北大学机床数控技术期末考试试题AB卷加详细答案.docx

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北大学机床数控技术期末考试试题AB卷加详细答案

北大学机床数控技术期末考试试题A《机床数控技术》试题A卷答案

一、填空题（每小题2分，共20分）

1.1软件插补和硬件插补的原理相同，其作用都是根据给定的信息进行计算，在计算的过程中不断向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲，使数控机床按指定的轨迹运动。

1.2数据采样插补的特点是插补运算分两步进行。

第一步进行粗插补，第二步进行精插补。

1.3交流主轴伺服电机，采用变频调速的方法时，基频以下调速称为恒转矩调速；基频以上调速称为恒功率调速。

1.4依据模拟电路“调制”理论，产生SPWM波形的方法是，以控制正弦波为调制波，对等腰三角形波为载波的信号进行调制。

1.5刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。

1.6前加减速控制是对合成速度即编程指令速度F进行控制；后加减速控制是对各运动轴分别进行加减速控制。

1.7逐点比较法是以折线逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。

1.8编程人员以工件图样上的某一点为原点建立的坐标系，称为编程坐标系，编程坐标系的原点称为编程零点。

1.9伺服系统被看作一个独立部分，与数控系统和机床本体并列为数控机床的三大组成部分。

1.10机床数控系统中常使用的位置检测装置，按运动方式可分为直线型和回转型两类。

二、选择题（每小题2分，共20分）

2.1一般而言，数据采样的插补周期T必须A插补运算时间。

A：

大于；B：

小于；C：

等于

2.2数据采样插补又称为数字增量插补，适用于数控机床C驱动的闭环进给伺服系统。

A：

步进电机；B：

直流伺服电机；C：

交流或直流伺服电机

2.3双螺母齿差调隙式滚珠丝杠，两齿轮的齿数分别为Z1=99、Z2=100，丝杠导程t=10mm，若间隙为0.004mm，则相应的螺母应转过B个齿即可消除间隙，达到预紧的目的。

A：

3；B：

4；C：

5；D：

6

2.4机床数控系统中的PLC经常被用作A控制。

A：

逻辑顺序；B：

智能；C：

进给伺服；

2.5目前数控机床高速主轴电机使用最多的是C。

A：

步进电机；B直流伺服电机：

C交流伺服电机：

D：

直线电机

2.6步进电机A通电方式没有带负载的能力，不能实际应用。

A：

三相单三拍；B：

三相六拍；C：

三项双三拍

2.7数控机床在加工零件时，刀具相对于工件运动的A称为对刀点。

A：

起点；B：

基点；C：

原点

28伺服系统是一种反馈控制系统。

不仅能控制执行件的C，而且能控制几个执行件按一定运动规律合成的轨迹。

A:

速度；B：

速度、位置；C：

速度、方向、位置

2.9旋转变压器是利用电磁感应原理的A式角位移检测传感器。

A：

模拟式；B；数字式；C：

脉冲式

2.10在D系统中，进给速度的计算方法是采用数据采样方法进行插补加工，进给速度的计算是根据编程速度F值，将被加工零件轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。

A：

闭环；B：

半闭环；C：

开环；D：

闭环和半闭环

三、简答题（每小题5分，共20分）3.1a什么是进给伺服系统的调速范围?

答：

调速范围是指最高进给速度与最低进给速度之比。

3.2a数控机床的工作流程包括哪些内容？

答：

工作流程包括：

①数据加工程序的编制；②输入；③译码；④刀具补偿；⑤插补；⑥位置控制和机床加工。

3.3a后置处理程序的作用是什么？

答：

后置处理的目的是生成数据加工程序。

由于各种机床使用的控制系统不同，所用的数据加工程序的指令代码及格式也有所不同。

为解决这个问题，自动编程软件通常设置一个后置处理程序，在后置处理前，编程人员应根据具体数控机床指令代码及程序的格式，事先编辑好这个文件，这样才能输出符合数控加工格式要求的数控加工程序。

3.4a数控加工工艺处理有哪些内容？

答：

1）选择并确定进行数控加工的零件及内容。

2）对被加工零件的图样进行工艺分析，明确加工内容和技术要求，在此基础上确定零件的加工方案、划分和安排加工工序。

3）设计数控加工工序。

如工步的划分，零件的定位，夹具与刀具的选择，切削用量的确定等。

4）选择对刀点、换刀点的位置，确定加工路线，考虑刀具的补偿。

5）分配数控加工中的容差。

6）数控加工工艺技术零件的定型与归档。

四、论述题（每小题10分，共40分）

4.1a简述数控车床程序编制的特点答：

在一个程序段中，根据被加工零件的图样标注尺寸，从编程方便出发，可以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。

（1）由于车削零件的图纸尺寸和测量尺寸在X方向上都时直径值，所有在用绝对值编程时，X通常以直径值表示。

用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值编程。

同时附上方向符号，正向可省略。

（3）车削加工的毛坯常用棒料或锻料，加工余量较大，所以数控装置常具备不同形式的固定循环功能，可进行多次重复循环切削。

（4）为了提高刀具耐用度并提高加工光洁度，车刀刀尖常磨成半径不大的圆弧。

在编程时必须对刀具半径进行补偿。

对具有刀具半径自动补偿的数控系统，可直接按轮廓尺寸编程。

而对于不具备半径自动补偿的功能的编程，需要人工求出假想刀尖或刀具中心的运动轨迹，这种计算有时是相当繁琐的。

4.2a简述数控系统的工作过程

答：

在CNC机床中，加工过程的人工操作均被数控系统所代替，CNC装置在硬件和系统软件的支持下，执行输入的加工程序。

具体的工作过程如下：

（1）输入首先将被加工零件图上的几何信息和工艺参数数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹，用按规定的代码和格式编成加工程序，然后将这些具有零件特征、控制参数和刀具补偿数据的程序输入CNC装置中。

（2）译码经过校验和转换后的代码，含有零件的轮廓信息（线型、起点和终点坐标等）、加工速度（F代码）和其它的一些辅助信息（M.S.T代码等），全部存放在CNC装置的内部存储器中，CNC装置按一个程序段为单位，根据一定的语言规则将其解释成计算机能够识别的数据形式，这一过程称为译码。

（3）数据处理数据处理包括刀具补偿、进给方向判断、进给速度计算和机床辅助功能处理等。

处理后的数据以最直接、最方便的形式送入到工作寄存器，供插补运算使用。

（4）插补运算插补运算是根据数控语言G代码提供的轨迹类型（直线、顺圆或逆圆）及所在的象限等选择合适的插补运算公式，通过相应的插补计算程序，在所提供的已知起点和终点的轨迹上进行“数据点的密化”。

（5）位置控制位置控制是数控系统的重要组成部分，它可由软件来实现，也可由硬件来完成。

在闭环系统中，通过位置检测装置检测位移量，同时发出反馈信号，将实际反馈的位置与经计算机插补计算得出的理论位置进行比较，其差值经放大后去控制执行部件，使其朝着消除偏差的方向运动。

（6）I/O处理I/O处理主要是实现对机床的位置伺服控制和M.S.T等辅助功能的强电控制。

（7）显示CNC系统的显示装置有显示器、报警器等，主要功能是为操作者提供方便，显示的内容通常有：

零件程序、刀具位置、机床状态、报警等多种参数。

（8）诊断数控系统中的诊断程序都具有联机和脱机诊断的功能。

中北大学机床数控技术期末考试试题B

一、填空题（每小题2分，共20分）

1.1b所谓插补，就是数据密化的过程。

在实际加工过程中，常采用小段直线或圆弧来逼近零件的轮廓曲线。

1.2bDDA直线插补的物理意义是使动点沿速度矢量的方向前进，这种方法同样适用于DDA圆弧插补。

1.3b他激式直流主轴伺服电机调速时，额定转速以下调速称为恒转矩调速，通过调整电枢电压实现；额定转速以上调速称为恒功率调速，通过调整励磁电流实现。

1.4bSPWM波形的特点是，其各个脉冲的面积与控制正弦波下面相应的面积成比例，等距、等幅而不等宽，中间宽两边窄。

1.5b刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。

1.6b采用步进电机的开环伺服系统，对于数控装置发来的一个进给脉冲经驱动线路放大后驱动步进电机转过一个步距角，经过机械传动系统带动工作台移动一个脉冲当量的位移。

1.7逐点比较法是以折线逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。

1.8b准备功能指令分为模态代码和非模态代码。

模态代码表示该代码一经在一个程序段中应用，直到出现同组的另一个G代码时才失效。

1.9b数控机床的伺服驱动系统通常包括两种：

进给伺服系统和主轴伺服系统。

1.10b直线式感应同步器由作相对平行移动的定尺和滑尺（动尺）组成。

二、选择题（每小题2分，共20分）

2.1b插补周期与位置反馈采样周期C。

A：

相同；B：

不相同；C：

可以相同，也可以不相同

2.2b在圆弧插补时，一般用切线、内接弧线和内外均差弦线逼近圆弧，其中C具有较大的轮廓误差而不宜采用。

A：

切线；B：

、内接弧线；C：

内外均差弦线

2.3双螺母齿差调隙式滚珠丝杠，两齿轮的齿数分别为Z1=99、Z2=100，丝杠导程t=10mm，若间隙为0.004mm，则相应的螺母应转过B个齿即可消除间隙，达到预紧的目的。

A：

3；B：

4；C：

5；D：

6

2.4机床数控系统中的PLC经常被用作D控制。

A：

逻辑顺序；B：

智能；C：

进给伺服；

2.5b脉冲增量插补法适用于以A为驱动装置的开环伺服系统。

A：

步进电机；B直流伺服电机：

C交流伺服电机：

D：

直线电机

2.6步进电机B通电方式没有带负载的能力，不能实际应用。

A：

三相单三拍；B：

三相六拍；C：

三项双三拍

2.7b一个零件的轮廓曲线一般是由许多不同的几何元素组成的，把各几何元素间的连接点称为B。

A：

起点；B：

基点；C：

原点

2.8b闭环位置控制系统又称为位置伺服系统，是基于B原理工作的。

A：

正反馈控制；B；负反馈控制；C：

逻辑顺序控制

2.9b检测装置的功能是对C进行检测与信号变换，与指令信号进行比较，达到反馈控制的目的。

A：

输入变量；B；随机变量；C：

被控变量

2.10b进给速度的计数方法因系统不同有很大差别。

在C系统中，坐标轴运动速度是通过控制向步进电机输出脉冲频率来实现的。

该频率的计数方法是根据编程速度的F值来确定的。

A：

闭环B：

半闭环C：

开环D：

闭环和半闭环

三、简答题（每小题5分，共20分）

3.1b固定循环指令有什么作用？

答：

数控加工中，一般一个动作就要编制一条加工程序，但在许多情况下，常需要重复一组固定的动作。

例如，钻孔时，往往需要快速接近工件、慢速钻孔、钻完后快速退回三个固定的动作。

又如，车螺纹时，需要切入、车螺纹、刀具径向（或斜向）推出、再快速返回四个动作。

对这些典型的、固定的几个动作，如能用一个固定循环指令去执行，则程序段数就会大为减少，而对于多次重复的固定循环指令（如车螺纹）再程序段中加入“循环次数”指令和每次循环时刀具的推进量，则程序段数更为减少。

这种固定循环程序既可使程序编制简短，方便又能提高编程质量。

3.2b数控机床编制程序的一般步骤是什么？

答：

分析零件图样、确定加工工艺过程、数值分析、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削。

3.3b何谓插补？

常用的插补算法有几种？

答：

插补就是在已知曲线的种类、起点、终点和进给速度的条件下，在曲线的起点、终点之间进行“数据点的密化”，即数控装置在轮廓的起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。

目前，常用的插补算法有脉冲增量插补和数据采样插补。

3.4b进给伺服系统的作用是什么？

进给伺服系统的技术要求有哪些?

答：

进给伺服系统的作用：

进给伺服系统是数控系统主要的子系统。

它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。

进给伺服系统的技术要求：

调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）；位移精度高；稳定性好；动态响应快；还要求反向死区小，能频繁启、停和正反运动。

四、论述题（每小题10分，共40分）

4.1b试述CNC系统两种典型的软件结构

答：

目前CNC系统的软件一般采用两种典型的结构：

一是前后台型结构；二是中断型结构；

（1）前后台型软件结构前后台型软件结构将CNC系统整个控制软件分为前台程序和后台程序。

前台程序是一个实时中断服务程序，实现插补、位置控制及机床开关逻辑控制等实时功能；后台程序又称背景程序，是一个循环运行程序，实现数控加工程序的输入和预处理（即译码、刀补计算和速度计算等数据处理）以及管理的各项任务。

前台程序和后台程序相互配合完成整个控制任务。

工作过程大致是，系统启动后，经过系统初始化，进入背景程序循环中。

在背景程序的循环过程中，实时中断程序不断插入完成各项实时控制任务。

（2）多重中断型软件结构多重中断型软件结构没有前后台之分，除了初始化程序外，把控制程序安排成不同级别的中断服务程序，整个软件是一个大的多重中断系统。

系统的管理功能主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现。

4.2b简述数控机床机械结构的特点

答：

数控机床作为一种高速、高效和高精度的自动化加工设备，由于其控制系统功能强大，使机床的性能得到大大提高。

部分机械结构日趋简化，新的结构、功能部件不断涌现，使得其机械结构和传统的机床相比，有了明显的改进和变化，主要体现在以下几个方面：

（1）结构简单、操作方便、自动化程度高

数控机床需要根据数控系统的指令，自动完成对进给速度、主轴转速、刀具运动轨迹以及其他机床辅助功能（如自动换刀、自动冷却等）的控制。

（2）高的静、动刚度及良好的抗振性能（3）采用高效、高精度无间隙传动装置数控机床进行的是高速、高精度加工，在简化机械结构的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求（4）具有适应无人化、柔性化加工的功能部件“工艺复合化”和“功能集成化”是无人化、柔性化加工的基本要求，也是数控机床最显著的特点和当前的发展方向。

“功能集成化”是当前数控机床的另一重要发展方向。

一、填空题（共20分，每空1分）

1．数控机床主要由机床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。

1.矢量变换控制法的应用使交流电动机变频调速后的机械特性和动态性能足以和直流电机相媲美。

2.PLC具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和修改程序并可直接控制机床电气等特点，现已广泛用于数控机床的辅助控制装置。

3．数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、直线控制和轮廓控制等几种。

按控制方式又可分为开环、闭环和半闭环控制等。

4.一般数控加工的程序的编制分为三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和程序调试。

4．编程时的数值计算，主要是计算零件的节点和基点的坐标。

直线段和圆弧段的交点和切点是基点，逼近直线段和圆弧小段轮廓曲线的交点和切点是节点。

5.位置检测元件可分为两类，常见的光栅尺和直线感应同步器属于直接测量元件，光电编码器和旋转变压器属于间接测量元件。

6.数控加工中心的主轴部件上设有准停装置，又称主轴定位功能。

它是自动换刀所必须的功能。

可分为机械准停和电气准停。

6.进给伺服系统实际上是一种高精度的位置跟踪与定位系统。

7.数控机床上导轨形式主要有滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

8．数控机床是按数字信号形式控制的，每一脉冲使机床移动部件产生的位移称为脉冲当量。

8.位置检测系统所能测量到的最小位移量称为分辨率。

二、选择题（共30分，每小题2分）

1．对刀操作是用来确定（B）原点在机床坐标系中的位置的。

A、机床坐标B、工件坐标C、编程坐标D、相对坐标

1．数控机床有不同的运动形式，需要考虑工件与刀具相对运动关系及坐标系方向，编写程序时，总是采用（B）的原则来编写程序的。

A刀具固定不动、工件移动B工件固定不动、刀具移动

C根据机床实际移动情况决定D.A或B

2.“CNC”的含义是（B）。

A．数字控制B.计算机数字控制C.网络控制

2.用于控制主轴的启停、换向、切削液启停、刀库选换刀、液压夹紧和松开等的接口是（B）。

A主轴控制接口B辅助功能接口

C位置/速度控制接口　D。

MDI/CRT接口

3.数控机床的核心是（B）。

A．伺服系统B.数控系统C.反馈系统D.传动系统

3．CB总线属于（D）。

A、内总线;B、外总线;C、地址总线;D、控制总线。

4.步进电机的转速是通过改变电机的（A）而实现。

A.脉冲频率B.脉冲速度C.通电顺序

5.开环控制系统用于（A　）数控机床上。

A.经济型B.中、高档C.精密

5.数控机床加工依赖于各种（D）。

A.位置数据B.模拟量信息C.准备功能D.数字化信息

6.数控机床加工零件时是由（A）来控制的。

A．数控系统B.操作者C.伺服系统

7.数控铣床一般采用半闭环控制方式，它的位置检测器是（B）。

A．光栅尺B.脉冲编码器C.感应同步器

8.光栅尺的标尺光栅和指示光栅的刻线之间的很小夹角，在光源的照射下会产生（B）。

A彩虹B莫尔条纹C透光D光射线。

9．交流伺服电动机和直流伺服电动机的（B）。

A、工作原理及结构完全相同;B、工作原理相同，但结构不同:

C、工作原理不同，但结构相同;D、工作原理及结构完全不同。

9．交流伺服电机正在旋转时，如果控制信号消失，则电机将会（A）。

A、立即停止转动；B、以原转速继续转动；

C、转速逐渐加大；D、转速逐渐减小。

10、数控加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是（C）

A、提高加工精度B、提高机床精度

C、保证自动换刀、提高刀具重复定位精度，满足一些特殊工艺要求

11．闭环控制系统的反馈装置装在。

D

A、电机轴上；B、位移传感器上，

C、传动丝杠上;D、机床移动部件上。

12.为了保证数控机床能满足不同的工艺要求，并能够获得最佳切削速度，主传动系统的要求是（C）。

A．无级调速B.变速范围宽

C.分段无级变速D.变速范围宽且能无级变速

13数控机床是在（B）诞生的。

A．日本B.美国C.英国

13、滚珠丝杠螺母副的缺点（B）

A、运动具有可逆性B、垂直安装是不能自锁

C、摩擦系数小

14主轴的内孔用来通过棒料，用于通过刀具夹紧装置固定刀具等。

其孔径的大影响到主轴的刚度，一般其孔径与主轴直径比为0.5左右。

15采用油脂润滑方式润滑主轴时，主轴轴承油脂封入量通常为轴承空间容积的10%，切忌随意填满。

15、光栅位置检测装置，栅距P=0.01mm，θ=0.01rad，则节距W等于（　　c　）

A、0.0001mm　　B、0.01mm　　C、1mm

三、判断题（正确的在括号里划“√”，错误的在括号里划“×”，共１０分，每小题１分）

（√）1.对刀点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。

（√）2.主轴功能也称S功能，用来设定主轴的转速或切削速度。

（×）3.RAM是专门用来存放系统软件的存储器，使用时只能读出，不会因断电二丢失内容。

（√）4.G代码可以分为模态G代码和非模态G代码。

（×）5.当数控加工程序编制完成后即可进行正式加工。

（×）6.数控机床是在普通机床的基础上将普通电气装置更换成CNC控制装置。

（×）7.不同的数控机床可能选用不同的数控系统，但数控加工程序指令都是相同的。

（√）8.常用的位移执行机构有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。

（√）9.RS232主要作用是用于程序的自动输入。

（√）10.伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。

（√）11.车床主轴编码器的作用是防止切削螺纹时乱扣。

（√）12.位置检测系统所能测量的最小位移称为分辨率

（×）13.直流电机的调速性能好，适用于高速运转的场合。

Rccu

（√）14.矢量控制法的应用使交流电动机变频调速后的机械性能和动态性能足以与直流电动机相比美。

（√）15.数控机床主传动系统是指数控机床主运动传动系统

四、简答题（共20分）

1.简要介绍内装电动机主轴的传动方式优缺点。

（6分）

优点简化了主轴箱的结构、结构紧凑，重量小，运动惯性小可提高启动、停止的响应特征，并利于控制振动和噪声。

缺点电动机运转产生的热量容易使主轴变形。

2．简述数控机床的工作原理？

（8分）

答：

数控机床加工零件，首先将加工零件所需要的所有机床动作以程序的形式记录下来，存储到某存储介质上，输入到数控装置中，由数控装置处理程序，发出控制信号指挥机床的伺服系统驱动机床，协调指挥机床的动作，使其产生主运动和进给运动，完成零件的加工。

当改变加工零件时，在数控机床只要改变加工程序，就可继续加工新零件。

3、数控机床主传动系统的特点？

（6分）

答：

转速高、功率大（1.5分）

变速范围宽（1.5分）

主轴变换迅速可靠（1.5分）

主轴组件的耐磨性高（1.5分）

一、填空题（每空1分，共30分）

1、数控机床组成包括      CNC数控系统和机床主体    两大部分。

2、数控机床的类型按加工功能分为    金属切削类、金属成型类、特种加工类    和其他等几种类型。

3、所谓数控编程，一般指包括   零件图样分析、工艺分析与设计、图形数学处理、编写并输入程序清单、程序校验   的全部工作。

4、工艺指令包括      准备功能指令（G指令）和辅助功能指令（M指令）     两部分。

5、选择对刀点的原则：

①在机床上容易找正，在加工中容易检查；②编程时便于数值计算；③对刀误差小。

6、数控铣床类型通常分为  立式、卧式、立卧两用 三种类型。

7、数控铣床开机步骤包括以下过程：

①打开机床电源开关；②打开电脑；③进入C:

\HCNC\N.bat

8、数控铣床程序模拟运行步骤包括以下过程：

①工作方式选择开关在“自动”位置；②按下主菜单“自动加工”；③按下“选择程序”；④在对话框找到相关程序；⑤按下“机床锁住”键，按下“循环启动”键

9、G30指令的功能是     返回第二参考点         。

10、电加工是利用电极间隙 脉冲放电      产生局部瞬间高温，对金属材料进行蚀除的一种加工方法。

11、数控电火花线切割机床的类型分为   快走丝、慢走丝    两种。

二、选择填空（每小题1.5分，共12分）

1、在数控加工程序中，用各种        指令描述工艺过程中的各种操作和运动特性。

a）F、S        b）G、M          c）T、P   

2、G91状态下，程序段中的尺寸数字为             。

a）半径值      b）绝对坐标值     c）增量坐标值

3、      使刀具以点控制方式，从刀具所在点快速移动到目标点，而移动速度与程序段中的进给速度无关。

a）G00         b）G01            c）G28

4、在华中数控系统中，调用子程序指令是           。

a）M08        b）M99            c）M98  

5、数控机床的控制核心是        。

a）数控系统   b）专用软件        c）CPU   

6、FMS是指     。

a）直接数控系统；        b）自动化工厂；

c）柔性制造系统；        d）计算机集成制造系统。

7、编排数控加工工序时，为了提