《数控机床系统》试题3 一、选择（每题2分，共20分） 1、数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警，某 个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”，这属于(A)。 (A)程序错误报警： (B)操作报警： (C)驱动报警： (D)系统错误报警 2、在数控机床的闭环控制系统中，其检测环节具有两个作用，一个是检测出被测信号的大 小，另一个作用是把被测信号转换成可与(A)进行比较的物理量，从而构成反馈通道。 a) 指令信号：(B)反馈信号： (C)偏差信号：(D)脉冲信号 3、CNC系统是指(D)。 A.适应控制系统 B.群控系统 C.柔性制造系统 D.计算机数控系统 4、步进电机主要用于(A)。 A.经济型数控机床的进给驱动 B.加工中心的进给驱动 C.大型数控机床的进给驱动 D.数控机床的主轴驱动 5、CNC系统中的PLC是(A)。 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 6、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 (B)。 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 7、PWM是脉冲宽度调制的缩写，PWM调速单元是指(C)。 A.晶闸管相控整流器速度控制单元 B.直流伺服电机及其速度检测单元 C.大功率晶体管斩波器速度控制单元 D.感应电动机变频调速系统 8、通常CNC系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在(B) A.EPROM中 B.RAM中 C.ROM中 D.EEPROM中 9、现代中高档CNC系统中的计算机硬件结构多采用(D) A.单CPU、模块化结构 B.单CPU、大板结构 C.多CPU、大板结构 D.多CPU、模块化结构 10、用光栅位置传感器测量机床位移，若光栅栅距为0.01mm,莫尔条纹移动数为1000个， 若不采用细分技术则机床位移量为(C)
《数控机床系统》试题 3 一、选择（每题 2 分，共 20 分） 1、数控系统的报警大体可以分为操作报警、程序错误报警、驱动报警及系统错误报警，某 个程序在运行过程中出现“圆弧端点错误”，这属于（ A ）。 （A）程序错误报警； （B）操作报警； （C）驱动报警； （D）系统错误报警 2、在数控机床的闭环控制系统中，其检测环节具有两个作用，一个是检测出被测信号的大 小，另一个作用是把被测信号转换成可与（ A ）进行比较的物理量，从而构成反馈通道。 a) 指令信号； （ B）反馈信号； （C）偏差信号； （ D）脉冲信号 3、CNC 系统是指( D )。 A．适应控制系统 B．群控系统 C．柔性制造系统 D．计算机数控系统 4、步进电机主要用于( A )。 A．经济型数控机床的进给驱动 B．加工中心的进给驱动 C．大型数控机床的进给驱动 D．数控机床的主轴驱动 5、CNC 系统中的 PLC 是( A )。 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 6、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 ( B )。 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 7、PWM 是脉冲宽度调制的缩写，PWM 调速单元是指( C )。 A．晶闸管相控整流器速度控制单元 B．直流伺服电机及其速度检测单元 C．大功率晶体管斩波器速度控制单元 D．感应电动机变频调速系统 8、通常 CNC 系统通过输入装置输入的零件加工程序存放在( B ) A．EPROM 中 B．RAM 中 C．ROM 中 D．EEPROM 中 9、现代中高档 CNC 系统中的计算机硬件结构多采用( D ) A．单 CPU、模块化结构 B．单 CPU、大板结构 C．多 CPU、大板结构 D．多 CPU、模块化结构 10、用光栅位置传感器测量机床位移，若光栅栅距为 0．01mm，莫尔条纹移动数为 1000 个， 若不采用细分技术则机床位移量为( C )
A.0.1mm B.1mm C.10mm D.100mm 二、填空题（每空2分，共20分） 1.CNC装置常用的通信接口有串口 以太网 两种。 2.数控机床按插补算法分脉冲增量插补和数据采样插补一。 3.CC装置的硬件结构可分为大板式结构和模块式结构两大类。 4、为减少运动件的摩擦和消除传动间隙，数控机床广泛采用滑动导轨和滚动导轨，在 进给系统中，目前数控机床几乎无例外的都采用滚动代替滑动丝杆。 5、机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退回到机床参考点。 三、判断题（每题2分，共10分） 1、(X)数控机床是在普通机床的基础上将普通电气装置更换成CNC控制装置。 2、(√)插补运动的实际插补轨迹始终不可能与理想轨迹完全相同。 3、(×)用数显技术改造后的机床就是数控机床。 4、(×)数控机床由主机、数控装置、驱动装置和辅助装置组成。 6、(×)RS232主要作用是用于程序的自动输入。 四、简答题（每题8分，共40分） 1、轮廓控制、点位控制和点位直线控制各有何特点？ 2、简述数控系统为什么要进行加/减速控制，有哪些实现方式？ 3、反向间隙误差是怎样产生的，如何进行补偿？ 4、丝杠螺距误差是怎样产生的，如何进行补偿？ 5、说明开环系统的控制原理。 答：1、(1)点位控制数控系统这类控制系统只控制工具相对工件从某一加工点移到 一个加工点之间的精确坐标位置，而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中 不作任何加工（见图1-4）。通常采用这一类系统的设备有数控钻床、数控坐标镗床和数控 冲床等。 (2)直线控制数控系统这类系统不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的 工具移动轨迹是一条直线，且在移动中工具能以给定的进给速度进行加工，其辅助功能要求 也比点位控制数控系统多，如它可能被要求具有主轴转数控制、进给速度控制和刀具自动交 换等功能。采用此类控制方式的设备主要有简易数控车床、数控镗铣床等。 (3)轮廓控制数控系统这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即 不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比 例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。 这类数控系统的辅助功能亦比前两类都多。采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加 工中心、电加工机床和特种加工机床等。 2、在CC系统中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对
A．0．1mm B．1mm C．10mm D．100mm 二、填空题（每空 2 分，共 20 分） 1．CNC 装置常用的通信接口有 串口 、 以太网 两种。 2．数控机床按插补算法分 脉冲增量插补 和 数据采样插补 。 3．CNC 装置的硬件结构可分为 大板式结构 和 模块式结构 两大类。 4、为减少运动件的摩擦和消除传动间隙，数控机床广泛采用 滑动导轨和 滚动导轨，在 进给系统中，目前数控机床几乎无例外的都采用 滚动代替滑动丝杆。 5、机床接通电源后的回零操作是使刀具或工作台退回到 机床参考点 。 三、判断题（每题 2 分，共 10 分） 1、（× ）数控机床是在普通机床的基础上将普通电气装置更换成 CNC 控制装置。 2、（ √）插补运动的实际插补轨迹始终不可能与理想轨迹完全相同。 3、（ × ）用数显技术改造后的机床就是数控机床。 4、（ × ）数控机床由主机、数控装置、驱动装置和辅助装置组成。 6、（ ×）RS232 主要作用是用于程序的自动输入。 四、简答题（每题 8 分，共 40 分） 1、轮廓控制、点位控制和点位直线控制各有何特点？ 2、简述数控系统为什么要进行加/减速控制，有哪些实现方式？ 3、反向间隙误差是怎样产生的，如何进行补偿？ 4、丝杠螺距误差是怎样产生的，如何进行补偿？ 5、说明开环系统的控制原理。 答：1、(1)点位控制数控系统 这类控制系统只控制工具相对工件从某一加工点移到另 一个加工点之间的精确坐标位置,而对于点与点之间移动的轨迹不进行控制，且移动过程中 不作任何加工（见图 1-4）。通常采用这一类系统的设备有数控钻床、数控坐标镗床和数控 冲床等。 (2) 直线控制数控系统 这类系统不仅要控制点与点的精确位置，还要控制两点之间的 工具移动轨迹是一条直线，且在移动中工具能以给定的进给速度进行加工，其辅助功能要求 也比点位控制数控系统多，如它可能被要求具有主轴转数控制、进给速度控制和刀具自动交 换等功能。采用此类控制方式的设备主要有简易数控车床、数控镗铣床等。 （3）轮廓控制数控系统 这类系统能够对两个或两个以上坐标方向进行严格控制，即 不仅控制每个坐标的行程位置，同时还控制每个坐标的运动速度。各坐标的运动按规定的比 例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以形成所需要的直线、斜线或曲线、曲面。 这类数控系统的辅助功能亦比前两类都多。采用此类控制方式的设备有数控车床、铣床、加 工中心、电加工机床和特种加工机床等。 2、在 CNC 系统中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对
送到伺服驱动装置的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。即在机床加速起动时，保证加在 驱动电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大：当机床减速停止时，保证加在驱动电动机上 的进结脉冲频率或电压逐渐减小。 加减速实现的方式有线性加减速（匀加减速）、指数加减速和s曲线(S)加减速。 3、在进给传动链中，齿轮传动、滚珠丝杠螺母副等均存在反转间隙。这种反转间隙会造成 工作台反向时，电动机空转而工作台不动，使半闭环系统产生误差和全闭环系统位置环振荡 不稳定。 为解决这一问题，可先采取调整和预紧的方法，减少间隙。而对于剩余间隙，在半闭 环系统中可将其值测出，作为参数输入数控系统，则此后每当坐标轴接收到反向指令时，数 控系统便调用间隙补偿程序，自动将间隙补偿值加到由插补程序算出的位置增量命令中，以 补偿间隙引起的失动。这样控制电动机多走一段距离，这段距离等于间隙值，从而补偿了间 隙误差。需注意的是对全闭环数控系统不能采用以上补偿方法（通常数控系统要求将间隙值 设为零)，因此必须从机械上减小或消除这种间隙。有些数控系统具有全闭环反转间隙附加 脉冲补偿，以减小这种误差对全闭环稳定性的影响。也就是说，当工作台反向运动时，对伺 服系统施加一定宽度和高度的脉冲电压（可由参数设定），以补偿间隙误差。 4、螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。在半闭环系统中，定位精度 很大程度上受滚珠丝杠精度的影响，尽管滚珠丝杠的精度很高，但总存在着制造误差；另外 数控机床经长时间使用后，由于磨损其精度也会下降。 5、与闭环系统相比，开环伺服系统采用功率步进电动机作为执行元件，实现进给运动，它 没有位置反馈回路和速度反馈回路，不需使用位置、速度测量装置以及复杂的控制调节电路， 与机床容易配接，控制使用方便。主要用于对速度，精度要求不太高的中、小型数控机床上。 五、计算题（每题10，共10分） 1、一采用三相六拍驱动方式的步进电机，其转子有80个齿，经丝杠螺母副驱动工作台作 直线运动，丝杠的导程为5mm,工作台移动的最大速度为30mm/s,求： (1)步进电机的步距角： (2)工作台的脉冲当量： (3)步进电机的最高工作频率 解答：(1)B=360 360 =0.75°： mZ.c3×80×2 (2)6=m-0.75x5 =0.0104(mm/脉冲) 360i360×1 3)f=” 30×60 =2880(Hz) 60660×0.0104
送到伺服驱动装置的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。即在机床加速起动时，保证加在 驱动电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大；当机床减速停止时，保证加在驱动电动机上 的进结脉冲频率或电压逐渐减小。 加减速实现的方式有线性加减速(匀加减速)、指数加减速和 sin 曲线(S)加减速。 3、在进给传动链中，齿轮传动、滚珠丝杠螺母副等均存在反转间隙。这种反转间隙会造成 工作台反向时，电动机空转而工作台不动，使半闭环系统产生误差和全闭环系统位置环振荡 不稳定。 为解决这一问题，可先采取调整和预紧的方法，减少间隙。而对于剩余间隙，在半闭 环系统中可将其值测出，作为参数输入数控系统，则此后每当坐标轴接收到反向指令时，数 控系统便调用间隙补偿程序，自动将间隙补偿值加到由插补程序算出的位置增量命令中，以 补偿间隙引起的失动。这样控制电动机多走一段距离，这段距离等于间隙值，从而补偿了间 隙误差。需注意的是对全闭环数控系统不能采用以上补偿方法(通常数控系统要求将间隙值 设为零)，因此必须从机械上减小或消除这种间隙。有些数控系统具有全闭环反转间隙附加 脉冲补偿，以减小这种误差对全闭环稳定性的影响。也就是说，当工作台反向运动时，对伺 服系统施加一定宽度和高度的脉冲电压(可由参数设定)，以补偿间隙误差。 4、螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。在半闭环系统中，定位精度 很大程度上受滚珠丝杠精度的影响，尽管滚珠丝杠的精度很高，但总存在着制造误差；另外 数控机床经长时间使用后，由于磨损其精度也会下降。 5、与闭环系统相比，开环伺服系统采用功率步进电动机作为执行元件，实现进给运动，它 没有位置反馈回路和速度反馈回路，不需使用位置、速度测量装置以及复杂的控制调节电路， 与机床容易配接，控制使用方便。主要用于对速度，精度要求不太高的中、小型数控机床上。 五、计算题（每题 10，共 10 分） 1、 一采用三相六拍驱动方式的步进电机，其转子有 80 个齿，经丝杠螺母副驱动工作台作 直线运动，丝杠的导程为 5mm，工作台移动的最大速度为 30mm/s，求： (1)步进电机的步距角； (2)工作台的脉冲当量； (3)步进电机的最高工作频率 解答：（1） = = = 0.75 3 80 2 360 360 mZ cr ； （2） 0.0104 360 1 0.75 5 360 = = = i t （mm/脉冲） （3） 2880 60 0.0104 30 60 60 = = = f （Hz）