数控技术基础
数字控制（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）技术，简称数控技术，是一种自动控制技术，它利用数字化的信息对机床运动及
加工过程进行控制。采用数控技术的控制系统称为数控系统。采用通用计算机硬件结构，利用控制软件来实现数控功能的数控系统称为计算机数控（ＣｏｍｐｕｔｅｒＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）系统。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动及进给装置等部分。用数控技术实现加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（ＮＣ）机床。
５．１机床数控技术的基本概念
５．１．１数控机床的组成
数控机床是根据存储的工作程序，由数控装置控制设备的执行机构完成生产过程的。数控机床由控制介质、输入装置、数控装置、伺服系统和机床等部分组成，如图５．１．１所示。
１．控制介质
要对数控机床进行控制，就必须在人与机床之间建立某种联系，这种联系的媒介物即称为控制介质。把零件加工程序存储在一种介质上，如穿孔纸带、录音磁带、软磁盘或硬盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到数控装置内。２．输入装置
输入装置的作用是将程序载体内有关加工的程序输入数控装置。根据程序载体的不同，输入装置可以是光电阅读机、录音机或软盘驱动器等。
现代数控机床可以不用任何程序载体，将零件加工程序通过数控装置上的键盘，用手工方式（ＭＤＩ）输入，或将存储在计算机硬盘上的加工程序用通信方式传送到数控装置。
３．数控装置
数控装置是数控设备的控制核心。初期的数控装置是由各种记忆元件、逻辑元件等组成的分立元件逻辑电路，采用固定接线的硬件结构，系统由硬件接收、处理信息。随着科学技术的发展，数控装置开始采用微处理器和小型计算机，并由软件来实现部分或全部的数控功能，因而称其为计算机数控装置。
４．伺服系统
伺服系统包括伺服控制线路、功率放大线路、伺服电机等执行装置，如图５．１．２所示。它接收数控装置送来的各种动作命令，驱动数控机床进给传动系统运动。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。
５．机床
机床主要包括：主传动系统、进给传动系统以及辅助装置。对于加工中心，还有存放刀具的刀库、自动换刀装置（ＡＴＣ）和自动托盘交换装置等。５．１．２数控机床的工作原理
数控机床在加工零件时，首先应编制零件的数控程序（数控机床的工作指令），然后将数控程序输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、起停、进给运动方向、速度和位移的大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。数控机床的工作原理如图５．１．３所示。
５．１．３数控机床的分类
１．按工艺用途分类
（１）普通数控机床
普通数控机床有车、铣、钻、镗、磨床等。这类机床的工艺性能和通用机床相似，但它能加工具有复杂形状的零件。普通数控车床如图５．１．４所示。
（２）加工中心机床
这种数控机床是在普通数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置。工件经一次装夹后，数控系统自动更换刀具，连续地对工件各加工面进行铣、车、镗、钻、铰及攻螺纹等多工序的加工。
立式铣削加工中心如图５．１．５所示。
（３）多坐标数控机床
多坐标数控机床能加工某些形状复杂的零件，如螺旋桨、飞机机翼曲面等。它的
特点是数控系统控制的轴数较多，机床结构复杂，坐标轴数多少通常取决于加工零件的复杂程度和工艺要求。现在常用的有四、五、六坐标的数控机床，五坐标的数控机床如图５．１．６所示。
（４）数控特种加工机床
如数控线切割机床、数控电火花成形机床、数控激光切割机床等。数控线切割机床如图５．１．７所示。
２．按运动方式分类
（１）点位控制数控机床
数控系统控制刀具或机床工作台以适当速度，沿着平
行于某一坐标轴方向或与坐标轴成４５°的斜线进行加工，
但不能沿任意斜率的直线进行加工。这类数控机床主要
有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲剪床等。
（２）轮廓控制数控机床
数控系统能对两个或两个以上运动坐标的位移及速
度进行连续地相关控制，使合成的平面或空间运动轨迹能
满足轮廓曲线和曲面加工的要求。由于需要精确地同时
控制两个或更多的坐标运动，数据处理的速度比点位控制
系统可能高出１０００倍，所以机床的计算机要求具有较高
速度的数学运算和信息处理能力。这类数控机床主要有
数控铣床、数控车床等。
３．按伺服系统的控制方式分类
（１）开环控制系统数控机床
开环控制系统数控机床通常不带位置检测元件，而是使用功率步进电机作为执行元件。数控装置每发出一个指令脉冲，经驱动电路功率放大后，就驱动步进电机旋转一个角度，再由传动机构带动工作台移动。
（２）闭环控制系统数控机床
闭环控制系统数控机床是按闭环控制原理工作的。数控装置将位移指令与位置检测元件测得的工作台实际位置反馈信号随时进行比较，根据其差值及指令进给速度的要求，按一定的规律进行转换后，得到伺服系统的进给速度指令。此外，还利用与伺服电机同轴刚性连接的测速元器件，随时实测驱动电动机的转速，得到速度反馈信号，将它与速度指令信号相比较，得到速度误差信号，对驱动电动机的转速随时进行校正。利用上述的位置控制和速度控制的两个回路，可以获得比开环伺服系统精度更高、速度更快、驱动功率更大的特性指标。
（３）半闭环控制系统的数控机床
如果将位置检测元件安装在伺服电机的端部，或安装在传动丝杠端部，间接测量执行部件的实际位置或位移量，就是半闭环控制系统。它可以获得比开环控制系统更高的精度，但它的位移精度比闭环控制系统要低。由于位置检测元件安装方便、调试容易，现在大多数数控机床都采用半闭环控制系统。
４．按数控装置功能水平分类
（１）低档数控机床
这类数控机床大多采用开环控制系统，其功能简单、价格便宜，适用于自动化程度要求不高的场合。
（２）中档数控机床
这类数控机床功能较全、价格适中、应用较广。
（３）高档型数控机床
这类数控机床功能齐全、价格较贵，主要用于加工复杂零件的大中型机床及柔性制造系统、计算机集成制造系统中。
５．１．４数控机床的特点
与其他加工设备相比，数控机床具有如下特点：
１．加工零件的适应性强，灵活性好
数控机床能完成很多普通机床难以胜任，或者根本不可能加工出来的复杂型面的零件。这是由于数控机床具有多坐标轴联动功能，并可按零件加工的要求变换加工程序。因此，数控机床首先在航空航天等领域获得应用，在复杂曲面的模具加工、螺旋桨及涡轮叶片的加工中，也得到了广泛的应用。
２．加工精度高，产品质量稳定
由于数控机床按照预定的程序自动加工，不受人为因素的影响，其加工精度由机床来保证，还可利用软件来校正和补偿误差。因此，能获得比机床本身精度还要高的加工精度及重复精度。
３．生产率高
数控机床的生产率较普通机床的生产率高２～３倍。尤其是某些复杂零件的加工，生产率可提高十几倍甚至几十倍。这是因为数控机床加工能合理选用切削用量，机加工时间短。又由于其定位精度高，停机检测次数减少，加工准备时间也因采用通用工夹具而大大缩短。
４．减少工人劳动强度
数控机床主要是自动加工，能自动换刀、起停切削液、自动变速等，其大部分操作不需人工完成，因而改善了劳动条件。由于操作失误减少，也降低了废品、次品率。
５．生产管理水平提高
图５．１．８数控机床的适用范围
在数控机床上加工，能准确地计算零件加工时间，加强了零件的计时性，便于实现生产计划调度，简化和减少了检验、工夹具准备、半成品调度等管理工作。数控机床具有的通信接口，可实现计算机之间的联接，组成工业局部网络，采用制造自动化协议（ＭＡＰ）规范，实现生产过程的计算机管理与控制。５．１．５数控机床的适用范围
在机械加工中，大批量零件的生产宜采用专用机床或自动生
产线。对于小批量产品的生产由于生产过程中产品品种的变换
频繁、批量小、加工方法的区别大，宜采用数控机床。数控机床的
适用范围如图５．１．８所示。
图５．１．８所示为随零件复杂程度和零件批量的变化，通用
机床、普通机床和数控机床的运用情况。当零件不太复杂，生产
批量较小时，宜采用通用机床；当生产批量较大时，宜采用专用
机床；而当零件复杂程度较高时，宜采用数控机床。
５．２数控机床程序编制
数控机床是由计算机控制的，而计算机又必须通过程序控制机床。零件加工程序是控制机床运动的源程序，它提供编程零件加工时机床各种运动和操作的全部信息。主要有加工工序各坐标的运动行程、速度、联动状态、主轴的转速和转向、刀具的更换、切削液的打开和关断以及排屑等。
数控机床程序编制的方法有两种：即手工编程和自动编程。
５．２．１数控机床程序编制的内容和步骤
数控机床编程的主要内容有：分析零件图样、确定加工工艺过程、进行数学处理、编写程序清单、制作控制介质、进行程序检查、输入程序以及工件试切。数控机床编程的步骤一般如图５．２．１所示。
１．分析零件图样和工艺处理
首先根据图样对零件的几何形状尺寸、技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。２．数学处理
编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。但对于形状比较复杂的零件（如非圆曲线、曲面组成的零件）数控系统的插补功能不能满足零件的几何形状时，就需要计算出曲面或曲线上很多离散点，在点与点之间用直线段或圆弧段逼近，根据要求的精度计算出其节点间的距离，这种情况一般要用计算机来完成数值计算的工作。
３．编写零件程序清单
加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指令代码及程序段格式，逐段编写零件程序清单。此外，还应填写有关的工艺文件，如数控加工工序卡片、数控刀具明细表、工件安装和零点设定卡片、数控加工程序单等。
４．程序输入
以前，数控机床上使用的控制介质一般为穿孔纸带，穿孔纸带是按照国际标准化组织（ＩＳＯ）或美国电子工业学会（ＥＩＡ）标准代码制成。穿孔纸带上的程序代码，通过纸带阅读装置送入数控系统。现代数控机床，多用键盘把程序直接输入到计算机中。在通信控制的数控机床中，程序可以由计算机接口传送。如果需要保留程序，可拷贝到磁盘或录制到磁带上。
５．程序校验与首件试切
程序清单必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是将程序内容输入到数控装置中，让机床空切运转，若是平面工件，还可以用笔代刀，以坐标纸代替工件，画出加工路线，以检查机床的运动轨迹是否正确。在有图形显示功能的数控机床上，用模拟刀具切削过程的方法进行检验。但这些方法只能检验出运动是否
正确，不能查出被加工零件的加工精度。因此必须进行零件的首件试切。首次试切时，应该以单程序段的运行方式进行加工，随时监视加工状况，调整切削参数和状态，当发现有加工误差时，应分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正。
编程人员，不但要熟悉数控机床的结构、数控系统的功能及标准，而且还必须是一名好的工艺人员，要熟悉零件的加工工艺、装夹方法、刀具性能、切削用量的选择等方面的知识。
５．２．２程序编制有关指令代码和程序格式
１．准备功能与辅助功能代码
在数控加工程序中，用各种准备功能Ｇ指令与辅助功能Ｍ指令来描述工艺过程的各种操作和运动特性，Ｇ指令和Ｍ指令是程序的基础。
（１）准备功能Ｇ指令
Ｇ指令是使数控机床做某种操作的指令，用地址Ｇ和两位数来表示，从Ｇ００～Ｇ９９共１００种（见表５－１）
注：１．指定功能代码中，凡有小写字母ａ，ｂ，ｃ．．．等指示的，为同一类型的代码。在程序中，这种功能指令为保持型的，可以
为同类字母的指令所代替。
２．“不指定”代码，即在将来修订标准时，可能对它规定功能。
３．“永不指定”代码，即在本标准内，将来也不指定。
４．“○”符号表示功能仅在所出现的程序段内有用。
５．“＃”符号表示若选作特殊用途，必须在程序格式解释中说明。
６．本表参照标准ＪＢ３２０８—８３编写，功能栏（）内的内容，是为便于对功能的理解而附加的说明，一切内容以部颁标准为准。
（２）辅助功能Ｍ指令
Ｍ指令是控制机床开关功能的指令，格式是地址Ｍ和两位数来表示，从Ｍ００～
Ｍ９９共１００种（见表５－２）
注：１．本表参照ＪＢ３２０８—８３编写，功能栏（）内的内容，是为便于对功能的理解而附加的说明。
２．“＃”表示如选作特殊用途，必须在程序说明中标明。
３．Ｍ９０～Ｍ９９可指定为特殊用途。
４．“不指定”代码，在将来修订标准时，可能对它规定功能。
２．程序结构与程序段中“功能字”的意义
（１）加工程序的结构
零件加工程序由主程序和可被主程序调用的子程序组成，子程序有多级嵌套。无论主程序和子程序，都是由程序号、结束符及若干个按规定格式书写的“程序段”（ｂｌｏｃｋ）组成。每个程序段由按一定顺序和规定排列的“程序字”也称为“功能字”，简称“字”（ｗｏｒｄ）组成。字是由表示地址的英文字母或特殊文字和数字组成。字是表示某种功能的代码符号，也称为指令代码、指令或代码。（２）程序段中“功能字”的意义
①程序段序号它是程序段中最前面的字，由字母Ｎ和其后三位或四位数字组成，用来表示程序执行的顺序，用作程序段的显示和检索。有的数控系统也可没有程序段序号。
②准备功能字准备功能也叫Ｇ功能（或机能、代码、指令），由字母Ｇ和其后两位数字组成（现在已有三位数Ｇ代码）。Ｇ功能是基本的数控指令代码，用于指定数控装置在程序段内准备某种功能。
③坐标字坐标字也叫尺寸字，用来给定机床各坐标轴的位移量和方向。坐标字由坐标的地址代码、正负号、绝对值或增量值表示的数值三部分组成。坐标的地址代码为：Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ等，坐标的数量由插补指令决定；数值部分为正值时“＋”号可省略；数值带小数点时，小数点前一位的单位为ｍｍ，不使用小数点时，有些系统以系统
分辨率（或脉冲当量）为单位；数值的位数由数控系统规定。有的数控系统数值
的格式与手写一样。
④进给功能字进给功能也叫Ｆ功能，表示刀具相对于工件的运动速度。进给功能字由字母Ｆ和其后的几位数字组成。进给速度指定方法有多种，现在常用的指定方法有直接指定法和时间倒数指定法。
⑤主轴转速功能字主轴转速功能也称Ｓ功能，用以设定主轴速度。它由字母Ｓ和其后的几位数字组成，Ｓ功能的指定方法现在一般采用直接指定法，既在Ｓ后面直接写上要求的主轴转速，单位为ｒ／ｍｉｎ；当主轴在恒线速度指定时，单位为ｍ／ｍｉｎ。
⑥刀具功能字刀具功能也叫Ｔ功能，它在更换刀具时用来指定刀具号和刀具长度补偿。刀具功能由字母Ｔ和其后的几位数字组成。对不同的数控系统有不同的指定方法和含义，例如Ｔ１４，可表示选择１４号刀具，刀具长度补偿按１４号数字拨盘所设定的数字进行补偿；也可表示选择１号刀具，按存储在内存中的４号补偿值进行长度补偿。
⑦辅助功能字辅助功能也叫Ｍ功能，用它指定主轴的起停、冷却液通断等规定的辅助功能（数控系统具有的开关量功能）。它由字母Ｍ和其后的二位数字组成。此外还有许多开关量功能的设定，由ＰＬＣ程序设计解决。
⑧程序段结束符程序段的末尾必须有一个程序段结束符号，ＩＳＯ标准中的程序段结束符号为ＬＦ，ＥＩＡ标准中为ＣＲ。为简化，程序段结束符有的系统用“＊”，“；”或其他符号表示。
５．２．３编程实例
在数控铣床上加工图５．２．２所示的零件，加工程序如下：
Ｏ０００１；程序号
Ｎ１０Ｇ９２Ｘ０Ｙ０Ｚ５０；建立工件坐标系，工件原点Ｏ，确定对刀点
Ｎ２０Ｍ０３Ｓ８００；主轴正转，转速８００ｒ／ｍｉｎ
Ｎ３０Ｇ９０Ｇ００Ｚ２；快进至离工件表面２ｍｍ
·１０９·
Ｎ４０Ｇ０１Ｚ－３Ｆ１００；工作进给至Ｚ－３处
Ｎ５０Ｇ０１Ｇ４１Ｘ２０Ｙ１４；直线插补到Ｘ２０，Ｙ１４，刀具
半径补偿
Ｄ０１Ｆ１００；Ｄ０１＝１０ｍｍ，进给速度１０
０ｍｍ／ｍｉｎ
Ｎ６０Ｇ０１Ｙ６２Ｆ１００；加工Ａ－Ｂ
Ｎ７０Ｇ０２Ｘ４４Ｙ８６Ｉ２４Ｊ０；加工圆弧ＢＣ
Ｎ８０Ｇ０１Ｘ９６；加工Ｃ－Ｄ
Ｎ９０Ｇ０３Ｘ１２０Ｙ６２Ｉ２４Ｊ０；加工圆弧ＤＥ
Ｎ１００Ｇ０１Ｙ４０；加工ＥＦ
Ｎ１１０Ｇ０１Ｘ１００Ｙ１４；加工ＦＧ
Ｎ１２０Ｇ０１Ｘ２０；加工ＧＡ
Ｎ１３０Ｇ００Ｇ４０Ｘ０Ｙ０；快进至工件原点，取消刀补
Ｎ１４０Ｇ００Ｚ５０；快速退刀，离开工件表面５０ｍｍＮ１５０Ｍ０５；主轴停转
Ｎ１６０Ｍ３０；程序结束
５．３插补原理
数控机床加工的零件，其外形往往由复杂的曲面组成，这就要求数控装置根据控制指令和数据，一边计算，一边根据计算结果向各个坐标方向分配进给脉冲，从而控制刀具相对于工件表面的运动轨迹，把工件加工成所要求的形状和尺寸。数控装置所进行的这种计算就叫插补运算。它也是数控装置中数控软件的核心。目前使用的插补运算有两类：一类是脉冲增量插补；另一类是数据采样插补。脉冲增量插补就是分配脉冲的计算，在插补过程中不断向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲，控制机床坐标做相应的移动。脉冲增量插补算法中较为成熟并得到广泛应用的有：逐点比较法、数字积分法和比较积分法等。下面以逐点比较法为例介绍插补运算。
５．３．１逐点比较法插补原理
逐点比较法又称为代数运算法。它的基本原理是：数控装置在控制刀具按要求的轨迹移动过程中，不断比较刀具与给定轮廓的误差，由此误差决定下一步刀具移动方向，使刀具向减少误差的方向移动，且只有一个方向移动。
利用逐点比较法进行插补每进给一步都要经过四个工作节拍（图５．３．１）。
第一节拍———偏差判别 判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏离情况，以此决定刀具移动方向；
第二节拍———进给 根据偏差判别结果，控制刀具相对于工件轮廓进给一步，即向给定的轮廓靠拢，减少偏差；
第三节拍———偏差计算 由于刀具进给已改变了位置，因此应计算出刀具当前位置的新偏差，为下一次判别作准备；
第四节拍———终点判别 判别刀具是否已到达被加工轮廓线段的终点。若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则继续插补。如此不断重复上述四个节拍就可以加工出所要求的轮廓。
逐点比较法既可作为直线插补，又可作圆弧插补。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，在两坐标联动的数控机床中应用较为广泛。
５．３．２ 直线插补
１．偏差计算
设被加工直线ＯＥ位于ｘＯｙ平面的第一象限内，起点为坐标原点，终点为Ｅ（ｘｅ，ｙｅ）如图５．３．２所示。
图５．３．２ 直线方程
直线方程为： ｘ／ｙ＝ ｘｅ／ｙｅ （５．１）
改写为： ｙｘｅ －ｘｙｅ ＝０ （５．２）
直线插补时，所在位置可能有三种情况：位于直线ｙ的上方（如
Ａ点）；位于直线的下方（如Ｃ点）；在直线上（如Ｂ点）。
对于位于直线的上方的点Ａ（ｘａ，ｙａ），则有
ｙａｘｅ －ｘａｙｅ＞０
对于位于直线下方的点Ｃ（ｘｃ
，ｙｃ），则有
ｙｃｘｅ － ｘｃｙｅ ＜０
对于位于直线上的点Ｂ（ｘｂ，ｙｂ），则有
ｙｂｘｅ－ｘｂｙｅ＝０
因此可以取偏差判别函数Ｆ为
Ｆ＝ ｙｘｅ－ｘｙｅ （５．３）
用此式来判别刀具和直线的偏差。
综合以上三种情况，偏差判别函数Ｆ与刀具位置有以下关系：Ｆ＝０，刀具在直线上；
Ｆ＞０，刀具在直线上方；
Ｆ＜０，刀具在直线下方。
为了便于计算机计算，下面将Ｆ的计算简化如下：
设在第一象限中的点（ｘ
ｉ，ｙ
ｉ
）的Ｆ值为Ｆｉ，则
Ｆ
ｉ＝ｙ
ｉ
ｘ
ｅ
－ｘ
ｉ
ｙ
ｅ
若沿＋ｘ方向走一步，则
因此，新的偏差判别函数为
若沿＋ｙ方向走一步，则
此时，新的偏差判别函数为
２．进给
第一象限直线偏差判别函数与进给方向的关系如下：
Ｆ≥０，沿＋ｘ方向走一步，Ｆ←Ｆ－ｙ
ｅ
（５．４）
Ｆ＜０，沿＋ｙ方向走一步，Ｆ←Ｆ＋ｘ
ｅ
（５．５）
３．终点判别
每进给一步后，都要进行一次终点判别，以确定是否到达直线终点。直线插补的终点判别，
可采用两种方法：一是把每个程序段中的总步数求出来，即ｎ＝｜ｘｅ
｜＋｜ｙｅ｜，每走一步ｎ－１，直到ｎ＝０时为止；二是每走一步判断ｘｉ－ｘｅ
≥０，且ｙ
ｉ－ｙ
ｅ
≥０是否成立。如果成立，插补结束。
４．直线插补软件流程图
逐点比较法第一象限直线插补软件流程图如图５．３．３所示。
５．直线插补举例
例５．１设欲加工第一象限直线ＯＥ，终点坐标为ｘｅ＝３，ｙｅ＝５，用逐点比较法加工直线ＯＥ。
解总步数ｎ＝３＋５＝８
开始时刀具在直线起点，即在直线上，故Ｆ０＝０，表５－３列出了直线插补
运算过程，插补轨迹见图５．３．４。
５．３．３ 圆弧插补
１．偏差计算
现以第一象限逆圆为例推导出偏差计算公式。设圆弧起点为（ｘｓ，ｙｓ），终点为（ｘｅ，ｙｅ），以圆心为坐标原点，见图５．３．５。
设圆上任意一点为（ｘ，ｙ），则下式成立
（５．６）
取偏差函数Ｆ为
（５．７）
若Ｆ＞０，则动点在圆弧外侧；
Ｆ＝０，则动点在圆弧上；
Ｆ＜０，则动点在圆弧内侧。
设第一象限动点（ｘｉ，ｙｉ）的Ｆ值为Ｆｉ，则
若动点沿－ｘ方向走一步后，则
若动点沿＋ｙ方向走一步后，则
２．进给
第一象限逆圆偏差判别函数Ｆ与进给方向的
关系如下：
３．终点判断
圆弧插补时每进给一步也要进行终点判断，其
方法与直线插补相同。
４．圆弧插补软件流程图
逐点比较法第一象限逆圆软件流程图如图
５．３．６所示。
５．圆弧插补举例
例５．２设ＡＢ为第一象限逆圆弧，起点为
Ａ（５，０），终点为Ｂ（０，５），用逐点比较法加工圆弧ＡＢ。
解ｎ＝∣５－０∣＋∣０－５∣＝１０
开始加工时刀具在起点，即在圆弧上，Ｆ０＝０。
加工运算过程见表５－４，插补轨迹见图５．３．７。
５．３．４象限处理与坐标变换
１．直线插补的象限处理
前面介绍的插补运算公式只适用于第一象限的直线，若不采取措施不能适用其他象限的直线插补。
对于第二象限直线，ｘ的进给方向与第一象限不同，在偏差计算中只要将ｘｅ取绝对值，代入第一象限的插补运算公式即可插补运算。同理，第三、第四象限也将ｘｅ、ｙｅ取绝对值代入第一象限的插补运算公式即可插补运算。所以不同象限的直线插补共用一套公式，所不同的是进给方向。四个象限各轴插补运动方向如图５．３．８所示。
２．圆弧插补的象限处理
在圆弧插补中，仅讨论了第一象限的逆圆弧插补，实际上圆弧所在的象限不同，顺逆不同，则插补公式和进给方向均不同。圆弧插补８种情况，如图５．３．９
所示。
第5 章习题解答 5.1 数控加工编程的方法有几种？ 数控编程有两种方法：手工编程和自动编程。 5.2 数控加工编程的一般步骤是什么？ 数控编程的一般步骤为： ⒈分析零件图纸，确定工艺过程；⒉数值计算；⒊编写加工程序单；⒋程序输入；⒌校对检查程序；⒍ 首件加工。 5.3 机床坐标系确定的原则是什么？什么叫机床原点和零点？ 数控机床采用统一的标准笛卡儿直角坐标系。通常约定机床主轴轴线为Z 轴。X 轴是水平的，它平行于工件的装夹面。Y 轴垂直于X、Z 坐标轴。Y 轴的正方向根据X 和Z 轴的正方向，按照标准笛卡儿直角坐标系来判断。 机床坐标系的原点称为机床零点或机床原点（X=0，Y=0，Z=0）。机床零点是机床上的一个固定点，由机床制造厂确定。 5.4 什么叫编程原点和工件原点？它们之间有何关系？ 工件坐标系的原点即是工件零点。编程零点即是程序零点。一般对于简单零件，工件零点就是编程零点。而对形状复杂的零件，需要编制几个程序或子程序。为了编程方便和减少许多坐标值的计算，编程零点就不一定设在工件零点上，而设在便于程序编制的位置上。 5.5 程序段中包含的功能字有几种？程序段格式有哪些？ 程序段中包含的功能字有准备功能字、坐标功能字、进给功能字、辅助功能字、主轴功能字、刀具功能字。程序段格式有：可变程序段格式；分格符程序段格式；固定程序段格式。 5.6 什么叫准备功能指令和辅助功能指令？它们的作用如何？ 准备功能指令是用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿和坐标偏置等多种加工操作。辅助功能M 指令，简称辅助功能，也叫M 功能。它是控制机床或系统开、关功能的一种命令。如冷却液开、关，主轴正、反转等。 5.7 试述G00、G01、G02、G03 使用特点。 G00 后面给出快速定位终点坐标，不需要指定速度；G01 后面给出直线插补的终点坐标，并指定进给速度；G02、G03 指定顺时针或逆时针圆弧插补，后面给出圆弧终点坐标、圆心矢量（或半径）和进给速度。 5.8 M00、M02、M30 的区别是什么？
数控技术第二版章节练习答案 第一章绪论 1.1数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？ 答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。 数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工 1.2 数控机床的组成及各部分基本功能 答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成 输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印 数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。 伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。 测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。 机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。 1.3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？ 答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。 （2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。 如：简易数控车床和简易数控铣床等。 （3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。 1.4．数控机床有哪些特点？ 答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。 适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等 1.5．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？ 答：（1）开环控制的数控机床； 其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。 （2）闭环控制系统；
机床数控技术精品课程习题及答案 第五章 位置检测装置 1.位置检测装置在数控机床中的作用? 答：位置检测装置主要用于数控机床的进给伺服系统中，做闭环控制的位置和速度的检测和反馈，以实现数控系统的精确控制。 2.伺服系统中常用的位置检测装置有哪几种？ 答：伺服系统中常用的位置检测装置有：旋转变压器、感应同步器、脉冲编码器、光栅尺、磁栅尺、球栅尺等。 3.无刷旋转变压器有何特点？ 答：无刷旋转变压器将感应信号通过变压器输出，提高了使用寿命实用性。 4.增量时脉冲编码器和绝对式脉冲编码器的主要区别是？ 答：增量式编码器和绝对式脉冲编码器的主要区别在于，前者只能检测相对位移，后者可以检测绝对位移，前者结构简单成本低，后者结构复杂成本高，前者主要用于中档数控机床，后者主要用于高端数控机床。 5.光栅尺原理结构的主要特点是？ 答：光栅尺原理结构的主要特点是将莫尔条纹的移动转换成位移量，实现光电转换检测。 机床数控技术精品课程习题及答案 王俊元 20150726 第六章 数控机床的伺服系统 1.数控伺服系统的位置控制包括那几个环节? 答：数控伺服系统的位置控制是保证精度的核心环节，包括位置闭环、速度闭环以及电流闭环。一般称为三环控制伺服系统。 2.数控机床主轴常用那些伺服电机？ 答：数控机床主轴常使用的伺服电机有以下两类。
①他励式直流伺服电机，老机床用的多； ②鼠笼式交流异步电动机，新机床用的多。 3.数控机床进给伺服系统常使用哪几种伺服电机？ 答：数控机床进给伺服系统常使用以下三类伺服电机。 ①永磁同步交流伺服电机； ②无刷直流伺服电机； ③直线电动机，新机床有所使用。 4.他励式主轴直流伺服电机的驱动控制系统有何特点？ 答：他励式主轴直流伺服电机驱动控制系统的特点是，电枢电压和励磁电压两个闭环控制回路独立运行。在额定转速以下，保持励磁电压最大并恒定，单独控制电枢电压调速，用于低速大扭矩初加工；在额定转速以上，保持电枢电压最大并恒定，调节励磁回路电压，实现降压升速控制，用于精加工高速切削。 5.交流伺服驱动技术的核心是？ 答：交流伺服驱动技术也叫变频调速技术，其核心是采用SPWM技术调节交流电频率，实现交流伺服电机调速控制的目的。具体电路实现是，首先用功率电子器件将工频交流电整流为直流电，然后再用大功率三极管将其逆变为所需频率的交流电。速度指令通过SPWM电路，生成SPWM脉冲，顺序施加于六个大功率三极管的控制极，输出的三相交流电频率和指令成比例。
一． IPC5313并行输入 / 输出接口卡基本参数： 四个已经设计好的口地址：0X150,0X151,0X152,0X153, 0X 表示是用16进制数表示。每个口地址有8根数据线：0x150口：1，2，3……8号数据线，9，10号地线内部连接在一起，为1，2，3，4，5，6，7，8号数据线的地线；0x151口：11，12，13……18号数据线，19，20号地线内部连接，为该数据现的地线，0x152口：21，22，23……28号数据线，29，30号地线内部连接，为该数据现的地线，0x153口：31，32，33……38号数据线，39，40号地线内部连接，为该数据现的地线。各个口的8条数据线依次分别对应8位数据位：D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0。编程时按位控制，这8位数据位分别对应8条数据线，控制外设。 IPC5313 并行输入 输出卡
二 . 计算机持续信号、脉冲信号控制强电原理、测试与故障维修 图2-1 计算机持续信号控制强电方案 （a）主电路图 （b）控制电路 （c）计算机接口电路 （1）如图2-1-5所示为主电路、控制电路和计算机接口电路图，计算机向D1、D2引脚发出低电平，再向D0引脚发出高电平，则直流继电器线圈J1带电，J2、J3不带电，常开触点J2、J3断开，J1闭合，交流接触器KM1线圈带电，其常开触点闭合，电机M正转。 （2）计算机向D0、D2引脚发出低电平，再向D1引脚发出高电平，则直流继电器线圈J1和J3不带电，常开触点J1断开，而线圈J2带电，常开触点J2闭合，交流接触器KM2线圈带电，其常开触点闭合，电机M反转。 （3）计算机向D0、D1发出低电平，向D2发出高电平，则直流继电器线圈J1、J2不带电，J3带电，常开触点J1、J2均断开，交流接触器KM1和KM2线圈均不带电，其常开触点断开，电机M停转。 持续信号控制若仅仅为了控制电机通断电，J3就没有必要接，若还有其他互锁等控制，就接上J3,数控系统设计上充分为用户提供多功能需求。 按上述三种情况计算机向D0、D1发出信号后，一直保持不变才能保证电机运行状态不变，即叫持续信号控制方案。 数控机床上计算机用持续信号控制主轴电机正转指令M03、反转指令M04、停转指令M05，其原理就是如图2-1所述的原理。 三. 计算机脉冲信号控制强电方案 （1）主电路如图2-1（a），控制电路和计算机接口电路如图2-2(a)(b)所示，计算机向D1、D2引脚发出低电平后，再向D0引脚发出高电平，则直流继电器线圈J2、J3不带电，而J1带电，常开触点J1闭合，交流接触器KM1线圈带电，其辅助常开触点自锁，主触点KM1闭合，电机M正转，这时再向D0位发出低电平，芯片和J1均不带电，但因自锁电机一直正转。 （2）计算机向D0、D1位发出低电平，再向D2位发出高电平，则直流继电器线圈J1、J2不带电，而J3带电，常闭触点J3断开，交流接触器KM1、KM2线圈不带电，电机M停转。
数控技术基础 数字控制（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）技术，简称数控技术，是一种自动控制技术，它利用数字化的信息对机床运动及 加工过程进行控制。采用数控技术的控制系统称为数控系统。采用通用计算机硬件结构，利用控制软件来实现数控功能的数控系统称为计算机数控（ＣｏｍｐｕｔｅｒＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）系统。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动及进给装置等部分。用数控技术实现加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（ＮＣ）机床。 ５．１机床数控技术的基本概念 ５．１．１数控机床的组成 数控机床是根据存储的工作程序，由数控装置控制设备的执行机构完成生产过程的。数控机床由控制介质、输入装置、数控装置、伺服系统和机床等部分组成，如图５．１．１所示。 １．控制介质 要对数控机床进行控制，就必须在人与机床之间建立某种联系，这种联系的媒介物即称为控制介质。把零件加工程序存储在一种介质上，如穿孔纸带、录音磁带、软磁盘或硬盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到数控装置内。２．输入装置 输入装置的作用是将程序载体内有关加工的程序输入数控装置。根据程序载体的不同，输入装置可以是光电阅读机、录音机或软盘驱动器等。 现代数控机床可以不用任何程序载体，将零件加工程序通过数控装置上的键盘，用手工方式（ＭＤＩ）输入，或将存储在计算机硬盘上的加工程序用通信方式传送到数控装置。 ３．数控装置 数控装置是数控设备的控制核心。初期的数控装置是由各种记忆元件、逻辑元件等组成的分立元件逻辑电路，采用固定接线的硬件结构，系统由硬件接收、处理信息。随着科学技术的发展，数控装置开始采用微处理器和小型计算机，并由软件来实现部分或全部的数控功能，因而称其为计算机数控装置。 ４．伺服系统 伺服系统包括伺服控制线路、功率放大线路、伺服电机等执行装置，如图５．１．２所示。它接收数控装置送来的各种动作命令，驱动数控机床进给传动系统运动。它的伺服精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。
《数控技术》各章节模拟试卷 第一章数控技术概论 一、名词解释： 1、技术： 2、计算机数控（CNC)： 3、数控机床： 4、点位直线控制系统： 5、轮廓控制系统： 6、开环伺服系统： 7、闭环伺服系统： 8、半闭环伺服系统： 二、判断题 1、（）开环控制系统没有位置反馈，只能应用于精度要求不高的经济型数控系统中。 2、（）半闭环控制系统一般采用角位移检测装置间接地检测移动部件的直线位移。 3、（）数控技术是FMS不可缺少的工作单元，但在CIMS中运用不多。 4、（）全功能数控系统应配置高速、功能强的可编程序控制器。 5、（）数控机床要完成的任务只是控制机床的进给运动，达到能加工复杂零件的要求。 三、单项选择 1、数控机床的传动系统比通用机床的传动系统__ _______。 A、复杂； B、简单； C、复杂程度相同； D、不一定； 2、数控机床的进给运动是由____ ______完成的。 A、进给伺服系统； B、主轴伺服系统； C、液压伺服系统； D、数字伺服系统； 3、数控折弯机床按用途分是一种_____数控机床。 A、金属切削类； B、金属成型类； C、电加工； D、特殊加工类； 4、只有装备了________的数控机床才能完成曲面的加工。 A、点位控制； B、直线控制； C、轮廓控制； D、B-SURFACE 控制 5、闭环与半闭环控制系统的区别主要在于_________的位置不同。 A、控制器； B、比较器； C、反馈元件； D、检测元件； 三、多项选择： 1、NC加工程序是NC机床自动加工零件的_________。 A、输入介质 B、存储载体 C、加工指令 2、NC机床的输入介质是指_________ A、加工程序单 B、光电阅读机 C、磁带和磁盘 3、欲加工一条与X轴成30o的直线轮廓。应采用_________数控机床。 A、点位控制 B、直线控制 C、轮廓控制 4、点位控制机床是指_________的数控机床。 A、仅控制刀具相对于工件的定位点坐标，不规定刀具的运动轨迹。 B、必须采用开环控制 C、刀具沿各坐标轴的运动之间有确定的函数关系 5、开环控制系统的驱动电机应采用_________。
第一章绪论 简答题答案，没有工艺题的 1 什么是数控机床 答：简单地说，就是采用了数控技术（指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机床机械设备进行控制的一门技术）的机床；即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的道具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 2 数控机床由哪几部分组成？各组成部分的主要作用是什么？ 答：（1）程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。 （2）数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。 （3）伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。 （4）机床主体（主机）：包括机床的主运动、进给运动部件。执行部件和基础部件。 3 数控机床按运动轨迹的特点可分为几类？它们特点是什么？ 答：（1）点位控制数控机床：要求保证点与点之间的准确定位（它只能控制行程的终点坐标，对于两点之间的运动轨迹不作严格要求；对于此类控制的钻孔加工机床，在刀具运动过程中，不进行切削加工）。 （2）直线控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。 （3）轮廓控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要按一定的曲线进行；即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。 4 什么是开环、闭环、半闭环伺服系统数控机床？它们之间有什么区别？ 答：(1)开环：这类机床没有来自位置传感器的反馈信号。数控系统将零件程序处理后，输出数字指令后给伺服系统，驱动机床运动；其结构简单、较为经济、维护方便，但是速度及精度低，适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。 （2）闭环：这类机床上装有位置检测装置，直接对工件的位移量进行测量；其精度高，但系统设计和调整困难、结构复杂、成本高，主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精密车床、超精密铣床、加工中心等。 （3）半闭环：这类数控机床采用安装在进给丝杠或电动机端头上的转角测量元件测量丝杠旋转角度，来间接获得位置反馈信息；可获得较为满意的精度和速度，大多数数控机床采用它，如数控车床、数控铣床和加工中心等。
章节练习答案 第一章绪论 1．数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么 答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。 2．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床各有何特点 答：（1）开环控制的数控机床； 其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。 （2）闭环控制系统； 其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。 （3）半闭环控制系统： 其特点：a. 反馈信号取自于传动链的旋转部位；b. 检测电动机轴上的角位移；c. 精度及稳定性较高，价格适中。应用最普及。 3．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床三者如何区别 答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。 （2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。 如：简易数控车床和简易数控铣床等。 （3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。 4．数控机床有哪些特点 答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。 适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等
数控技术董玉红第5章习题 解答 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第5章习题解答 5.1 数控加工编程的方法有几种？ 数控编程有两种方法：手工编程和自动编程。 5.2 数控加工编程的一般步骤是什么？ 数控编程的一般步骤为： ⒈分析零件图纸，确定工艺过程；⒉数值计算；⒊编写加工程序单；⒋程序输入；⒌校对检查程序；⒍首件加工。 5.3 机床坐标系确定的原则是什么什么叫机床原点和零点 数控机床采用统一的标准笛卡儿直角坐标系。通常约定机床主轴轴线为 Z 轴。X 轴是水平的，它平行于工件的装夹面。Y 轴垂直于 X、Z 坐标轴。Y 轴的正方向根据 X 和 Z 轴的正方向，按照标准笛卡儿直角坐标系来判断。 机床坐标系的原点称为机床零点或机床原点（X=0，Y=0，Z=0）。机床零点是机床上的一个固定点，由机床制造厂确定。 5.4 什么叫编程原点和工件原点它们之间有何关系 工件坐标系的原点即是工件零点。编程零点即是程序零点。一般对于简单零件，工件零点就是编程零点。而对形状复杂的零件，需要编制几个程序或子程序。为了编程方便和减少许多坐标值的计算，编程零点就不一定设在工件零点上，而设在便于程序编制的位置上。 5.5 程序段中包含的功能字有几种程序段格式有哪些 程序段中包含的功能字有准备功能字、坐标功能字、进给功能字、辅助功能字、主轴功能字、刀具功能字。程序段格式有：可变程序段格式；分格符程序段格式；固定程序段格式。 5.6 什么叫准备功能指令和辅助功能指令它们的作用如何 准备功能指令是用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿和坐标偏置等多种加工操作。辅助功能 M 指令，简称辅助功能，也叫 M 功能。它是控制机床或系统开、关功能的一种命令。如冷却液开、关，主轴正、反转等。 5.7 试述G00、G01、G02、G03 使用特点。 G00 后面给出快速定位终点坐标，不需要指定速度；G01 后面给出直线插补的终点坐标，并指定
数控技术第二版课后答 案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
数控技术第二版章节练习答案 第一章绪论 数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？ 答：数控机床由输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件构成。 数控加工程序的编制-输入-译码-刀具补偿-插补-位置控制和机床加工 数控机床的组成及各部分基本功能 答：组成：由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成 输入输出设备：实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印 数控装置：接受来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。 伺服系统：接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件。 测量反馈装置：检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。 机床本体：用于完成各种切削加工的机械部分。 ．什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？ 答：（1）点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。 （2）直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位，又要控制两相关点之间的位移速度和路线。b.通常具有刀具半径补偿和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。 如：简易数控车床和简易数控铣床等。 （3）连续控制数控机床（轮廓控制数控机床）：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。 ．数控机床有哪些特点？ 答：a．加工零件的适用性强，灵活性好；b．加工精度高，产品质量稳定；c．柔性好；d．自动化程度高，生产率高；e．减少工人劳动强度；f．生产管理水平提高。 适用范围：零件复杂、产品变化频繁、批量小、加工复杂等 ．按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特点？ 答：（1）开环控制的数控机床； 其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d. 价格低廉，精度及稳定性差。 （2）闭环控制系统； 其特点：a. 反馈信号取自于机床的最终运动部件（机床工作台）；b. 主要检测机床工作台的位移量；c. 精度高，稳定性难以控制，价格高。 （3）半闭环控制系统： 其特点：a. 反馈信号取自于传动链的旋转部位；b. 检测电动机轴上的角位移；c. 精度及稳定性较高，价格适中。应用最普及。
第5 章习题解答 5、1 数控加工编程得方法有几种？ 数控编程有两种方法:手工编程与自动编程。 ５、2 数控加工编程得一般步骤就是什么? 数控编程得一般步骤为： ⒈分析零件图纸,确定工艺过程；⒉数值计算;⒊编写加工程序单；⒋程序输入；⒌校对检查程序；⒍ 首件加工。 5、3 机床坐标系确定得原则就是什么？什么叫机床原点与零点? 数控机床采用统一得标准笛卡儿直角坐标系.通常约定机床主轴轴线为Ｚ轴。X 轴就是水平得,它平行于工件得装夹面。Y 轴垂直于X、Ｚ坐标轴。Y 轴得正方向根据Ｘ与Z 轴得正方向，按照标准笛卡儿直角坐标系来判断。 机床坐标系得原点称为机床零点或机床原点（X=0，Ｙ=0,Z＝0）。机床零点就是机床上得一个固定点,由机床制造厂确定。 5、４什么叫编程原点与工件原点？它们之间有何关系? 工件坐标系得原点即就是工件零点.编程零点即就是程序零点。一般对于简单零件，工件零点就就是编程零点。而对形状复杂得零件，需要编制几个程序或子程序.为了编程方便与减少许多坐标值得计算，编程零点就不一定设在工件零点上,而设在便于程序编制得位置上。 5、5 程序段中包含得功能字有几种？程序段格式有哪些？ 程序段中包含得功能字有准备功能字、坐标功能字、进给功能字、辅助功能字、主轴功能字、刀具功能字。程序段格式有:可变程序段格式;分格符程序段格式;固定程序段格式。 5、6 什么叫准备功能指令与辅助功能指令?它们得作用如何？ 准备功能指令就是用来规定刀具与工件得相对运动轨迹(即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿与坐标偏置等多种加工操作.辅助功能M 指令,简称辅助功能，也叫M 功能。它就是控制机床或系统开、关功能得一种命令。如冷却液开、关,主轴正、反转等。 5、７试述Ｇ00、Ｇ0１、G02、G0３使用特点。 G0０后面给出快速定位终点坐标,不需要指定速度;Ｇ01 后面给出直线插补得终点坐标，并指定进给速度;Ｇ０２、G03 指定顺时针或逆时针圆弧插补，后面给出圆弧终点坐标、圆心矢量(或半径) 与进给速度. 5、8 M00、M02、M3０得区别就是什么?
一、填空 1、控车床在加工中为了实现对车刀刀尖磨损量的补偿，可沿假设的刀尖方向，在刀尖半径值上，附加一个刀具偏移量，这称为（刀具半径补偿）。 2、刀具半径补偿的目的是是数控编程时只需按（工件轮廓）进行，不需要考虑道具偏离工件的数值。 3、C功能刀具半径补偿原理是，（一次对两段进行处理，即先预处理本段，然后根据下一段的方向来确定其刀具中心轨迹的段间过渡状态，从而便完成了本段的刀补运算处理，然后再从程序段缓冲器再读一段，用于计算第二段的刀补轨迹，以后按照这种方法进行下去，直至程序结束为止。） 4、数控技术中常用的插补算法有（脉冲增量插补法）和（数据采样插补法）。 5、切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。 6、数控系统按照有无检测反馈装置分为开环数控机床和闭环数控机床两大类。 7、所谓“插补”就是指在一条已知起点和终点的曲线上进行数据 点的密化的过程。 8、CNC系统中，实时性要求最高的任务是增大和位控。 二、判断
1、（√）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。 2、（×）点位控制系统不仅要控制从一点到另一点的准确定位，还要控制从一点到另一点的路径。 3、√）刀具半径补偿是一种平面补偿，而不是轴的补偿。 4、（√）数控车床的刀具补偿功能有刀尖半径补偿与刀具位置补偿。 5、（√）面铣刀适合于加工平面，尤其适合加工大面积平面。 6、CNC系统中，由硬件完成的功能原则上不可以用软件完成。（×） 7、立铣刀有双齿、三齿、甚至多齿等多种类型。（√） 8、步进电机的步距角越大，控制精度越高。（×） 三、选择题 1、常数控系统除了直线插补外，还有（B）。 A．正弦插补B 圆弧插补C 抛物线插补 2、刀具半径补偿执行过程有哪三步?(ABC) A建立过程B执行过程C取消过程 3、数控机床的检测反馈装置的作用是：将其准确测得的（B）数据迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较和处理。 A．直线位移B. 角位移或直线位移C.角位移D.直线位移和角位移
2012/2013学年第一学期《数控技术》第二章试卷 (适用于10模具) 一、填空 1、常用的基准脉冲插补法有逐点比较法、数字积分插补法两种。 2、数控车床中常用的速度控制方法有时钟中断法、程度延时法两种。 3、逐点比较法直线插补计算步骤有偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判别四种。 4、插补运算的类型有硬件插补、软件插补、软硬件相结合插补三种。 5、数控技术中常用的插补算法有脉冲增量插补法和数据采样插补法两种。 6、刀具半径补偿执行过程一般分为刀具补偿建立、刀具补偿进行、刀具补偿撤销三个步骤。 7、实现CNC系统模块化设计的条件是总线的标准化。 8、插补工作由前台程序完成，译码由后台程序完成。 9、刀补分为长度补偿、刀尖半径补偿。 10、刀具半径补偿功能的实质是刀心轨迹相对于工件轮廓的偏置。 二、选择 1、CNC数控机床中的可编程控制器得到控制指令后，可以去控制机床（ D ） A.工作台的进给 B.刀具的进给 C.主轴变速与工作台进给 D.刀具库换刀、油泵升起 2、程序编制中的G41指令是指 ( A ) A 刀具半径左补偿 B刀具半径右补偿 C刀具半径补偿取消 3、下列系统结构中使用串行总线的是（C） A、紧耦式 B、松耦式 C、分布式 4、4.逐点比较插补法的插补流程是(C) A．偏差计算→偏差判别→进给→终点判别 B．终点判别→进给→偏差计算→偏差判别C．偏差判别→进给→偏差计算→终点判别 D．终点判别→进给→偏差判别→偏差计算5、用于指令动作方式的准备的指令代码是（ B ） A F代码 B G代码 C T代码 6、数控机床伺服系统是以( B )为直接控制目标的自动控制系统。 A.机械运动速度 B.机械位移 C.切削力 D.机械运动精 7、下列属于上位系统的接口（C） A、显示器 B、传感器 C、FMS D、驱动
机床数控技术及应用课后答案 机床数控技术及应用课后答案 【篇一：课后习题答案(数控技术)】 ＞第一章绪论 1.数控机床是由哪几部分组成，它的工作流程是什么？ 答：数控机床由输入装置、cnc装置、伺服系统和机床的机械部件构成。 2 .按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床？各有何特 点? 答: (1 )开环控制的数控机床； 其特点：a.驱动元件为步进电机；b.采用脉冲插补法：逐点比较法、数字积分法；c.通常采用降速齿轮；d.价格低廉，精度及稳定性差。 (2)闭环控制系统； 其特点：a.反馈信号取自于机床的最终运动部件(机床工作台)；b.主要检测机床工作台的位移量； c.精度高，稳定性难以控制，价 格高。
(3)半闭环控制系统： 其特点：a.反馈信号取自于传动链的旋转部位； b.检测电动机轴上 的角位移；c.精度及稳定性较高，价格适中。应用最普及。 3 .什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？三者如何区别？答：(1 )点位控制数控机床特点：只与运动速度有关，而与运动轨迹无关。如：数控钻床、数控镗床和数控冲床等。 (2)直线控制数控机床特点：a.既要控制点与点之间的准确定位， 又要控制两相关点之间的位移速度和路线。 b.通常具有刀具半径补偿 和长度补偿功能，以及主轴转速控制功能。 女口：简易数控车床和简易数控铣床等。 (3)连续控制数控机床(轮廓控制数控机床)：对刀具相对工件的位置，刀具的进给速度以及它的运动轨迹严加控制的系统。具有点位控制系统的全部功能，适用于连续轮廓、曲面加工。 4 .数控机床有哪些特点？ 答：a .加工零件的适用性强，灵活性好； b .加工精度高，产品质 量稳定；c .柔性好；d .自动化程度高，生产率高；e .减少工人劳动强度；f .生产管理水平提高。适用范围：零件复杂、产品变化频 繁、批量小、加工复杂等 第二章数控加工编程基础 1.什么是字地址程序段格式”，为什么现代数控系统常用这种格式？ 答：字地址程序段的格式：nxxgxxxxxyxxzxxsxxfxxtxxmxx ；特点是顺序自由。 2. g41、g42、g43、g44的含义如何？试用图说明。 答：g41 :刀具左偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮
第5章习题解答 5.1数控加工编程的方法有几种？ 数控编程有两种方法：手工编程和自动编程。 5.2数控加工编程的一般步骤是什么？ 数控编程的一般步骤为： ⒈ 分析零件图纸，确定工艺过程；⒉ 数值计算；⒊ 编写加工程序单；⒋ 程序输入；⒌ 校对检查程序；⒍ 首件加工。 5.3机床坐标系确定的原则是什么？什么叫机床原点和零点？ 数控机床采用统一的标准笛卡儿直角坐标系。通常约定机床主轴轴线为Z轴。X轴是水平的，它平行于工件的装夹面。Y轴垂直于X、Z坐标轴。Y轴的正方向根据X和Z轴的正方向，按照标准笛卡儿直角坐标系来判断。 机床坐标系的原点称为机床零点或机床原点（X=0，Y=0，Z=0）。机床零点是机床上的一个固定点，由机床制造厂确定。 5.4什么叫编程原点和工件原点？它们之间有何关系？ 工件坐标系的原点即是工件零点。编程零点即是程序零点。一般对于简单零件，工件零点就是编程零点。而对形状复杂的零件，需要编制几个程序或子程序。为了编程方便和减少许多坐标值的计算，编程零点就不一定设在工件零点上，而设在便于程序编制的位置上。 5.5程序段中包含的功能字有几种？程序段格式有哪些？ 程序段中包含的功能字有准备功能字、坐标功能字、进给功能字、辅助功能字、主轴功能字、刀具功能字。程序段格式有：可变程序段格式；分格符程序段格式；固定程序段格式。 5.6什么叫准备功能指令和辅助功能指令？它们的作用如何？ 准备功能指令是用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿和坐标偏置等多种加工操作。辅助功能M指令，简称辅助功能，也叫M功能。它是控制机床或系统开、关功能的一种命令。如冷却液开、关，主轴正、反转等。 5.7试述G00、G01、G02、G03使用特点。 G00后面给出快速定位终点坐标，不需要指定速度；G01后面给出直线插补的终点坐标，并指定进给速度；G02、G03指定顺时针或逆时针圆弧插补，后面给出圆弧终点坐标、圆心矢量（或半径）和进给速度。 5.8M00、M02、M30的区别是什么？
第一章【 第二章绪论 简答题答案，没有工艺题的 1 什么是数控机床 答：简单地说，就是采用了数控技术（指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机床机械设备进行控制的一门技术）的机床；即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的道具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。 2 数控机床由哪几部分组成各组成部分的主要作用是什么 答：（1）程序介质：用于记载机床加工零件的全部信息。 （2）数控装置：控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接受程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标的伺服系统。 ' （3）伺服系统：是数控系统的执行元件，它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行元件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。 （4）机床主体（主机）：包括机床的主运动、进给运动部件。执行部件和基础部件。 3 数控机床按运动轨迹的特点可分为几类它们特点是什么 答：（1）点位控制数控机床：要求保证点与点之间的准确定位（它只能控制行程的终点坐标，对于两点之间的运动轨迹不作严格要求；对于此类控制的钻孔加工机床，在刀具运动过程中，不进行切削加工）。 （2）直线控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标，还要保证在两点之间机床的刀具走的是一条直线，而且在走直线的过程中往往要进行切削。 （3）轮廓控制数控机床：不仅要求控制行程的终点坐标值，还要保证两点之间的轨迹要按一定的曲线进行；即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续控制。 : 4 什么是开环、闭环、半闭环伺服系统数控机床它们之间有什么区别 答：(1)开环：这类机床没有来自位置传感器的反馈信号。数控系统将零件程序处理后，输出数字指令后给伺服系统，驱动机床运动；其结构简单、较为经济、维护方便，但是速度及精度低，适于精度要求不高的中小型机床，多用于对旧机床的数控化改造。 （2）闭环：这类机床上装有位置检测装置，直接对工件的位移量进行测量；其精度高，但系统设计和调整困难、结构复杂、成本高，主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精密车床、超精密铣床、加工中心等。
第二章课后习题 1.控机床对主传动系统的要求是什么? 1.较高的主轴转速、较宽的调速范围、实现无级调速 2.较高的精度、较大的刚度、低噪声 3.良好的抗振性和热稳定性 4.能实现刀具的快速和自动装卸 2.控机床主传动系统的特点是什么? 1，转速高、功率大。 2，变速范围宽。 3，主轴变速迅速可靠。 4，主轴组件的耐磨性高，使传动系统具有良好的精度保持性。 3.控机床的主轴的传动方式有哪些? 1.齿轮传动方式 1）液压拨叉变速 2）电磁离合器变速 2.带传动方式 1)同步齿形带 2)多楔带 3.调速电动机直接驱动主轴传动方式 4.简述数控机床主传动系统的类型有哪些。 1.变速带轮的主传动系统 2.变速齿轮的主传动系统 3.电动机与主轴直联的主传动系统 4.电主轴的主传动系统 5.数控机床上使用的同步齿形带有何特点? 同步齿形带的带型有梯形齿和圆弧齿。带的工作面及带轮外圆上均制成齿形，通过带轮与轮齿相嵌合，作无滑动的啮合传动。 6.数控机床的主轴部件主要包括哪些? 常用主轴部件的结构形式是什么? 1主轴部件作为数控机床的一个关键部件，包括主轴、主轴支承件、安装在主轴上的传动件和密封件等。 2常用结构形式： 7.分析刀具自动卡紧机构的工作过程。 刀具自动夹紧机构工作过程：刀柄由主轴抓刀爪夹持，碟形弹簧通过拉杆、抓刀爪在内套的作用下将刀柄的拉钉拉紧，当换刀时，将主轴上端气缸的上腔通活塞带动压杆及拉杆向下移动，同时压缩碟形弹簧。当拉杆下移到使抓刀爪的下端移出内套时，卡爪张开。同时拉杆将刀柄顶松，刀具即可由机械手或刀库拔出。待新刀装入后，气缸的下腔通压缩空气。在碟形弹簧的作用下，活塞带动抓刀爪上移，抓刀爪拉杆重新进入内套，将刀柄拉紧。活塞移动的两个极限位置分别设有行程开关，作为刀具夹紧和松开的信号。 8.数控机床主轴轴承类型有哪些? 角接触球轴承 双列向心短圆柱滚子轴承 双列角接触推力向心球轴承
第2 章习题解答 2.l 数控机床对位置检测装置有何要求?怎样对位置检测装置进行分类？ 数控机床对位置检测装置的要求如下： ⑴ 受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强； ⑵ 在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求； ⑶ 使用维护方便，适应机床工作环境； ⑷ 成本低。对位置检测装置按检测方式分为直接测量和间接测量；按测量装置编码方式分为增 量式测量和绝 对式测量；按检测信号的类型分为数字式测量和模拟式测量。 2.2 简述旋转变器的工作原理，并说明它的应用。 旋转变压器是根据互感原理工作的。它的结构设计与制造保证了定子与转子之间的空气隙内的磁通分布呈正（余）弦规律，当定子绕组上加交流激磁电压（为交变电压，频率为2～4kHz）时，通过互感在转子绕组中产生感应电动势，其输出电压的大小取决于定子与转子两个绕组轴线在空间的相对位置θ角。两者平行时互感最大，副边的感应电动势也最大；两者垂直时互感为零，感应电动势也为零。感应电势随着转子偏转的角度呈正（余）弦变化。 使用旋转变压器作位置检测元件，有两种方法：鉴相型和鉴幅型应用。 2.3 简述感应同步器的工作原理，并说明它的应用。 感应同步器的工作原理与旋转变压器的工作原理相似。当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器和旋转变压器就是利用这个特点进行测量的。所不同的是，旋转变压器是定子、转子间的旋转位移，而感应同步器是滑尺和定尺间的直线位移。 根据励磁绕组中励磁供电方式的不同，感应同步器可分为鉴相工作方式和鉴幅工作方式。 2.4 简述光栅的构成和工作原理。 光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，它主要由光栅尺(包括标尺光栅和指示光栅)和光栅读数头两部分组成。光栅读数头由光源、透镜、指示光栅、光敏元件和驱动线路组成。读数头的光源一般采用白炽灯泡。白炽灯泡发出的辐射光线，经过透镜后变成平行光束，照射在光栅尺上。光敏元件是—种将光强信号转换为电信号的光电转换元件，它接收透过光栅尺的光强信号，并将其转换成与之成比例的电压信号。由于光敏元件产生的电压信号一般比较微弱，在长距离传送时很容易被各种干扰信号所淹没、覆盖，造成传送失真。为了保证光敏元件输出的信号在传送中不失真，应