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北大学机床数控技术期末考试试题A机床数控技术试题A卷答案 一、填空题（每小题 2 分，共20分）1.1 软件插补和硬件插补的原理相同，其作用都是根据给定的信息进行计算，在计算的过程中不断向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲，使数控机床按指定的轨迹运动。1.2 数据采样插补的特点是插补运算分两步进行。第一步进行粗插补，第二步进行精插补。1.3交流主轴伺服电机，采用变频调速的方法时，基频以下调速称为恒转矩调速；基频以上调速称为恒功率调速。1.4依据模拟电路“调制”理论，产生SPWM波形的方法是，以控制正弦波为调制波，对等腰三角形波为载波的信号进行调制。 1.5刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。1.6前加减速控制是对合成速度即编程指令速度F进行控制；后加减速控制是对各运动轴分别进行加减速控制。1.7逐点比较法是以折线逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。1.8 编程人员以工件图样上的某一点为原点建立的坐标系，称为编程坐标系，编程坐标系的原点称为编程零点。1.9 伺服系统被看作一个独立部分，与数控系统和机床本体并列为数控机床的三大组成部分。1.10 机床数控系统中常使用的位置检测装置，按运动方式可分为直线型和回转型两类。二、选择题（每小题 2 分，共20分）2.1 一般而言，数据采样的插补周期T必须A插补运算时间。A：大于；B：小于；C：等于2.2 数据采样插补又称为数字增量插补，适用于数控机床C驱动的闭环进给伺服系统。A：步进电机； B：直流伺服电机；C：交流或直流伺服电机2.3 双螺母齿差调隙式滚珠丝杠，两齿轮的齿数分别为Z1=99、Z2=100，丝杠导程t=10mm，若间隙为0.004mm，则相应的螺母应转过B 个齿即可消除间隙，达到预紧的目的。A：3；B：4；C：5；D：62.4 机床数控系统中的PLC经常被用作A 控制。A：逻辑顺序；B：智能；C：进给伺服；2.5 目前数控机床高速主轴电机使用最多的是C 。A：步进电机； B直流伺服电机：C交流伺服电机：D：直线电机2.6 步进电机A通电方式没有带负载的能力，不能实际应用。 A：三相单三拍；B：三相六拍；C：三项双三拍2.7 数控机床在加工零件时，刀具相对于工件运动的A 称为对刀点。A：起点；B：基点；C：原点28 伺服系统是一种反馈控制系统。不仅能控制执行件的C ，而且能控制几个执行件按一定运动规律合成的轨迹。A: 速度；B：速度、位置； C：速度、方向、位置2.9 旋转变压器是利用电磁感应原理的A 式角位移检测传感器。A：模拟式；B；数字式；C：脉冲式2.10 在D 系统中，进给速度的计算方法是采用数据采样方法进行插补加工，进给速度的计算是根据编程速度F值，将被加工零件轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。A：闭环；B：半闭环；C：开环；D：闭环和半闭环三、简答题（每小题5分，共20分）3.1a 什么是进给伺服系统的调速范围?答：调速范围是指最高进给速度与最低进给速度之比。3.2a 数控机床的工作流程包括哪些内容？答：工作流程包括：数据加工程序的编制；输入；译码；刀具补偿；插补；位置控制和机床加工。3.3a 后置处理程序的作用是什么？答：后置处理的目的是生成数据加工程序。由于各种机床使用的控制系统不同，所用的数据加工程序的指令代码及格式也有所不同。为解决这个问题，自动编程软件通常设置一个后置处理程序，在后置处理前，编程人员应根据具体数控机床指令代码及程序的格式，事先编辑好这个文件，这样才能输出符合数控加工格式要求的数控加工程序。3.4a数控加工工艺处理有哪些内容？答：1）选择并确定进行数控加工的零件及内容。2）对被加工零件的图样进行工艺分析，明确加工内容和技术要求，在此基础上确定零件的加工方案、划分和安排加工工序。3）设计数控加工工序。如工步的划分，零件的定位，夹具与刀具的选择，切削用量的确定等。4）选择对刀点、换刀点的位置，确定加工路线，考虑刀具的补偿。5）分配数控加工中的容差。6）数控加工工艺技术零件的定型与归档。四、论述题（每小题 10 分，共40分）4.1a简述数控车床程序编制的特点 答：在一个程序段中，根据被加工零件的图样标注尺寸，从编程方便出发，可以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。(1) 由于车削零件的图纸尺寸和测量尺寸在X方向上都时直径值，所有在用绝对值编程时，X通常以直径值表示。用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值编程。同时附上方向符号，正向可省略。(3) 车削加工的毛坯常用棒料或锻料，加工余量较大，所以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。（4）为了提高刀具耐用度并提高加工光洁度，车刀刀尖常磨成半径不大的圆弧。在编程时必须对刀具半径进行补偿。对具有刀具半径自动补偿的数控系统，可直接按轮廓尺寸编程。而对于不具备半径自动补偿的功能的编程，需要人工求出假想刀尖或刀具中心的运动轨迹，这种计算有时是相当繁琐的。4.2a简述数控系统的工作过程答：在CNC机床中，加工过程的人工操作均被数控系统所代替，CNC装置在硬件和系统软件的支持下，执行输入的加工程序。具体的工作过程如下：(1)输入 首先将被加工零件图上的几何信息和工艺参数数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹，用按规定的代码和格式编成加工程序，然后将这些具有零件特征、控制参数和刀具补偿数据的程序输入CNC装置中。(2)译码 经过校验和转换后的代码，含有零件的轮廓信息（线型、起点和终点坐标等）、加工速度（F代码）和其它的一些辅助信息（M.S.T代码等），全部存放在CNC装置的内部存储器中，CNC装置按一个程序段为单位，根据一定的语言规则将其解释成计算机能够识别的数据形式，这一过程称为译码。(3)数据处理 数据处理包括刀具补偿、进给方向判断、进给速度计算和机床辅助功能处理等。处理后的数据以最直接、最方便的形式送入到工作寄存器，供插补运算使用。(4)插补运算 插补运算是根据数控语言G代码提供的轨迹类型（直线、顺圆或逆圆）及所在的象限等选择合适的插补运算公式，通过相应的插补计算程序，在所提供的已知起点和终点的轨迹上进行“数据点的密化”。(5)位置控制 位置控制是数控系统的重要组成部分，它可由软件来实现，也可由硬件来完成。在闭环系统中，通过位置检测装置检测位移量，同时发出反馈信号，将实际反馈的位置与经计算机插补计算得出的理论位置进行比较，其差值经放大后去控制执行部件，使其朝着消除偏差的方向运动。(6)I/O处理 I/O处理主要是实现对机床的位置伺服控制和M.S.T等辅助功能的强电控制。(7)显示 CNC系统的显示装置有显示器、报警器等，主要功能是为操作者提供方便，显示的内容通常有：零件程序、刀具位置、机床状态、报警等多种参数。(8)诊断 数控系统中的诊断程序都具有联机和脱机诊断的功能。4.3a如图所示板类零件，其厚度为10mm，需进行外轮廓的铣削精加工，精加工余量为0.2mm。选择的立铣刀直径为20。试列表写出该零件轮廓的精加工程序，并加以注释。图4.1 表4.1 加工程序程序注释 O0001程序代号N01 G00 G90 X120 Y60 Z50绝对值输入，快速进给到X120 Y60 Z50N02 X100 Y40 M13 S500快速进给到X100 Y40切削液开，主轴正转，转速500r/minN03 Z-11快速向下进给到Z-11N04 G01 G41 X70 Y10 H012 F100直线插补到X70 Y10，刀具半径左补偿H012=10mm,进给速度100mm/sN05 Y-10直线插补到X70 Y-10N06 G02 X40 Y-40 R30顺圆插补到X40 Y-40，半径为30mmN07 G01 X-70直线插补到X-70 Y-40N08 Y40直线插补到X-70 Y40N09 X40直线插补到X40 Y40N10 G03 X70 Y10 R30逆圆插补到X70 Y10, 半径为30mmN11 G01 X85直线插补到X85 Y10N12 G00 G40 X100 Y40快速进给到X100 Y40，取消刀具半径补偿N13 X120 Y60 Z50快速进给到X120 Y60 Z50N14 M30程序结束，系统复位4.4 设在第一象限插补直线段OA，起点为坐标原点O(0,0)，终点为A（6，4）。试用逐点比较法进行插补，要求：列表填写插补计算过程；画出插补轨迹图。图插补轨迹解：刀具沿x、y轴应走的总步数为，插补运算过程 见下表，插补轨迹如下图。（1分）图插补轨迹（4分）表：逐点比较插补运算过程（5分）偏差判别进给方向新偏差计算终点判别F0=0+XF1=F0-Ye=0-4= -4N=10-1=9F1=-40+XF3=F2-Ye=2-4= -2N=8-1=7F3=-20+XF5=F4-Ye=4-4= 0N=6-1=5F5=0+XF6=F5-Ye=0-4=-4N=5-1=4F6=-40+YF7=F8+Xe=-4+6=2N=4-1=3F7=2+XF8=F7-Ye=2-4= -2N=3-1=2F8=-20+XF10=F9-Ye=4-4= 0N=1-1=0中北大学机床数控技术期末考试试题B一、填空题（每小题 2 分，共20分）1.1b 所谓插补，就是数据密化的过程。在实际加工过程中，常采用小段直线或圆弧来逼近零件的轮廓曲线。1.2b DDA直线插补的物理意义是使动点沿速度矢量的方向前进，这种方法同样适用于DDA圆弧插补。1.3b他激式直流主轴伺服电机调速时，额定转速以下调速称为恒转矩调速，通过调整电枢电压实现；额定转速以上调速称为恒功率调速，通过调整励磁电流实现。1.4bSPWM波形的特点是，其各个脉冲的面积与控制正弦波下面相应的面积成比例，等距、等幅而不等宽，中间宽两边窄 。1.5b刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。1.6b采用步进电机的开环伺服系统，对于数控装置发来的一个进给脉冲经驱动线路放大后驱动步进电机转过一个步距角，经过机械传动系统带动工作台移动一个脉冲当量的位移。1.7逐点比较法是以折线逼近直线或圆弧曲线，它与给定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量。1.8b 准备功能指令分为模态代码和非模态代码。模态代码表示该代码一经在一个程序段中应用，直到出现同组的另一个G代码时才失效。1.9b 数控机床的伺服驱动系统通常包括两种：进给伺服系统和主轴伺服系统。1.10b 直线式感应同步器由作相对平行移动的定尺和滑尺（动尺）组成。二、选择题（每小题 2 分，共20分）2.1b 插补周期与位置反馈采样周期C。A：相同；B：不相同；C：可以相同，也可以不相同2.2b 在圆弧插补时，一般用切线、内接弧线和内外均差弦线逼近圆弧，其中C具有较大的轮廓误差而不宜采用。A：切线； B：、内接弧线；C：内外均差弦线 2.3 双螺母齿差调隙式滚珠丝杠，两齿轮的齿数分别为Z1=99、Z2=100，丝杠导程t=10mm，若间隙为0.004mm，则相应的螺母应转过B 个齿即可消除间隙，达到预紧的目的。A：3；B：4；C：5；D：62.4 机床数控系统中的PLC经常被用作D 控制。A：逻辑顺序；B：智能；C：进给伺服；2.5b 脉冲增量插补法适用于以A 为驱动装置的开环伺服系统。A：步进电机； B直流伺服电机：C交流伺服电机：D：直线电机2.6 步进电机B通电方式没有带负载的能力，不能实际应用。 A：三相单三拍；B：三相六拍；C：三项双三拍2.7b 一个零件的轮廓曲线一般是由许多不同的几何元素组成的，把各几何元素间的连接点称为B 。A：起点；B：基点；C：原点2.8b 闭环位置控制系统又称为位置伺服系统，是基于B 原理工作的。A：正反馈控制；B；负反馈控制；C：逻辑顺序控制2.9b 检测装置的功能是对C 进行检测与信号变换，与指令信号进行比较，达到反馈控制的目的。A：输入变量；B；随机变量；C：被控变量2.10b 进给速度的计数方法因系统不同有很大差别。在C 系统中，坐标轴运动速度是通过控制向步进电机输出脉冲频率来实现的。该频率的计数方法是根据编程速度的F值来确定的。A：闭环B：半闭环C：开环D：闭环和半闭环三、简答题（每小题5分，共20分）3.1b 固定循环指令有什么作用？答：数控加工中，一般一个动作就要编制一条加工程序，但在许多情况下，常需要重复一组固定的动作。例如，钻孔时，往往需要快速接近工件、慢速钻孔、钻完后快速退回三个固定的动作。又如，车螺纹时，需要切入、车螺纹、刀具径向（或斜向）推出、再快速返回四个动作。对这些典型的、固定的几个动作，如能用一个固定循环指令去执行，则程序段数就会大为减少，而对于多次重复的固定循环指令（如车螺纹）再程序段中加入“循环次数”指令和每次循环时刀具的推进量，则程序段数更为减少。这种固定循环程序既可使程序编制简短，方便又能提高编程质量。3.2b 数控机床编制程序的一般步骤是什么？答：分析零件图样、确定加工工艺过程、数值分析、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削。3.3b 何谓插补？常用的插补算法有几种？答：插补就是在已知曲线的种类、起点、终点和进给速度的条件下，在曲线的起点、终点之间进行“数据点的密化”，即数控装置在轮廓的起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值。目前，常用的插补算法有脉冲增量插补和数据采样插补。3.4b 进给伺服系统的作用是什么？进给伺服系统的技术要求有哪些?答：进给伺服系统的作用：进给伺服系统是数控系统主要的子系统。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。进给伺服系统的技术要求：调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)；位移精度高；稳定性好；动态响应快；还要求反向死区小，能频繁启、停和正反运动。四、论述题（每小题 10 分，共40分）4.1b试述CNC系统两种典型的软件结构答：目前CNC系统的软件一般采用两种典型的结构：一是前后台型结构；二是中断型结构； (1)前后台型软件结构 前后台型软件结构将CNC系统整个控制软件分为前台程序和后台程序。前台程序是一个实时中断服务程序，实现插补、位置控制及机床开关逻辑控制等实时功能；后台程序又称背景程序，是一个循环运行程序，实现数控加工程序的输入和预处理（即译码、刀补计算和速度计算等数据处理）以及管理的各项任务。前台程序和后台程序相互配合完成整个控制任务。工作过程大致是，系统启动后，经过系统初始化，进入背景程序循环中。在背景程序的循环过程中，实时中断程序不断插入完成各项实时控制任务。 (2)多重中断型软件结构 多重中断型软件结构没有前后台之分，除了初始化程序外，把控制程序安排成不同级别的中断服务程序，整个软件是一个大的多重中断系统。系统的管理功能主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现。4.2b简述数控机床机械结构的特点答：数控机床作为一种高速、高效和高精度的自动化加工设备，由于其控制系统功能强大，使机床的性能得到大大提高。部分机械结构日趋简化，新的结构、功能部件不断涌现，使得其机械结构和传统的机床相比，有了明显的改进和变化，主要体现在以下几个方面：（1）结构简单、操作方便、自动化程度高数控机床需要根据数控系统的指令，自动完成对进给速度、主轴转速、刀具运动轨迹以及其他机床辅助功能(如自动换刀、自动冷却等)的控制。（2）高的静、动刚度及良好的抗振性能（3）采用高效、高精度无间隙传动装置数控机床进行的是高速、高精度加工，在简化机械结构的同时，对于机械传动装置和元件也提出了更高的要求（4）具有适应无人化、柔性化加工的功能部件“工艺复合化”和“功能集成化”是无人化、柔性化加工的基本要求，也是数控机床最显著的特点和当前的发展方向。“功能集成化”是当前数控机床的另一重要发展方向。4.3b如图所示零件，厚度为10mm，所选立铣刀直径为20mm。试列表写出该零件轮廓的精加工程序，并加以注释。图4.1表4.1 加工程序程序注释O1000程序代号N010 G90 G54 G00 X-50 Y-50G54加工坐标系，快速进给到X-50 Y-50N020 S800 M03主轴正转，转速800r/minN030 G43 G00 H12刀具长度补偿H12=20N040 G01 Z-20 F300Z轴工进至Z=-20N010 G42 G01 X-30 Y0 F300 H22 M08切削液开，直线插补至X-30 Y0，刀具半径右补偿H22=10mmN020 X100直线插补至X=100 Y=0N030 G02 X300 R100圆弧插补至X=300 Y=0N040 G01 X400直线插补至X=400 Y=0N050 Y300直线插补至X=400 Y=300N060 G03 X0 R200逆圆插补至X=0 Y=300N070 G01 Y-30直线插补至X=0 Y=-30N080 G40 G01 X-50 Y-50直线插补至X=-50 Y=-50 取消刀具半径右补偿N090 M09切削液关N080 G49 G00 Z300Z轴快移至Z=300mmN090 G28 Z300Z轴返回参考点N100 G28 X0 Y0X、Y轴返回参考点N110 M30主程序结束N8 M304.4 设在第一象限插补直线段OA，起点为坐标原点O(0,0)，终点为A（6，4）。试用逐点比较法进行插补，要求：列表填写插补计算过程；画出插补轨迹图。图插补轨迹解：刀具沿x、y轴应走的总步数为，插补运算过程 见下表，插补轨迹如下图。（1分）图插补轨迹（4分）表：逐点比较插补运算过程（5分）偏差判别进给方向新偏差计算终点判别F0=0+XF1=F0-Ye=0-4= -4N=10-1=9F1=-40+XF3=F2-Ye=2-4= -2N=8-1=7F3=-20+XF5=F4-Ye=4-4= 0N=6-1=5F5=0+XF6=F5-Ye=0-4=-4N=5-1=4F6=-40+YF7=F8+Xe=-4+6=2N=4-1=3F7=2+XF8=F7-Ye=2-4= -2N=3-1=2F8=-20+XF10=F9-Ye=4-4= 0N=1-1=0