数控技术测验.docx
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数控技术测验
数控原理知识
第一节数控系统概述
一、选择题：
1、数控系统中CNC的中文含义是（）。
A、计算机数字控制
B、工程自动化
C、硬件数控
D、计算机控制
2、数控系统的核心是（）。
A、伺服装置
B、数控装置
C、反馈装置
D、检测装置
3、（）分别是数控机床的“大脑”和“四肢”。
A、数控系统和传动系统
B、数控装置和伺服驱动系统
C、反馈系统和伺服控制系统
D、数控系统和伺服控制系统
4、下列不属于有形的信息载体的是（）。
A、纸带
B、程序
C、磁带
D、磁盘
5、测量与反馈装置的作用是为了（）。
A、提高机床的安全性
B、提高机床的使用寿命
C、提高机床的定位精度、加工精度
D、提高机床的灵活性。
6、关于进给驱动装置描述不正确的是（）。
A、进给驱动装置是数控系统的执行部分。
B、进给驱动装置的功能是：
接受加工信息，发出相应的脉冲。
C、进给驱动装置的性能决定了数控机床的精度。
D、进给驱动装置的性能决定了数控机床的快速性。
7、（）是系统的感受器官。
A、自动控制技术
B、传感与检测技术
C、伺服传动技术
D、信息技术
8、只要数控机床的伺服系统是开环的，一定没有（）装置。
A、检测
B、反馈
C、伺服驱动
D、输出通道
9、按数控系统的控制方式分类，数控机床分为：
开环控制数控机床、（）、闭环控制数控机床。
A、点位控制数控机床
B、点位直线控制数控机床
C、半闭环控制数控机床
D、轮廓控制数控机床。
10、闭环控制数控机床（）。
A、是伺服电动机与传动丝杠之间采用齿轮减速连接的数控机床
B、采用直流伺服电动机并在旋转轴上装有角位移检测装置
C、采用步进电动机并有检测位置的反馈装置
D、采用交、直流电动机并有检测位移的反馈装置
11、下列对于闭环控制数控机床正确的解释是（）。
A、在这类机床的控制中，没有位置检测元件
B、这类数控机床是将位置检测元件安装在驱动电机的端部或传动丝杠的端部，用以间接地测量执行部件的实际位置或位移
C、这类数控机床是将位置检测元件直接安装在机床的移动部件上，用以直接检测机床工作台的实际位置
D、这类数控机床装有角位移检测装置，用以检测工作台的移动
12、直线工作台进给系统闭环控制时应将传感器装在（）
A、电机轴上
B、传动丝杠轴上
C、移动工作台上
D、传动齿轮上
13．在全闭环数控系统中，检测反馈量是（）。
A、机床的工作台位移
B、进给电机角位移
C、主轴电机转角
D、主轴电机转速
14、半闭环数控系统中，检测反馈量是（）。
A、进给伺服电机的转角
B、机床的工作台位移
C、主轴电机转速
D、主轴电机转角
15、全闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统的主要区别在于B、。
A、位置控制器
B、反馈单元的安装位置
C、伺服控制单元
D、数控系统性能优劣
16、半闭环控制伺服进给系统的检测元件一般安装在（）。
A、工作台上
B、丝杠一端
C、工件上
D、导轨上
17．在数控机床的闭环控制系统中，其检测环节具有两个作用，一个是检测出被测信号的大小，另一个作用是把被测信号转换成可与（）进行比较的物理量，从而构成反馈通道。
A、指令信号
B、反馈信号
C、偏差信号
D、脉冲信号。
18、影响开环伺服系统定位精度的主要因素是______。
A、插补误差
B、传动元件的传动误差
C、检测元件的检测精度
D、机构热变型。
二、判断题：
（）1、一般情况下半闭环控制系统的精度高于开环系统。
（）2、闭环数控系统是不带反馈装置的控制系统。
（）3、数控装置发出的脉冲指令频率越高，则工作台的位移速度越慢。
（）4、开环控制系统一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。
（）5、不带有位置检测反馈装置的数控系统称为开环系统。
（）6、半闭环数控系统装有检测反馈装置，它的反馈信号取自电动机轴而不是机床的最终移动部件。
（）7、检测环节的作用是将位置或速度等被测参数经过一系列转换由物理量转化为计算机所能识别的数字脉冲信号，送入到伺服系统。
（）8、数控机床按数控系统的刀具轨迹分类，可以分为开环系统、半闭环和闭环系统。
（）9、按数控系统的控制方式分类，数控机床分为：
点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。
（）10、全闭环数控机床不需要对进给机构进行传动反向间隙补偿。
（）11、全闭环数控机床的检测装置，通常安装在伺服电机上。
（）12、数控机床伺服系统将数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
（）13、用数字化信息进行控制的自动控制技术称为数字控制技术，采用数控技术控制的机床，称之为数控机床。
（）14、数控机床的伺服系统是由伺服驱动和伺服执行两部分组成。
三、简答题:
1、什么叫数字控制技术？
有何特点？
2、机床数控系统的组成及其基本工作原理？
3、什么叫开环数控系统、全闭环（简称闭环）数控系统、半闭环数控系统，并说明各自的特点？
答案部分
（一）选择题
1、答案：
A
详解：
数字控制（NumeriCALControl）简称NC，是近代发展起来的一种自动控制技术。
早期的数控系统是由数字逻辑电路构成的，称为硬件数控，现已淘汰，取而代之的是计算机数字控制（ComputerNumeriCALControl），简称CNC。
2、答案：
B
详解：
数控装置是数控系统的核心，它担负着信息处理任务。
数控装置将处理结果输出到机床的主轴及进给驱动装置，并通过检测与反馈装置不断进行实时监测，控制机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。
3、答案：
B
详解：
同上。
4、答案：
B
详解：
输入介质一般包括纸带、磁带、磁盘等，是有形的信息载体。
而数控程序是记录在输入介质上的由特定符号和数字构成的加工程序，该程序包含有加工所需的全部几何信息、工艺信息。
5、答案：
C
详解：
测量与反馈装置构成了数控系统的检测环节，数控装置根据反馈信号进行判断，从而控制伺服装置实现准确的位置（或转速）控制。
其检测精度的高低直接决定了机床的定位精度、加工精度。
6、答案：
B
详解：
进给驱动装置主要包括驱动电源与执行元件（一般为伺服电机）两大部分，它接受来自数控装置的数字信号，通过驱动电源功率放大后驱动执行元件，实现轨迹和速度控制。
其性能决定了数控机床的精度和快速响应能力。
7、答案：
B
详解：
传感与检测环节是数控系统的感受器官，数控装置不断对反馈信号与指令要求进行比较判断，从而实现闭环控制。
8、答案：
B
详解：
没有反馈装置是开环数控系统区别于闭环数控系统的一个主要特征，但开环数控系统不一定就没有检测环节。
加上数显装置的开环数控系统，具有检测环节，但是检测到的信号并不参与比较、控制，而是经数控装置处理后送显示器显示，以供操作人员参考。
9、答案：
C
详解：
数控机床的分类方法很多，按运动方式分类可分为：
点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。
10、答案：
D
详解：
闭环控制数控机床驱动电机一般采用交、直流伺服电动机，配合位置反馈环节实现高的位置控制精度和响应速度。
而开环控制数控机床一般采用功率步进电机进行伺服驱动，由于没有反馈环节，故控制精度较低，其控制精度取决于步进电机和丝杠的精度。
11、答案：
C
详解：
见问答题3
12、答案：
C
详解：
直线工作台进给系统闭环控制时其检测量为直线位移，应将传感器装在移动工作台上。
13、答案：
A
详解：
同上。
14、答案：
A
详解：
半闭环数控系统中，检测反馈量是进给伺服电机的角位移，通过换算实现间接测量，其检测元件一般为脉冲编码器，旋转变压器等，一般装于旋转轴上。
另外，数控系统控制方式的分类不以主轴控制为依据。
15、答案：
B
详解：
同上。
16、答案：
B
详解：
同上。
17、答案：
A
详解：
在数控机床的闭环控制系统中，检出信号一般很弱，须通过检测环节把被测信号转换成可与指令信号进行比较的物理量，从而构成反馈通道。
18、答案：
B
详解：
传动元件的传动误差是影响开环伺服系统定位精度的主要因素。
（二）判断题:
1、对。
详解：
数控系统的控制精度一般闭环优于半闭环，半闭环优于开环。
开环数控系统由于没有反馈环节，其控制精度取决于步进电机和丝杠的精度，脉冲当量一般只有0.01mm；半闭环系统一般采用编码器作为反馈元件，其脉冲当量一般可达0.001mm；闭环数控系统检测反馈量直接取自于直线位移，可以消除由于机械传动误差给加工精度带来的影响，因此控制精度高，脉冲当量一般可达0.1µm。
2、错。
详解：
见简答题3。
3、错。
详解：
工作台的移动方向、位移增量的大小、速度的快慢，都要受到来自数控装置的指令脉冲（或指令字）的控制。
脉冲的多少决定了位移增量的大小，脉冲的频率决定了移动速度的快慢，数控装置发出的脉冲指令频率越高，则工作台的位移速度越快。
4、对。
详解：
开环控制系统结构简单、调试方便，因此适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。
5、对。
详解：
见简答题3。
6、对。
详解：
见简答题3。
7、错。
详解：
检测环节的作用是将位置或速度等被测参数经过一系列转换由物理量转化为计算机所能识别的数字脉冲信号，送入到数控装置，与指令信号进行比较判断，或经数控装置处理后送显示器显示，以供操作人员参考，而非直接送入伺服系统。
8、错。
详解：
数控机床按数控系统的刀具轨迹（或运动方式）分类，可以分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床和轮廓控制数控机床。
控制系统如按控制方式分类，可分为开环系统、半闭环和闭环系统。
9、错。
详解：
见简答题3。
10、对。
详解：
在全闭环数控系统中，机械传动环节包含在闭合环路内，系统对于机械传动误差给加工精度带来的影响能有效的消除，因此不需要对进给机构进行传动反向间隙补偿。
而半闭环系统一般采用离线测量的方法进行反向间隙测量，通过数控装置进行反向间隙补偿。
11、错。
全闭环数控机床进给伺服系统的检测装置，通常安装在机床移动部件上，半闭环数控机床进给伺服系统的检测装置，通常安装在传动丝杠轴上。
12、对。
13、对。
14、对。
（三）简答题：
1．答：
用数字化信息进行控制的自动控制技术称为数字控制技术。
特点：
1）可用不同的字长表示不同的精度信息，表达信息准确；
2）可进行逻辑运算、算术运算，也可进行复杂的信息处理。
3）采用微处理技术，因而具有高度的柔性。
2．答：
机床数控系统（简称CNC系统）由程序输入输出设备、通讯设备、机床数控装置、可编程序控制器（即PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。
基本工作原理：
机床数控装置读取输入介质或来自输入设备、通讯设备的数控程序后，根据加工程序信息进行信息处理，计算出理想轨迹（计算轨迹的过程称为插补）和运动速度，并将处理的结果输出到机床的主轴及进给驱动装置，控制机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。
3．答：
数控系统根据其伺服系统控制方式的不同，可分为开环数控系统、全闭环数控系统和半闭环数控系统。
开环数控系统指数控装置发出的指令信号流是单向的，即数控装置对伺服执行机构
只有顺向控制，没有反向联系（即无反馈）。
特点：
结构简单、工作稳定、维修简单、调试方便、价格低廉，但控制精度不高，驱动力矩和功率较小。
全闭环数控系统指数控装置与伺服执行机构之间，既有顺向控制，又有直接位置反馈的控制系统。
特点：
可以消除由于机械传动误差给加工精度带来的影响，因此控制精度高。
但系统稳定性差，机床维修与调试困难，价格昂贵。
半闭环数控系统指数控装置与伺服执行机构之间，既有顺向控制，又有间接位置反馈（即反馈信号取自电动机轴而不是机床最终移动部件）的控制系统。
特点：
对于机械传动误差给加工精度带来的影响不能消除，但采用间隙补偿仍可获得较高的控制精度高，且系统稳定性较好，机床维修与调试较容易，价格适中。
第二节检测反馈装置
一、选择题：
1、数控机床检测反馈装置可以将工作台的位移量转换成（），并且反馈给C、NC、系统。
A、脉冲
B、电信号
C、角位移
D、步距
2、数控机床位置检测装置中（）不属于旋转型检测装置。
A、光栅尺
B、旋转变压器
C、脉冲编码器
3、数控机床位置检测装置中（）属于旋转型检测装置。
A、光栅尺
B、磁栅尺
C、感应同步器
D、脉冲编码器
4、直光栅在数控机床中的作用是（）。
A、测工作台位移
B、限位
C、测主轴电机转角
D、测主轴转速
5、数控机床的检测元件光电编码器属于（）。
A、旋转式检测元件
B、移动式检测元件
C、接触式检测元件
6、数控机床的位置检测元件光栅尺属于（）。
A、旋转式检测元件
B、移动式检测元件
C、接触式检测元件
7、数控车床能进行螺纹加工，其主轴上一定安装了（）。
A、测速发电机
B、脉冲编码器
C、温度控制器
D、光电管。
8、一个4位二进制接触式码盘其分辨角为（）
A、90º
B、45º
C、22.5º
D、60º
9、为了消除二进制码盘的非单值性误差，可采用二进制循环码盘（即格雷码盘）。
比如二进制码0111转换为循环码（格雷码）应为（）
A、1000
B、1010
C、0101
D、1111
10、在增量式光电码盘测量系统中，使光栅板的两个夹缝距离比刻线盘两个夹缝之间的距离小于1/4节距，目的是（）。
A、测量被检工作轴的回转角度
B、测量被检工作轴的转速
C、测量被检工作轴的旋转方向
D、提高码盘的测量精度
11、下列检测装置中，用于直接测量直线位移的检测装置为（）。
A、绝对式旋转编码器
B、增量式旋转编码器
C、旋转变压器
D、直线光栅
12、在全闭环数控系统中，用于位置反馈的元件是（）。
A、直线光栅
B、圆光栅
C、旋转变压器
D、圆感应同步器
13、莫尔条纹的形成主要是利用光的（）现象。
A、透射与干涉
B、反射与干涉
C、反射
D、衍射
14、物理光栅刻线细且密，主要是利用了光的（）现象，常用于光谱分析和光波波长测定。
A、透射
B、干涉
C、反射
D、衍射
15、光栅利用了莫尔条纹原理，由于具有高的分辨力和高的读数速率而被广泛地用于动态测量，但它的缺点是（）。
A、怕振动和油污
B、速度慢
C、抗电磁干扰差
D、很容易变形
16、（）不能提高光栅的分辨精度。
A、增大刻线密度
B、提高刻线精度
C、提高鉴向倍频的倍数
D、使指示光栅刻线与标尺光栅刻线的夹角为0度
17、两个具有相同栅距的光栅尺叠在一起，刻线夹角越大，则莫尔条纹节距（）。
A、越大
B、越小
C、不变
D、不定。
18、感应同步器的工作原理是根据定尺和滑尺绕组间的（）
A、电容变化而工作的
B、电阻变化而工作的
C、电磁感应作用而工作的
D、相互作用力而工作的
19、感应同步器采用幅值工作方式时，滑尺上正弦绕组和余弦绕组的励磁信号分别是（）
A、umsinωt和umC、osωt
B、u1sinωt和u2sinωt（u1
u2）
C、umsinωt和umsinωt
D、u1sinωt和u2C、osωt（u1
u2）
20、某数控机床感应同步器节距为2mm，由其构成的鉴相测量系统中脉冲-相位转换器的分频系数为1000，则该机床脉冲当量应为（）
A、0.002mm
B、0.001mm
C、0.02mm
D、0.01mm
21、旋转变压器常用于速度或角位移的检测，为了提高检测精度，常通过（）与被测轴连接。
A、带传动
B、增速齿轮
C、连轴器
22、磁栅的拾磁磁头属于（）。
A、速度响应型磁头
B、动态磁头
C、磁通响应型磁头
23、磁栅采用双磁头是为了（）。
A、识别移动方向
B、提高测量精度
C、工作可靠
24、增量式脉冲编码器，其单个（又称单次）脉冲的典型脉冲周期（又称宽度）为5μm，现要求其最高允许测量转速为4000r/min，请选择每转脉冲数（）
A、2000
B、3000
C、4000
D、5000
二、判断题：
（）1、码盘又称为编码器，是一种旋转式测量元件，它能将角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
（）2、用编码器测量位移量，都属于间接测量。
（）3、对于接触式码盘来说，码道的圈数越多，则其所能分辨的角度越小，测量精度越高。
（）4、接触式码盘属于绝对式的检测方式。
（）5、莫尔条纹节距与指示光栅刻线和标尺光栅刻线的夹角成正比，夹角越小，则放大倍数越小。
（）6、直线式光栅可以直接测量工作台的进给直线位移。
（）7、感应同步器和旋转变压器均属于电磁式测量传感器。
（）8、感应同步器的相位工作方式就是给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、幅值相同、但时间相位任意的交流励磁电压。
（）9、磁栅与光栅、感应同步器相比，测量精度略高一些。
（）10、磁栅的拾磁磁头与录音机的拾磁磁头不可互换。
（）11、模拟式测量是小量程内可实现高精度测量。
答案部分
（一）选择题
1、答案：
B
详解：
数控机床检测装置的反馈信号，可以是脉冲、数字信号，也可能是模拟电压、电流信号，它们都是电信号，但不可能是电信号以外的其他物理量。
2、答案：
A
详解：
见简答题3。
3、答案：
D
详解：
见简答题3。
4、答案：
A
详解：
见简答题3。
5、答案：
A
详解：
见简答题3。
6、答案：
B
详解：
见简答题3。
7、答案：
B
详解：
数控车床进行螺纹加工时，工作台进给速度必须严格与主轴角位移同步，即主轴每转一圈工作台进给一个螺距。
因此数控车床主轴上一定安装了脉冲编码器用于测量主轴角位移。
8、答案：
C
详解：
一个n位二进制接触式码盘，其分辨角α=360º/2n。
9、答案：
A
详解：
二进制码转换为循环码（格雷码）的法则为：
将二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不进位加法，所得结果即为循环码（格雷码）。
10、答案：
C
详解：
在增量式光电码盘测量系统中，使光栅板的两个夹缝距离比刻线盘两个夹缝之间的距离小于1/4节距，目的是使两个光敏元件的输出信号相差π/2相位，从而根据两个光敏元件输出信号的相位可判断被检工作轴的旋转方向。
11、答案：
D
详解：
见简答题3。
12、答案：
A
详解：
在全闭环数控系统中，用于位置反馈的元件是应为直线测量元件。
13、答案：
A
详解：
莫尔条纹的形成主要是利用了光的透射与干涉现象。
当两块光栅尺的刻线相互重叠时，在光源的照射下，透光夹缝互不遮挡的地方由于透光性最强而形成亮带，反之透光夹缝互相错开造成相互遮挡的地方由于透光性最差而形成暗带。
最终导致莫尔条纹现象。
14、答案：
D
详解：
光栅一般可分为物理光栅和计量光栅。
物理光栅节距很小（200----500条/mm），主要是利用了光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定。
15、答案：
A
详解：
光栅利用了光学上的莫尔条纹原理，因此怕振动和油污，响应速度快，抗电磁干扰。
基体材料一般是玻璃或金属，所以不易变形。
16、答案：
D
详解：
提高光栅的分辨精度，除了增大刻线密度和提高刻线精度外，还可用倍频的方法细分。
其分辨力=栅距/鉴向倍频的倍数
17、答案：
B
详解：
莫尔条纹的节距与刻线夹角成反比，即刻线夹角越大，莫尔条纹节距越小。
18、答案：
C
详解：
感应同步器和旋转变压器都属于电磁式测量传感器，是利用电磁感应作用而工作的。
19、答案：
B
详解：
根据励磁绕组中励磁供电方式的不同，感应同步器可分为相位工作方式和幅值工作方式。
当工作于相位工作方式时，给滑尺上正弦绕组和余弦绕组所加励磁信号分别是频率相同、幅值相同、时间相位相差90º的交流电压。
当工作于幅值工作方式时，给滑尺上正弦绕组和余弦绕组所加励磁信号分别是频率相同、相位相同、幅值不同的交流电压。
20、答案：
A
详解：
以感应同步器为检测元件构成的鉴相测量系统中，数控装置每发出N（分频系数）个脉冲，对应工作台移动一个节距。
21、答案：
B
详解：
旋转变压器为了提高检测精度，常通过增速齿轮与被测轴连接。
22、答案：
C
详解：
磁栅的拾磁磁头属于磁通响应型磁头，又叫静态磁头，当磁尺与磁头相对速度较低或处于静止时亦能测出位移或位置。
录音机的拾磁磁头属于速度响应型磁头，又叫动态磁头，不能用来测位移。
23、答案：
A
详解：
磁栅的双磁头是为了识别移动方向而设置的，原理与增量式光电码盘测量系统中光栅板采用两个夹缝相同。
24、答案：
B
详解：
根据题意，每分钟最高可产生脉冲数为60/（5×10-6）=1.2×107个，若最高允许测量转速为4000r/min，则每转脉冲数为3000个。
（二）判断题:
1、对。
2、错。
详解：
用编码器测量直线位移时，属于间接测量，而用编码器测量角位移或角位置时，则属于直接测量。
3、对。
详解：
一个n位二进制接触式码盘，其分辨角α=360º/2n。
可见，对于接触式码盘来说，码道的圈数越多，则其所能分辨的角度越小，测量精度越高。
4、对。
详解：
在一个圆周内，接触式码盘的每一个转角位置，都有一个唯一的二进制数与之对应。
因此接触式码盘属于绝对式的检测方式。
5、错。
详解：
莫尔条纹的节距与刻线夹角成反比，即刻线夹角越大，莫尔条纹节距越小。
6、对。
7、对。
8、错。
详解：
感应同步器的相位工作方式就是给滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、幅值相同、但时间相位相差90º的交流励磁电压。
9、错。
详解：
磁栅与光栅、感应同步器相比，测量精度略低一些。
10、对。
详解：
录音机的拾磁磁头属于速度响应型磁头，又叫动态磁头，不能用来测位移。
11、对。
（三）简答题：
1、什么是分辨力、分辨角、脉冲当量，三者之间有何关系？
答：
分辨力：
机床位置检测装置所能检测到的最小直线位移单位。
分辨角：
机床角位移检测装置所能检测到的最小角度值。
脉冲当量：
伺服电机接受一个脉冲带动直线移动部件移动的一基本长度单位，即数控系统所能控制的最小移动单位。
分辨力（角）越小，说明检测精度越高，机床所能控制的最小移动单位（即脉冲当量）就越小，脉冲当量的大小取决于前者，但三者在数值上往往是统一的。
对数控机床而言，选择进给伺服系统的脉冲当量或测量系统的分辨力（角），要求比加工精度高一个数量级。
2、检测传感器的种类有哪些？
答：
检测传感器按形状不同可分为直线式和旋转式。
直线式传感器包括：
直光栅、直线感应同步器、线型或尺型磁栅等。
旋转式传感器包括：
编码器（码盘）、圆光栅、圆感应同步器、园磁栅、旋转变压器等。
按工作原理不同可分为接触式、光电式和电磁式。
3、检测装置的测量方式分为那几类？
答：
检测装置的测量方式由于测量要求和工作条件不同可分为：
1）直接测量和间接测量。
直接测量方式包括：
直线式传感器测直线位移、旋转式传感器测角位移。
数控机床间接测量方式一般指用旋转式传感器测角位移从而间接得到直线位移量的测量方式。
2）增量式测量和绝对式测量。
增量式测量只测位移增量，常以脉冲形式输出，通过对脉冲计数便可得到位移增量。
缺点是一旦计数有误，后面的计算结果全错，且无位置记忆功能。
大部分测量方式以此为主。
绝对式测量每一个被测点都有一个对应的测量值，常以数据形式出现，因此无位置丢失问题。
典型的绝对式测量装置有接触式码盘、绝对式脉冲编码器。
3）数字式测量和模拟式测量。
数字式测量是以量化后的数字形式
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