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车削加工

刀具移动，工件固定（3）分析机床运动关系后再根据实际情况两者的固定和移动关系（4）工件固定不动，刀具移动。

6．选择刀具起始点时应考虑（1，2）

（1）防止与工件或夹具干涉碰撞

（2）方便工件安装测量（3）每把刀具刀尖在起始点重合（4）必须选在工件外侧。

7．数控机床伺服系统是以

（2）为直接控制目标的自动控制系统。

（1）机械运动速度

（2）机械位移（3）切削力（4）切削用量

8．指出下列哪些误差属于系统的稳态误差

（1）。

（1）定位误差

（2）跟随误差（3）轮廓误差（4）定位误差和跟随误差

三．简答题（每题5分）

1．数控机床的主传动系统有何特点？

数控机床的主传动系统采用交流调速电动机或直流调速电动机，可实现无级调速，转速高，功率大，变速范围大，变速迅速可靠，以适应高速、大功率切削以及加工中采用合理的切削用量。

2．试论述数控机床的进给伺服系统是由哪几部分组成，它们分别的作用如何？

伺服系统常用的驱动元件是什么？

由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件四部分组成。

它的作用是：

接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置（直流、交流伺服电机，功率步进电机，电液脉冲马达等）和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。

伺服系统常用的驱动元件是步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。

3．简述数控车床采用钢板焊接床身的原因。

采用钢板焊接床身结构可采用最有利于提高刚度的筋板布置形式，能充分发挥壁板和筋板的承裁及抵抗变形的作用；

焊接结构还无需铸造结构所需的出砂口，有可能将基础件做成完全封闭的箱形结构；

钢板的弹性模量E比铸铁的弹性模量E大几乎相差一倍。

因此，在结构相同时，E值大的材料刚度则高。

四．计算题（每题9分）

1．若加工第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（7，4），设累加器为3位，试按DDA法进行插补计算，并绘出插补轨迹图。

解：

将Xe＝7及Ye＝4化成二进制数Xe＝111B及Ye＝100B存放在Jvx及Jvy中，选寄存器容量为三位，则累加次数m＝23＝8。

插补运算过程如下表所示，插补轨迹见图3-24所示。

2．步进电机转子有80个齿，采用三相六拍通电方式，经丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，滚珠丝杠导程为5mm，工作台移动最大速度为6mm/s，求：

●步进电机的步距角θ

●工作台的脉冲当量δ

●步进电机的最高工作频率f

答

五．论述题（每题9分）

1．为什么要对工件廓形进行拟合？

答：

由于大多数数控机床上只具备直线和圆弧插补，所以在连续控制系统的数控机床上加工成形轮廓的工件时，都先要对工件廓形曲线进行拟合，代替原来的轮廓曲线，然后才能使用数控机床的G功能加工出所需的廓形曲线。

2．试画出框图说明数控机床的工作原理。

数控机床的工作原理如图所示。

首先将零件图纸的形状、尺寸和技术条件、加工工艺等按照规定的格式和代码，记录在输入介质上（例如穿孔带、磁带和软磁盘等），并输入数控装置。

数控装置由输入、信息处理和输出三部分构成。

输入介质通过输入单元（例如光电读带机）后，转换成可以识别的信息，由信息处理单元加以处理，再通过输出单元发出位置、速度等指令（脉冲信号）给伺服系统。

伺服系统的作用是将来自数控装置的各种指令，转换成机床移动部件运动。

反馈系统再将机床的实际位置、速度等参数检测出来，转换成电信号，输送到数控装置，使数控装置能够校核该机床实际位移情况是否与指令一致，并发出指令纠正所产生的误差。

对于一些高效率和加工精度较高的数控机床还有适应控制系统，以补偿加工环境参数的变化。

3．数控机床对伺服驱动系统有哪些要求？

有以下要求；

（1）调速范围宽并有良好的稳定性，尤其是低速时的平稳性；

（2）负载特性硬，即使在低速时也应有足够的负载能力；

（3）动态响应速度快；

（4）高的位移情度；

（5）能够频繁地启动；

第一章

A.什么是数控系统？

机床数控系统的组成及各部分作用如何？

1.数控系统的基本概念：

数控是数字控制的简称。

从广义上讲，是指利用数字化信息实控制，也就是利用数控控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。

狭义上理解也就是利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制。

2.数控系统的组成：

输入/输出装置、数控装置、伺服系统、机床电器控制装置、机床本体。

3.输入装置的作用：

将数控加工程序等各种信息输入数控装置，输入的内容及数控系统的工作状态可以通过输出装置观察。

4.数控装置的作用：

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。

5.伺服系统的作用：

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的移动。

6.机床电器控制装置的作用：

接受数控装置发出的开关，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、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。

7．机床本体的作用：

B.简述数控机床坐标系的定义

8.标准的数控机床坐标系统采用右手直角笛卡尔坐标系。

C.试简速数控系统的分类及各自的显著特点

9.按数控机床运动轨迹分类：

点位数控系统、直线数控系统、轮廓数控系统

按数控机床伺服系统分类：

开环数控系统、全闭环数控系统、半闭环数控系统

按数控机床功能水平分类：

经济型数控系统、普及型数控系统、高档型数控系统

D.简述计算机数控系统的基本工作过程

10.输入、译码、诊断、刀补计算、速度处理、插补计算、位置控制

第二章

F．什么是内码？

内码是按属性加编码构成的内部代码。

引入内码的意义何在？

提高后续译码速度。

内码的转换过程是必需的吗？

不是必需的，所有的系统都需要内码转换。

数控加工程序缓冲器和存储器之间有何不同？

（简答题）1）为了描述方便对它们分别命名，通常存储器比缓冲器大得多

什么是译码？

试简述译码的主要过程。

（简答题）

译码就是将输入的数控加工程序翻译成CNC装置能识别的代码形式。

将数控加工程序缓冲器或MDI缓冲器中数据逐个读出，先识别其属性，然后作相应

的处理。

在译码结果缓冲器中为什么要对G代码和M代码进行分组？

分组的依据是什么？

准备功能代码G和辅助功能代码M是两种数量较大的代码族，其中有些代码的功能属性相同或相近，它们不可能出现在同一个程序段中（也就是说代码互斥性）所以进行分组。

什么是刀具补偿？

将控制对象由刀具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上，以满足加工需要。

刀具补偿处理的意义何在？

1）由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具相关尺寸变化不必重新编写程序，只需修改相应的刀补参数即可。

2）当被加工零件在同一机床上经历粗加工、半精加工、精加工多道工序上时，不必编写三种加工程序，可将加工序预留的加工余量加入刀补参数即可。

12、何谓脉冲当量？

脉冲当量与数控机床的进给速度、加工精度有何关系？

脉冲当量是每个单位脉冲对应的坐标轴位移量。

脉冲当量影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高

刀具补偿的基本原理是什么？

刀具半径的基本原理是什么？

数控车床在连续轮廓加工过程中，数控系统所控制的运动轨迹不是零件的额轮廓而是加工刀具的中心，而用户按零件的轮廓编写加工程序，为了加工出合格的零件，加工刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值。

简述刀具半径补偿的执行过程？

刀具半径补偿建立---刀具半径补偿进行---刀具半径补偿撤销

刀具半径补偿在轮廓段间的转接类型有哪些？

插入型、伸长型、缩短性。

刀具半径补偿计算的任务是什么？

计算出半径补偿后转接点的坐标值。

本章计算题类型是直线接直线的插补

第三章

1.常用的轮廓插补计算方法有哪几类？

各有何特点？

①脉冲增量插补法②数据采样插补法；

①的特点是每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量，以单位脉冲的形式输出给步进电

动机

②的特点是与脉冲增量插补算法相比，数据采样插补算法的结果不再是单个脉冲，而是位置增量的数字量

第五章

1.数控车床对主轴驱动伺服系统的要求有哪些？

①要有较宽的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产效率、

加工精度和表面质量。

②要求能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传递环节，简化主轴箱。

③要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。

④要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加减速时间短。

⑤要求主轴具有高精度的准停控制。

⑥要求主轴具有旋转进级轴（C轴）的控制功能。

第六章

1.为什么PLC会成为现代数控系统中一个重要组成部分？

答：

因为PC的响应比继电器逻辑快，可靠性比继电器逻辑高得多，并且易于使用，易于编程，易于修改，成本也不高，因此很快就成为数控系统中一个重要的组成部分。

2.PLC有哪些显著特点？

1）可靠性高2）变成简单，使用方便3）灵活性好4）直接驱动负载能力强5）便于实现机电一体化6）利用其通信网络功能可实现计算机网络控制

3.何谓内装型PLC？

何谓独立型PLC？

二者有什么显著特点？

1）所谓内装行PLC，是指PLC内含在CNC装置内，从属于CNC装置，与CNC装置集于一体，PLC的硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能统一设计，并且其性能指标也由CNC系统来确定。

2）所谓独立型PLC，实际上也就是一个通用性PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能够独立完成CNC系统所要求的控制任务。

3）采用内装型PLC后，扩大了CNC内部直接处理数据的能力，可以使用梯形图方式进行编辑，传送复杂的控制功能，并且造价较低，提高了CNC的性能/价格比。

独立型PLC的造价较高，所以其性能/价格比不如内装型PLC，总的来说，内装型PLC多用于单微处理器的CNC系统中，而独立型PLC主要用于多微处理器的CNC系统中。

第七章

1.试简述数控装置的硬件结构分类.

2.数控系统接口电路有：

开关量输入/输出接口、模拟量输入/输出接口、数字通信接口和一些其他标准计算机输入/输出设备接口。

3.典型开关量I/O模板电路由总线接口逻辑、输入缓冲器、输出缓冲器和I/O电器接口。

5.所谓并行处理：

是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。

6.所谓实时：

是指在一个确定的有限的时间里对外部产生的随机事件作出响应，并在确定的时间里完成这种响应或处理。

7.软件总体结构：

前后台型软件结构、多重中断型软件结构、功能模块型软件结构

8.通信线路的通信方式有三种：

单工通信、半双工通信、全双工通信

单工通信：

这种通信方式的数据信息只能按照一个固定的方向传送，即决定了通信双方的一端是发送端，而另一种只能是接收端。

半双工通信：

是指可以交替改变方向的数据传送，但在某一时刻，只允许一个方向的数据流通。

全双工通信：

这是一种在任意时刻都可进行双向传送的通信方式，相当于将两个方向的单工通信组合起来，要求收发装置都具有独立的收发能力。

9．数据传输方式有异步传输和同步传输。

10.网络标准与协议（协议就是为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定）

1，什么是数控？

机床数控系统的组成及各部分作用如何？

数字控制（NumericalControl）简称数控（NC）。

广义是指利用数字化信息实行控制，也就是利用数字控制技术实现的自动控制系统，其被控对象可以是各种生产过程。

狭义是指利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制。

组成：

输入/输出装置、数控装置、伺服系统、机床电气控制装置

输入装置：

将数控加工程序等各种信息输入数控装置。

输出装置：

输入数控装置的内容及数控系统的工作状态，通过它进行观察。

数控装置：

是数控系统的核心。

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。

伺服系统：

按照数控装置发出的指令正确驱动机床受控部件的移动，包括进给轴伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置。

机床电气控制装置：

位于数控装置和机床本体之间，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、润滑系统控制功能以及机床其他辅助功能。

2，数控系统如何分类？

（一）按数控机床运动轨迹分类：

1）点位控制数控系统；

2）直线控制数控系统；

3）轮廓控制数控系统；

（二）按数控机床伺服系统分类：

1）开环数控系统；

2）闭环数控系统；

3）半闭环数控系统；

（三）按数控机床的功能水平分类：

1）经济型数控系统（低档）；

2）普及型数控系统（中档）；

3）高档型数控系统（高档）；

3，信息流处理过程：

1）输入；

2）译码；

3）诊断；

4）刀补计算；

5）速度处理；

6）插补处理；

7）位置控制；

4，数控加工程序缓冲器和存储器之间有何不同？

在本质上都是CNC装置内部存储器的一部分，只是这两者的规模和作用有些不同。

数控加工程序缓冲器的存储容量较小，一般只存放一个或几个程序段，但它是数控加工程序输入输出通道上极为重要的组成部分；

数控加工程序存储器用于存放整个数控加工程序，一般这种存储器的容量较大，有时还设计一个专用存储器板供系统配置时选用。

5，在译码结果缓冲器中为什么要对G代码和M代码进行分组？

因为G代码和M代码数量众多，使每个代码配置内存单元译码结果存储器规模太大。

依据：

G代码和M代码中有些代码的功能属性相同或相近，它们不可能出现在同一个程序段中，根据此特点，将G代码、M代码按功能属性分组，每一组代码设置一个独立的内存单元即可，并以特征字来区分本组中的不同单元。

6，什么是刀具补偿？

刀具补偿处理的意义何在？

数控机床在加工过程中，是通过控制刀具中心或刀架参考点来实现加工轨迹的。

但是刀具实际参与切削的部位只是刀尖或刀刃边缘，他们与刀具中心或刀架参考点之间存在偏差。

因此需要通过数控系统计算偏差量，并将控制对象由刀具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上，以满足加工需要。

这种变换过程称为刀具补偿。

在零件加工过程中，采用刀具补偿功能，可以大大简化数控加工程序的编写工作，提高该程序的利用率。

7，刀具半径补偿在轮廓段间的转接类型有哪些？

根据拐角类型的不同，分为三种类型：

1）插入型---当0°

＜α＜90°

时；

2）伸长型---当90°

＜α＜180°

3）缩短型---当180°

＜α＜360°

刀具半径补偿计算，是指运用矢量法，求出刀具半径补偿过程中刀具中心轨迹在各个转接点处的坐标值。

8，何谓插补？

插补：

就是根据零件轮廓的尺寸，结合精度和工艺等方面的要求，在已知刀具中心轨线转接点之间插入若干个中间点的过程。

9，常用的轮廓插补计算方法有哪几类？

1）脉冲增量插补

包括：

逐点比较法、数字积分法，比较积分法；

特点：

每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量，以单位脉冲的形式输出给步进电动机，控制机床坐标轴相互协调运动，从而加工出一定轮廓形状的算法。

2）数据采样插补

数据采样插补的结果不是单个脉冲，而是位置增量的数字量，用以控制赐福系统实现坐标轴进给。

此插补方法适用于交流、直流伺服电动机构成的闭环系统

10，数控机床对进给伺服系统的基本要求有哪些？

1）传动精度高；

2）调速范围宽；

3）快速响应好；

4）低速大转矩；

5）高性能的伺服电动机；

11，如何决定开环数控系统传动链中是否设置减速箱？

可以从以下两方面进行考虑：

1）因为θ=…,所以ζ=…,当电动机选定后，如果h,i,ζ不能满足上式时,可以通过调整传动比i来使这三个参数相互协调。

2）等效负载惯量计算中，转动惯量与传动比的平方成反比，通过调整i可以使其折算到电动机上的转动惯量与电动机相匹配。

12，现代数控机床对主传动提出的更高要求：

1）数控机床主传动要有较宽的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量。

2）数控机床主轴的变速是依指令自动运行的，要求能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传递环节，简化主轴箱。

3）要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。

4）要求主轴在正反转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加减速时间。

5）为满足加工中心自动换刀（ATC）以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制。

6）在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴（C轴）的控制功能。

13，主轴分段无级变速的作用是什么，具体如何实现？

作用：

同时满足了低速转矩和最高主轴转速的要求，扩大了主轴无级调速恒功率的范围。

实现方法：

1）通过齿轮传动，2）通过高低速主轴，3）通过电动机电磁离合器。

14，内装型PLC的定义？

特点？

所谓内装型PLC，是指PLC内含在CNC装置内，从属于CNC装置，与CNC装置基于一体，PLC的硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能统一设计，并且其性能指标也由CNC系统来确定。

1）内装型PLC实际上是CNC装置带有的PC功能，一般作为一种基本的功能提供给用户；

2）内装型PLC的性能指标与CNC装置匹配。

3）内装型PLC一般不具有独立的电源和输入/输出接口。

4）内装型PLC与CNC装置功能衔接较好。

独立型PLC的定义？

特点？

所谓独立型PLC，实际上也就是一个通用型PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能够独立完成CNC系统所要求的控制任务。

1）独立型PLC具有完整的功能，可以用于数控机床中也可用于其他场合；

2）独立型PLC一般采用模块化结构；

3）独立型PLC功能一般比较完善，不只是针对数控机床。

15，简述数控装置硬件结构分类及其特点？

数控装置是整个数控系统的核心，其硬件结构1）按CNC装置中各印制电路板的插接方式不同，可以分为大板式结构和功能模块式结构；

大板式结构紧凑，可靠性高，但其硬件功能不易变动，柔性低。

2）按制造方式不同可分为专用型结构和个人计算机型结构。

专用型结构布局合理，结构紧凑，专用性强，但彼此之间爱不能进行交换和替代，没有通用性强。

个人计算机型结构抗干扰和恶劣环境的能力强，与一般PC机完全兼容。

3）按CNC装置中微处理器的个数不同分为单微处理器结构和多微处理器结构。

单微处理器结构只有一个微处理器，结构简单，容易实现，采用集中控制，分时处理的工作方式完成数控加工中的各个任务。

多微处理器结构性价比高，可靠性高，硬件易于组织规模生产。

16，简述数控装置软件总体结构分类及其特点？

1）前后台型软件结构；

适用于集中控制的单微处理器的CNC装置，前台程序微实时中断程序，承担了几乎所有的中断功能，后台程序主要完成准备工作和管理工作2）多重中断型软件结构；

是根据数控功能能上的相互独立性按实时性的高低将它们分别归入不同级别的中断服务程序中，从而组成一个嵌套的多重中断型结构，系统的管理功能只能通过各级中断服务程序之间的通讯实现3）功能模块型软件结构；

多采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能模块，相应的软件也模块化，形成功能模块化结构，因此在相应的硬件功能模块中，使CNC装置的处理速度更快，结构也更加紧凑。

17，简述现代数控系统的发展趋势：

高速度化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、高可靠性化。

18，数控机床具有如下显著特点：

1）能加工复杂型面的零件，具有较强的适应性和柔性；

2）可以保证较高的加工精度，并且产品质量稳定，一致性好；

3）具有较高的生产效率；

4）可以改善生产条件，减轻劳动强度；

5）便于联网实现现代化管理及大规模的自动化生产；

名词解释：

NC数字控制：

（NumericalControl）简称数控（NC）。

狭义是指利用数字化信息对机床轨迹和状态实行控制；

CNC计算机数控系统：

应用一个或多个计算机作为核心组件的数控系统统称为计算机数控系统；

DNC分布式数字控制：

原来是直接数字控制系统的英文缩写，表示用计算机直接控制多台机床组成的制造系统，也称群控系统；

现在是由一台计算机对多台数控系统进行数控加工程序和有关数据的分配，并分时监控各台数控系统的运行，各数控机床分别控制相应机床运行的控制结构。

MDI手工数据输入：

数控机床操作者利用键盘输入数控加工程序和控制信息，这种输入方式称为手动数据输入方式；

MC加工中心：

能自动更换工具，具有自动换刀功能，对一次装夹的工件进行多工序加工的数控机床。

FMC柔性制造单元：

由一台或多台数控加工中心，自动化物流存储，传输和交换装置，及一台单元控