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第一章 概论 1-1 什么是数控机床？它由哪些部分组成？ 答：数控机床是一种利用数控技术，准确按照事先安排的工艺流程，自动实现规定动作的金属加工机床。它由输入介质、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等部分组成。 题型变换：数控机床的输入介质是指○ ①光电阅读机 ②穿孔机 ③穿孔带、磁带和软磁盘 ④零件图纸和加工程序单 答：③ 1-2 用框图说明一般数控机床的工作原理。 答：数控机床的工作原理如图1-1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。 位置指令 速度指令 位置检出 速度检出 输入介质 数据装置 伺服系统 机 床 反馈装置 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。 题型变换：数控机床的数控装置包括○。 ①光电读带机和输入介质 ②步进电机和伺服系统 ③输入、信息处理和输出单元 ④位移、速度传感器和反馈系统 答：③ 1-3 数控机床的机械结构与普通机床相比，有何特点？ 答：数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，与普通机床相比，应该具有更好的刚性和抗振性，相对运动面的摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小。 1-4 简述机床数控系统的工作原理和组成部分。 答：机床数控系统在输入某种介质载有的、以规定格式记录的指令后，能自动译解指令，并使所控制的机床执行指令，有时还能监控其执行结果，以保证得到要求的精度和功能。机床数控系统一般由输入介质、数控装置和伺服系统构成。对于较高级的机床数控系统还包括反馈系统和适应控系统。 1-5 机床数控系统的类型很多，根据伺服系统来分类，可分为 、 和 。根据运动方式来分类，可分为 、 和 。根据坐标值的表示方式可分为 坐标控制系统和 坐标控制系统。 答：开环控制系统 闭环控制系统 半闭环控制系统 点位控制系统 点位/直线控制系统 连续控制系统 增量 绝对 1-6 什么叫脉冲当量？它影响数控机床什么性能？它的值一般为多少？ 答：相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当量，又称作最小设定单位。它的大小视机床精度而定，一般为0.01～0.0005cm。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。 题型变换一：数机床的最小设定单位又称作 。 答：脉冲当量 题型变换二：脉冲当量是○。 ①相对于每一脉冲信号，传动丝杠所转过的角度 ②相对于每一脉冲信号，步进电机所回转的角度 ③脉冲当量乘以进给传动机构的传动比就是机床部件位移量 ④对于每一脉冲信号，机床运动部件的位移量 答：④ 题型变换三：脉冲当量的值取得越 ，加工精度越 。 答：小 高 1-7 开环控制系统中，多采用 作为伺服电机。 答：功率步进电机 1-8 闭环控制系统的反馈装置○。 ①装在电机轴上 ②装在位移传感器上 ③装在传动丝杠上 ④装在机床移动部件上 答：④ 1-9 闭环系统比开环系统及半闭环系统○。 ①稳定性好 ②故障率低 ③精度高 ④精度低 答：③ 1-10 点位控制系统○。 ①必须采用增量坐标控制方式 ②必须采用绝对坐标控制方式 ③刀具沿各坐标轴的运动之间有确定的函数关系 ④仅控制刀具相对于工件的定位，不规定刀具运动的途径 答：④ 1-11 加工如图1-2所示的直线轮廓，应该采用点位/直线控制系统，还是采用连续控制系统？ 答：应该采用连续控制系统。点位/直线控制系统只能加工沿坐标轴方向上的直线廓形。 1-12 DNC系统是指○。 ①适应控制系统 ②群控系统 ③柔性制系统 ④计算机数控系统 答：④ 题型变换二：AC控制是指○。 ①闭环控制 ②自动化工厂 ③群控系统 ④计算机集成制造系统 答：③ 1-14 加工中心是指○ ①柔性制造单元FMC ②分布式DNC系统 ③适应控制系统 ④自动换刀数控机床 答：④ 1-15 近年来数控系统发展很快，数控机床进给速度已从 增加到 ，而最小设定单位已从 减少到 。 答：3～5m/min 15～30m/min 0.001mm 0.0001mm 第二章 数控机床的程序编制 2-1 什么是数控机床的程序编制？简述程序编制的内容及步骤。 答：在数控机床上加工零件，首先要编制零件的加工程序，然后才能加工。即将零件的图形尺寸、工艺路线与工艺参数等内容，用数控机床能够接受的数字及文字代码表示，再根据代码的规定形式制成控制介质（如数控带、磁带等），然后把控制介质作为数控装置的输入信息，自动控制机床加工。这种从零件图到制成控制介质的过程称之为数控机床的编程。 程序编制的内容及一般步骤如下： (1) 制订工艺过程。 (2) 数值计算。 (3) 编写程序单。 (4) 制备控制介质。 (5) 程序交核。 以上是手工编程的内容及一般步骤。 题型变换：用框图表示在数控机床上加工零件的全过程。 答：框图如图2-1所示，其中虚线框中为程序编制的内容。 程序编制 零件 图纸 制订工艺 数值计算 制备数控带 编写程序 数控装置 数控装置 数控装置 毛坯 成品 图2-1 2-2 程序编制过程中程序校核的作用是什么？如何进行？ 答：在穿孔机上制成的数控带必须经过仔细校对以防出错。为了确保加工的准确性，还需用此数控带在机床上进行首件试切，并检验首件是否符合图纸要求。只有首件通过了检验，才能将此数控带投入使用。试切可以综合地检查穿孔带、程序单的错误，及零件精度是否符合图纸要求。 题型变换：程序编制中首件试切的作用是○。 ①检验零件图纸设计的正确性 ②检验零件工艺方案的正确性 ③检验程序单、穿孔带的正确性，综合检验所加工的零件是否符合图纸要求 ④仅检验数控带穿孔的正确性 答：③ 2-3 数控机床上常用的编程方法有哪些？ 答：由零件图纸给出零件形状和尺寸时，采用的编程方法有手工编程和自动编程两大类。由无尺寸的图形或实物模型给出零件形状和尺寸时，采用数字化技术编程或实物编程。 题型变换一：数控机床的程序编制方法可分为 和 两大类。 答：手工编程 自动编程 题型变换二：由无尺寸图形或实物模型给出零件形状和尺寸时，需采用 编程。 答：数字化技术 2-4 手工编程方法有什么优缺点，适用于什么情况？ 答：手工编程是用人工编写零件程序。对于几何形状较为简单的零件，计算工作量较少，程序又不长，用手工编程比较经济而及时。零件轮廓复杂和加工工序较长时，使用手工编程既繁琐又费时，且易出错，常会出现编程工作跟不上数控机床加工的情况，此时应采用自动编程。 2-5 什么是自动编程，适用于什么情况？ 答：自动编程是用计算机代替手工编程的大部分工作。自动编程时，使用“数控语言”描述切削加工时的刀具与工件的相对运动轨迹和一些加工工艺过程。程序员只需使用规定的数控语言编写零件的“语言程序”即可。当零件源程序输入计算机后，计算机自动完成机床运动轨迹的计算，加工程序的编制和数控带制作等工作。所编程序还可通过屏幕或绘图仪进行检查。 自动编程与手工编程相比，具有减轻程序员的劳动强度，缩短编程时间，提高编程准确性的优点。但是自动编程系统需要较大容量的计算机和专用软件，而且系统的软件又较昂贵。所以自动编程系统适用于数控机床较多的大、中型工厂。 题型变换：自动编程是指○。 ①从零件图纸到制作加工穿孔带的全过程都由通过计算机完成 ②从零件图到制作加工穿孔带的过程中，除后置处理程序外，全部由计算机完成 ③需要人工用数控语言编写源程序 ④需要人工编写目标程序 答：③ 2-6 国际上常采用的八列穿孔带有哪两种代码？它们代表什么含义？ 答：EIA代码，是美国电子工业协会的标准代码。ISO代码，是国际标准化组织的简称。 2-7 EIA代码和ISO代码主要有哪些区别？ 答：主要有以下几点区别： （1）EIA代码采用小写字母，ISO代码采用大写字母； （2）程序段结束时，EIA代码中用CR或EOB，ISO代码中用LF或NL； （3）EIA代码中有EOR代码，用于倒带停止，ISO代码中用%； （4）ISO代码中有“（”、“）”代码，括号中间的文字对数控装置没有影响，可以插入注解； （5）ISO代码中有“：”代码，表示数控带上特定位置。读入时，将数控带送到此位置为止，或者返回到此位置； （6）程序段取消：EIA用“block delete”，ISO用“/”代码； （7）每排孔孔位从b5～b8代表的意义不同。EIA代码用b5位作为补奇位，每排孔数必须为奇数；ISO代码用b8位作为补偶位，每排孔数必须为偶数。其它孔位区别参见表2-1。 题型变换一：EIA代码的补奇位是○。 ①b5 ②b6 ③b7 ④任意位 答：① 题型变换二：ISO代码的补偶位是○。 ①b8 ②b7 ③b6 ④任意位 答：① 题型变换三：用ISO代码编程时，每程序段的末尾用○。 ①CR ②EOR ③分隔符 ④LF 答：④ 2-8 在ISO编码中，数字编码特征孔是○。 ①第七列八更有孔 ②第五列六列有孔 ③第五至七列无孔 ④第五列无孔 答：② 2-9 在EIA代码中，数字1～9的编码是○。 ①第六列第七列有序 ②第六列第七列无孔 ③第七列有孔 ④第八列有孔 答：② 2-10 用EIA代码编程时，下列叙述正确的是○。 ①采用大写字母 ② 采用小写字母 ③程序段结束时用LF ④ 有“（”、“）”代码，可插入注解 答：② 2-11 任意取一数控带，南非辨别其为EIA代码或ISO代码，可采用下述哪种方法？○。 ①第五列是否有孔 ②第八列是否有孔 ③每排孔数是奇数或偶数 ④是否为字地址程序段格式 答：③ 2-12 什么叫程序段中的字？ 答：以某个顺序安排字符的集合称为字(word)，数控带上的信息以字为单位处理，例如N001，G00等。 2-13 什么叫程序段？ 答：在数控机床的程序中，必要的信息以字或字的集合表示，此集合称为程序段。数控带上的各个程序段必须用EOB区分。例如： N003 G08 X12345 Y67890 F004 S717 M07 LF 即为一程序段。 2-14 什么是数控带的格式？ 答：在一个程序段中，字的特定排列式样称为数控带的格式。 2-15 目前在八单位数控带中用得最广泛的是哪种数控带格式？ 答：用得最广泛的是文字地址程序段格式。在这种程序段格式中，每一坐标轴和各种功能，都以字母和数字合成的特定字表示，而在一个程序段内，坐标字和各种功能字又按一定顺序排列。每个字都由字母开头。 2-16 在如下程序段中，各字符表示： N006 G08 X2354 Y—1369 Z2213 F004 S717 T65432 M07 LF N： ；G： 功能字；X、Y、Z： ；F： 功能字；S： 功能字； T： 功能字；M： 功能字；LF： 。 答：程序段序号 准备 尺寸字 进给 主轴转速 刀具 辅助 程序段结束 2-17 进给速度代码有几种？ 答：共有五种：（1）FRN法； （2）3位、4位和5位代码法 （3）等比级数法或2位代码法； （4）符号法或1位代码法； （5）直接法。 2-18 进给速度代码的FRN法是如何规定的？ 答：把刀具沿途径移动的进给速度V(mm/min)除以直线的位移量L(mm)，所得的值称为FRN值或进给速度数。此值在0.1~999.9之间时，用0001~9999四位代码表示。圆弧插补时的FRN一般为进给速度除以圆弧半径（mm）之值。 2-19 举例说明进给速度的3位、4位或5位代码法是如何表示的？ 答：规定代码的第一位数字表示数值的位数，余下的数字代表速度。例如第一位数字减去三等于n，它的位数是0.1×10n。设速度为1728，是4位数，n=7-3=4，数值位数为0.1×10n=0.1×104，即4位数，用3位代码表示为717，用4位代码表示为7173，用5位代码表示则为71728。 题型变换一：当进给速度为7.826时，如用3位、4位、5位代码表示，各为多少？ 答：进给速度为一位，先计算第一位数字x－3=1，x=4，故进给速度为7.826时，用3位代码478，用4位代码表示为4783，用5位代码表示为47826。 题型变换二：如进给速度的三位代码为213，实际进给速度为多少？ 答：第一位数字表示数值的位数。N=2－3=－1，数值位数为0.1×10－1，为－2位，实际进给速度为0.013。 题型变换三：用4位代码表示进给速度时，F6150所表示的实际进给速度为○。 ①15.03 ②150.3 ③1503 ④15030 答：② 2-21 G90时的X10，Y20与G91时的X10、Y20有何区别？ 答：G90表示绝对尺寸，即以坐标原点为基准表示的尺寸是X=10，Y=20；G91表示增量尺寸，即以前一点为基准△X=10，△Y=20。 2-22 比较G00与G01程序的主要区别。 答：G00是点定位的代码，以最大进给速度移动到指定位置。以前程序段指定的进给速度无效。G01是直线插补，用于斜线或直线运动，它通过程序段中的信息在各坐标轴上产生与其移动距离成比例的速度当程序段中有G01代码时，一定要有指定的F时给速度，G01或F都是续效指令（即不仅在本程序段中起作用，在后的程序段中亦效）。 进给速度F对G00程序无效。 2-23 准备功能G42表示的功能是○。 ①螺纹切削 ②刀具偏置 ③刀具补偿 ④永不指定 答：③ 2-24 辅助功能M主要有哪几种功能？ 答：辅助功能M主要有以下几方面功用： （1）程序停止或程序结束，用于控制主轴停转、机械进给停止、冷却液关闭等，如M00、M01、M02等。 （2）控制主轴正转、反转或停止。例如M03、M04、M05等。 （3）换刀。 （4）开关冷却液。 （5）夹紧、松开工件。 （6）更换工件。 （7）刀具或工件直线位移。 此外，还有永不指定和不指定代码等。 题型变换一：辅助功能M03代码表示○。 ①程序停止 ②冷却液开 ③主轴停止 ④主轴顺时针方向转动 答：④ 2-25 MDI表示什么意思？ 答MDI是手动数据输入。所编程序不是由穿孔带输入，而是通过NC装置操作面板上的键和码盘，将程序段逐个直接输入。 2-26 什么是人机对话输入形式？ 答：人机对话的输入形式是在人工进行编程时，编程人员坐在NC装置的屏幕（CRT）前，对屏幕上顺序提出的问题和输入要求，用回答问题方式输入数据，这就是人机对话形式的编程功能，也可称为人机对话的输入形式。所编程序和输入数据，存入NC装置的记忆单元，可随时调用执行。这样，消除了按数控带格式编程的麻烦，可以适时地进行修改、补充和编辑，非常方便地完成编程工作。 2-27 数控车床程序编制有什么特点？ 答：数控车床程序编制有以下特点： (1) 在一个程序段中，根据图纸标注尺寸，可以是绝对值或增量值或二者混合编程。 (2) 由于图纸尺寸和测量尺寸都是直径值，故值径方向用绝对值编程时，X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，并附上方向符号（正向省略）。 (3) 为提高径向尺寸精度，X向的脉冲当量取为Z向的一半。 (4) 由于毛坯常用棒料或锻料，加工余量较大，所以数控装置常个备不同形式的固定循环功能，可进行多次重复循环切削。 (5) 为提高刀具寿命和加工表面粗糙度，车刀刀尖常磨成半径不大的圆弧。为此，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。 2－28 数控自动编程系统按其功能可分为哪几类？并举出每一类型系统的代表。 答：可分为以下几类： （1）几何处理系统：主要功能是处理复杂的几何形状，APT系统就是一个具有较强的处理几何形状能力而不能自动求取最佳工艺参数的系统。 （3）工艺处理系统：对许多工件，较简单的几何描述已经够用了，就特别注重工艺的处理，如切削参数、铣削时轨迹分解、车削时走刀划分、选择刀具等。德国的EXAPT具有这方面的功能。 （3）会话型自动编程系统：使自动编程系统的功能更加完备，使用更方便，于是发展了这种自动编程系统。在数控系统处理零件源程序的过程中，编程人员可以随时与计算机对话，进行适当的控制。这种系统可以日本富士通的会话型自动编程系统FAPT为代表。 题型变换一：在自动编程系统中，具有较强处理几何形状的能力而不能自动求取最佳工艺参数的系统是○。 ①ADAPT系统 ②EXAPT系统 ③APT系统 ④FAPT系统 答：③ 题型变换二：德国的EXAPT系统是下述几类系统中哪一类？○ ①佳话题自动编程系统 ②人机对话自动编程系统 ③几何处理系统 ④工艺处理系统 答：④ 2-29 APT系统的控制面有几个？代号是什么？有什么作用？ 答：APT自动编程系统为了控制刀具在空间的轨迹，定义了三个控制面： （1）导动面（DS面）。它是在切削过程中，引导刀具保持在指定公差范围内运动的面。 （2）零件面（PS面）。在刀具沿导动面运动时，控制刀具高度（Z方向）的面是零件面。 （3）停止面（CS面）。控制刀具停止位置的面，又叫检验面。 2-30 什么叫APT自动编程系统的CL数据？ 答：APT系统中计算刀具轨迹时，先将工件坐标系固定在适当位置，并且假定加工件不动而刀具移云贵，计算结果称为CL数据（cutter location data）或者称为一般解。为了使这些假设符合所使用的数控装置和加工情况，要利用兵团处理程序进行处理。 2-31 在APT自动编程系统中人工需要完成哪些工作？ 答：在当前广泛使用的APT自动编程系统中，根据零件图纸，需要人工制订工艺，然后利用数控语言描述加工件的几何形状和工艺方法，编制源程序。数控语言是一系列按一定规则书写的代码和符号。 2-32 试解释以下APT系统中词汇的定义，并以图表示之。 ① P32=POINT/XLARGE，INTOF，L3，C1 ② L5=LINE/P5，PARLEL，LINI ③ C5=CIRCLE/CENTER，P6，TANTO，L1 答：①其意义为：P32是L3与圆C1交点中，X坐标值偏大的一点。 ②定义L5为经过P5与直线LINI平行的直线。 ③定义C5为以P5为圆心并与L1相切的圆。 2-33 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。 2-34 已知工件廓形方程时，可以用哪些方法进行插补计算？ 答：已知工件廓形方程时，可以采用直线插补和圆弧插补计算。直线插补计算常采用等间距法和等误差法。 2-35 直线插补时，等误差计算法的基本原理是什么？ 答：等误差法拟合廓形曲线时，可以使每段的拟合误差相等，且小于或等于允差。其计算目的也是求出各节点A、B、C…的坐标值，以提供编程使用。 等误差法的基本思路是已知廓形曲线方程和允许拟合误差及曲线起点A的坐标、，按等误差的原则逐点求出其它各节点。步骤如下： （1）在曲线起点A处，以A点为圆心、为半径作一圆； （2）作此圆与廓形曲线的公切线； （3）列出过圆A上P点的切线斜率、直线的斜率、廓形曲线上过T点的切线斜率，此三个斜率相等，可列出两个方程式，再与廓形方程、圆A方程联立得一联立方程组； （4）求解此联立方程组，可解出、、、的坐标值，并可求出直线的斜率； （5）拟合直线平行，斜率相同，法线距离为，可求出方程； （6）用廓形方程和直线联立，求解，所得交点即为B点坐标（、），再依次可求出各节点坐标。 2-36 试述等间距法与等误差法的优缺点及它们的使用场合。 答：等间距法计算较简单，但程序段数多，编程费时，各节点之间的线段逼近廓形曲线时，产生的拟合误差不相等，为保证所有折线线段拟合误差都在允差范围内，不得不使间距减小，更增加节点数目，亦即增加程序段数。适宜和于廓形曲线斜率变化不大的场合。 等误差法计算较复杂，但可在保证精度的条件下，得到最少的程序段数目，使编程工作量减少，拟合计算可用计算机辅助计算，所以是一种较好的拟合方法。由于在保证等误差的前提下，使节点分布合理，所以应用于廓形曲线斜率变化较大的场合。 但是无论是等误差法还是等间距法，都用直线逼近曲线，是由许多折线构成的近似线段代替廓形曲线，联接点处不光滑，而且直线的曲率半径无穷大，与原来曲线的曲率半径相差很大，这是共同的缺点，使用圆弧拟合可以避免此缺点。 题型变换：已知工件廓形方程时，经常采用的直线插补计算有 、 等方法。 答：等间距法 等误差法 2-37 三次样条曲线插值计算用于什么场合？ 答：三次样条曲线适用于工件廓形为列表曲线时，要求拟合曲线在型值点处以及整个曲线上都很光滑，并且具有连续曲率。另外，由于三次样条函数是建立在材料力学弹性梁变形的理论基础上，故只能应用于小挠度的情况，即工件廓形曲线斜率变化不大的场合。 2-38 三次样条曲线插值教育处有什么优缺点？ 答：用三次样条函数分段拟合列表线时计算程序简单、方便、拟合效果好，可保证一阶、二阶导数连续。但是有以下缺点： （1）拟合后的图形不具备几何不变性。即当坐标系变化后，三次样条函数随之变化。虽然仍通过这些型值点，但与原来的样条函数不完全重合。 （2）现在的数控机床上广泛使用直线插补器或圆弧插补器，故插值出来的三次样条函数尚需用直线或圆弧作第二次拟合，将三次样条曲线变成分段的圆弧或直线，增加了计算量并降低了拟合精度。 2-39 双圆弧逼近法的优缺点是什么？ 答：双圆弧逼近法是在两个型值点之间用两个相切的圆弧拟合工作廓形曲线。其优点是： （1）每段圆弧的圆心和半径是几何不变量，它的形状不随坐标选择而变。 （2）使用双圆弧逼近法以后，可直接用于零件的编程计算，不需要进行二次拟合。 （3）计算方法比三次样条法简单、准确。 （4）可以拟合大挠度曲线。 主要缺点是：要先建立局部坐标，再进行坐标变换，多一道步骤。 2-40 为什么在双圆弧逼近计算时采用局部坐标，而在计算完毕后，还要将计算结果转换回原来曲线的坐标系中？ 答：双圆弧逼近计算时，首先要建立局部坐系，即以相邻的两个型值点联线为横坐标U，通过前一个型值点并与U轴垂直的线为纵坐标V，在每一个局部坐标系中有两段圆弧相切，需求出这两段圆弧的半径和圆心。采用局部坐标系有以下好处： （1）计算简单方便； （2）可以解决大挠度曲线； （3）采用局部坐标系后，双圆弧可具有较好的保凸性。 但是在插补编程时，需要知道圆心在整体坐标系OXY中的坐标值，故还要将计算结果转换回原来曲线的坐标系中。 2-41 用三次样条函数插值法拟合n个型值点，有 条三次样条曲线表示该点列：如用双圆弧逼近法拟合n个型值点，需建立 个局部坐标系，由 段圆弧拟合该点列。 答：n-1 n-1 2(n-1) 2-42 用双圆弧逼近法拟合曲线时，一对相邻型值点之间的两个圆弧相切，下列叙述中正确的是○。 ①切点是唯一的 ②切点必须是和通过、两点处圆弧切线构成的三角形的内心 ③切点轨迹是一个圆 ④双圆弧公切线必性须平行于 答：③ 2-43 工件廓形为列表曲线时，常用的拟合方法有哪些？ 答：三次样条函数值法和双圆弧逼近法。 2-44 试述工件廓形及其等距线在几何上的相互关系。 答：工件廓形及其等距线在相应点上的曲率中心相重合。 题型变换：若机床不具备G41和G42功能时，应按工件廓形的 编程。 答：等距线 第三章 CNC系统的基本原理 3-1 机床数控系统主要由哪几部分组成？ 答：主要由以下几部分组成：零件加工程序的输入、数据处理（例如数制转换、刀具半径补偿等）、插补计算和伺服机构的控制。 3-2 计算机数控系统（CNC系统）由哪些部分构成？各部分的功能如何？ 答：主要由微型计算机、计算机接口电路、伺服系统及外部输入/输出（I/O）设备组成。 （1）微型计算机：微机是CNC系统的核心，其主要作用有：①输入和存储零件加工程序；②计算刀具运动轨迹；③插补运算；④伺服系统的控制。 （2）计算机接口电路：作用传递和转换计算机与外界联系的信息，并将计算机与外界隔离，起保护作用。 （3）伺服系统：伺服系统是计算机和机床的联系环节，由执行机构和驱动电路、检测装置等组成。 （4）外部输入/输出设备：主要包括键盘、显示器、操作控制面板、外部存储设备、光电阅读机和纸带穿孔机等。 3-3 CNC系统中微机的控制功能有哪些？ 答：主要包括以下几方面： （1）记忆功能。用于存储规定机床动作的程序以及各种有关机床加工现场的状态信息； （2）信息处理功能。对外部输入的各种有关控制信息进行相应的算术运算和逻辑处理，以便对执行机构发出相应的动作指令； （3）内部控制功能。由于保持控制系统内各功能部件的动作及各部件之间的协调； （4）输入/输出功能。由于保持对外随着系和机床控制状态信息的输入和输出； （5）适应环境的功能。在计算机数控系统中，可以人工或自动改变程序，以适应环境条件和加工状态的变化。 3-4 CNC系统中微机译码程序的功能是什么？ 答：译码程序的功能是将输入的零件轮廓信息、加工速度及辅助功能进行识别处理。将这引起零件程序翻译成计算机能够识别的代码。 3-5 CNC系统常用的软件插补方法中，有一种是数据采样法。计算机执行插补程序输出的是数据而不脉冲。这种方法适用于○。 ①开环控制系统 ②闭环控制系统 ③点位控制系统 ④连续控制系统 答：③ 3-7 工业控制计算机与通用计算机相比，有什么显著特点？ 答：根据数控机床的特殊要求，它具有两个显著特点： （1）高可靠性：工业生产一般要求CNC系统具有很强的抗干扰能力，能在比较恶劣的环境中可靠地工作，要求CNC系统具有较高的平均无故障率和很短的修复时间。 （2）编程简单，操作方便。以方便用户使用。 3-8 为了提高CNC系统的可靠性，可采取哪些措施？正确答案是○○○○○。 ①采用单片机 ②采用双CPU ③提高时钟频率 ④采用模块化结构 采用光电隔离电路 答：④⑤ 3-9 CNC系统中的微机部分，订要由微处理器（CPU）、内部存储器（RAM和ROM）和1/O接口电路组成。由 、 和 三条信号线联接。 答：数据总线 地址总线 控制总线 题型变换：CNC系统中的微机部分，主要由 、 和 组成。由数据总线、地址总线和控制总线三条信号线联接。 答：微处理器（CPU） 内部存储器（RAM和ROM） I/O接口电路 3-10 机床I/O控制部分根据机床与微机之间传送信息形式的不同，I/O控制被划分为 、 和 三种。 答：数字量I/O 开关量I/O 模拟量I/O 3-11 什么叫微处理器、微机、微机系统？ 答：微处理器是指具有完整的计算机中央处理部件（CPU）功能的一片或少数几片大规模集成电路。微处理器也叫微处理机；微机是指微型计算机，是以微处理机做为CPU的电子计算机，微机除包含微处理器以外，还必须包含内部存储器（RAM、ROM）、I/O接口和系统总线。微机系统是以微机为主体构成的系统，在这个系统中，除包含微型计算机以外，还包含计算机外设、系统软件和电源。 3-13 FANCU15系列的CNC系统快速进给速度已达到○。切削进给可达到○。 ①10m/min ②10m/s ③100m/min ④100m/s ⑤2.4m/min ⑥2.4mm/s ⑦24m/min ⑧24mm/s 3-14在微机，I/O接口电路常由哪几部分组成？ 答：微机中I/O接口应包括I/O接口硬件电路和软件两方面的内容。根据选用不同的 I/O设备或接口芯片，I/O的操作方式不同，因而应用程序亦不可。如入口地址、接口芯片初始化状态设备、工作方式选择等。I/O硬件电路主要由地址译码、I/O读写译码和I/O接口芯片（如数据缓冲器和数据锁存器等）组成。 3-16 CNC系统中的I/O控制器通道由 、 和 几部分组成。 答：I/O接口电路 光电隔离电路 信息转换电路 3-17 CNC系统中I/O控制通道应具备哪些基本功能？ 答：（1）可靠地传递输入输出信息； （2）能进行相应的信息转换（如A/D、D/A、电平转换、数字量转开关量、弱电转换强电等）； （3）阻断干扰信号进入计算机。 3-18 如图3-2所示光电隔离电路，其输入与输出的对应状态应是○○○○。 ①输入高电平、输出低电平 ②输入低电平，输出高电平 ③输入高电平，输出高电平 ④输入低电平，输出低电平 Vc=+5V G 发光二极管 R1 输出信号 去机床 光敏三极管 R2 反向器 74L S04 输入信号 来自微机 +12V 图3-2 3-19 光电隔离电路（如采用达林顿或可探硅输出型光电耦合器件）的主要作用是什么？ 答：（1）使微机与强电部件不共地，阻断干扰信号的传导。 （2）可以进行信号电平转换。 （3）提高驱动能力。 3-20 试绘出采用软件实现环形分配与采用硬件环形分配器的步进电机控制通道组成框图。 答：如图3-3所示。 3-21 将一台普通车床改造成经济型数控车床，其主电动机仍为手动控制，但方刀架要能自动转位（90°、180°270°、0°），试用框图表明，组成一个完整的数控系统需要哪些基本的硬件电路和设备？ 答：如图3-4所示。 C B A 微 机 输出端口 光电隔离电路 光电隔离电路 光电隔离电路 A相放大电路 B相放大电路 C相放大电路 步进 电机 进给脉冲 进给方向 C B A 输出端口 光电隔离电路 光电隔离电路 A相放大电路 B相放大电路 C相放大电路 步进 电机 环形分配器 PC口 PB口 PC口 PA0、PA1 微 处 理 机 I/O 接 口 8255A 光电 隔离 环形 分配器 功率 放大器 Z向步进电机 PA2、PA3 光电 隔离 环形 分配器 功率 放大器 X向步进电机 PA4 光电 隔离 功率 放大器 交流 控制 交流 电动机 刀架 回转 LED 键盘 到位信号 图3-4 3-22 CNC系统控制软件主要由哪些部分组成？ 答：主要由以下七部分组成。 （1）系统管理程序； （2）零件加工源程序的输入、输出设备的管理程序； （3）机床手动控制程序； （4）系统的编译程序； （5）插补程序； （6）伺服控制开关量控制程序； （7）系统自检程序。 3-23 零件加工程序通过CNC系统几个程序的共同处理和加工，最后才能生成控制机床运动的目标信息，这几个程序是○。 ①系统管理程序、零件加工源程序的输入输出设备管理程序 ②系统管理程序、机床手动控制程序、插补程序、系统自检程序 ③系统的编译程序、插补程序、伺服控制及开关控制程序 ④系统的管理程序、编译程序、伺服控制及开关控制程序 答：③ 3-24 机床I/O控制回路中的接口软件是○。 ①插补程序 ②系统管理程序 ③系统的编译程序 ④伺服控制程序 答：④ 3-25 目前CNC系统控制软件基本上有两种常用的典型结构，即 和 。 答：前后台型 中断型 题型变换：在CNC系统控制软件的结构上，将主要完成插补计算、伺服控制和机床逻辑控制等信息的实时中断服务程序与另一部分主要完成程序的输入、译码、数据处理及管理调度的程序，二者共同完成数控的全部功能的软件称为 ；而将在软件中除了初始化程序以外，各种功能程序均被安排成优先级别不同的中断服务程序称为 。 答：前后台型 中断型 3-26 在中断型系统软件结构中，各种功能程序被安排成优先级别不同的中断服务程序，下列程序中被安排成最高级别的应是○。 ①CRT显示 ②伺服系统位置控制 ③插补运算及转段处理 ④译码、刀具中心轨迹计算 答：② 3-27 什么是微机数控系统的模块化设计？ 答：模专人经设计方法是把控制根据功能划分成具有一种或几种独立功能的单元模板，组成一个模块网络，配上相应的控制软件，组成一个完整的控制系统。 3-28 实现控制系统的模块化设计的必要条件是 。而模块化设计工作可归结为 的选用。 答：总线的标准化 功能模块 3-31 微机控制系统的模块化，按照功能，总线标准模块可分为 、 、 以及 等。 答：CUP模板 存储器板 I/O模板 专用模板 3-32 采用标准总线模板组成系统时的优缺点有哪些？ 答：其优点是： （1）提高设计效率，缩短设计、制造周期； （2）提高系统的可靠性； （3）便于调试和维修； （4）能适应技术发展需要； （5）经济上合理。 其缺点是： （1）系统硬件模块化，增强了许多插接环节，在有振动的情况下，易出现故障； （2）插接件之间有接触电阻，在不利工作环境下工作时，会出现腐蚀损坏； （3）标准化模板会对某些用户有不需要的多余功能，而使系统的成本提高。 第四章 进给伺服系统 4-1 数控机床对伺服驱动系统有哪些要求？ 答：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； 4-2 数控机床中常用哪几种电气调速驱动系统？ 答；电气调速驱动系统的种类很多，在数控机床中常采用以下几种： (1) 直流电动机调速系统。这种调速系统历史最长，应用最广。近几年出现的直流电动机脉冲调宽系统(PWM)的性能优越，调速比可达1:10000，在数控机床伺服系统中应用日益广泛。 (2) 交流电动机的夫级调速系统近年来发展很快，调速比已达1:10000以上，应用范围日益扩大。