1、數控技術第二版 章 節 練 習 答 案第一章 緒論數控機床是由哪幾部分組成，它的工作流程是什么？答：數控機床由輸入裝置、CNC裝置、伺服系統和機床的機械部件構成。數控加工程序的編制 -輸入-譯碼-刀具補償 -插補-位置控制和機床加工數控機床的組成及各部分基本功能 答：組成：由輸入輸出設備、數控裝置、伺服系統、測量反饋裝置和機床本體組成 輸入輸出設備：實現程序編制、程序和數據的輸入以及顯示、存儲和打印 數控裝置：接受來自輸入設備的程序和數據，并按輸入信息的要求完成數值計算、邏輯判斷和輸 入輸出控制等功能。伺服系統：接受數控裝置的指令，驅動機床執行機構運動的驅動部件。 測量反饋裝置：檢測速度和位移

2、，并將信息反饋給數控裝置，構成閉環控制系統。 機床本體：用于完成各種切削加工的機械部分。什么是點位控制、直線控制、輪廓控制數控機床？三者如何區別？答：（ 1）點位控制數控機床特點：只與運動速度有關，而與運動軌跡無關。如：數控鉆床、數控鏜床和數控沖床等。（2）直線控制數控機床特點： a. 既要控制點與點之間的準確定位，又要控制兩相關點之間的位移速度和路線。b. 通常具有刀具半徑補償和長度補償功能，以及主軸轉速控制功能。如：簡易數控車床和簡易數控銑床等。（3）連續控制數控機床（輪廓控制數控機床） ：對刀具相對工件的位置，刀具 的進給速度以及它的運動軌跡嚴加控制的系統。具有點位控制系統的全部功能，

3、適用于連續輪廓、曲面加工。數控機床有哪些特點？答：a.加工零件的適用性強，靈活性好；b.加工精度高，產品質量穩定；c.柔性好；d.自動化程度高，生產率高；e.減少工人勞動強度；f .生產管理水平提 高。適用范圍：零件復雜、產品變化頻繁、批量小、加工復雜等 .按伺服系統的控制原理分類，分為哪幾類數控機床？各有何特點？ 答：（ 1）開環控制的數控機床；其特點：a.驅動元件為步進電機；b.采用脈沖插補法：逐點比較法、數字積分法； c. 通常采用降速齒輪； d. 價格低廉，精度及穩定性差。（2）閉環控制系統；其特點： a. 反饋信號取自于機床的最終運動部件（機床工作臺） ； b. 主要檢 測機床工作臺

4、的位移量； c. 精度高，穩定性難以控制，價格高。（3）半閉環控制系統：其特點： a. 反饋信號取自于傳動鏈的旋轉部位； b. 檢測電動機軸上的角位移； c. 精度及穩定性較高，價格適中。應用最普及第二章 數控加工編程基礎1 數控編程 是指從零件圖樣到制成控制介質的全部過程 手工編程的內容： 分析零件圖樣、確定加工工藝過程、數值計算、編寫零件加工程序、制作控制 介質、程序校檢和試切削2 數控編程的方法及特點 手工編程： 用人工完成程序編制的全部工作，對于幾何形狀較為簡單，數值計算比較簡單的，程序段不多采用手工編制容易完成自動編程 ：程序編制的工作的大部分或全部都由計算機來完成。3什么是“字地址

5、程序段格式” ，為什么現代數控系統常用這種格式？答：字地址程序段的格式： NxxGxxXxxYxxZxxSxxFxxTxxMxx特點是順序自由。地址字符可變程序段格式。程序段的長短，字數和字長都是可變，字的排列順序沒有嚴格要求。這種格式的 優點 是程序簡短、直觀、可讀性強、易于檢驗和修改。4.數控機床的X、Y、Z坐標軸及其方向是如何確定的？答: Z坐標：規定平行于機床主軸的刀具運動坐標為Z坐標，取決于遠離工件的方向為正方向X 坐標： 規定 X 坐標軸為水平方向，且垂直于 Z 軸并平行于工件的裝夾面Y 坐標 ： Y 坐標垂直于 x 、 y 坐標。在確定了 x 、 z 坐標正方向后，可按右手定則確

6、定 y 坐標的正方向5 . 機床坐標系與工件坐標系的關系：工件坐標系的坐標軸與機床坐標系相應的坐下軸相平行，方向也相同，但原點不同。在加工 中， 工件隨夾具在機床上安裝后， 要測量的工件原點與機床原點之間的坐標距離成為原點偏置。 這個偏置值需預讀到數控系統中。在加工 時，工件原點偏置值便能自動加到工件坐標系上，使 數控系統可按機床坐標系確定加工時的坐標值。6 . 準備功能 G 代碼 ：使機床或數控系統建立起某種加工方式的指令。輔助功能 M 代碼： 控制機床輔助動作的指令，主要用作機床加工時的工藝性指令。7. MO0 M01 M02 M30指令各有何特點？如何應用？答：M00暫停；M01選擇性的

7、暫停M02復位性加工程序結束，用于數控機床；M30復位性加工程序結束，并返回程序起點。用于加工中心。應用略8. F 代碼：為進給速度功能代碼，它是續效代碼，用來指定進給速度S 代碼：為主軸轉速功能代碼， ，它是續效代碼，用來指定主軸的轉速。T 代碼：為刀具功能代碼，該指令用以選擇所需的刀具號和補刀號。9G90 X20 Y15 與 G91 X20 Y15 有什么區別？答：G90為絕對坐標G91 為增量坐標即相對坐標。10. G00- 快速點定位指令： 使刀具從當前位置以系統設定的速度快速移動到坐標系的另一點。 它只是 快速到位，不進行切削加工，一 般用作空行程運動。G0直接插補指令：該指令時直線

8、運動控制指令，它使刀具從當前位置以兩坐標或者三坐標聯動方式按指定的 F 進給速度做任意斜 率的直線運動到達指定的位置。該指令一般用作輪廓切削G02圓弧插補指令：G02表示順時針圓弧插補；G03 表示逆時針圓弧插補。11. G41、G42 G43 G44的含義如何？試用圖說明。答： G40 表示注銷左右偏置指令，即取消刀補，使刀具中心與編程軌跡重合。G41:刀具左偏，指順著刀具前進的方向觀察，刀具偏在工件輪廓的左邊，如圖 1 示；G42刀具右偏，指順著刀具前進的方向觀察，刀具偏在工件輪廓的右邊，如圖 1 示；G40取消刀補，使刀具中心與編程軌跡重合。G40必須與G41、G42指令配合使用；G43

9、:正偏置，執行G43時，Z實際值=Z指令值+(H-)，如圖2 ( a)左所示。G44:負偏置，Z實際值=Z指令值-(H-)，如圖2 (b)左所示。圖 1 刀具半徑補償方向判別圖 2刀具長度補償13. 零件的加工路線 是指數控機床加工過程中刀具刀位點相對于被加工零件的運動軌跡和運動方向。 加工原則： 1 應能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。 2 應盡量縮短加工路線，減少刀具空 程移動時間。 3 應使數值計算簡單，程序段數量少，以減少編程工作量。15.什么是對刀點、刀位點和換刀點？答：對刀點：是指數控機床上加工零件時，刀具相對與工件運動的起點。也稱 為程序起點或起刀點換刀點：是指刀架轉位換刀時

10、的位置。可以是某一固定點（如加工中心機 床，其換刀機械手的位置是固定的） ，也可以是任意設定的一點（如車床） 。應設 在工件或夾具的外部。刀位點：用于表示刀具在機床上的位置。17什么是基點？什么是節點？答： 基點：是指組成零件輪廓曲線的各幾何元素（如直線、圓弧、二次曲線等） 間的連接點。節點：是指當利用具有直線插補功能的數控機床加工零件的曲線輪廓時，任 一輪廓的曲線均用連續的折線來逼近。此時，根據編程所允許的誤差，將曲線分 割成若干個直線段，其相鄰兩直線的交點。18試編制精車如圖 1 所示零件的加工程序。答：O1001T0101M03S600G00X32.銑削如圖2所示軌跡，起刀點為 A,沿A

11、- B C切削，試用絕對坐標和增量坐標方式編程。答：O1002 M03S1200G54G00X0Y0Z50.G00X0Y0Z50.G00Z5.M30圖 2 題 19圖圖 1 題18圖第三章 數控加工程序的編制數控車床的編程特點 ：1) 1 在一個程序段中， 根據圖樣標注的尺寸， 可以采用絕對值編程、 增量值編程或者 混合編程。2) 2 直徑方向用 絕對值編程時， X 以直徑值表示；用增量值編程時，以徑向實際位 移量的二倍值表示。3) 3 為提高工件的徑向尺寸精度， X 向的脈沖當 量取 Z 向的一半4) 4 數控裝置常具備不同形式的固定循環功能， 可進行多次重復循環切削。 當編制圓 頭刀程序是

12、，需要對刀具半徑進 行補償5) 許多數控車床用 X Z 表示絕對坐標指令；用 U W 表示增量坐標指令，而不用 G90 G91 指令。6) 第三坐標指令 IK 在不同的程 序段中左右也不相同。 I K 在圓弧切削時表示圓心 相對圓弧的起點坐標位置。車削固定循環功能 ：由于車削毛坯多為棒料和鑄鍛件，因此車削加工多為大余量多次進給 切除，所以在車床的數控裝置中總是設置 各種不同形式的固定循環功能。常用指令 ： 1 柱面循環指令 2 錐面循環指令 3 簡單螺紋循環指令 4 復雜螺紋循環指令 5 復合式粗車循環指令。補充思考題：1用有G71 G70復合加工循環指令編制圖 3所示零件的粗、精加工程序(各

13、加工面的精車余量均為 0.5mm)。設切深 d = 2,退刀量e = 2,Au =1 , W= 1 o答：O1001T0101M03S600G圖 3 思考題 1 圖2編制立式加工中心圖 4 所示的零件加工程序。圖4 思考題 2圖答：O1002G54第四章 計算機數控裝置1. CNC系統的組成：數控程序、輸入輸出設備、 CNC裝置、可編程控制器、主軸驅動裝置 和進給驅動裝置。 核心 是 CNC 裝置。2. CNC 裝置軟件 由管理軟件和控制軟件組成。3. CNC 裝置的功能 ： 1 控制功能 2 準備功能 3 插補功能 4 固定循環加工功能5 進給功能 6 主軸功能 7 輔助功能 8 刀具功能

14、9 補償功能 10 顯示功能11 通信功能 12 自診斷功能4. 單微處理器與多微處理器的結構區別 ：單微處理機在 CNC 的裝置中， 只有一個中央處理器，采用集中控制，分時處理數控的每項 任務。5. 單微處理機結構的 CNC裝置有哪幾部分組成？其 I/O接口的功能和任務分別是什么？答：由CPU（微處理器）、存儲器、總線、I/O接口、MDI接口、CRT或液 晶顯示接口、 PLC接口、主軸控制、通訊接口等組成。I/O 接口主要功能： 緩沖功能，選擇功能（內部、 外部的選擇） ，中斷功能， 轉換功能（ A/D、 D/A 轉換），數據寬度變換功能，通訊功能。6 .比較共享總線型結構 CNC裝置和共享

15、存儲結構 CNC裝置的工作特點及優缺點？答： 1）共享總線型：以總線為中心，各模塊工作時，僅有一個模塊可占 用總線，多個請求時由總線仲裁器來裁決。a. 將各個功能模塊劃分為主模塊和從模塊。帶有CPU和DMA器件的 各種模塊稱為主模塊，其余如存儲器模塊， I/O 模塊為從模塊。系統中只有主模塊有權使用系統總線，而每個主模塊按其擔負任務的 重要程度預先安排好優先級別的高、低順序。b. 總線裁決方式有兩種：串聯方式和并聯方式。串聯方式中，優先權的排列是按鏈位置決定的； 并聯方式中配有專用邏輯電路來解決主模塊的判優問題，通常采用優 先權編碼方式。c. 該結構優點：結構簡單，系統配置靈活，擴展模塊容易。

16、缺點是 總線一旦出現故障，整個系統受影響。（ 2）共享存儲器結構：以存儲器為中心，各模塊工作時，通過優先 接受使用請求，使用完成要撤消，釋放存儲器。缺點：由于同一時刻只能有一個微處理器對多端口存儲器進行讀或 寫，所以功能復雜而要求增加微處理器數量時，會因爭取共享而造成信息 傳送的阻塞，降低系統效率，且擴展較困難。7. CNC 軟件結構的特點 ：多任務并行處理和多重實時中斷8 CNC裝置軟件采用的并行處理方法有哪幾種？這些方法是如何實現并行 處理的？答： 并行處理的方法有：資源共享、資源重復和時間重疊。資源共享是根據“分時共享”的原則，使多個用戶按時間順序使用一 套設備。時間重疊是根據流水線處理

17、技術，使多個處理過程在時間上相互錯 開，輪流使用一套設備的幾個部分。資源重復是通過增加資源（如多 CPU提高運算速度。9. CNC 裝置中的中斷結構模式 ： 1 中斷型結構模式 2 前后臺型結構模式 中斷型結構模式： 除了初始化程序之外， 整個系統軟件的各種任務模塊分別安排在不同級別 的中斷服務程序中，整個軟件就是一個大 的中斷系統。前后臺型結構模式： 是一個中斷服務程序，完成全部實時功能。后臺程序 是一個循環程序，它包括管理軟件和插補準備程序。后臺程序運行時實時中斷程序不斷插入，與后臺程序相配合，共同完成零件加工任務。12.為什么要對G代碼、M代碼分組？分組的原則是什么？答：通常依據G或M指

18、令功能相近的原則將 G M指令進行整理分組，且 每組含有若干G代碼，把不能同時出現在一個程序段的G代碼（M代碼）歸為一組。如將 GO0 G01、G02和G03歸為一組，M07 M08和M09歸為一 組。（2）G代碼、M代碼分組的目的： 可以減少計算機內存容量，提高數控系統內存資源的利用率；還能方便查 出編程錯誤14.何謂刀具半徑補償？其執行過程如何？答： 刀具刀位點與刀具進行加工時位置有誤差。 刀具半徑補償的執行過程分為三步：（ 1 ）刀補建立：即刀具從起點出發沿直線接近加工零件，依據 G41或G42使刀具中心在原來的編程零件軌跡的基礎上伸長或縮短一個刀具半徑值.（ 2）刀補進行：刀補指令是模

19、態指令。在軌跡轉接處，采用圓弧過 度或直線過渡。3）刀補撤銷：與刀補建立時相似，在軌跡終點的刀具中心處開始沿一直線到達起刀點起刀點與刀具中心重合，刀補被撤銷第五章 數控裝置的軌跡控制原理1. 插補： 就是按照進給速度的要求， 在輪廓起點和終點之間算出若干終點間的坐標值。 插 補算法有兩類 ： 1 脈沖增量插補； 2 數據采樣插補。2. 逐點比較法 ：數控裝置在控制刀具按要求的軌跡移動過程中，不斷比較刀具與給定輪廓 的誤差，由此誤差決定下一步刀具移動的 方向，使刀具向減少誤差的方向移動，且只有一 個方向移動。4 個節拍 ：第一節拍偏差判別 第二節拍進給 第三節拍偏差計算 第四節拍終 點判別3.設

20、欲加工第一象限直線 0E終點坐標為Xe 4 , y 6，試用逐點比較法對直線0E進行插補，并畫出插補軌跡。答：略5. 設AB為第一象限逆圓弧，起點 A（ 6,0），終點B（ 0,6 ），試用逐點比較法對圓弧AB進行插補，并畫出插補軌跡。答：略8. 逐點比較插補法是如何實現的？答：每次僅向一個坐標輸出脈沖，而每走一步都要通過偏差函數計算，判別 偏差點的順時坐標同規定的加工軌跡之間的偏差，然后決定下一步的進給方 向。每一個插補循環都是由偏差判別、 進給、偏差函數計算和終點判別組成。9. 試述DDA插補原理。答：是利用數字積分的方法，當兩個積分器根據插補時鐘進行同步累加時，溢出脈沖分別控制相應坐標軸

21、運動，根據插補循環數是否等于 2 或 坐標進給步數判斷插補是否完成。17.脈沖增量插補的進給速度控制常用哪些方法？答： 常用的方法有：軟件延時法和中斷控制法 。1）軟件延時法由編程進給速度F可求出要求的進給脈沖頻率 f ;從而得到兩次插補運算時間的時間間隔 t ，它必須大于 cpu 執行插補程序的時間 t 程，因此，t 延 =t-t 程。可以編寫一個延時子程序來改變進給速度。（2）中斷控制法根據編程進給速度計算出定時器 / 計數器的定時時間常數， 以控制 cpu 中斷。在中斷服務中進行一次插補運算并發出進給脈沖， cpu 等待下一次 中斷，如此循環。18加減速控制有何作用？有哪些實現方法？答：

22、前加減速控制：進對編程速度 F 指令進行控制。 優點：不會 影響實際插補輸出的位置，但須預測減速點，計算量較大。后加減速控制： 分別對各運動軸進行加減速控制， 固不必預測減速點， 而是在插補輸出為零時才開始減速，經過一定的延時逐漸靠近終點。當在 加減速過程中對坐標合成位置有影響。第六章 數控機床的伺服系統1數控機床對伺服系統有哪些要求？答：a.精度高。即定位精度和重復定位精度高；b.快速響應特性好（跟蹤精度高，跟隨誤差等）；c.調速范圍寬（恒轉矩：1： 1001000，恒功率： 1: 10100） d.具有足夠的傳動剛性和高的速度穩定性。即具有優良的靜 態與動態負載特性； e. 穩定性好（抗干

23、擾能力強，可靠性好） ； f. 低速大 轉矩。2數控機床的伺服系統有哪幾種類型？各自有何特點？答： 按控制理論和有無位置檢測反饋環節分為：開環控制系統、閉環控制 系統和半閉環控制系統。其特點略3. 步進電機步距角的大小取決于哪些因素?答：步進電機步距角 與定子繞組的相數 m轉子的齒數z、通電方式k 有關，可用下式表示：竺0 ；式中，m相m拍時，k = 1; m相2m拍時，mzkk=2。6. 簡述提高幵環系統的伺服精度方法。答：步距角是決定幵環伺服系統脈沖當量的重要參數，0越小，加工精度越高。靜態步距誤差是指理論的步距角和實際的步距角誤差。影響步距誤差的因素主要有：步進電機齒距制造誤差；定子和轉

24、子間氣隙不均勻；各相電磁轉距不均勻。7. 數控機床對檢測裝置有哪些要求？答：工作可靠、抗干擾能力強；使用維護方便，適用機床的工作環境；滿足精度、速度和工作行程的要求；成本低、壽命長；便于與伺服 系統的連接。8簡述旋轉變壓器兩種不同工作方式的原理。答：鑒相方式和鑒幅方式。9.莫爾條紋的特點有哪些？在光柵的信息處理過程中倍頻數越大越好嗎？答：放大作用(莫爾條紋的間距對光柵柵具有放大作用)B W/(2sin?) W/(2 -) W/式中，B為莫爾條紋間距，W為柵距，e為線紋交角。由此， b可以通過改變 的大小來調整。平均效應：對光柵柵距局部誤差具有誤差平均作用莫爾條紋的移動量， 移動方向與指示光柵的

25、位移量、 位移方向具有 對應關系。 在光柵的信息處理過程中倍頻數越大要求傳感器精度越高，實現越困難。 第七章 數控機床的機械結構5數控機床的主軸準停裝置的作用？ 答：換刀和精確控制刀具的轉動角度。在鏜削加工和螺紋加工時能實現精 確控制。6數控機床對進給運動系統有哪些要求？答：a.高的精、動剛度及良好的抗振性能；b. 良好的熱穩定性；減少熱變形主要從兩個方面考慮： 對熱源采取液冷、風冷等方法來控制溫升； 改善機床結構，即a、使熱變形發生在非敏感方向上；b、在結構上盡可能減少零件變形部分的長度，以減少熱變形總量；c、盡量設計對稱結構；d、采用熱平衡措施和特殊的調節元件來消除或補償熱平衡。c. 高的

26、運動精度和低速運動的平穩性；d. 充分滿足人性化要求。7滾珠絲桿如何預緊？答： 滾珠絲杠副的預緊 滾珠絲杠螺母副的預緊是通過改變兩個螺母的相 對位置， 使每個螺母中的滾珠分別接觸絲杠滾道的左、 右兩側面來實現的。a、雙螺母墊片式預緊；b.雙螺母螺紋式預緊；c.單螺母變導程自預緊。9數控機床的導軌副有哪些形式？ 答：機床上常用的導軌， 按其接觸面間的摩擦性質的不同， 可分為三大類：（1）滑動導軌（2）滾動導軌（3）靜壓導軌 數控機床導軌副有哪些特點？ 答：（1）導向精度高（2）耐磨性能好（3）足夠的剛度（4）低速運動的平穩性（5）結構簡單、工藝性好。第八章 數控機床的故障診斷 1故障及故障診斷的

27、一般定義。 答：（1）系統可靠性：是指系統在規定條件下和規定時間內完成規定功能 的能力。（ 2）故障：是指系統在規定條件下和規定時間內爽失了規定的功能。 2根據數控機床的故障頻率， 整個使用壽命期大致可以分為哪三個階段？ 它們各自有什么特點？答： 根據數控機床的故障頻率，整個使用壽命期大致可以分為三個階段： 初期運行期、有效壽命期和衰老期。其中，有效壽命期故障率最低。 4數控機床的故障診斷常用的方法有哪些？ 答：（ 1） 常規分析法常規分析法是對數控機床的機、電、液等部分進行的常規檢查，以此 來判斷故障發生原因的一種方法。（2）動作分析法 動作分析法是通過觀察、監視機床實際動作，判定動作不良部位并 由此來追溯故障根源的一種方法。（3）狀態分析法 狀態分析法是通過監測執行元件的工作狀態，判定故障原因的一種 方法。（ 4）操作、編程分析法 操作、編程分析法是通過某些特殊的操作或編制專門的測試程序段， 確認故障