机床数控系统试题.docx
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机床数控系统试题
《机床数控系统》试题1
一、选择题（每题2分，共20分）
1、数控机床的组成部分包括（ B ）
A．输入输出装置、光电阅读机、PLC装置、伺服系统、多级齿轮变速系统、刀库
B．输入输出装置、CNC装置、伺服系统、位置反馈系统、机械部件
C．输入输出装置、PLC装置、伺服系统、开环控制系统、机械部件
D．输入输出装置、CNC装置、多级齿轮变速系统、位置反馈系统、刀库
2、计算机数控系统的优点不包括（ C ）
A．利用软件灵活改变数控系统功能，柔性高
B．充分利用计算机技术及其外围设备增强数控系统功能
C．数控系统功能靠硬件实现，可靠性高
D．系统性能价格比高，经济性好
3、机床数控系统是一种（ C ）
A．速度控制系统 B．电流控制系统C．位置控制系统 D．压力控制系统
4、半闭环控制系统的传感器装在（ A）
A．电机轴或丝杠轴端 B．机床工作台上C．刀具主轴上 D．工件主轴上
5、步进电动机多相通电可以（ A ）
A．减小步距角 B．增大步距角C．提高电动机转速 D．往往能提高输出转矩
6、用光栅位置传感器测量机床位移，若光栅栅距为0.01mm，莫尔条纹移动数为1000个，若不采用细分技术则机床位移量为（ C）
A．0.1mm B．1mm C．10mm D．100mm
7、所谓开环的数控伺服系统是指只有（ B ）
A．测量实际位置输出的反馈通道B．从指令位置输入到位置输出的前向通道C．开放的数控指令D．位置检测元件
8、FANUC0i系列数控系统操作面板上用来显示图形的功能键为（ C）。
A PRGRM B OPR/ALARM C AUX/GRAPH D OFFSET
9．数控系统所规定的最小设定单位就是（ C）。
A 数控机床的运动精度 B 机床的加工精度 C 脉冲当量D 数控机床的传动精度
10、通常数控系统除了直线插补外，还有（ B）。
A正弦插补 B 圆弧插补 C 抛物线插补D多义线插补
二、填空题（每空2分，共20分）
1、计算机数控系统的软件结构特点
（1） 多任务性
（2） 实时性 。
2、数控机床伺服系统，按其功能和用途可分为进给驱动和主轴驱动，相应的对进给伺服电机要求恒 转矩 ，宽调速范围，主轴伺服电机要求恒 功率 范围宽 ，宽调速范围，以满足伺服需求。
3、步进电机通过控制 脉冲频率 控制速度；通过控制 脉冲数量 控制位移量；通过改变步进电机输入脉冲信号的循环方向，实现步进电机的正反转。
4、主轴准停又称为主轴定向功能，即当主轴停止时，控制其停于固定位置，它主要可应用于加工中心自动换刀、加工阶梯孔或精镗孔后退刀时。
三、判断题（每题2分，共10分）
1、（ √）如果在数控车床上车削螺纹，该数控车床必须有主轴脉冲编码器，并处于工作状态。
2、（ √ ）数控车床加工中，若刀具需移动一个准确的尺寸，则这个尺寸的正确性是依靠进给伺服系统来保证的。
3、（ ×）加工端面或直径变化较大的工件时，若数控车床的主轴可伺服（即能无级变速），通常采用恒转速车削。
4．（ ×）数控机床伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
5、（ ×）数控机床适于单件、小批生产形状复杂的工件，不适合大批量加工。
四、简答题（每题8分，共40分）
1、试述脉冲增量法和数据采样法在插补方法上的区别。
答：
1、按插补算法不同，有多种不同复杂程度的插补处理。
一般按照插补结果，插补算法被分为脉冲增量插补法和数字采样插补法两大类。
前者的插补结果是分配给各个轴的进给脉冲序列；后者的插补结果是分配给各个轴的插补数据序列。
2、简述数控系统的插补概念。
答：
机床数控系统的核心技术是插补技术。
在数控加工中，数控系统要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。
在所需的路径或轮廓上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点位置坐标值的运动过程称为插补。
数控系统根据这些坐标值控制刀具或工件的运动，实现数控加工。
插补的实质是根据有限的信息完成“数据密化”的工作。
3、简述数控开环、半闭环、闭环系统的区别。
答：
开环伺服系统即无位置反馈的系统，其驱动元件主要是功率步进电机，其实质是数字脉冲到角度位移的变换，它不用位置检测元件实现定位，而是靠驱动装置本身，转过的角度正比于指令脉冲的个数，速度由进给脉冲的频率决定。
开环系统的结构简答，易于控制，但精度差，低速不平稳，高速扭矩小。
一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床上。
闭环伺服系统是误差控制随动系统，该装置测出实际位移量或实际所处位置，并将测量值反馈给CNC装置，与指令进行比较，求得误差，构成闭环位置控制。
闭环伺服系统是反馈控制，测量装置精度很高，系统传动链的误差，环内各元件的误差以及运动中造成的误差可以得到补偿，大大提高了跟随精度和定位精度。
半闭环系统指位置检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上，而是中间经过机械传动部件的位置转换，即坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，在环外的传动误差没有得到系统的补偿，因而这种伺服系统的精度低于闭环系统。
4、数据采样插补的原理是什么？
试对其插补精度进行分析？
答：
插补采用的是软件插补法，其输出的插补结果不是脉冲，而是数据。
数控系统定时地对位置检测进行采样，采样数据与插补程序所产生的指令数据相比较后，得到位置偏差，经伺服驱动控制伺服电动机。
从插补过程实现的方式上来说有粗插补和精插补。
粗插补采用软件方法先将加工轨迹分割为线段，精插补采用硬件插补器将粗插补分割的线段进一步密化数据点。
粗、精插补相结合的方法对数控系统运算速度要求不高，并可节省存储空间，且响应速度和分辨力都比较高。
5、数控系统由哪几个基本组成部分？
各部分的基本功能是什么？
答：
数控系统一般由输入／输出装置、数控装置、驱动控制装置、机床电器逻辑控制装置四部分组成，机床本体为被控对象。
输入装置将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入内容及数控系统的工作状态可以通过输出装置观察。
数控装置是数控系统的核心。
它的主要功能是：
正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。
驱动控制装置位于数控装置和机床之间，包括进给轴伺服驱动装置和主轴驱动装置，进给轴伺服驱动装置由位置控制单元、速度控制单元、电动机和测量反馈单元等部分组成，它按照数控装置发出的位置控制命令和速度控制命令正确驱动机床受控部件（如：
机床移动部件和主轴头等）
机床电器逻辑控制装置也位于数控装置和机床之间，接受数控装置发出的开关命令，主要完成机床主轴选速、起停和方向控制功能，换刀功能，工件装夹功能，冷却、液压、气动、润滑系统控制功能及其它机床辅助功能。
其形式可以是继电器控制线路或可编程序控制器（PLC）。
五、计算题（每题10，共10分）
1、一采用三相六拍驱动方式的步进电机，其转子有80个齿，经丝杠螺母副驱动工作台作直线运动，丝杠的导程为5mm，工作台移动的最大速度为30mm/s，求：
（1）步进电机的步距角；
（2）工作台的脉冲当量；
（3）步进电机的最高工作频率
解答：
（1）
；
（2）
（mm/脉冲）
（3）
（Hz）
《机床数控系统》试题2
一、选择（每题2分，共20分）
1、数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了提高数控机床进给系统的（ C）。
A传动精度 B 运动精度和刚度 C 快速响应性能和运动精度 D 传动精度和刚度
2、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（ D）。
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
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
4、数控机床的主机（机械部件）包括：
床身、主轴箱、刀架、尾座和（A ）。
A 进给机构 B 液压系统 C 冷却系统
5、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
6、脉冲当量是指（ A）。
A 每发一个脉冲信号，机床相应移动部件产生的位移量 B 每发一个脉冲信号，伺服电机转过角度 C 进给速度大小 D 每发一个脉冲信号，相应丝杠产生转角大小。
7、数控车床可以进行螺纹加工，是因为该车床安装了（C）
A光栅B磁栅C光电编码器
8、半闭环数控机床是指（B）
A没有检测装置 B对电机轴的转角进行检测
C对电机的电流进行检测 D对坐标轴的位移进行检测
9、闭环控制系统的位置检测装置装在：
（C） 。
A传动丝杠上 B伺服电动机轴上
C机床移动部件上 D数控装置中
10、测量与反馈装置的作用是为了（ C）。
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。
二、填空题（每空2分，共20分）
1．数控机床主要由 I/O装置、 数控装置、驱动控制装置 和 机床电器逻辑控制四个部分组成。
2．数控机床按运动方式分为 点位控制数控系统、 直线控制数控系统、轮廓控制数控系统等三类。
3．数控机床按伺服系统分 开环控制数控系统 、 闭环控制数控系统、半闭环伺服系统等三类
三、判断题（每题2分，共10分）
1．（×）数控机床的优点众多，完全可以取代普通机床。
2．（×）软件插补的优点是速度快、精度高。
3．（√）在开环和半闭环数控机床上，定位精度主要取决于进给丝杠的精度。
4．（√）旋转型检测元件有旋转变压器、脉冲编码器、测速发电机。
5．（√）开环进给伺服系统的数控机床，其定位精度主要取决于伺服驱动元件和机床传动机构精度、刚度和动态特性。
四、简答题（每题8分，共40分）
1、数控加工中为什么要进行刀具半径补偿？
有哪些方式？
2、分析说明数控装置对加工程序的处理过程。
3、简述光栅尺的工作原理
4、简要分析直流电机的调速原理与方法
5、简述数控系统的工作过程
答：
1、刀具半径补偿解决了编程轨迹与刀具中心轨迹之间的矛盾。
特别是对轮廓控制，经过译码后得到的数据，还不能直接用于插补控制，要通过半径补偿计算，将编程轮廓数据转换成刀具中心轨迹的数据才能用于插补。
刀具半径补偿方式有刀具长度补偿和刀具半径补偿。
2、数控装置对加工控制信息预处理完毕后，开始逐段运行数控加工程序。
根据所要产生的运动轨迹，数控装置中的插补器根据已知的几何数据进行插补处理。
由插补器向各个轴发出的运动序列命令为各个轴位置调节器的命令值，位置调节器将其与机床上位置检测元件测得的实际位置相比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床各个轴运动，使刀具相对工件正确运动，加工出要求的工件轮廓。
由数控装置发出的开关命令在系统程序的控制下，在各加工程序段插补处理开始前或完成后，适时输出给机床可编程控制器（PLC），由它实现开关量的控制。
在机床的运行过程中，数控系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示部件及时向操作者提供系统工作状态和故障情况等。
3、光栅尺由光源、长光栅（标尺光栅）、短光栅（指示光栅）和光电元件等组成，长光栅装在机床移动部件上，短光栅装在机床固定部件上，标尺光栅和指示光栅均由窄矩形不透明的线纹和与其等宽的透明间隔组成。
当标尺光栅相对线纹垂直移动时，光源通过标尺光栅和指示光栅再由物镜聚焦射到光电元件上。
若指示光栅的线纹与标尺光栅的线纹完全重合，光电元件接收到的光通量最小。
若指示光栅的线纹与标尺光栅的线纹完全重合，光电元件接收到的光通量最大。
因此，标尺光栅移动过程中，光电元件接收到的光通量忽大忽小，产生了近似正弦波的电流。
再用电子线路转变为数字以显示位移量。
为了辨别运动方向，指示光栅的线纹错开1/4栅距，并通过鉴向线路进行判别。
4、根据直流电动机的机械特性：
改变电枢电压、励磁电流或电枢回路电阻即可改变电机的转速。
调速方法：
改变电枢供电电压；改变励磁磁通；改变电枢回路电阻调速。
5、在接通电源后，微机数控装置和可编程序控制器都将对数控系统各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初态。
对第一次使用的数控装置，进行机床参数设置，实际使用刀具的刀具参数及实际工件原点相对机床原点的坐标位置。
加工控制信息输入后，可选择一种加工方式（手动方式或自动方式的单段方式和连续方式），启动加工运行，此时，数控装置在系统控制程序的作用下，对输入的加工控制信息进行预处理，即进行译码和预计算（刀补计算、坐标变换等）。
数控装置对加工控制信息预处理完毕后，开始逐段运行数控加工程序。
根据所要产生的运动轨迹，数控装置中的插补器根据已知的几何数据进行插补处理。
由插补器向各个轴发出的运动序列命令为各个轴位置调节器的命令值，位置调节器将其与机床上位置检测元件测得的实际位置相比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床各个轴运动，使刀具相对工件正确运动，加工出要求的工件轮廓。
由数控装置发出的开关命令在系统程序的控制下，在各加工程序段插补处理开始前或完成后，适时输出给机床控制器。
在机床的运行过程中，数控系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示部件及时向操作者提供系统工作状态和故障情况。
此外，数控系统还要对机床操作面板进行监控，及时处理有关信号。
五、计算题（每题10，共10分）
1、圆弧插补计算：
逆时针加工第Ⅰ象限圆弧OA，起点坐标为O（6，0），终点坐标为A（0，6），试进行插补运算并画出运动轨迹图。
解答：
按两方向坐标应走总步数之和为
，则
起点在圆弧上（6，0），则偏差
序号
偏差判别
坐标进给
计算
终点判别
1
-X
2
+Y
3
+Y
4
+Y
5
+Y
6
-X
7
+Y
8
-X
9
+Y
10
-X
11
-X
12
-X
《机床数控系统》试题3
一、选择（每题2分，共20分）
1、数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警，某个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”，这属于（ A）。
（A）程序错误报警； （B）操作报警；
（C）驱动报警； （D）系统错误报警
2、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（ A）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
3、CNC系统是指（D）。
A．适应控制系统B．群控系统
C．柔性制造系统D．计算机数控系统
4、步进电机主要用于（A）。
A．经济型数控机床的进给驱动B．加工中心的进给驱动
C．大型数控机床的进给驱动D．数控机床的主轴驱动
5、CNC系统中的PLC是（A）。
A．可编程序逻辑控制器B．显示器C．多微处理器D．环形分配器
6、对于配有设计完善的位置伺服系统的数控机床，其定位精度和加工精度主要取决于（B）。
A．机床机械结构的精度B．驱动装置的精度
C．位置检测元器件的精度D．计算机的运算速度
7、PWM是脉冲宽度调制的缩写，PWM调速单元是指（C）。
A．晶闸管相控整流器速度控制单元
B．直流伺服电机及其速度检测单元
C．大功率晶体管斩波器速度控制单元
D．感应电动机变频调速系统
8、通常CNC系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在（B）
A．EPROM中B．RAM中C．ROM中D．EEPROM中
9、现代中高档CNC系统中的计算机硬件结构多采用（D）
A．单CPU、模块化结构B．单CPU、大板结构
C．多CPU、大板结构D．多CPU、模块化结构
10、用光栅位置传感器测量机床位移，若光栅栅距为0．01mm，莫尔条纹移动数为1000个，若不采用细分技术则机床位移量为（C）
A．0．1mmB．1mmC．10mmD．100mm
二、填空题（每空2分，共20分）
1．CNC装置常用的通信接口有 串口 、 以太网 两种。
2．数控机床按插补算法分 脉冲增量插补和 数据采样插补 。
3．CNC装置的硬件结构可分为 大板式结构和 模块式结构 两大类。
4、为减少运动件的摩擦和消除传动间隙，数控机床广泛采用 滑动导轨和 滚动导轨，在进给系统中，目前数控机床几乎无例外的都采用 滚动代替滑动丝杆。
5、机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退回到 机床参考点。
三、判断题（每题2分，共10分）
1、（× ）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。
2、（ √）插补运动的实际插补轨迹始终不可能与理想轨迹完全相同。
3、（ × ）用数显技术改造后的机床就是数控机床。
4、（ × ）数控机床由主机、数控装置、驱动装置和辅助装置组成。
6、（ ×）RS232主要作用是用于程序的自动输入。
四、简答题（每题8分，共40分）
1、轮廓控制、点位控制和点位直线控制各有何特点？
2、简述数控系统为什么要进行加/减速控制，有哪些实现方式？
3、反向间隙误差是怎样产生的，如何进行补偿？
4、丝杠螺距误差是怎样产生的，如何进行补偿？
5、说明开环系统的控制原理。
答：
1、
（1）点位控制数控系统这类控制系统只控制工具相对工件从某一加工点移到另一个加工点之间的精确坐标位置,而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中不作任何加工（见图1-4）。
通常采用这一类系统的设备有数控钻床、数控坐标镗床和数控冲床等。
（2）直线控制数控系统这类系统不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的工具移动轨迹是一条直线，且在移动中工具能以给定的进给速度进行加工，其辅助功能要求也比点位控制数控系统多，如它可能被要求具有主轴转数控制、进给速度控制和刀具自动交换等功能。
采用此类控制方式的设备主要有简易数控车床、数控镗铣床等。
（3）轮廓控制数控系统这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。
各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。
这类数控系统的辅助功能亦比前两类都多。
采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加工中心、电加工机床和特种加工机床等。
2、在CNC系统中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对送到伺服驱动装置的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。
即在机床加速起动时，保证加在驱动电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大；当机床减速停止时，保证加在驱动电动机上的进结脉冲频率或电压逐渐减小。
加减速实现的方式有线性加减速（匀加减速）、指数加减速和sin曲线（S）加减速。
3、在进给传动链中，齿轮传动、滚珠丝杠螺母副等均存在反转间隙。
这种反转间隙会造成工作台反向时，电动机空转而工作台不动，使半闭环系统产生误差和全闭环系统位置环振荡不稳定。
为解决这一问题，可先采取调整和预紧的方法，减少间隙。
而对于剩余间隙，在半闭环系统中可将其值测出，作为参数输入数控系统，则此后每当坐标轴接收到反向指令时，数控系统便调用间隙补偿程序，自动将间隙补偿值加到由插补程序算出的位置增量命令中，以补偿间隙引起的失动。
这样控制电动机多走一段距离，这段距离等于间隙值，从而补偿了间隙误差。
需注意的是对全闭环数控系统不能采用以上补偿方法（通常数控系统要求将间隙值设为零），因此必须从机械上减小或消除这种间隙。
有些数控系统具有全闭环反转间隙附加脉冲补偿，以减小这种误差对全闭环稳定性的影响。
也就是说，当工作台反向运动时，对伺服系统施加一定宽度和高度的脉冲电压（可由参数设定），以补偿间隙误差。
4、螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。
在半闭环系统中，定位精度很大程度上受滚珠丝杠精度的影响，尽管滚珠丝杠的精度很高，但总存在着制造误差；另外数控机床经长时间使用后，由于磨损其精度也会下降。
5、与闭环系统相比，开环伺服系统采用功率步进电动机作为执行元件，实现进给运动，它没有位置反馈回路和速度反馈回路，不需使用位置、速度测量装置以及复杂的控制调节电路，与机床容易配接，控制使用方便。
主要用于对速度，精度要求不太高的中、小型数控机床上。
五、计算题（每题10，共10分）
1、一采用三相六拍驱动方式的步进电机，其转子有80个齿，经丝杠螺母副驱动工作台作直线运动，丝杠的导程为5mm，工作台移动的最大速度为30mm/s，求：
（1）步进电机的步距角；
（2）工作台的脉冲当量；
（3）步进电机的最高工作频率
解答：
（1）
；
（2）
（mm/脉冲）
（3）
（Hz）
《机床数控系统》试题4
一、选择（每题2分，共20分）
1、可用于开环伺服控制的电动机是（D）
A．交流主轴电动机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
2、下列伺服电动机中，带有换向器的电动机是（A）
A．永磁宽调速直流电动机B．永磁同步电动机
C．反应式步进电动机D．混合式步进电动机
3、步进电动机多相通电可以（A）
A．减小步距角B．增大步距角
C．提高电动机转速D．往往能提高输出转矩
4、所谓开环的数控伺服系统是指只有（B）
A．测量实际位置输出的反馈通道
B．从指令位置输入到位置输出的前向通道
C．开放的数控指令
D．位置检测元件
5、步进电机驱动控制采用加/减速方式,有利于（C）
A．防止步进电机失步B．防止机床机械共振
C．改善步进电机低频特性D．增大步进电机的步距角
6、步进电机主要用于（A）。
A．经济型数控机床的进给驱动B．加工中心的进给驱动
C．大型数控机床的进给驱动D．数控机床的主轴驱动
7、机床数控系统是一种（C）
A速度控制系统B电流控制系统C位置控制系统D压力控制系统
8．数控加工中心与普通数控铣床、镗床的主要区别是（B ）。
A一般有三个数控轴
B设置有刀库，在加工过程中由程序自动选用和更换
C能完成钻、铰、攻丝、铣、镗等加工功能
D主要用于箱体类零件的加工
9．数控机床进给系统不能采用（D）电机驱动。
（A）直流伺服（B）交流伺服（C）步进（D）笼式三相交流
10.光栅尺是（ A ）。
A一种能准确的直接测量位移的元件
B一种数控系统的功能模块
C一种能够间接检测直线位移或角位移的伺服系统反馈元件
D一种能够间接检测直线位移的伺服系统反馈元件
二、填空题（每空2
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