2011年秋季学期《数控技术及数控机床》课程试卷标答

一、 填空题（每空1.5分，共18分） 1.刀具与工件 2.运算器，控制器。 3.数据点的密化。

4．驱动控制单元、执行元件。 5． 管理 和 控制。

6. X，右手直角笛卡尔坐标系。 7.光学（或光电）, 1。 8.光敏元件。 9.步进电机。

10.轮廓尺寸 ,进给脉冲，伺服电机。

11.位置 和 速度。 12

批量 专用机床 大 数控机床 通用机床 小 简单 复杂 复杂程度

二、 单项选择题（每小题1.5分，共12分）

1. C 2. A 3． D 4． B 5. A 6. D 7. C 8．B

三、 判断题（每小题1.5分，共15分）

（× ）1. （× ）2.（× ） 3. （× ）4（× ）5. （× ）6.（ ×）7. （√ ）8. （× ）9. （×）10 简答题（每小题4分，共20分）

1. 简述用数控机床进行零件加工的一般过程。

1) 用数控机床加工工件时，首先由编程人员按照零件的几何形状

和加工工艺要求将加工过程编成NC程序；??????1分

2) 数控系统读入NC程序后，将其翻译成机器能够理解的控制指

令；?1分

3) 再由伺服系统将其变换和放大后驱动机床上的主轴电机和进给

伺服电机转动，并带动机床的工作台移动，从而完成零件的加工。???????2分

（或配以框图并加以适当说明也可）：

加工程序 数控 装置 伺服 系统

零件图 数控系统 机床

2．简述开环步进式伺服驱动系统的工作原理。

答：驱动控制线路接收来自机床数控系统发出的进给脉冲信号（指令信号），???????1分

并把此信号转换为控制步进电机各项绕组依此通电、断电的信号，使步进电机运转；?1分

步进电机的转子与机床丝杠连在一起，转子带动丝杠转动，丝杠再带动工作台移动。?2分

3．试论述数控机床的进给伺服系统是由哪几部分组成，它们分别的作用如何？伺服系统常用的驱动元件是什么？

答：由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件四部分组

成。??1分

它的作用是：接收数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作转换和放大后，经伺服驱动装置(直流、交流伺服电机，功率步进电机，电液脉冲马达等)和机械传动机构，驱动机床的工作台、主轴头架等执行部件实现工作进给和快速运动。?????????????2分

伺服系统常用的驱动元件是步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。???????1分

4．何谓“数控刀具”？请谈谈数控刀具系统的类型和特点。

答：数控工具系统分为镗铣类数控工具系统和车床类数控工具系统，它们主

要由刀具部分和工具柄部（刀柄）、接杆（接柄）、夹头等装夹工具两部

分组成。??????1分 特点

① 切削性能好，耐用度高，能承受高速切削和大进给量切削；??

0.5分

② 可靠性高；???????????????????0.5分 ③ 加工精度高，有较高的换刀精度和重复定位精度；??0.5分 ④ 刀具能够实现快速换刀，装卸调整方便???????0.5分 ⑤ 复合程度高???????????????????0.5分 ⑥ 标准化、系列化和通用化?????????????0.5分

5．简述数控车床采用钢板焊接床身的原因。

采用钢板焊接床身结构可采用最有利于提高刚度的筋板布置形式，能充分发挥壁板和筋板的承裁及抵抗变形的作用；?????????????2分

焊接结构无需铸造结构所需的出砂口，有可能将基础件做成完全封闭箱形结构；???1分

钢板的弹性模量E比铸铁的弹性模量E大几乎相差一倍。因此在结构相同时，E值大的材料刚度则高。????????????????????1分

四、 计算题（10分）

若加工第一象限直线OE，起点为O(0，0)，终点为E(5，6)，试用逐点比较法进行插补计算，并绘出插补轨迹。

解：由于待插补直线的起点坐标为O（0，0），终点坐标为E（5，6），采用总步数终点判别方法，总步数N?5?6?11。从坐标原点开始插补，故此时偏差

F0?0，加工过程的运算节拍如下表所示：????????????7分

工作节拍 序号 第1拍： 偏差判别 1 2 3 F0?0 第2拍： 坐标进给 +X +Y +Y 第3拍： 新偏差计算 F1?F0?ye?0?6??6 F2?F1?xe??6?5??1 F3?F2?xe??1?5?4 第4拍： 终点判别 N?11?1?10 F1?0 F2?0 N?10?1?9 N?9?1?8 4 5 6 7 8 9 10 11 F3?0 +X +Y +X +Y +X +Y +X +Y F4?F3?ye?4?6??2 F5?F4?xe??2?5?3 F6?F5?ye?3?6??3 F7?F6?xe??3?5?2 F8?F7?ye?2?6??4 F9?F8?xe??4?5?1 F10?F9?ye?1?6??5 F11?F10?ye??5?5?0 N?8?1?7 N?7?1?6 N?6?1?5 N?5?1?4 F4?0 F5?0 F6?0 F7?0 F8?0 F9?0 F10?0 N?4?1?3 N?3?1?2 N?2?1?1 N?1?1?0 ???????计算步骤及结果正确得7分，每计算错误一步扣0.5分 插补结束 插补轨迹如下图所示：???????????3分（绘制且标注正确）

五、 论述题（每小题7分，共14分）

1．试讨论利用光栅的摩尔条纹特点如何来检测机床移动部件的位移、移动方向和移动的速度？

答：按摩尔条纹特点，可在摩尔条纹移动方向上开设四个窗口P1、P2、P4和P4，切使得它们两两相距1/4摩尔条纹宽度，可以从四个观察窗口得到如下结论：???????????????（1分）

1） 机床移动部件的位移检测：标尺光栅装在机床移动部件工作台上，赶上读数头装在床身上，当标尺光栅移动一个栅距时，摩尔条纹也移动一个摩尔条纹宽度。即透过任一窗口的光强度变化一个周期。所以

可观察窗口透过的光强变化的周期数来确定标尺光栅移动了几个栅距，从而测得机床工作台的位移。???????????（2分） 2） 确定移动部件的方向：从P1、P2、P4和P4四个窗口可得到在相位上依次超前或滞后1/4周期的近似余弦函数的光强度变化过程。当标尺光栅沿一个方向移动时，可得到四个光强信号，P1滞后P2π/2，P2滞后P3π/2, P3滞后P4π/2，则摩尔条纹反向移动时四个光强变化为P1超前P2π/2，P2超前P3π/2, P3超前P4π/2，我们就可断定标尺光标沿反向移动。即按四个观察窗口得到光强度变化的相互超前或滞后关系来确定机床移动部件的移动方向。??（2分）

3） 确定移动的速度：根据摩尔条纹的特点，标尺光栅的移动位移与摩尔条纹位移成正比，因此标尺光栅的移动速度与摩尔条纹的移动速度一致，也与观察窗口的光强度变化频率向对应。根据透过观察窗口的光强度变化的频率来确定标尺光栅的移动速度，即得到机床移动部件的移动速度。???????????（2分）

2． 试分别论述开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统的实现方式和特点。

答：开环控制方式通常是以步进电机或电液伺服马达为驱动元件，输入的数据经过数控系统的运算分配指令脉冲，每一个脉冲送给环形分配器驱动步进电机或电液伺服马达，使其转动一个角度带动传动机构，从而使被控制对象移动。这种方式对实际传动机构的动作完成与否不进行检查，驱动控制指令发出后不反馈会数控系统，这种控制方式容易掌握，调试方便，维修简单，但精度不高。（2分）

在数控设备的运动部件上装有测量元件，将运动部件的位置、速度信息及时反馈给伺服系统，伺服系统将指令位置，速度信息与实际信息进行比较并及时发出补偿控制指令，如果测量元件装在机械传动链末端部件上，如机床工作台上，则该系统为全闭环系统，或闭环系统，这种控制方式精度高，速度快，但维修和调试较困难。（3分）

如果测量元件装在机械传动链的中间部件上，如滚珠丝杠上，则该系统为半闭环系统，这种控制方式的精度比闭环的低。（2分）

六、 谈谈你对现代数控机床发展趋势的看法和学习体会。（11分）

答：运行高速化；（1分）加工高精化；（1分）功能复合化；（1分）控制智能化；（1分）体系开放化；（1分）驱动并联化；（1分） 交互网络化

自己谈学习体会（5分）