数控机床考试复习资料.doc

1. 数控机床的工作过程是什么？（P1） 题目类型：简答题 答：数控机床的工作过程是将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理，即对所有的操作步骤（如机床的启动或停止，主轴的变速，工件的加紧或松夹，刀具的选择和交换，切削液的开或关等）和刀具与工件之间的相对位移，以及进给速度等都用数字化的代码表示。在加工前由编程人员按规定的代码将零件的图纸编制成程序，然后通过程序载体或手工直接输入方式将数字信息送入数控系统的计算机中进行寄存，运算和处理，最后通过驱动电路由伺服装置控制机床实现自动加工。 2．数控机床涉及哪些基本技术？（P4） 题目类型：简答题，选择题，填空题 答：①精密机械技术 它包括精密机械设计和精密机械加工两大方面。 ②计算机及信息处理技术 ③自动控制理论和伺服驱动技术 ④精密检测和传感技术 ⑤网络和通信技术 3．数控机床的最大的特点是什么？（P2） 答：当改变加工零件时，原则上只需要向数控系统输入新的加工程序，而不需要对机床进行人工的调整和直接参与操作，就可以自动地完成整个加工过程。 4．数控机床如何分类（P5） 题目类型：简答题 一、按工艺用途分类 ①.金属切削类数控机床 如数控钻床、数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、数控齿轮加工机床 ②非金属切削类类数控机床 如数控冲床、数控压力机、数控弯管机、数控折弯机、数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床、数控激光加工机床和数控高压水切割机床等 。 ③以及各种加工中心 二、按运动方式分类 ①.点位控制 点位控制数控机床的特点：是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。为了尽可能减少运动部件的运动和定位时间，并保证稳定的定位精度，通常先以快速运动至接近终点坐标，然后再以低速准确运动到终点位置。 点位控制数控机床举例：数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。 ②．点位直线控制 点位直线控制机床的特点是：机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个坐标位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线的进给运动。 ③.轮廓控制 轮廓控制数控机床的特点：机床的运动部件能够实现两个或两个以上的坐标轴同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制运动轨迹，将零件加工成在平面内的直线、曲线表面或在空间的曲面。轮廓控制包括了实现点位控制和点位直线控制。 典型的轮廓控制数控机床：数控铣床，数控车床，数控磨床，各类数控切割机床。 三、按控制方式分类 ①、开环控制 开环控制数控机床特点：其控制系统没有位置检测元件 ②.闭环控制 闭环控制数控机床特点：在机床移动部件上直接安装直线位移或角位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，与传动链的误差无关，因此其控制精度高。（判断题） ③.半闭环控制 半闭环控制数控机床特点：在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。 5．什么是数控编程?(P59) 答：从分析零件图样到产生数控机床输入信息的过程称为数控加工的程序编制。 6．数控加工程序编制的一般步骤是什么？(P59) 答：程序的编制要经过从零件图―――工艺的制订―――数值计算―――编写程序单―――程序输入―――程序校核―――首件试切,这些步骤。 7．编程的方法有哪些？（P60） 答：有手工编程和自动编程两种方法 手工编程就是编程过程全部或主要由人工完成； 自动编程是利用计算机及其外围设备并配以专用的系统处理软件进行编程，主要有批处理式，交互式，实物模型等； 8．机床坐标轴是如何确定的？（P64） 答：①Z轴 ②X轴 ③Y轴 ④附加坐标轴 ⑤旋转运动A，B，C ⑥主轴回转运动的方向 9．什么是机床零点？（P71） 答： 10．什么是机床的参考点？（P71） 答： 11．什么是工件零点？（P71） 答： 12．什么是起刀点？（P71） 答： 13．什么是对刀点？（P71） 答： 刀具零点的确定是以机床零点为原点，加工时以工件零点进刀，这样不是有两个零点，不是乱了，为什么不刀具零点以工件零点确定？ 刀具零点如何确定？ 机床的0点在机床在出厂的时候都设置好了的，不是厂家维修人员是不能调这个原点的，机床的所有动作的运算都是以这个原点为准的 零件0点是指待加工零件的程序基准点，程序中的数据就是以零件原点为基准的， 要加工零件，机床会自动根据机床0点和零件0点进行路径换算。 刀具0点实际上就是对刀，这个过程就人工地对机床坐标和零件对刀基准的换算，这就产生了相对坐标和绝对坐标 国内很多系统用的是日本的发兰克，这个系统就要求必须区分出机床原点和零件的原点，有的系统FIDIA等，机床的原点是在后台运行的，也就是说不需要你去区分机床和零件的原点，你只在机床上设置零件的坐标系就行了。 14．什么是刀具补偿？（P153） 答： 15．数控机床的诊断功能有哪些？（P154） 答： 16．什么是插补？（P154 ） 答：插补是在组成轨迹的直线段或曲线段的起点和终点之间，按一定的算法进行数据点的密化工作，以确定一些中间点。从而为轨迹控制的每一步提供逼近目标。 17. CNC的硬件结构（P157） 答：CNC的硬件结构有两种，一种是常规CNC的硬件结构，另一种是开放式CNC的硬件结构。 一：常规CNC的硬件结构 （1）技术上十分成熟的常规CNC的硬件结构有三种①总线式模块化结构的CNC，这类结构多用于多轴控制的高档数控机床；②以单板或专用芯片及模板组成结构紧凑的CNC，多用于中档数控机床和经济型数控机床；③基于通用PC计算机的基础上开发的CNC,这种结构具有很大的通用性。 （2）单微处理器结构 只有一个微处理器控制系统总线，占有总线资源，CNC的各个人物都以集中控制分时处理的方式来完成 （3）多微处理器结构 指在系统中有两个或两个以上的微处理器能控制系统总线或主存储器进行工作的系统结构。 二：开放式CNC的硬件结构 18. CNC单微处理器结构特点是什么？（P159） 答：CNC的所有功能都是通过一个微处理器来进行集中控制，分时处理；这个微处理器通过总线与存储器，输入输出控制等各种接口相连，构成CNC的硬件；结构简单，易于实现；正式由于只有一个微处理器集中控制，其功能将手微处理器字长，数据宽度，寻址能力和运算速度等因素限制。有其实插补等功能由软件来实现，因此其功能的实现与处理速度成为一对突出的矛盾。 19. 什么是多微处理器的结构？有哪几种形式？（P159） 答： 指在系统中有两个或两个以上的微处理器能控制系统总线或主存储器进行工作的系统结构。 多微处理器的结构有和松耦合两种形式。 ①紧耦合 所谓紧耦合，是指两个或两个以上的微处理器构成的处理部件之间采用紧耦合（相关性强），有集中的错作系统，共享资源。 ②松耦合 所谓松耦合，是指两个或两个以上的微处理器构成的功能模块之间采用松耦合（具有相对独立性或相关弱性），有多重操作系统有效地实现并行处理。 20. 多微处理器结构的特点是什么？（P159） 答：现代CNC大多采用多微处理器结构。原因是在这种结构重的每个微处理器完成系统重规定的一部分功能，独立执行撑虚，因而，它比单微处理器结构提高了计算处理速度。其次是多位处理器的CNC大多采用模块化设计，将软硬件模块形成一个特定额功能但愿，称为功能模块。概括起来有下面三点： 字串3 ①①性能价格比高。多微机结构中的每个微机完成系统中指定的一部分功能，独立执行程序。它比单微机提高了计算的处理速度，适于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的控制要求。由于系统采用共享资源，而单个微处理机的价格又比较便宜，使CNC装置的性能价格比大为提高。 字串1 ②采用模块化结构，具有良好的适应性和扩展性。多微机的CNC装置大都采用模块化结构，可将微处理机、存储器、I/O控制组成独立微机级的硬件模块，相应的软件也采用模块结构，固化在硬件模块中。硬软件模块形成特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，符合工厂标准或工业标准，彼此可以进行信息交换。这样可以积木式地组成CNC装置，使CNC装置设计简单、适应性和扩展性好、调整维修方便、结构紧凑、效率高。 ③字串7 ③硬件易于组织规模生产。由于硬件是通用的，容易配置，只要开发新的软件就可构成不同的CNC装置，因此多微处理机结构便于组织规模生产，且保证质量。 ④字串9 有很高的可靠性。多微处理机CNC装置的每个微机分管各自的任务，形成若干模块。如果某个模块出了故障，其它模块仍能照常工作；而单微处理机的CNC装置，一旦出故障就造成整个系统瘫痪。另外，多微处理机的CNC装置可进行资源共享，省去了一些重复机构，不但降低了成本，也提高了系统的可靠性 21．多微处理器的典型结构有哪几种？（P160） 答：CNC的多微处理器的结构重的模块与模块间的互联与通信是在机柜内进行的，典型的结构有共享总线和共享存储器两种结构。 ①共享总线结构 以系统总线为中心，系统总线将各个模块有效地连接在一起，按照标准协议交换各种数据和控制信息，构成完整的系统，实现各种预定的功能。 ②共享存储器结构 采用多端口存贮器来实现各CPU之间的互连和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口访问。由多端控制逻辑电路解决访问冲突。当CNC系统功能复杂要求CPU数量增多时，会因争用共享存储器而造成信息传输的阻塞，降低系统的效率，其扩展功能较为困难。 22．多微处理器CNC的基本功能模块有哪些？（P161） 答: （1） CNC管理模块 该模块管理和组织整个CNC装置各功能协调工作，如系统的初初始化、中断管理、总线裁决、系统错误识别和处理、系统软硬件诊断等。它还完成数控代码编译、坐标计算和转换、刀具补偿和进给速度处理等插补前的预处理。 字串8 （2） 存储器模块 该模块存放程序和数据，为主存储器。每个CPU控制模块中还有局部存储器。主存储器模块是各功能模块间数据传送的共享存储器。 字串4 （3） CNC 插补模块 该模块根据前面的编译指令和数据进行插补计算，按规定的插补类型通过插补计算为各个坐标提供位置给定值。 （4） 位置控制模块 字插补后的坐标作为位置控制模块的给定值，而实际位置通过相应的传感器反馈给该模块，经过一定的控制算法，实现无超调、无滞后、高性能的位置闭环。 （5） PLC模块 零件程序中的开关功能和由机床来的信号在这个模块中作逻辑处理，实现各功能和操作方式这间的连锁，机床电气设备的启停、刀具交换、转台分度、工件数量和运转时间的计算等。 （6） 操作面板监控和显示模块 字零件程序、参数、各种操作命令和数据的输入、输出、显示所需要的各种接口电路。 23．开放式CNC的定义（P162） 答：IEEE对开放式系统的定义是：一个真正意义上的开放式数控系统必须具备不同应用程序能协调地运行与系统平台上的能力，提供面向功能的动态重构工具，同时提供同意标准化的应用程序界面。 24．开放式CNC的特征（P163） 答：①可互操作性 ②可移植性 ③可缩放性 ④可相互替代性 25．多任务并行处理的时候，CNC系统是如何分解任务的？（P165） 答：多任务性表现在它的软件必须完成管理和控制两大任务。其中系统管理包括了输入，I/O处理，显示，诊断；系统控制包括了译码，刀具补偿，速度处理，插补，位置控制。 一定要会图4－12 26．CNC系统的中断类型有哪些? （P167） 答：①外部中断。 主要有纸带光电阅读机读孔中断、外部监控中断(如紧急停、量仪到位等)和键盘操作面板输入中断。前两种中断的实时性要求很高，通常把这两种中断放在较高的优先级上，而键盘和操作面板输入中断则放在较低的中断优先级上。在有些系统中，甚至用查询的方式来处理它。 ② 内部定时中断。主要有插补周期定时中断和位置采样定时中断。在有些系统中，这两种定时中断合二为一。但在处理时，总是先处理位置控制，然后处理插补运算。 ③ 硬件故障中断。它是各种硬件故障检测装置发出的中断，如存储器出错、定时器出错、插补运算超时等。 ④程序性中断。它是程序中出现的各种异常情况的报警中断，如各种溢出、清零等。 27．前后台型软解结构模式特点？（P171） 答：在前后台型结构的CNC系统中，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，它几乎承担了全部的实时功能，如插补、位置控制、机床相关逻辑和监控等。后台程序是指实现输入、译码、数据处理及管理功能的程序，亦称背景程序。背景程序是一个循环运行程序，在其运行过程中，前台实时中断程序不断插入，与背景程序相配合，共同完成零件的加工任务。 28．插补算法的类别？（P175） 答：①按插补输出的标量不同来分：数字脉冲增量发和数据采样法。 ②按插补算法的规则不同来分：逐点比较法，数字积分法，比较几分法。 ③按几何规律不同来分：直线插补算法，圆弧插补算法。 29．逐点比较法的原理？（P175） 答：计算机在控制加工过程中，能逐点的计算和判别加工误差，与规定的运动轨迹进行比较，由比较结果决定下一步的移动方向。逐点比较法既可以作直线插补，又可以作圆弧插补。这种算法的特点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便，因此，在两座标连动的数控机床中应用广泛。 30．逐点比较法的步骤？（P176） 答：一般地，逐点比较法插补过程有四个处理节拍， ①偏差判别。 判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏差状况； ②坐标进给。 根据偏差状况，控制相应坐标轴进给一步，使加工点向被加工轮廓靠拢； ③重新计算偏差。 刀具进给一步后，坐标点位置发生了变化，应按偏差计算公式计算新位置的偏差值； ④终点判别。 若已经插补到终点，则返回监控，否则重复以上过程。 31．简述数据采样法插补？ 答：数据采样插补法，或称为时间分割法。它尤其适合于闭环和半闭环以直流或交流电机为执行机构的位置采样控制系统。这种方法是把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为单位时间间隔（或插补周期）。每经过一个单位时间间隔就进行一次插补计算，算出在这一时间间隔内各坐标轴的进给量，边计算，边加工，直至加工终点。 这类算法的核心问题是如何计算各坐标轴的增长数 或 （而不是单个脉冲），数据采样插补是分两步完成的，即粗插补和精插补。目前常用的数据采样方法有两种，分别出自于FANUC 7M和A-B公司的7360系统。 32．数据采样法插补周期的是如何选择的？（P190） 答： ①插补周期与插补运算时间的关系 插补周期T必须稍大于插补运算时间与完成其他实时任务所需时间之和。 ②插补周期与位置反馈采样周期的关系 插补周期应该是采样周期的整数倍，或者两者相同。 ③插补周期与精度，速度的关系 直线插补中理论上不会造成轨迹误差，圆弧插补会造成理论轨迹误差，插补周期T应该尽可能地小。 33．C 刀补的执行过程如何？ 答;分为三个步骤：第一刀补的建立，刀具接近工件； 第二刀补进行； 第三刀补撤销，刀具撤离工件。 34．CNC对进给速度控制有哪些方法？（P207） 答：CNC系统对进给速度控制是通过对插补速度控制来实现的，对进给速度处理，一般可以分为 进给速度计算和进给速度调节两部分。主要有程序计时法和时钟中断法两种。 ①程序计时法 程序延时法又称为程序计时法。这种方法先根据系统要求的进给频率，计算出两次插补运算之间的时间间隔，用CPU执行延时子程序的方法控制两次插补之间的时间。改变延时子程序的循环次数，即可改变进给速度。 ②时钟中断法 中断方法或称为时钟中断法，是指每隔规定的时间向CPU发中断请求，在中断服务程序中进行一次插补运算并发出一个进给脉冲。因此，改变中断请求信号的频率，就等于改变了进给速度。 35．数据采样的CNC系统加减速控制是如何做到的？（P209） 答：CNC控制机械机构启动和停止运动时，由于惯性总会出现加速与减速过程，二这种过程与执行元件和运动机构的结构尺寸，所带的负荷大小等有着密切关系，如果不匹配就会产生冲击，失步，超程，或振荡，为了避免这种现象的产生和达到良好的加工效果，必须对进给电机进行加减速控制。加减速控制大都采用软件来实现，一边使系统的速度控制更为灵活方便。加减速控制可以在插补前进行，成为前加减速控制；也可以在插补后进行，则称为后加减速控制。前加减速控制是对编程的F指令即合成速度进行控制。后加减速控制是对各运动坐标轴进行分别控制，因此，可利用实际进给迟后于插补运算进给这一特点，在减速控制时，只要运算终点到就进行减速处理，经适当延时就能平稳地到达程序段终点，这样就无需预测减速点。 36.伺服系统的概念（P245） 答：伺服驱动系统简称伺服系统，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。CNC控制器经过插补运算生成的进给脉冲或进给位移量指令输入到伺服系统中，由伺服系统经变换和功率放大转化为机床机械不见的高精度运动。伺服系统既是数控机床控制器与刀具，主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节。 37伺服系统的基本技术要求有哪些？（P245） 答： ①精度高， 指输出量能复现输入量的精确程度。 ②稳定性好， 指系统在给定输入外界干扰作用下，能在短暂的调节后达到新的或者恢复到原来的平衡点 ③快速响应， 反映的是系统的跟随精度 ④调速范围宽 ⑤低速大转矩 38．数控机床的驱动伺服系统有哪几种？（P247） 答数控机床的驱动伺服系统有两种：进给驱动系统和主轴驱动系统，进给驱动系统前者控制机床各坐标轴的切削进给运动，后者控制机床主轴的旋转运动，它们的主要职能是提供切削过程中需要的转矩和功率，可以任意调节运转速度和准确的位置控制。 39．常用伺服执行元件有哪些？（P247） 答：主要有伺服电动机 ① 步进电机：反应式步进电机；永磁式步进电机；永磁感应式步进电机； ② 直流伺服电机：永磁式直流伺服电机；小惯量直流电机 ③ 交流伺服电机：同步交流伺服电机；异步交流伺服电机 ④ 直接驱动电机 40.伺服控制系统的如何分类？（P250） 答：（1）按控制方式分类： ①开环控制方式 ②闭环控制方式 ③半闭环控制方式 （2）按所驱动的伺服电机分类; ① 步进电机伺服控制 ② 直流伺服系统 ③ 交流伺服系统 （3）按进给驱动和主轴驱动分类：① 进给伺服系统 ② 主轴伺服系统 41．检测元件的作用是什么？（P285） 答：检测元件是闭环伺服系统的重要组成部分。它的作用是检测位置和速度，发送反馈型号，构成闭环控制检测系统的精度决定了数控系统的精度和分辨率。 42. 检测元件的要求？（P285） 答： ① 准确性好，满足精度要求； ② 响应速度快，满足速度要求； ③ 可靠性好，抗干扰性强； ④ 维护和安装方便 43．检测装置如何分类？（P285） 答：①根据测量元件的安装位置及与机床运动部件的耦合方式，可分为直接测量和间接测量两种，间接测量精度低，需要增加补偿措施。 ②按检测元件输出的信号类型分类可分为绝对式和增量式检测元件，以及数字式和模拟式检测元件。 增量式 绝对式 回转型 脉冲编码器 旋转变压器 圆感应同步器 圆光栅 圆磁栅 多速旋转变压器 绝对脉冲编码器 三速圆感应同步器 直线型 直线感应同步器 计数光栅 磁尺 激光干涉仪 三速感应同步器 绝对值式磁尺 44．感应同步器结构，特点，原理（P289） 45．脉冲编码器结构，特点，原理（P291） 46.光栅结构，特点，原理（P295） 47步进电机的工作原理（P297） 48.数控车床编程 49．数控铣床编程 50．逐点比较法插补直线 51．逐点比较法插补圆弧 52．DDA(数字积分法)插补直线