2017年数控技术知识点总结及考试练习资料.doc

数控技术
一、判断题（正确的画√，错误的画×，每题1分 共10分）
二、填空题（每空1分，共20分）
三、选择题（10分，每小题1分）
四、 简答题 （每题6分 共30分）
五、 五、解释如下指令或名词含义（10X1分）
六、 六、编程题（10分）
七、 论述题（10分）

第一章
1．数字控制：是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。
数控技术采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它集计算机技术、微电子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。
数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。
数控系统实现数字控制的装置。它能够自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码后进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。
CNC系统的核心是CNC装置。
2．数控机床的优势：
3．数控技术的发展趋势：
4．数控机床的组成
5．数控机床的分类：一、按控制功能分类（点位控制数控系统；直线控制数控系统；轮廓控制数控系统）二、按工艺用途分类（金属切削类数控机床；金属形成类数控机床；特种加工数控机床；其它类型机床：如火焰切割数控机床、数控测量机、机器人等。）三、按伺服驱动的方式分类（开环控制 ；半闭环控制 ；全闭环控制 ）
NC，CNC，CAD、CAM、CAPP、 FMC，FMS，CIMS的中文含义。

第二章
1． 数控编程的方法
常用的编程方法有手工编程、自动编程。
2． 数控机床的机床坐标系和工件坐标系的概念，各坐标轴及其方向的规定。
1）机床坐标系是机床上固定的坐标系。
工件坐标系是固定于工件上的笛卡尔坐标系。
2）①Z轴：规定与机床主轴线平行的坐标轴为Z轴，刀具远离工件的方向为Z轴的正向。
②X轴：对大部分铣床来讲，X轴为最长的运动轴，它垂直于轴，平行于工件装夹表面。+X的方向位
于操作者观看工作台时的右方。
③Y轴：对大部分铣床来讲，Y轴为较短的运动轴，它垂直于轴。在Z、X轴确定后，通过右手定则可
以确定Y轴。
④回转轴：绕X轴回转的坐标轴为A轴；绕Y轴回转的坐标轴为B轴；绕Z轴回转的坐标轴为C轴；
方向的确定采用右手螺旋原则，大拇指所指的方向是+X、+Y或+Z的方向。
⑤附加坐标轴：平行于X轴的坐标轴为U；平行于Y轴的坐标轴为V；平行于Z轴的坐标系为W；方
向和X、Y、Z轴的方向一致。
3．数控编程的指令代码，程序结构及格式、子程序及其调用。
1）和坐标系相关：G90、G91；G92、G54-G59；G17、G18、G19。
G90：绝对坐标编程
G91：相对坐标编程
G54~G59：选择工件坐标系1~6
G17：XY平面选择
G18：XZ平面选择
G19：YZ平面选择
2）与刀具运动相关的：G00、G01、G02、G03。
G00：快速定位运动
G01：直线插补运动
G02：顺时针圆弧插补
G03：逆时针圆弧插补
3）与刀具补偿相关：长度补偿G43、G44、G49，半径补偿G41、G42、G40。
G43：刀具长度正向补偿
G44：刀具长度负向补偿
G49：取消G43 / G44
G41：刀具左补偿
G42：刀具右补偿
G40：取消G41 / G42
4）固定循环指令的六个动作，三个平面，G98与G99的区别。
G71 U R；
G71 P Q U W F；
5）辅助功能代码：M00、M01、M02、M03、M04、M05、M06、M08、M09、M30、M98、M99。
M00：程序停止
M01：程序选择停止
M02：程序结束
M03：主轴顺时针旋转
M04：主轴逆时针旋转
M05：主轴停止
M06：换刀
M08：冷却液打开
M09：冷却液关闭
M30：程序结束并返回
M98：子程序调用
M99：子程序调用结束
6）进给速度F，主轴转速S、坐标地址字X、Y、Z、U、V、W等。
地址F代码：进给率设定。
地址S代码：主轴转速。
地址X代码：X轴直线运动。
地址Y代码：Y轴直线运动。
地址Z代码：Z轴直线运动。
地址U代码：辅助直线轴，平行于X轴。
地址V代码：辅助直线轴，平行于Y轴。
地址W代码：辅助直线轴，平行于Z轴。
4．手工编程：要求熟练利用指令代码进行车、铣销加工的编程，并能解释各程序段

第三章：数控系统
一、数控系统的主要功能：
1.控制功能：联动轴数和控制轴数
2.准备功能：用来指定机床的运动方式
3.插补功能：可实现精插补和粗插补
4.进给功能：切削进给速度和同步进给速度、进给倍率
5.主轴功能：主轴编码方式指定速度、恒线速功能、准停功能（定向停止）
6.辅助功能：
7.刀具功能：
8.补偿功能：刀具的尺寸补偿、各种变形补偿和反向间隙补偿
9.字符、图形显示：
10.自诊断功能：
11.通讯功能：
12.人机交互自动编程：
二、CNC系统的工作流程：
1．输入2．译码3.刀具补偿4.进给速度处理5.插补6.位置控制7.I/O处理8.显示
三、CNC系统的硬件结构：
单CPU结构和多CPU结构

四、常规的CNC软件结构有哪几种结构模式：
1.中断型结构模式2.前后台型结构模式

五、CNC系统控制软件的结构特点：
1.多任务性2.并行处理3.实时中断处理

六、CPU结构CNC系统的基本结构：
CPU、总线、I/O接口、存储器、串行接口、CRT/MDI接口、控制单元部件和接口电路等

七、控制功能包括：
内部控制、对零件加工程序的输入输出控制、对机床加工现场状态信息的记忆控制

八、CPU运算任务：完成一系列的数据处理，工作包括：译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补运算和位置控制的给定与反馈值的比较运算

九、插补
何为插补：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计算过程称为插补。
插补实质：根据有限的信息完成“数据密化”的工作
插补算法：脉冲增量插补和数字增量插补
逐点比较法是脉冲增量法的典型代表，该算法的工作节拍是：偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判别。

第四章 数控机床的伺服驱动系统
1、 数控机床伺服系统概念：以数控机床移动部件的位置和速度为控制对象的自动控制系统，也成为随动系统、伺服机构。
2、 伺服系统分类：开环系统和闭环系统。开环系统主要以步进电机为控制对象，闭环系统以直流伺服电机或交流伺服电机为控制对象。
3、 半闭环系统与闭环系统的区别：半闭环系统的位置检测元件不直接安装在最终运动部件上，而是传动装置的一个环节上（如丝杠或传动轴）。
4、 伺服系统的基本性能：高精度、良好的稳定性、动态响应速度快、调速范围宽，低速时能输出大转矩、高性能电动机。
5、步进电动机的组成：环形分配器、步进电动机、驱动电源等。
8、步进电机的工作原理：电磁铁的作用原理。
9、步矩角：步进电动机每走一步所转过的角度叫步矩角。其大小等于错齿的角度。步矩角越小，控制精度越高。步矩角a=360/mzk（m为相数，z为齿数，单拍时k=1，双拍时k=2）
10、环形分配：要使得步进电动机一步一步的正常运行，控制脉冲必须按一定的顺序分别供给电动机各相，称为脉冲分配，或环形分配。
11、步进电动机的控制方式：硬件脉冲分配（环形分配器）、软件脉冲分配。硬件脉冲分配可以用门电路及逻辑电路构成。如：TTL集成电路和CMOS集成电路。软件脉冲分配有查表法、比较法、移位寄存器法。最常用的是查表法（环形分配表）。
12、步进电动机的功率驱动形式：1、单电压功率放大电路；2、高低压功率放大电路；3、斩波横流功放电路；4、调频调压驱动。
13、直流电动机伺服系统：定子+转子+电刷。
14、直流伺服电动机调速公式：n=(U-IR)/Keφ n——转速 U——电枢电压 I——电枢电流R=电枢回路总电阻 Ke——由电动机结构决定的电动势常数φ——励磁磁通。
15、直流伺服电动机调速方法：1、调节电枢供电电压U（主要用）；
2、减弱励磁磁通
3、改变电枢回路电阻；
16、交流电动机伺服系统：定子+转子；核心是变频器。
分为交流永磁式伺服电动机、交流感应式伺服电动机；
17、交流电动机原理：由定子绕组产生旋转磁场使转子运转。
18、交流电动机调速方法：改变供电频率。（通过变频的方法改变电动机的供电频率，方法：1、直接的交流——交流变频；2、间接的交流——直流——交流变频（常采用）。）
速度控制：标量控制法（开环）、矢量控制法（闭环）

第五章 位置检测装置
1、位置检测装置分类：1、旋转变压器——角度测量装置，转子（角位移）+定子（励磁），应用互感原理；2、感应同步器，定尺（感应电动势）+滑尺（加电压），电磁感应原理；3、脉冲编码器（是一种增量检测装置，分为光电式、接触式、电磁感应式，最常用的是光电式编码器）；4、绝对式编码器，，没有累计误差，最常用的是光电式二进制循环码编码器；5、光栅，标尺光栅+光学读数头；6、磁栅，磁性标尺+拾磁磁头+检测电路，用拾磁原理。
2、检测装置的作用：检测位移和速度，发出发出反馈信号与数控装置的指令信号进行比较，若有偏差，经过放大后控制执行部件，使其向消除偏差的方向运动，直到偏差为0为止。
3、角位移测量装置：旋转变压器、旋转式感应同步器、脉冲编码器（增量式角位移测量装置）、绝对值编码器（码盘）、圆光栅、圆磁栅。
4、线位移测量装置：直线磁栅、长光栅、直线式感应同步尺。
5、角速度测量装置：脉冲编码器（码制转换）
6、光栅工作原理：光栅由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。指示光栅装在光栅读数头中，当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上相对移动。标尺光栅和指示光栅构成了光栅尺。
7、莫尔条纹的作用：
8、码制转换

第六章 数控机床的机械结构
1、主运动的传动方式

2、滚珠丝杠的特点：1）传动效率高，摩擦损失小。2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可消除空行程死区，定位精度高，刚度好。3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。5）磨损小，使用寿命长。6）制造工艺复杂。7）不能自锁。
3、滚珠丝杠轴向间隙调整通常采用双螺母预紧的方法。常用的双螺母消除轴向间隙的结构型式有以下三种：垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式。。
齿轮传动间隙的消除措施：1。圆柱齿轮传动：偏心轴套调整法、锥度齿轮调整法、双向薄齿轮错齿调整法。2。斜齿轮传动采用错齿调整法，有垫片错齿调整法、轴向压簧错齿调整法。

第七章；PLC
1、PLC的作用
2、FANUC PMC语句表 P168

复习题型：
判断：
( )1.主轴功能也称S功能，用来设定主轴的转速或切削速度。
( )2. RAM是专门用来存放系统软件的存储器，使用时只能读出，不会因断电二丢失内容。
( )3.G代码可以分为模态G代码和非模态G代码。
( )4.当数控加工程序编制完成后即可进行正式加工
(   )5、数控指令T0103表示调用1号刀和3号刀具补偿。
( )6.伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。
( )7.车床主轴编码器的作用是防止切削螺纹时乱扣。
( )8.位置检测系统所能测量的最小位移称为分辨率
( )9.直流电机的调速性能好，适用于高速运转的场合。
( )10.矢量控制法的应用使交流电动机变频调速后的机械性能和动态性能足以与直流电动机相比美。
(  )11、G代码可以分为模态G代码和非模态G代码。
( )12.数控机床主传动系统是指数控机床主运动传动系统丝杆与螺母之间预紧后，可消除反向间隙，提高轴向传动刚度和定位精度；
(  )13、数控机床开机后不用回零，说明该机床所装的检测反馈装置是绝对式的检测反馈装置？
(  )14、世界上第一台数控机床诞生于1952年。
(  )15、步进电机的转速与脉冲频率成正比。
(    )16、数控机床有不同的运动形式，需要考虑工件与刀具相对运动关系和坐标系方向，编写程序时，采用工件固定不动，刀具移动的原则。
(  )17、数控机床坐标系中一般用Z坐标表示平行于主轴轴线方向的坐标。
(   )18、脉冲编码器能把机械转角变成脉冲，可作为角位移检测装置。
(   )19、数控机床开机后要回零，说明该机床所装的检测反馈装置是增量式的检测反馈装置？
(   )20、作为主传动系统动力源的主轴电动机要满足的性能是：能实现无级自动变速、调速范围足够宽。
(   )21 、圆弧加工指令G02/G03中的信息字I、J是指圆弧起点相对于圆弧圆心的增量坐标。
22、进给伺服系统是数控机床的核心部件。
(   )5、滚珠丝杠副消除轴向间隙的目的主要是提高使用寿命。
23、闭环控制进给伺服系统主要采用步进电动机。
(   )24、数控机床的测量反馈装置将数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
(   )24、数控系统的脉冲当量越小，插补运动的实际轨迹就越接近理想轨迹，加工精度也就越高。
(   )25、加工中心机床上的定向准停装置是为了实现刀具的自动快速装卸。
(   )26、逐点比较法直线插补的判别式是函数F=XiYe+ XeYi。

选择题：
1、世界上第一台数控机床是( )年研制出来的
　　A)1942 　B)1948 　C)1952　 D)1958
2、闭环控制系统的反馈装置是装在()
　　A)传动丝杠上 　　B)电机轴上 　　C)机床工作台上 　　D)装在减速器上
3、开环伺服系统的主要特征是系统内( )位置检测反馈装置
　　A)有 　　B)没有　　 C) 某一部分有　　 D)可能有
4、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( )。
　　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
5、加工中心编程中，钻孔循环指令是(   ）
 A、 G l 7   B、 G 81    C、 G l 9   D、 G20

6、按照机床运动的控制轨迹分类，加工中心属于( )
　　A) 轮廓控制 　　B)直线控制 　　C)点位控制　　 D)远程控制
7、数控机床中把脉冲信号转换成机床移动部件运动的组成部分称为( )
　　A)控制介质　　　B)数控装置　　　C)伺服系统　　　D)机床本体
8、数控机床的联运轴数是指机床数控装置控制的( )同时达到空间某一点的坐标数目
　　A)主轴　　　　B)坐标轴　　　　C)工件　　　　　D)电机
9、只要数控机床的伺服系统是开环的，一定没有( )装置
　　A)检测　　　B)位置检测与反馈　　　　　C)I/O通道　　D)控制
10、数控机床中的核心部件是(   )，就象人的大脑。
11、为了消除二进制码盘的非单值性误差，可采用二进制循环码盘（即格雷码盘）。比如二进制码0111转换为循环码（格雷码）应为（ ）

   A、数控程序  B、伺服驱动系统  C、数控系统  D、机床本体
12、数控铣床的G41/G42是对( )进行补偿。
A、 刀尖圆弧半径 B、刀具半径 C、刀具长度 D、刀具角度
13、测量与反馈装置的作用是为了提高机床的( )
A、定位精度、加工精度 B、使用寿命 C、安全性 D、灵活性
14、CNC系统中的PLC是(   )。
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
15、CNC系统中的PLC是( )。
　　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

A、1000 B、1010 C、0101 D、1111
16、光栅中，标尺光栅与指示光栅应：（　　）
A、相互平行　　 B、互相倾斜一个很小的角度
C、互相倾斜一个很大的角度　　　D、处于任意位置均可
17、利用计算机辅助设计与制造技术，进行产品的设计和制造，可以提高产品质量，缩短产品研制周期。它又称为
( )
　　A)　CD/CM 　　B) CAD/COM 　　C)　CAD/CAM 　　D)　CAD/CM

18、感应同步器是一种( )位置检测元件。
  A、光学式  B、电磁式  C、数字式  D、增量式
19、脉冲当量是指( )。
A、 每发一个脉冲信号，机床移动部件的位移量
B、每发一个脉冲信号，伺服电机转过的角度
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

20、以下FANUC PMC的基本指令中，哪条指令将堆栈左移一位（ ）
A、RD  B、OR  C、RD.STK  D、AND
21、数控装置将所得到的信号进行一系列处理后，再将其处理结果以( )形式向伺服系统发出执行命令
　　A)输入信号　　 B)位移信号　　 C)反馈信号　　 D)脉冲信号
1、NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是( )， FMS的含义是( )，
( )的含义是计算机集成制造系统。
2、在数控编程时，使用( )指令后，就可以按工件的轮廓尺寸进行编程，而不需按照刀具的中心线运动轨迹来编程。
3、圆弧插补时，通常把与时钟走向一致的圆弧叫( )，反之称为( )。
4、对步进电机施加一个电脉冲信号，步进电机就回转一个固定的角度，这个角度叫做( )，电机的总角位移和输入脉冲的（ ）成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的( )。
5、伺服系统包括( )和( )两大部分。
6、数控机床每次接通上电后在运行前首先应做的是( )。
7、进给执行部件在低速进给时出现时快时慢，甚至停顿的现象，称为( )。
8、由计算计直接进行多机床控制的系统称为( ) )。
9、轮廓控制数控机床，不仅可以完成点位及点位直线控制数控机床的加工功能，而且能够对( )坐标轴进行插补，因而具有各种轮廓切削加工功能。

填空：
1、加工中心与一般数控机床结构上的区别是加工中心增加了一个 和 ，工艺上的区别是加工中心能实现 。
2、程序编制可分为手工编程和 。
3、常用的位置检测装置有： 、 、 等。
4、数控机床的联运轴数一般            控制轴数。
5、光栅是用于数控机床的精密检测装置，是一种非接触式测量，按其形状分为 、 和                    。
7、逐点比较法插补过程中每处理一步都要经过的四个节拍分别是 、
、 、 。
8、滚珠丝杆螺母副是 运动与 运动能相互转换的传动装置。
9、自动换刀系统由 和 组成。
10、滚珠丝杆螺母副不能 ，所以当丝杆立式使用时，应加制动装置。
自锁
11、 是数控车床加工螺纹时必不可少的检测元件，常用于半闭环和开环控制的数控机床上。
12、自动换刀系统刀具交换方式有： 和 。
13、数控机床Z坐标轴规定是传递 。
切削动力的主轴轴线
14、G02/G03 X Y I J ;指令中I J 的含义是 。
圆心相对于圆弧起点的增量坐标
15、数控机床中常用的回转工作台有                   、                    。
15、、数控铣削圆弧指令中规定，圆弧的圆心角α 180时，半径R取正值，即用“+R”编程。圆弧的圆心角α 180时,R取负值,即用“-R”编程。
16、、数控系统的核心是 。
17、NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是     _______ ，_______的含义是柔性制造系统，_______ 的含义是计算机集成制造系统。
18、较常见的CNC软件结构形式有 软件结构和 软件结构。
19、数控机床按伺服系统的控制方式可分为 、 、 。
20、主程序调用子程序的指令是                     。
21、插补是指： 。

简答：
1、下图为数控机床主传动系统的三种配置方式，写出传动的名称并简述其特点。

2、简述滚珠丝杠螺母副的特点？
3、简述数控系统软件的功能特点和结构类型。
4、刀具半径补偿执行过程一般分为三步，请写出这三步名称。图1若以O点为起刀点，请画出以G42偏置的刀具轨迹图，并分别标注上述三步的位置。

5、莫尔条纹有何特点？
6、数控程序指令字有哪几类？简述其各自功能。
7、试推导下图内的脉冲当量δ与步距角α的关系式，假设已知各齿轮齿数和丝杠的导程。由于脉冲当量是规定的，步进电机一经选定后，其步距角也是一定的，试回答如何满足脉冲当量与步距角中间的关系？

8、试述逐点比较法插补的四个节拍。
9、1、CAM 2、CNC 3、G03 4、ATC 5、G41 6、G18 7、G71 8、G54 9、G81
10、G49
11、试述数控加工的特点及主要加工对象。

编程题：