制部分，去带动伺服系统运动，控制刀具按照预定的轨迹加工。位置控制的主要任务是：在
每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机。
在位置控制中还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿；速度
控制程序根据合成的速度来计算各运动坐标方向的分速度，此外用软件对速度控制数据进行预处
理；系统管理程序对数据输入、处理及切削加工过程服务的各个程序进行调度，是实现CNC 系
统协调工作的主体软件，管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理，
有的管理程序还安排有自动编程工作；诊断程序在运行中能及时发现系统的故障，并指示出故障
的类型，也可在运行前或发生故障后，检查各种部件的功能是否正常，并指示出故障的部位，还
可以在维修中查找有关部件的工作状态，判断其是否正常，对于不正常的部件给予显示，便于维
修人员及时处理。
评分标准：答出CNC 控制软件5 个模块，10 分/每模块2 分；各程序模块功能叙述正确6 分；