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数控技术
第一章绪论
1.1数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？
答：
数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。
数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工
1.2数控机床的组成及各部分基本功能
答：
组成：
是由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成
输入输出设备：
实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印
数控装置：
接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。
伺服系统：
接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。
测量反馈装置：
检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。
机床本体：
用于完成各种切削加工的机械部分
1.3什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？
三者如何区别？
答：
（1）点位控制数控机床特别点：
只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。
如：
数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控机床特点：
a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。
b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。
如：
简易数控车床和简易数控铣床等。
（3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：
对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。
具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。
1.4数控机床有哪些特点？
答：
a.加工零件的适用性强，灵活性好；b.加工精度高，产品质量稳定；c.柔性好；d.自动化程度高，生产率高；e.减少工人劳动强度；f.生产管理水平提高。
1.5按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？
各有何特点？
答：
（1）开环控制的数控机床：
其特点：
a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法:
逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d.价格低廉，精度及稳定性差。
（2）闭环控制系统：
其特点：
a.反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）b.主要
第二章数控加工编程基础
2.1数控编程是指从零件图样到制成控制介质的全部过程
手工编程的内容：
分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削
1、数控编程的方法及特点
手工编程：
用人工完成程序编制的全部工作，对于几何形状较为简单，数值计算比较简单的，程序段不多采用手工编制容易完成。
自动编程：
程序编制的工作的大部分或全部都由计算机来完成。
2.2什么是“字地址程序段格式”，为什么现代数控系统常用这种格式？
答：
字地址程序段的格式：
NxxGxxXxxYxxZxxSxxFxxTxxMxx；特点是顺序自由。
地址字符可变程序段格式。
程序段的长短，字数和字长都是可变，字的排列顺序没有严格要求。
这种格式的优点是程序简短、直观、可读性强、易于检验和修改。
2.4数控机床的X、Y、Z坐标轴及其方向是如何确定的？
答：
Z坐标：
规定平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z坐标，取决于远离工件的方向为正方向。
X坐标：
规定X坐标轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。
Y坐标：
Y坐标垂直于x、y坐标。
在确定了x、z坐标正方向后，可按右手定则确定y坐标的正方向。
2.5机床坐标系与工件坐标系的关系：
工件坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐下轴相平行，方向也相同，但原点不同。
在加工中，工件随夹具在机床上安装后，要测量的工件原点与机床原点之间的坐标距离成为原点偏置。
这个偏置值需预读到数控系统中。
在加工时，工件原点偏置值便能自动加到工件坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值。
2.6准备功能G代码：
使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。
辅助功能M代码：
控制机床辅助动作的指令，主要用作机床加工时的工艺性指令。
6、M00、M01、M02、M30指令各有何特点？
如何应用？
M00：
暂停；
M01：
选择性的暂停；
M02：
复位性加工程序结束，用于数控机床；
M30：
复位性加工程序结束，并返回程序起点。
用于加工中心。
应用略
7、F代码：
为进给速度功能代码，它是续效代码，用来指定进给速度
S代码：
为主轴转速功能代码，它是续效代码，用来指定主轴的转速
T代码：
为刀具功能代码，该指令用以选择所需的刀具号和补刀号
8、G90X20Y15与G91X20Y15有什么区别？
答：
G90为绝对坐标
G91为增量坐标即相对坐标
10、G00—快速点定位指令：
使刀具从当前位置以系统设定的速度快速移动到坐标系的另一点。
它是快速到位，不进行切削加工，一般用作空行程运动。
G01—直接插补指令：
该指令是直线运动控制指令，它使刀具从当前位置以两坐标或者三坐标联动方式按指定的F进给速度做任意斜率的直线运动到达指定的位置。
该指令一般用作轮廓切削。
G02—圆弧插补指令：
G02表示顺时针圆弧插补；
G03表示逆时针圆弧插补。
11、G41、G42、G43、G44的含义如何？
试用图说明。
答：
G40：
表示注销左右偏执指令，即取消刀补，使刀具中心与编程轨迹重合。
G41：
刀具左偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边，如图1示；
G42：
刀具右偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边，如图1示；
G40：
取消刀补，使刀具中心与编程轨迹重合。
G40必须与G41、G42指令配合使用；
G43：
正偏置，执行G43时，Z实际值=Z指令值+（H--），如图2（a）左所示
G44：
负偏置，Z实际值=Z指令值-（H--），如图2（b）左所示
13、零件的加工路线是指数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向。
加工原则：
1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。
2、应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间。
3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。
15、什么是对刀点、刀位点和换刀点？
答：
对刀点：
是指数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。
也称为程序起点或起刀点。
换刀点：
是指刀架转位换刀时的位置。
可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意设定的一点（如车床）。
应设在工件或夹具的外部。
刀位点：
用于表示刀具在机床上的位置。
17、什么是基点？
什么是节点？
答：
基点：
是指组成零件轮廓曲线的各几何元素（如直线、圆弧、二次曲线等）间的连接点。
节点：
是指当利用具有直线插补功能的数控机床加工零件的曲线轮廓时，任意轮廓的曲线均用连续的折线来逼近。
此时，根据编程所允许的误差，将曲线分割成若干个直线段，其相邻两直线的交点。
18、试编制精车如图1所示零件的加工程序。
答：
01001G01Z-14.F.2
T0101X40.Z-39.
M03S600Z-52.
G00X42.Z2G00X50.Z20.
G00X32.M30
19、铣削如图2所示轨迹，起刀点为A，沿A-B-C切削，试用绝对坐标和增量坐标方式编程。
答：
01002G03X140.Y100.R60.
G54G02X120.Z60.R50.
M03S1200G00Z5.
G00X0Y0Z50.G00X0Y0Z50.
G00X200.Y40.M30
第三章
3.1数控机床的编程特点
1）在一个程序段中，根据图样标注尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或者混合编程。
2）直径方向用绝对坐标值编程时，X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表示。
3）为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。
4）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。
当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。
5）许多数控车床用XZ表示绝对坐标指令；用UW表示增量坐标值指令，而不用G90,G91指令。
6）第三坐标指令IK在不同的程序中左右也不相同，IK在圆弧切削时表示圆心相对圆弧的起点坐标位置。
3.2车削固定循环功能：
由于车削毛坯多位棒料和铸锻件，因此车削加工多为大余量多次进行切除，所以在机床的数控装置中总是设置不同形式的固定循环功能。
常用指令：
1.柱面循环指令，2.锥面循环指令，3.简单螺纹循环指令。
4.复杂螺纹循环指令，5.复合式粗车循环指令。
3.3数控铣床的编程特点：
1）铣削是机械加工中最常用的方法之一，它包括平面铣削和轮廓铣削。
2）数控铣床的数控装置具有多种插补方式，一般具有直线插补和圆弧插补，有的还具有极坐标插补，抛物线插补，螺旋线插补等多种插补功能。
3）程序编制时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿、刀具长度补
偿等
4）由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单。
3.4用G54~G59指令确定工件坐标系与G92指令有何不同？
采用G54~G59指令建立的坐标系不像用G92那样，需要在程序段中给出工件坐标系与机床坐标系的偏值，而是在安装工件后测量工件坐标系原点相对于机床坐标系原点在X.Y.Z各轴方向的偏置量，然后用MDI方式将其输入到数控系统的工件坐标系偏置值存储器中。
系统在执行程序时，从存储器中读取数值，并按照工件坐标系中坐标值运动。
3.5孔加工固定循环的基本组成动作有哪些？
使用图示法说明。
1）A→B刀具快进至孔位坐标（X、Y）,即循环初始点B.
2）B→R刀具Z向快进至加工表面附近的R点平面。
3）R→E加工动作（如：
钻、攻螺纹、镗等）。
4）E点孔底动作（如：
进给暂停、刀具偏移、主轴准停、主轴反转等）。
5）E→R返回到R点平面。
6）R→B返回到初始点B.
3.6.加工中心编程的特点（简单理解）
1）首先应进行合理工艺分析
2）根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀。
3）自动换刀要留出足够的换刀空间。
4）为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改刀具补偿参数。
5）对于编好的程序，必须进行认真检查，并于加工前安排好试运行。
6）尽量把不同工序内容的程序，分被安排到不同的子程序中。
7）一般应使一把刀具尽可能担任较多的表面加工，且进给路线设计得应合理。
3.7何为定距换刀和跟踪换刀？
3.8.何为自动编程？
常用的自动编程方法由哪两类？
各有何特点？
自动编程是指用计算机来代替手工编程，也就是说，程序编制的大部分或全部工作是由计算机来完成的。
自动编程根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同分为：
以语言为基础的自动编程方法和以计算机会图为基础的自动编程方法。
以语言为基础的自动编程方法：
对计算机而言是采用批处理的方式，编程人员必须用规定的编程语言，一次处理完毕，并马上得到结果。
以计算机会图为基础的自动编程方法：
是一种人机对话的编程方法，编程人员根据屏幕菜单提示的内容，反复与计算机对话，知道把该答的问题全部答完。
计算机就能自动生成所需的零件加工程序，从零件图形的定义、进给路线的确定、以及加工参数的选择，整个过程都是在对话方式下完成的，不存在什么编程语言的问题。
3.9语言式自动编程的基本工作原理是什么？
（了解）
3.10图形交互式自动编程的信息处理过程是怎样的？
1）几何造型
2）刀具路径的产生
3）后置处理
3.11后置处理程序的作用是什么？
形成数控加工程序
3.12.是编制如图3-26所示的车削零件的精加工程序。
1.确定加工路线：
1）从右到左切削零件的外部轮廓面
路线：
倒角→切削螺纹的实际外圆→切削锥度部分1→切削锥度部分2→车削R4mm的外圆→车削R3mm的外圆→车φ24mm外圆。
2）切4×φ9mm的槽
3）车M12×1的螺纹
2.刀具选择：
选择三把刀具。
1号刀车外圆，2号刀切槽，3号刀车螺纹。
3.选择切削用量：
精车外轮廓主轴转速选为630r/min，进给速度选为150mm/min；
车槽时的主轴转速选为315r/min，进给转速选为100mm/min；
车螺纹时，主轴转速为200r/min，进给速度为1.50mm/r。
4.选择工件坐标系，确定换刀位置。
5.程序：
6.O0001
N001G92X100.0Z20.0;
N002G00X8Z0S630T0101M03M08;
N003G01X11.8Z-2.0F150;
N004U0W-60.0;
N005X12.0W0;
N006X16.0W-4.0;
N007X10.0W-20.0;
N008G03X18W-4.0R4;
N009G02X24W-3.0R3;
N010G01X24Z-50;
N011G00X100Z20T0100M05M09;
N012X13Z-14S315T0202M03M08;
N013G01X9.0W0F100;切槽
N014G04U5.0;延时
N015G00X13.0W0;退刀
N016X100Z20T0200M05M09;
N017X13.0Z3S200T0303M03M08;
N019G33X11.2Z-11.5F1.5;
N020X10.8;
N021X10.3;
N022X9.8;
N023G00X100.0Z20.0T0300M02;
N024M30;
3.13是编制铣削如图3-27所示零件外轮廓的精加工程序。
1.加工路线确定
2.机床选择、刀具选择
3.切削用量选择
4.选择工件坐标系，确定换刀位置
5.程序
第四章计算机数控装置
1、CNC系统的组成：
数控程序、输入输出设备、CNC装置、可编程控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置。
核心是CNC装置。
2、CNC装置软件由管理软件和控制软件组成。
3、CNC装置的功能：
1控制功能2准备功能3插补功能4固定循环加工功能5进给功能6主轴功能7辅助功能8刀具功能9补偿功能10显示功能11通信功能12自诊断功能
4、单微处理器与与多微处理器的结构区别：
单微处理器在CNC的装置中，只有一个中央处理器，采用集中控制，分时处理数控的每项任务。
5、单微处理机结构的CNC装置有哪几部分组成？
其I/O接口的功能和任务分别是什么？
答：
由CPU（微处理器）、存储器、总线、I/O接口、MDI接口、CRT或液晶显示接口、PLC接口、主轴控制、通讯接口等组成。
I/O接口主要功能：
缓冲功能、选择功能（内部、外部的选择），终端功能，转换功能（A/D、D/A转换），数据宽度变换功能，通讯功能。
6、比较共享总线型结构CNC装置和共享存储结构CNC装置的工作特点及优缺点？
答：
1）、共享总线型：
以总线为中心，各模块工作时，仅有一个模块可占用总线，多个请求时由总线仲裁器来裁决。
a.将各个功能模块划分为主模块和从模块。
带有COU和DMA器件的各种模块称为主要模块，其余为存储器模块，I/O模块为从模块。
系统中只有主模块有权使用系统总线，而每个主模块按其担负任务的重要程度预先安排好优先级别的高、低顺序。
b.总线裁决方式有两种：
串联方式和并联方式。
串联方式中，优先权的排列是按链位置决定的；
并联方式中配有专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编码方式。
c.该结构优点：
结构简单，系统配置灵活，扩展模块容易。
缺点是总线一旦出现故障，整个系统受影响。
缺点：
由于同一时刻只能有一个微处理器对多端口存储器进行读或写，所以功能复杂而要求增加微处理器数量时，会因争取共享而造成信息传送的阻塞，降低系统效率，且扩展较困难。
7、CNC软件结构的特点：
多任务并行处理和多重实时中断。
8、CNC装置软件采用的并行处理方法有哪几种？
这些方法是如何实现并行处理的？
答：
并行处理的方法有：
资源共享、资源重复和时间重叠。
资源共享是根据“分时共享”的原则，使多个用户按时间顺序使用一套设备。
时间重叠是根据流水线处理技术，使多个处理器在时间上相互错开，轮流使用一套设备的几个部分。
资源重复是通过增加资源（如多CPU）提高运算速度。
9、CNC装置中的中断结构模式：
1中断型结构模式2前后台型结构模式
中断型结构模式：
除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统。
前后台型结构模式：
是一个中断服务程序，完成全部实时功能。
后台程序是一个循环程序，它包括管理软件和插补准备程序。
后台程序运行时实时中断程序不断插入，与后台程序相配合，共同完成零件加工任务。
12、为什么要对G代码、M代码分组？
分组的原则是什么？
答：
通常依据G或M指令功能相近的原则将G、M指令进行整理分组，且给每组含有若干个G代码，把不能同时出现在一个程序段的G代码（M代码）归为一组。
如将G00、G01、G02和G03归为一组，M07、M08、M09归为一组。
13、
14、何谓刀具半径补偿？
其执行过程如何？
答：
刀具刀位点与刀具进行加工时位置有误差。
刀具半径补偿的执行过程分为三步：
（1）刀补建立：
即刀具从起点出发沿直线接近加工零件，依据G41或G42使刀具中心在原来的编程零件轨迹的基础上伸长或缩短一个刀具半径值。
（2）刀补进行：
刀补指令是模态指令。
在轨迹转接处，采用圆弧过渡或直线过渡。
（3）刀补撤销：
与刀补建立时相似，在轨迹终点的刀具中心处开始沿一直线到达起刀点，起刀点与刀具中心重合，刀补被撤销。
第五章
1.插补：
就是按照进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间算出若干终点间的坐标值。
插补算法有两类：
1脉冲增量插补；2数据采样插补。
2.逐点比较法：
数控装置在控制刀具要求的轨迹移动过程中，不断比较刀具与进给轮廓的误差，由此误差决定下一步刀具移动的方向，使刀具向减少误差的方向移动，且只有一个方向移动。
3.4个节拍：
第一节拍－偏差判别第二节拍-进给第三节拍-偏差计算第四节拍-终点判别
重点：
书上例题5-1，书上其它内容
第八章
1.故障及故障诊断的一般定义。
答：
（1）系统可靠性：
是指系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。
（2）故障：
是指系统在规定条件下和规定时间内丧失了规定功能。
2.根据数控机床的故障频率，整个使用寿命期大致可以分为哪三个阶段？
它们各自有什么特点？
答：
根据数控机床的故障频率，整个使用寿命期大致可分为三个阶段：
运行初期、有效寿命期和衰老期。
其中，有效寿命期故障率最低
4.数控机床的故障诊断常用的方法有哪些？
1）实用诊断方法：
问、看、听、触、嗅等
2）现代诊断技术：
（1）振动诊断技术
（2）油样分析技术（3）温度监测（4）无损检测
5.什么是数控机床故障诊断专家系统？
系统是如何工作的？
一般认为，专家系统是一个或一组能在某些特定领域内，应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种人工智能计算机程序。
知识库
专家知识→
输入或
需回答的问题→→答案
第九章数控技术的发展与机械加工自动化
1、简述数控机床的发展趋势
答：
a.高速化与高精度化；b.多功能化（包含工序复合化和功能复合化）c.自适用控制的智能化；d.高柔性化：
柔性是指数控设备适应加工对象变化的能力；e.可靠性最大化（启动诊断、在线诊断、离线诊断）；f.控制系统小型化；g.开放式体系结构
3、什么是柔性制造单元（FMC）？
常用的有哪几类？
答：
柔性制造单元（FMC）：
由加工中心（MC）和自动交换工件（AWC）的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。
根据不同的加工对象、CNC机床的类型与数量以及工件更换与存储方式的不同，结构形式主要分为：
（1）托盘搬运式
（2）机器人搬运式
2、柔性制造系统（FMS）具有哪些基本特征？
（1）具有多台制造设备；
（2）在制造设备上，利用交换工作台或工业机器人等装置实现零件的自动上料和下料；
（3）由一个物料运输系统将所有设备连接起来，可以进行没有固定加工顺序和无节拍的随机自动制造。
（4）由计算机对整个系统进行高度自动化的多级控制与管理，对一定范围内的多品种，中小批量的零部件进行制造。
（5）配有管理信息系统（MIS）
（6）具有动态平衡的功能，能进行最佳调度。
3、什么是计算机集成制造系统（CIMS）？
答：
一般来说，CIMS的定义应包括以下要素：
（1）系统发展的基础是一系列现代化技术及其综合；
（2）系统包括制造工厂全部生产、经营活动、并将其纳入多模式，多层次的分布自动化子系统；
（3）系统是通过新的管理模式、工艺理论和计算机网络对上述各子系统所进行的有机集成。
（4）系统是人、技术和经营三方面的集成，是一个人机系统，不能忽视人的作用。
（5）系统的目标是获得多品种、中小批量离散生产过程的高效益和高柔性，以达到动态总体最优，实现脑力劳动自动化和机器智能化。
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