《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_________。
A、功率步进电机
B、交流电机
C、直流伺服电机
6、闭环控制系统比开环及半闭环系统_________。
A、稳定性好
B、精度高
C、故障率低
7、闭环控制系统的位置反馈元件应_________。
A、装在电机轴上
B、装在执行部件上
C、装在传动丝杆上
8、CNC系统是指_________系统。
A、自适应控制
B、直接数字控制
C、计算机数控
9、世界上第一台NC铣床是_________年在美国研制成功。
A、1948
B、1952
C、1958
10、开环、闭环和半闭环是按_________的不同分类的。
A、机床的加工功能
B、进给伺服系统类型
C、NC装置的构成方式
11、点位、直线和轮廓控制NC机床是按_________的不同分类的。
A、功能
B、伺服系统类型
C、装置的构成方式
12、最佳适应控制通常采用_________作为评价函数。
A、切削力和振动
B、最低生产成本
C、最高生产率
13、数控机床较适用于_________零件的加工。
A、小批量
B、复杂型面
C、大批量
四、简答题：
1、C机床由哪儿部分组成，试用框图表示各部分之间的关系，并简述各部分的基本功能。
2、从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较开环、闭环、半闭环系统的优劣？
3、什么叫点位控制、直线控制和连续控制？它们的主要特点与区别是什么？
4、NC机床按控制系统的特点(加工功能)分为几类，它们各用于什么场合？
5、NC机床适用于加工哪些类型零件，不适用于哪些类型的零件，为什么？
6、简述数控机床的工作原理？
7、通机床控制相比较，数控机床有何特点？控制的对象有哪些？
8、简述现代全功能数控系统的特点？
9、据你在认识实习，以及平时的所见所闻，谈谈NC机床在国民经济中的作用；我国NC机床使用的现
状，以及你对现状的感想？
第二章数控加工的程序编制
一、名词解释
1.手工编程、
2.自动编程、
3.对刀点、
4.刀位点、
5.NC机床的坐标轴、
6.机床原点、
7.机床坐标系、
8.工件原点、
9.工件坐标系、
10.绝对坐标、
11.相对坐标、
12.行切法、
二、判断题
1.（）对几何形状不复杂的零件，自动编程的经济性好。
2.（）数控加工程序的顺序段号必须顺序排列。
3.（）增量尺寸指机床运动部件坐标尺寸值相对于前一位置给出。
4.（）G00快速点定位指令控制刀具沿直线快速移动到目标位置。
5.（）用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近线段与被加工曲线交点称为基点。
三、选择题
1.下列指令属于准备功能字的是___________。
A、G01；
B、M08；
C、T01；
D、S500。
2.根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点是__________
A、机床原点；
B、编程原点；
C、加工原点；
D、刀具原点。
3.通过当前的刀位点来设定加工坐标系的原点，不产生机床运动的指令是__________。
A、G54；
B、G53；
C、G55；
D、G92；
4.用来指定圆弧插补的平面和刀具补偿平面为XY平面的指令___________。
A、G16；
B、G17；
C、G18；
D、G19。
5.撤消刀具长度补偿指令是_________。
A、G40；
B、G41；
C、G43；
D、G49；
四、多选题
1.程序编制中首件试切的作用是检验_________。
A、零件图纸设计的正确性
B、零件工艺方案的正确性
C、程序单、控制介质的正确性，并能综合检验零件的加工精度
2.刀位点是_________上的点。
A、刀具
B、工件
C、夹具
3._________代码一经在一个程序段中指定，便保持到后续的程序段中出现同组的另一代码才失效。
A、模态
B、续效
C、非模态
4.只在本程序段内有效的代码称为_________。
A、G代码
B、模态代码
C、非续效代码
5.具有使程序停止运行，且能在按下相应启动键后便可继续运行后续程序的功能M指令有_________。
A、M00
B、M01
C、M02
6.在ISO标准中，G指令和M指令最多可以有_________。
A、99种
B、100种
C、任意种
7.在用直接指定法表示进给速度时，F后所跟的数字的单位是_________。
A、m/min
B、mm/min
C、r/min
8.主轴转速指令S后的数字的单位为_________。
A、r/s
B、mm/min
C、r/min
9.在ISO标准中，各坐标轴的正方向是指_________。
A、刀具运动的方向
B、刀具相对与工件的运动方向
C、工件相对于刀具的运动方向
10.ISO标准规定，Z 坐标为_________。
A、平行于主轴轴线的坐标
B、平行与共件装夹面的方向
C、制造厂规定的方向
11.Z 坐标的正方向是指_________。
A、使工件尺寸增大的方向
B、刀具远离工件的方向
C、刀具趋近工件的方向
12.按相对运动的关系，工件运动的正方向与刀具运动的正方向的关系为_________。
A、相同
B、相反
C、不定
13.在确定一个NC机床的坐标系时，X、Y、Z坐标的确定顺序为_________。
A、X、Y、Z
B、Y、Z、X
C、Z、X、Y
14.相对坐标是指程序段的终点坐标是相对于_________计量的。
A、本段起点
B、工件原点
C、机床原点
15.脉冲当量是对于每一个脉冲信号_________。
A、传动丝秆转过的角度
B、步进电机回转的角度
C、机床运动部件的位移量
16.编程人员在编程时所使用的坐标系是_________。
A、机床坐标系
B、工件坐标系
C、绝对坐标系
17.准备功能G90表示的功能是_________。
A、预置寄存
B、绝对坐标
C、相对坐标
18.G92指令的功能是_________。
A、记录坐标设定值
B、表示绝对坐标
C、使机床按给定坐标运动
19.快速定位指令G00的移动速度由_________。
A、F指令指定
B、由系统的最高速度确定
C、用户指定
20.G00在指令机床运动时_________。
A、允许加工
B、不允许加工
C、由用户事先规定
21.G00指令实现的是_________。
A、点位控制功能
B、直线控制功能
C、轮廓控制功能
22.G01指令在控制数控机床运动时，其运动速度由_________。
A、F指令指定
B、S指令指定
C、NC系统预先设定的参数确定
23.在数控机床在进行2轴（或3轴）直线插补时，F指令所指定的速度是_________。
A、各进给轴的进给速度
B、2轴（或3轴）合成进给速度
C、位移量较大进给轴的进给速度
24.自动编程是指（）。
A、从零件图到制作控制介质的全过程均由计算机完成
B、需要人工用数控语言编写源程序，其后的工作均由计算机完成
C、从数控语言的源程序为输入，G代码程序为输出的过程
25.NC机床的零件加工程序现在采用的格式是（）。
A、地址符可变程序段格式
B、分隔符固定顺序格式
C、字--地址程序段格式
26.在用右手定则确定NC机床的坐标时，中指、食指以及大拇指所指的方向分别是（）。
A、X、Y、Z
B、Y、Z、X
C、Z、Y、X
五、简答题
1．数控机床加工程序的编制步骤？
2．数控机床加工程序的编制方法有哪些？它们分别适用什么场合？
3．用G92程序段设置的加工坐标系原点在机床坐标系中的位置是否不变？
4．应用刀具半径补偿指令应注意哪些问题？
5．如何选择一个合理的编程原点？
6．什么叫基点？什么叫节点？它们在零件轮廓上的数目如何确定？
7．NC机床零件加工程序的编制方法有几种？试简述每种方法的特点。
8．试述最小设定单位的意义和应用
9．试解释下列指令的意义、
10、G00，G01，G02，G03，G41，G42，G42，G04，G90，G91，G92，G17，G18，G19
11、圆弧插补编程中的I、J、K有哪几种表示方法？
12、试说明机床坐标系与工件坐标系各自的功用、它们的相互关系和如何确定它们的相互关系
13、ISO关于数控机床坐标系是如何规定的？请按ISO标准确定NC车床、镗铣床(卧式)的坐标系统并说明各坐标轴运动方向的确定原则(即说明所确定方向是刀具还是工件的运动方向)
14、对所编加工程序的校验的方法有哪些？其中首件试切的作用是什么？
六、编程
编写图
编写图
图2.1.1
图2.1.2
图2.1.3
图2.1.4
第三章计算机数控装置（插补原理）
一、名词解释
1.插补：
2.并行处理：
3.模块化设计：
4.刀具半径补偿：
5.前后台结构：
6.中断结构：
二、多项选择
1.数控系统软件是根据编写的程序。
A、被加工零件的形状，由用户
B、N C机床的加工要求，由用户
C、N C机床的工作需求，由系统制造商
2.所谓插补就是根据输入线型和速度的要求，。
A、实时分配各轴在每个插补周期内的位移量
B、计算各轴下一插补周期的位移量
C、实时计算刀具相对与工件的合成进给速度
3.逐点比较法是用来逼近曲线的。
A、折线
B、直线
C、圆弧和直线
4.逐点比较法逼近直线或圆弧时，其逼近误差。
A、不大于一个脉冲当量
B、与进给速度和插补周期有关
C、与切削速度有关
5.在采用时间分割法进行插补时，若进给速度为F (mm/min)，其在t (ms)内的合成进给量f(μm)等
于。
A、Ft
B、F/t
C、F-t
6.在采用时间分割法进行直线插补时，若插补直线与+X的夹角α=60°，则应选择轴为长轴。
A、X
B、Y
C、X或Y
7.在采用时间分割法进行直线插补时，选择长轴为先计算插补进给量的轴，其目的是为了。
A、简化计算
B、减少计算误差
C、满足插补本身的要求
8.用时间分割法进行圆弧插补时，当进给速度一定时，加工半径越大，其逼近误差。
A、越大
B、越小
C、不变
9.用时间分割法进行圆弧插补时，由于采用了近似计算，cosβ值必然产生偏差，这个偏差对圆弧插补的
轮廓精度，从理论上讲将。
A、不产生影响
B、产生很大的影响
C、有影响，但影响不大
10.时间分割法是用来逼近圆弧的。
A、折线
B、弦
C、切线
11.时间分割法的插补速度与加工进给速度。
A、无直接关系
B、成正比
C、成反比
12.数控铣床在加工过程，NC系统所控制的总是。
A、零件轮廓的轨迹
B、刀具中心的轨迹
C、工件运动的轨迹
13.在采用刀具半径补偿功能加工零件的外轮廓，应采用。
A、左刀补
B、右刀补
C、根据走刀方向确定刀补方向
三、简答题：
1、试用框图说明CNC系统的组成原理，并解释各部分的作用。
2、从CNC装置中含CPU的多少以及CPU的作用来看，CNC装置分为几类？试简述每一个的特征
3、CNC装置的系统软件与DOS相比有何特点，在系统中采用了哪些技术来满足其特殊要求？
4、目前，CNC装置的系统软件的结构模式有几种？每一种有何特点及应用范围？
5、数控机床在加工中，能否控制刀具严格按零件的轮廓运动，为什么？
6、试简述时间分割法的基本工作原理。
7、在采用时间分割法进行直线插补时，可采用两种算法：
8、试从算法稳定性（主要考虑舍入误差的累积）的角度分析上述两种算法。
9、在采用时间分割法进行圆弧插补时，采用了许多近似计算的方法，试问由于这些近似计算，对圆
弧的插补精度和合成速度的均匀有无影响，为什么？
10、何谓刀具半径补偿功能，它在加工零件中的主要用途有哪些？
11、刀具半径补偿常用的方法有几种？各有何优缺点？
第四章进给伺服系统
一、名词解释：
1.进给伺服系统：
2.跟随误差：
3.调速范围R：
4.数字伺服系统：
5.模拟伺服系统：
6.数字/模拟式检测元件：
7.回转/直线型检测元件：
8.增量/绝对式检测元件：
二、多项选择：
4-9、对于一个设计合理、制造良好的带位置闭环系统的数控机床，可达到的精度由（）决定。
A、机床机械结构的精度
B、检测元件的精度
C、计算机的运算速度
4-10、数字式位置检测装置的输出信号是（）。
A、电脉冲
B、电流量
C、电压量
4-11、感应同步器为（）检测装置。
A、数字式
B、模拟式
C、直接式
4-12、感应同步器滑尺上的正弦绕组和余弦绕组相距（）。
A、整数个节距
B、若干个节距+1/2个节距
C、若干个节距+1/4个节距
4-13、标准感应同步器上绕组的节距为（）。
A、1mm
B、2mm
C、4mm
4-14、感应同步器在以鉴幅方式工作时，其正弦和余弦两绕组的激磁电压特点为（）。
A、幅值、相位相同频率不同
B、幅值、频率相同相位不同
C、频率、相位相同幅值不同
4-15、感应同步器在以鉴相方式工作时，其正弦余弦绕组的激磁电压的特点为（）。
A、幅值、频率相同相位不同
B、幅值、相位相同频率不同
C、频率、相位相同幅值不同
4-16、为提高输出信号的幅值，在磁尺检测装置中常将若干个磁头（其间隔为1/2节距）联接起来，其中相邻两磁头的输出绕组（）。
A、正向串联
B、反向串联
C、正相并联
4-17、磁尺位置检测装置的输出信号是（）。
A、滑尺绕组产生的感应电压
B、磁头输出绕组产生的感应电压
C、磁尺另一侧磁电转换元件的电压
4-18、为了改善磁尺的输出信号，常采用多间隙磁头进行测量，磁头间的间隙（）。
A、1个节距
B、1/2个节距
C、1/4个节距
4-19、磁尺所采用的工作方式在（）中也用到了。
A、旋转变压器
B、感应变压器
C、脉冲编码器
4-20、光栅利用（），使得它能得到比栅距还小的位移量。
A、摩尔条纹的作用
B、倍频电路
C、计算机处理数据
4-21、在光栅位置检测装置中，为了辨别位移的方向和提高精度，采用了辨相及细分电子线路，这种电路还用在（）。
A、磁尺
B、感应同步器
C、脉冲发生器
4-22、在光栅位置检测装置中，信息经过辨向细分电路后，其输出信息有（）。
A、方波
B、三角波
C、脉冲信号
4-23、为了提高光栅输出的幅度，常将指示光栅相对于标尺光栅倾斜一个角度θ，则可使摩尔条纹的节距ωc 比栅距ω放大（）。
A、ω/θ
B、ω/sinθ
C、ω/cosθ
4-24、脉冲编码盘是一种（）。
A、角度检测元件
B、增量检测元件
C、模拟检测元件
4-25、增量式脉冲编码盘输出的A、B两相，其相位差为90o，它的作用是（）。
A、判别旋向
B、提高可靠性
C、用于细分
4-26、有一增量脉冲编码盘为2000线，那么它的Z相输出为（）。
A、1脉冲/转
B、2000脉冲/转
C、8000脉冲/转
4-27、对一个16位的绝对式脉冲编码盘而言，它能测出的最小角位移为（）。
A、11.25o
B、0.196o
C、0.0055o
4-28、葛莱码的特点是（）。
A、相邻两个数码之间只有一位变化
B、编码顺序与数字的大小有关
C、编码直观易于识别
4-29、在直流伺服电机的位置控制接口中的F/V变换器的主要功能是（）。
A、进给速度指令变换成电压量
B、频率量变换成电压量
C、频率量变换成进给速度指令值
4-30、进给伺服系统是一种（）系统。
A、位置控制
B、速度控制
C、转速控制
4-31、闭环和半闭环系统在结构上的主要区别是（）。
A、采用的驱动电机不同
B、位置检测元件的安装位置不同
C、速度检测元件的安装位置不同
4-32、步进电机的旋转方向可通过改变（）来控制。
A、脉冲的频率
B、通电顺序
C、脉冲的极性
4-33、当步进电机的转子齿距存在着误差时，其旋转一轴的累计误差与齿距误差（）。
A、成正比
B、成反比
C、无关
4-34、直流伺服电机的调速方法有（）。
A、调节电枢电压U
B、调节电枢电流I
C、调节激磁回路电阻R
4-35、PWM系统是指（）。
A、可控硅直流调速系统
B、电机变频调速系统
C、晶体管脉冲宽度调速系统
4-36、交流伺服电机调速的基本原理是（）调速。
A、调节电源电压的幅值
B、调节电源电压的相位
C、调节电源电压的频率
4-37、在交流电机调速系统中，为使电磁转距M基本保持不变，除调节电源的频率处，同时还应调节定子的（）。
A、电流
B、电压
C、电阻
4-38、步进电机开环进给系统的进给速度与（）有关。
A、指令脉冲频率f
B、脉冲当量δ
C、步距角α
4-39、影响开环伺服系统定位精度的主要因素有（）。
A、插补误差
B、传动间隙
C、丝杆螺距误差
4-40、影响闭环伺服系统定位精度的主要因素有（）。
A、插补误差
B、检测元件的检测精度
C、传动件的误差
4-41、进给伺服系统中的跟随误差是指（）。
A、指令速度与实际速度在稳态时的差值
B、指令位置与实际位置在稳态时的差值
C、指令加速度与实际加速度在稳定时的差值
4-42、单位位置偏差值所控制的执行部件的位移速度，即进给速度与跟随误差之比，称为（）。
A、电压增益倍率
B、系统增益
C、数模转换率
4-43、在进给伺服系统中，系统增益Ks越大，则（）。
A、到达指令速度的时间越短
B、系统受到的冲击越大
C、系统受到惯性力越小
4-44、进给伺服系统的阻尼越大，则（）。
A、定位精度高
B、伺服刚度高
C、抗干扰能力强
4-45、在进给伺服系统中，执行部件的惯量越大，则（）。
A、系统的时间常数降低
B、固有频率降低
C、系统的灵敏度变差
4-46、用闭环系统X、Y两轴联动加工工件的直线面，若两轴均存在跟随误差，假定系统增益相等，则此时工件将（）。
A、不产生任何误差
B、产生形状误差
C、产生尺寸误差
4-47、用闭环系统X、Y两轴联动加工工件的圆弧面，若两轴均存在跟随误差，但系统增益相同，则此时工件将（）。
A、不产生任何误差
B、只产生形状误差
C、只产生尺寸误差
4-48、用闭环系统X、Y两轴联动加工工件的圆弧面，若两轴均存在跟随误差，但系统增益相等，则此时工件将只产生误差，那么减小该尺寸误差的措施是（）。
A、提高系统的固有频率
B、提高两轴的系统增益
C、提高加工进给速度
4-49、加工拐角为直角的零件时，产生欠程现象的原因是（）。
A、进给速度过大
B、高增益
C、增益太低
4-50、加工外拐角的直角零件时，若系统是高增益系统，则在拐角处将（）。
A、切入工件
B、多切去一个小圆弧
C、留下一个鼓包
三、简答题：
4-51、进给伺服系统在NC机床的主要作用是什么？它主要由哪几部分组成，试用框图表示各部分，并简要介绍各部分的功能。
4-52、试分析开环、半闭环定位误差产生的主要原因，并提出提高它们定位精度的措施。
4-53、位置检测装置在NC机床中的作用是什么？
4-54 感应同步器、脉冲编码器在所述的分类方法中，它们各属哪一类？
4-55、试简述感应同步器位置检测原理。
4-56、脉冲编码器的输出信息有几相，它们各自的作用是什么？
4-57、感应同步器鉴相、鉴幅的激磁电压有何特点，它们的哪些参数对测量精度有影响，为什么？
4-58、绝对脉冲编码器的分辨率是由什么决定的？
4-59、当今进给伺服系统常用驱动电机有几种，试简述每种电机的特点及适用范围。
4-60、如何确定开环系统的传动比和进给速度，它们与哪些参数有关。
4-61、试简述开环伺服系统的工作原理(用框图及各模块的输出信号进行说明)。
4-62、闭环、半闭环进给伺服系统按其控制信号的形式分为几类，所分类型还能细分吗？以什么为依据，各类的主要特点是什么？
4-63、闭环、半闭环进给伺服系统一般为三环控制，其中位置环的输入、输出信号是什么？在半软件或全软件系统中，一般要经过哪些调节运算才能将输入变换成输出？
4-64、进给伺服系统的系统增益K s是如何影响其动态特性的，在实际系统中，如何选取K s值( 定性说明)？4-65、进给伺服系统的阻尼、惯量、刚度及固有频率是如何影响系统的动态特性的？
4-66、何谓进给伺服系统的跟随误差？它是如何产生的，对工件的加工精度有何影响？如何减小或消除该影响？
4-67、何谓爬行？它对加工过程有何影响？如何控制或抑制它的产生？
一．填空题 1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数对于波矢的_________.引入有效质量的意义在于其反映了晶体材料的_________的作用。（二阶导数.内部势场） 2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________（即量子态按能量如何分布）和_________（即电子在不同能量的量子态上如何分布）。（状态密度.费米分布函数） 3．两种不同半导体接触后, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电.达到热平衡后两者的费米能级________。（正.相等） 4．半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央.其导带极小值位于________方向上距布里渊区边界约0.85倍处.因此属于_________半导体。（[100]. 间接带隙） 5．间隙原子和空位成对出现的点缺陷称为_________；形成原子空位而无间隙原子的点缺陷称为________。（弗仑克耳缺陷.肖特基缺陷） 6．在一定温度下.与费米能级持平的量子态上的电子占据概率为_________.高于费米能级2kT能级处的占据概率为_________。（1/2.1/1+exp(2)） 7．从能带角度来看.锗、硅属于_________半导体.而砷化稼属于_________半导体.后者有利于光子的吸收和发射。（间接带隙.直接带隙） 8．通常把服从_________的电子系统称为非简并性系统.服从_________的电子系统称为简并性系统。（玻尔兹曼分布.费米分布） 9. 对于同一种半导体材料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________有关.而对于不同的半导体材料其浓度积在一定的温度下将取决于_________的大小。（温度.禁带宽度） 10. 半导体的晶格结构式多种多样的.常见的Ge和Si材料.其原子均通过共价键四面体相互结合.属于________结构；与Ge和Si晶格结构类似.两种不同元素形成的化合物半导体通过共价键四面体还可以形成_________和纤锌矿等两种晶格结构。（金刚石.闪锌矿） 11.如果电子从价带顶跃迁到导带底时波矢k不发生变化.则具有这种能带结构的半导体称为_________禁带半导体.否则称为_________禁带半导体。（直接.间接） 12. 半导体载流子在输运过程中.会受到各种散射机构的散射.主要散射机构有_________、 _________ 、中性杂质散射、位错散射、载流子间的散射和等价能谷间散射。（电离杂质的散射.晶格振动的散射） 13. 半导体中的载流子复合可以有很多途径.主要有两大类：_________的直接复合和通过禁带内的_________进行复合。（电子和空穴.复合中心）
第一部分提纲 1、数控机床的组成 2、数控机床的分类与含义 3、程序编制的步骤、首件试切的作用 4、数控机床坐标系 5、几个概念：数字控制、伺服系统、脉冲当量、数控机床的控制轴与联动轴 6、什么是插补、插补方法分类， 7、滚珠丝杠幅预紧的分类与原理 8、进给系统中齿轮传动副、滚珠丝杠螺母副的间隙将会造成什么后果 9、CNC装置硬件结构分类？ 10、CNC装置软件结构分类？ 11、M00、M01、M02、M03、M04、M05、M06、M30、M98、M99 12、G00、G01、G02、G03、G40、G41、G42、G43、G44、G49、G90、G91、G92、G80、G81、G70、G71、G72、G73 13、逐点比较法的公式、确定刀具进给方向的依据、直线、圆弧计算过程、插补轨迹图 14、数字增量插补法的插补周期及其相关因素 15、刀具补偿原理与方法 16、在逐点比较法直线插补中，已知 f、δ、直线与X轴的夹角α，则V、Vmax、Vmin=？ mm/s 17、数控机床上加工工件时所特有的误差是什么 18、伺服系统的作用、分类、所采用的插补方法、使用的电动机 19、旋转变压器的工作方式？ 20、增量式光电编码器的组成、原理 21、绝对值编码器的原理，能分辨的最小角度与码位数的关系 22、光栅的组成、摩尔条纹的计算、特性、读数原理
23、步进电机、交流伺服电机、直流伺服电机的应用场合，步进电机失步的类型。 24、步进电机步距角的计算 25、交流伺服电机的种类、调速方法 26、步进电动机功率驱动电路的种类 27、主运动的传动形式 28、车、铣数控加工编程，用绝对坐标或增量坐标编程，刀补的应用，进刀、退刀方式选择，粗车循环的应用，带公差尺寸的编程处理方法 29.数控机床由哪几部分组成？（用框图表示） 30、有一台数控机床在进给系统每一次反向之后就会使运动滞后于指令信号，请分析产生这种现象的原因及消除的办法。 31、步进电机常用的驱动放大电路有哪几种？它们在性能上各有何特点？ 32、说说正式加工前的程序校验和空运行调试有什么意义？ 33、数控加工编程的主要内容有哪些？ 34、简述绝对坐标编程与相对编程的区别。 35、在孔加工中，一般固定循环由哪6个顺序动作构成？ 36、简要说明数控机床坐标轴确立的基本原则。 37、说明模态指令（模态代码）和非模态指令（非模态代码）的区别） 38、.刀具半径补偿的作用是什么？使用刀具半径补偿有哪几步，在什么移动指令下才能建立和取消刀具半径补偿功能？ 39、数据采样式进给位置伺服系统中选择采样周期时，应考虑那些因素？ 40、光电盘为什么要采用相同的两套光电元件？它们的安装位置如何确定？ 41、什么叫做数控机床的脉冲当量？它影响数控机床的什么性能？一般数控机床的脉冲当量为多大值？ 42、 G90 G00 X20.0 Y15.0与G91 G00 X20.0 Y15.0有什么区别？
数控技术试题库（答案） 试题类型： 一、填空:180题; 二、判断:300题; 三、单项选择:250题; 四、多项选择:100题; 五、简述、问答:100题; 六、编程:50题. 一、填空：180 1、数控机床综合应用了、、、等方面的技术成果。 [电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构] 2、NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是_______ ，_______的含义是柔性制造系 统，_______ 的含义是计算机集成制造系统。 [计算机数字控制机床、FMS、CIMS] 3、计算机数字控制系统的硬件组成、、、。 [计算机、外部设备、输入/出通道、操作面板] 4、数控机床自动编程有两种：软件编程和软件编程。[APT、CAM] 5、旋转变压器是一种角度测量元件，它是一种。[小型交流电机] 6、使用作位置检测装置的半闭环进给系统，一方面用它作实际位移反馈信号，另一方 面作测速信号。[旋转变压器] 7、数控机床的主运动的变速系统的参数有、。[动力参数、运动参数] 8、在数控编程时，是按照______ 来进行编程，而不需按照刀具的在机床中的具体位置。 [工件原点] 9、圆弧插补时，通常把与时钟走向一致的圆弧叫______，反之称为_______。[顺圆、逆圆] 10、为了防止机床强电系统干扰和其他类型外界干扰通过I/O控制回路进入计算机，在控制计 算机中，经常采用_______的输入和输出电路。[光电隔离] 11、通过预紧可以消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙和提高轴向刚度，通常预紧力应为最大轴向 负载的_______。[2倍] 12、当滚珠丝杠在静态或低速情况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面 上产生_______。[点蚀] 13、数控车床自动换刀装置的刀架动作是刀架抬起、____ __、_____ __、_____ _。 [刀架转位、刀架定位、夹紧刀架] 14、实现刀具半径左补偿的指令格式是。[G00（G01）G41位置指令D01] 15、循环指令G81用于加工，G82用于加工。[车端面、车螺纹] 16、粗加工复合循环指令G72主要用于加工，G76主要用于加工。 [端面车削、螺纹切削] 17、按照伺服系统类型，可将数控机床的控制系统分为、和。 [开环、半闭环、闭环] 18、数控机床有着不同的运动方式，编写程序时，我们总是一律假定并规定为正。 [工件不动刀具运动、刀具远离工件的方向] 19、在子程序中出现M99程序段，则表示。[子程序结束，返回主程序] 20、数控机床就其本身的发展方向是。[自适应控制机床] 21、数控铣床根据其工艺范围大致可适用于零件、零件、零件的加工。 [平面类、变斜角类、曲面类（立体类）]
第一章半导体中的电子状态 例1.证明:对于能带中的电子，K状态和-K状态的电子速度大小相等,方向相反。即：v(k)= －v(－k)，并解释为什么无外场时，晶体总电流等于零。 解：K状态电子的速度为： （1）同理，－K状态电子的速度则为： （2）从一维情况容易看出： （3）同理 有： （4） （5） 将式（3）（4）（5）代入式（2）后得： （6）利用（1）式即得：v(－k)= －v(k)因为电子占据某个状态的几率只同该状态的能量有关，即：E(k)=E(－k)故电子占有k状态和-k状态的几率相同，且v(k)=－v(－k)故这两个状态上的电子电流相互抵消，晶体中总电流为零。 例2.已知一维晶体的电子能带可写成： 式中，a为晶格常数。试求： （1）能带的宽度； （2）能带底部和顶部电子的有效质量。 解：（1）由E(k)关 系 （1）
（2） 令得： 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极小值。 当时，代入（2）得： 对应E(k)的极大值。 根据上述结果，求得和即可求得能带宽度。 故：能带宽度 （3）能带底部和顶部电子的有效质量： 习题与思考题： 1 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。 2 试定性说明Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数的原因。 3 试指出空穴的主要特征。 4 简述Ge、Si和GaAs的能带结构的主要特征。
5 某一维晶体的电子能带为 其中E0=3eV，晶格常数a=5×10-11m。求： （1）能带宽度； （2）能带底和能带顶的有效质量。 6原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同？原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同？ 7晶体体积的大小对能级和能带有什么影响？ 8描述半导体中电子运动为什么要引入“有效质量”的概念？用电子的惯性质量 描述能带中电子运动有何局限性？ 9 一般来说，对应于高能级的能带较宽，而禁带较窄，是否如此？为什么？ 10有效质量对能带的宽度有什么影响？有人说：“有效质量愈大，能量密度也愈大，因而能带愈窄。”是否如此？为什么？ 11简述有效质量与能带结构的关系？ 12对于自由电子，加速反向与外力作用反向一致，这个结论是否适用于布洛赫电子？ 13从能带底到能带顶，晶体中电子的有效质量将如何变化？外场对电子的作用效果有什么不同？ 14试述在周期性势场中运动的电子具有哪些一般属性？以硅的本征激发为例，说明半导体能带图的物理意义及其与硅晶格结构的联系？ 15为什么电子从其价键上挣脱出来所需的最小能量就是半导体的禁带宽度？16为什么半导体满带中的少量空状态可以用具有正电荷和一定质量的空穴来描述？ 17有两块硅单晶，其中一块的重量是另一块重量的二倍。这两块晶体价带中的能级数是否相等？彼此有何联系？ 18说明布里渊区和k空间等能面这两个物理概念的不同。 19为什么极值附近的等能面是球面的半导体，当改变存储反向时只能观察到一个共振吸收峰？ 第二章半导体中的杂质与缺陷能级 例1.半导体硅单晶的介电常数＝11.8，电子和空穴的有效质量各为＝ 0.97， ＝0.19和＝0.16，＝0.53，利用类氢模型估计： （1）施主和受主电离能; （2）基态电子轨道半径 解：（1）利用下式求得和。
第四章 离子注入与快速热处理 1.下图为一个典型的离子注入系统。 （1）给出1-6数字标识部分的名称，简述其作用。 （2）阐述部件2的工作原理。 答：（1）1：离子源，用于产生注入用的离子； 2：分析磁块，用于将分选所需的离子； 3：加速器，使离子获得所需能量； 4：中性束闸与中性束阱，使中性原子束因直线前进不能达到靶室； 5：X & Y 扫描板，使离子在整个靶片上均匀注入； 6：法拉第杯，收集束流测量注入剂量。 （2）由离子源引出的离子流含有各种成分，其中大多数是电离的，离子束进入一个低压腔体内，该腔体内的磁场方向垂直于离子束的速度方向，利用磁场对荷质比不同的离子产生的偏转作用大小不同，偏转半径由公式： 决定。最后在特定半径位置采用一个狭缝，可以将所需的离子分离出来。 2.离子在靶内运动时，损失能量可分为核阻滞和电子阻滞，解释什么是核阻滞、电子阻滞？两种阻滞本领与注入离子能量具体有何关系？ 答：核阻滞即核碰撞，是注入离子与靶原子核之间的相互碰撞。因两者质量是同一数量级，一次碰撞可以损失很多能量，且可能发生大角度散射，使靶原子核离开原来的晶格位置，留下空位，形成缺陷。 电子阻滞即电子碰撞，是注入离子与靶内自由电子以及束缚电子之间的相互碰撞。因离子质量比电子质量大很多，每次碰撞损失的能量很少，且都是小角度散射，且方向随机，故经多次散射，离子运动方向基本不变。 在一级近似下，核阻滞本领与能量无关；电子阻滞本领与能量的平方根成正比。 1 2 3 4 5 6
3.什么是离子注入横向效应？同等能量注入时，As和B哪种横向效应更大？为什么？ 答：离子注入的横向效应是指，注入过程中，除了垂直方向外，离子还向横向掩膜下部分进行移动，导致实际注入区域大于掩膜窗口的效应。 B的横向效应更大，因为在能量一定的情况下，轻离子比重离子的射程要深且标准差更大。 4.热退火用于消除离子注入造成的损伤，温度要低于杂质热扩散的温度，然而，杂质纵向分布仍会出现高斯展宽与拖尾现象，解释其原因。 答：离子注入后会对晶格造成简单晶格损伤和非晶层形成；损伤晶体空位密度要大于非损伤晶体，且存在大量间隙原子核其他缺陷，使扩散系数增大，扩散效应增强；故虽然热退火温度低于热扩散温度，但杂质的扩散也是非常明显的，出现高斯展宽与拖尾现象。 5.什么是离子注入中常发生的沟道效应（Channeling）和临界角？怎样避免沟道效应？ 答：沟道效应，即当离子入射方向平行于主晶轴时，将很少受到核碰撞，离子将沿沟道运动，注入深度很深。由于沟道效应，使注入离子浓度的分布产生很长的拖尾；对于轻原子注入到重原子靶内是，拖尾效应尤其明显。 临界角是用来衡量注入是否会发生沟道效应的一个阈值量，当离子的速度矢量与主要晶轴方向的夹角比临界角大得多的时候，则很少发生沟道效应。临界角可用下式表示： 6.什么是固相外延（SPE）及固相外延中存在的问题？ 答：固相外延是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的过程。热退火的过程就是一个固相外延的过程。 高剂量注入会导致稳定的位错环，非晶区在经过热退火固相外延后，位错环的最大浓度会位于非晶和晶体硅的界面处，这样的界面缺陷称为射程末端缺陷。若位错环位于PN结耗尽区附近，会产生大的漏电流，位错环与金属杂质结合时更严重。因此，选择的退火过程应当能够产生足够的杂质扩散，使位错环处于高掺杂区，同时又被阻挡在器件工作时的耗尽区之外。 7.离子注入在半导体工艺中有哪些常见应用？ 答：阱注入、VT调整注入，轻掺杂漏极（LDD），源漏离子注入，形成SOI结构。 8.简述RTP设备的工作原理，相对于传统高温炉管它有什么优势？ 答：RTP设备是利用加热灯管通过热辐射的方式选择性加热硅片，使得硅片在极短的时间内达到目标温度并稳定维持一段时间。相对于传统高温炉管，RTP设备热处理时间短，热预算小，冷壁工艺减少硅片污染。 9.简述RTP在集成电路制造中的常见应用。 答：RTP常用于退火后损失修复、杂质的快速热激活、介质的快速热加工、硅化物和接触的形成等。 10.采用无定形掩膜的情况下进行注入，若掩膜/衬底界面的杂质浓度减少至峰值
第一章 ? 1. 什么叫机床的数字控制？什么是数控机床？机床的数字控制原理是什么？ 答：数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行可编程控制的自动化方法。 数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。是数控技 术典型应用的例子。 数控机床在加工零件时，首先是根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工 艺参数和位移数据；其次是编制零件的数控加工程序，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、启停、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。 ? 2. 什么叫点位控制、直线控制和轮廓控制？ 答：点位控制是控制点到点的距离。只是要求严格控制点到点之间的距离，而与所走 的路径无关。 直线控制是不仅控制点到点的距离，还要控制这两点之间的移动速度和路线，使之沿 坐标平行或成45°的方向运动。也就是说同时控制的坐标只有一个。 轮廓加工控制是控制轮廓加工，实时控制位移和速度。它的特点是能够对两个或两个 以上的运动坐标的位移和速度同时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。控制过程中不仅对坐标的移动量进行控制，而 且对各坐标的速度及它们之间比率都要行严格控制，以便加工出给定的轨迹。 ? 3. 简述数控机床是如何分类的？ 答：按伺服系统的类型分： 开环控制的数控机床、闭环控制的数控机床、半闭环控制的数控机床。 按工艺方法分： 金属切削类数控机床、金属成型类及特种加工类数控机床。 按功能水平分： 低档数控机床；中档数控机床；高档数控机床。 ? 4.什么叫CNC？
《数控加工工艺与编程》 模拟试题一 一、填空题(每题1分,共20分) 1、数控机床大体由输入装置、数控装置、伺服系统和机床本体组成。 2、FMC由加工中心和自动交换工件装置所组成。 3、数控系统按一定的方法确定刀具运动轨迹的过程叫插补，实现这一运算的装置叫插补器 4、数控机床坐标系三坐标轴X、Y、Z及其正方向用右手定则判定，X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋法则判断。 5、走刀路线是指加工过程中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向。 6、使用返回参考点指令G28时，应取消刀具补偿功能，否则机床无法返回参考点。 7、在精铣内外轮廓时，为改善表面粗糙度，应采用顺铣的进给路线加工方案。 8、一般数控加工程序的编制分为三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和编程调试。 9、一般维修应包含两方面的含义，一是日常的维护,二是故障维修。 10、数控机床的精度检查，分为几何精度检查、定位精度检查和切削精度检查。 11、刚度是指材料在外力作用下抵抗变形的能力。 12、三相步进电动机的转子上有40个齿，若采用三相六拍通电方式，则步进电动机的步距角为1.50 。 13、切削时的切削热大部分由切屑带走。 14、决定某一种定位方式属于几点定位，根据工件被消除了几个自由度。 15、滚珠丝杠消除轴向间隙的目的是提高反向传动精度。 16、车刀的角度中影响切削力最大的是前角。 17、观察G02(G03)方向为垂直于圆弧所在坐标平面的坐标轴负向。 18、刀具路线是刀位点相对于工件运动轨迹。 19、可以完成几何造型，刀具轨迹生成，后置处理的编程方法称图形交互式自动编程。 20、刀具磨损主要原因是切削时的高温。 二、判断(每题1分,共20分) 1．数控机床是为了发展柔性制造系统而研制的。（×） 2．数控技术是一种自动控制技术。（√） 3．数控机床的柔性表现在它的自动化程度很高。（×） 4．数控机床是一种程序控制机床。（√） 5．能进行轮廓控制的数控机床，一般也能进行点位控制和直线控制。（√） 6．加工平面任意直线应采用点位控制数控机床。（×） 7．加工与坐标轴成45o的斜线可采用点位直线控制数控机床。（√） 8．多坐标联动就是将多个坐标轴联系起来，进行运动。（×） 9．联动是数控机床各坐标轴之间的运动联系。（×） 10．四轴控制的数控机床可用来加工圆柱凸轮。（√） 11．加工中心是一种多工序集中的数控机床。（√） 12．加工中心是最早发展的数控机床品种。（×） 13．加工中心是世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一。（√） 14．数控机床以G代码作为数控语言。（×） 15．数控机床上的F、S、T就是切削三要素。（×） 16．G40是数控编程中的刀具左补偿指令。（×） 17．判断刀具左右偏移指令时，必须对着刀具前进方向判断。（×） 18．数控铣床的工作台尺寸越大，其主轴电机功率和进给轴力矩越大。（√） 19．G03X_Y_I_J_K_F_表示在XY平面上顺时针插补。（×）
1．固体材料可以分为 晶体 和 非晶体 两大类，它们之间的主要区别是 。 2．纯净半导体Si 中掺V 族元素的杂质，当杂质电离时释放 电子 。这种杂质称 施主 杂质；相应的半 导体称 N 型半导体。 3．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是 电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施 主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 4．当半导体中载流子浓度的分布不均匀时，载流子将做 扩散 运动；在半导体存在外加电压情况下，载 流子将做 漂移 运动。 5．对n 型半导体，如果以E F 和E C 的相对位置作为衡量简并化与非简并化的标准，那末， 为非 简并条件； 为弱简并条件； 简并条件。 6．空穴是半导体物理学中一个特有的概念，它是指： ； 7．施主杂质电离后向 带释放 ，在材料中形成局域的 电中心；受主杂质电离后 带释放 ， 在材料中形成 电中心； 8．半导体中浅能级杂质的主要作用是 ；深能级杂质所起的主要作用 。 9. 半导体的禁带宽度随温度的升高而__________；本征载流子浓度随禁带宽度的增大而__________。 10.施主杂质电离后向半导体提供 ，受主杂质电离后向半导体提供 ，本征激发后向半导体提 供 。 11.对于一定的n 型半导体材料，温度一定时，较少掺杂浓度，将导致 靠近Ei 。 12.热平衡时，半导体中电子浓度与空穴浓度之积为常数，它只与 和 有关，而与 、 无关。 A. 杂质浓度 B. 杂质类型 C. 禁带宽度 D. 温度 12. 指出下图各表示的是什么类型半导体？ 13．n o p o =n i 2标志着半导体处于 平衡 状态，当半导体掺入的杂质含量改变时，乘积n o p o 改变否？ 不 变 ；当温度变化时，n o p o 改变否？ 改变 。 14．非平衡载流子通过 复合作用 而消失， 非平衡载流子的平均生存时间 叫做寿命τ，寿命 τ与 复合中心 在 禁带 中的位置密切相关，对于强p 型和 强n 型材料，小注入时寿命τn 为 ，寿命τp 为 . 15． 迁移率 是反映载流子在电场作用下运动难易程度的物理量， 扩散系数 是反映有浓度梯度时载流子 运动难易程度的物理量，联系两者的关系式是 q n n 0=μ ，称为 爱因斯坦 关系式。 16．半导体中的载流子主要受到两种散射，它们分别是电离杂质散射 和 晶格振动散射 。前者在 电离施主或电离受主形成的库伦势场 下起主要作用，后者在 温度高 下起主要作用。 17．半导体中浅能级杂质的主要作用是 影响半导体中载流子浓度和导电类型 ；深能级杂质所起的主 要作用 对载流子进行复合作用 。
常用术语翻译 active region 有源区 2.active ponent有源器件 3.Anneal退火 4.atmospheric pressure CVD (APCVD) 常压化学气相淀积 5.BEOL（生产线）后端工序 6.BiCMOS双极CMOS 7.bonding wire 焊线，引线 8.BPSG 硼磷硅玻璃 9.channel length沟道长度 10.chemical vapor deposition (CVD) 化学气相淀积 11.chemical mechanical planarization (CMP)化学机械平坦化 12.damascene 大马士革工艺 13.deposition淀积 14.diffusion 扩散 15.dopant concentration掺杂浓度 16.dry oxidation 干法氧化 17.epitaxial layer 外延层 18.etch rate 刻蚀速率 19.fabrication制造 20.gate oxide 栅氧化硅 21.IC reliability 集成电路可靠性 22.interlayer dielectric 层间介质（ILD） 23.ion implanter 离子注入机 24.magnetron sputtering 磁控溅射 25.metalorganic CVD(MOCVD)金属有机化学气相淀积 26.pc board 印刷电路板 27.plasma enhanced CVD(PECVD) 等离子体增强CVD 28.polish 抛光 29.RF sputtering 射频溅射 30.silicon on insulator绝缘体上硅（SOI）
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
数控技术期末整理试题及答案 一、知识点 1、数控及数控机床的定义；数控机床的组成；数控机床的主要技术参数；数控机床的分类？答：数控，即是数字控制（NC）；数控机床就是采用了数控技术的机床；数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体四部分组成；数控机床的主要技术参数：1、主要规格尺寸； 2、主轴系统； 3、进给系统； 4、刀具系统；数控机床的分类：1、按机械运动轨迹分类（1.点位控制数控机床；2.直线控制数控机床；3.轮廓控制数控机床。）；2、按伺服系统的类型分类（1.开环伺服系统数控机床；2.闭环伺服系统数控机床；3. 半闭环伺服系统数控机床。）；3、按功能水平分类（高、中、低档）；4、按加工方式分类（1.金属切削类数控机床；2金属成型类数控机床；3.数控特种加工机床。） 2、什么是脉冲当量（分辨率）；什么是定位精度和重复定位精度？ 答：脉冲当量是指两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔，是重要的精度指标。定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度。重复定位精度是指在同一台机床上，应用相同程序相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。 3、开环伺服系统数控机床、闭环伺服系统数控机床、半闭环伺服系统数控机床各自有什么 特点？ 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。 4、数控加工方法与加工方案的确定原则分别是什么？ 答：数控加工方法的选择是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。加工方案的确定原则：零件上比较精确表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。
半导体物理习题解答 1－1．（P 32）设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c （k ）和价带极大值附近能量E v （k ）分别为： E c (k)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h －0 2 23m k h ； m 0为电子惯性质量，k 1＝1/2a ；a ＝0.314nm 。试求： ①禁带宽度； ②导带底电子有效质量； ③价带顶电子有效质量； ④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 [解] ①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝0232m k h ＋0 12)(2m k k h -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝ 14 3 k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min = 2 10 4k m h ； 由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0； 并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝02126m k h ；∴Eg ＝E min －E max ＝021212m k h ＝2 02 48a m h ＝11 28282 2710 6.1)1014.3(101.948)1062.6(----???????＝0.64eV ②导带底电子有效质量m n 0202022382322 m h m h m h dk E d C =+=；∴ m n ＝022 283/m dk E d h C = ③价带顶电子有效质量m ’ 022 26m h dk E d V -=，∴022 2'61/m dk E d h m V n -== ④准动量的改变量 h △k ＝h (k min -k max )= a h k h 83431= [毕] 1－2．（P 33）晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带 底运动到能带顶所需的时间。 [解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk =q E （取绝对值） ∴dt =qE h dk
填空题（30分=1分*30）(只是答案) 半导体级硅 、 GSG 、 电子级硅 。CZ 法 、 区熔法、 硅锭 、wafer 、硅 、锗、单晶生长、整型、切片、磨片倒角、刻蚀、（抛光）、清洗、检查和包装。 100 、110 和111 。融化了的半导体级硅液体、有正确晶向的、被掺杂成p 型或n 型、 实现均匀掺杂的同时并且复制仔晶的结构，得到合适的硅锭直径并且限制杂质引入到硅中 、拉伸速率 、晶体旋转速率 。 去掉两端、径向研磨、硅片定位边和定位槽。 制备工业硅、生长硅单晶、 提纯） 。卧式炉 、立式炉 、快速热处理炉 。干氧氧化、湿氧氧化、水汽氧化。工艺腔、硅片传输系统、气体分配系统、尾气系统、温控系统。 局部氧化LOCOS 、浅槽隔离STI 。 掺杂阻挡、表面钝化、场氧化层和金属层间介质。热生长 、淀积 、薄膜 。石英工艺腔、加热器、石英舟。 APCVD 常压化学气相淀积、LPCVD 低压化学气相淀积、PECVD 等离子体增强化学气相淀积。晶核形成、聚焦成束 、汇聚成膜。同质外延、异质外延。膜应力、电短路、诱生电荷。导电率、高黏附性、淀积 、平坦化、可靠性、抗腐蚀性、应力等。CMP 设备 、电机电流终点检测、光学终点检测。平滑、部分平坦化、局部平坦化、全局平坦化。 磨料、压力。使硅片表面和石英掩膜版对准并聚焦，包括图形）；（通过对光刻胶曝光，把高分辨率的投影掩膜版上图形复制到硅片上）；（在单位时间内生产出足够多的符合产品质量规格的硅片）。化学作用、物理作用、化学作用与物理作用混合。介质、金属 。在涂胶的硅片上正确地复制 掩膜图形。 被刻蚀图形的侧壁形状、各向同性、各向异性。气相、液相、 固相扩散。间隙式扩散机制、替代式扩散机制、激活杂质后。一种物质在另一种物质中的运动、一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度 ）和（ 系统内必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。 热扩散 、离子注入。预淀积 、推进、激活。时间、温度 。扩散区、光刻区 、刻蚀区、注入区、薄膜区、抛光区。硅片制造备 ）、（ 硅片制造 ）、硅片测试和拣选、（ 装配和封装 、终测。 微芯片。第一层层间介质氧化物淀积、氧化物磨抛、第十层掩模、第一层层间介质刻蚀。 钛淀积阻挡层、氮化钛淀积、钨淀积 、磨抛钨。 1． 常用的半导体材料为何选择硅？（6分） （1）硅的丰裕度。硅是地球上第二丰富的元素，占地壳成分的25%；经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本； （2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限。硅1412℃>锗937℃ （3）更宽的工作温度。用硅制造的半导体件可以用于比锗更宽的温度范围，增加了半导体的应用范围和可靠性； （4）氧化硅的自然生成。氧化硅是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污；氧化硅具有与硅类似的机械特性，允许高温工艺而不会产生过度的硅片翘曲； 2． 晶圆的英文是什么？简述晶圆制备的九个工艺步骤。（6分） Wafer 。 （1） 单晶硅生长: 晶体生长是把半导体级硅的多晶硅块转换成一块大的单晶硅。生长后的单晶硅被称为硅锭。可用CZ 法或区熔法。 （2） 整型。去掉两端，径向研磨，硅片定位边或定位槽。 （3） 切片。对200mm 及以上硅片而言，一般使用内圆切割 机；对300mm 硅片来讲都使用线锯。 （4） 磨片和倒角。切片完成后，传统上要进行双面的机械磨片以去除切片时留下的损伤，达到硅片两面高度的平行及平坦。硅片边缘抛光修整，又叫倒角，可使硅片边缘获得平滑的半径周线。 （5） 刻蚀。在刻蚀工艺中，通常要腐蚀掉硅片表面约20微米的硅以保证所有的损伤都被去掉。 （6） 抛光。也叫化学机械平坦化（CMP ），它的目标是高平整度的光滑表面。抛光分为单面抛光和双面抛光。 （7） 清洗。半导体硅片必须被清洗使得在发给芯片制造厂之前达到超净的洁净状态。 （8） 硅片评估。 （9） 包装。 3． 硅锭直径从20世纪50年代初期的不到25mm 增加到现在的300mm 甚至更大，其原因是什么？（6分） （1） 更大直径硅片有更大的表面积做芯片，能够减少硅片的浪费。 （2） 每个硅片上有更多的芯片，每块芯片的加工和处理时间减少，导致设备生产效率变高。 （3） 在硅片边缘的芯片减少了，转化为更高的生产成品率。 （4） 在同一工艺过程中有更多芯片，所以在一块芯片一块芯片的处理过程中，设备的重复利用率提高了。 氧化 4.立式炉出现的主要原因，其主要控制系统分为哪五个部分？（6分） (1) 立式炉更易于自动化、可改善操作者的安全以及减少颗粒污染。与卧式炉相比可更好地控制温度和均匀性。 (2) 工艺腔，硅片传输系统，气体分配系统，尾气系统，温控系统。 5.试写出光刻工艺的基本步骤。（6分） （1）气相成底膜；（2）旋转涂胶；（3）软烘 ；（4）对准和曝光；（ 5）曝光后烘焙(PEB)； （6） 显影； （7）坚膜烘焙； （8）显影检查。 4． 已知曝光的波长 为365nm ，光学系统的数值孔径NA 为0.60，则该光学系统的焦深DOF 为多少？（6分） 5． 简述扩散工艺的概念。（6分） 扩散是物质的一个基本属性，描述了一种物质在另一种物质中运动的情况。扩散的发生需要两个必要的条件：（1）一种材料的浓度必须高于另一种材料的浓度；（2）系统内必须有足够的能量使高浓度的材料进入或通过另一种材料。 气相扩散：空气清新剂喷雾罐 液相扩散：一滴墨水滴入一杯清水 固相扩散：晶圆暴露接触一定浓度的杂质原子（半导体掺杂工艺的一种） 6． 名词解释：离子注入。（6分） 离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。它是一个物理过程，即不发生化学反应。离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料。 四、综合题：（30分=15分*2，20题）2题/章 1． 对下图所示的工艺进行描述，并写出工艺的主要步骤。（15分） 描述：图示工艺：选择性氧化的浅槽隔离（STI ）技术。（用于亚0.25微米工艺） STI 技术中的主要绝缘材料是淀积氧化物。选择性氧化利用掩膜来完成，通常是氮化硅，只要氮化硅膜足够厚，覆盖了氮化硅的硅表面就不会氧化。掩膜经过淀积、图形化、刻蚀后形成槽。 在掩膜图形曝露的区域，热氧化150~200埃厚的氧化物后，才能进行沟槽填充。这种热生长的氧化物使硅表面钝化，并且可以使浅槽填充的淀积氧化物和硅相互隔离，它还能作为有效的阻挡层，避免器件中的侧墙漏电流产生。 步骤：1氮化硅淀积 2氮化硅掩蔽与刻蚀 3侧墙氧化与沟槽填充 4氧化硅的平坦化(CMP) 5氮化硅去除。 浅槽隔离(STI)的剖面 2． 识别下图所示工艺，写出每个步骤名称并进行描述，对其特有现象进行描述。（15分） 答：一 ）此为选择性氧化的局部氧化LOCOS （0.25微米以 上的工艺 ） 二 ）步骤名称及描述： 1 氮化硅淀积。 2 氮化硅掩蔽与刻蚀 3 硅的局部氧化 LOCOS 场氧化层的剖面 4 氮化硅去除 用淀积氮化物膜作为氧化阻挡层，因为淀积在硅上的氮化物 不能被氧化，所以刻蚀后的区域可用来选择性氧化生长。热 氧化后，氮化物和任何掩膜下的氧化物都将被除去，露出赤 裸的硅表面，为形成器件作准备。 三）特有现象描述：当氧扩散穿越已生长的氧化物时，它是 在各个方向上扩散的（各向同性）。 一些氧原子纵向扩散进入硅，另一些氧原子横向扩散。这意 味着在氮化物掩膜下有着轻微的侧面氧化生长。由于氧化层 比消耗的硅更厚，所以在氮化物掩膜下的氧化生长将抬高氮 化物的边缘，我们称为“鸟嘴效应” 金属化 3． 按照下图，解释化学机械平坦化工艺。（15分） CMP 是一种表面全局平坦化的技术，它通过硅片和一个抛光 头之间的相对运动来平坦化硅片表面，在硅片和抛光头之间 有磨料，并同时施加压力。CMP 设备——抛光机 光刻 4． 识别下图所示工艺，写出每个步骤名称并进行描述。 （15分） 答：1 气相成底膜：清洗、脱水，脱水烘焙后立即用HMDS 进行成膜处理，起到粘附促进剂的作用。 2 采用旋转涂胶的方法涂上液相光刻胶材料。 3 软烘：其目的是除去光刻胶中的溶剂。 4 对准和曝光：掩模板与涂了胶的硅片上的正确位置对准。然后将掩模板和硅片曝光。 5 曝光后烘焙：深紫外（DUV ）光刻胶在100-110℃的热板上进行曝光后烘焙。 6 显影：是在硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。 7 坚模烘焙：要求会发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片表面的粘附性。 8 显影后检查：目的是找出光刻胶有质量问题的硅片，描述光刻胶工艺性能以满足规范要求。 刻蚀 5． 等离子体干法刻蚀系统的主要部件有哪性？试举出三种主要类型，并对圆筒式等离子体刻蚀机作出介绍。（15分） 答：一个等离子体干法刻蚀系统的基本部件包括：（1）发生刻蚀反应的反应腔；（2）产生等离子体的射频电源；（3）气体流量控制系统；（4）去除刻蚀生成物和气体的真空系统。 圆桶式反应器是圆柱形的，在0.1~1托压力下具有几乎完全相同的化学各向同性刻蚀。硅片垂直、小间距地装在一个石英舟上。射频功率加在圆柱两边的电极上。通常有一个打孔的金属圆柱形刻蚀隧道，它把等离子体限制在刻蚀隧道和腔壁之间的外部区域。硅片与电场平行放置使物理刻蚀最小。等离子体中的刻蚀基扩散到刻蚀隧道内，而等离子体中的带能离子和电子没有进入这一区域。 这种刻蚀是具有各向同性和高选择比的纯化学过程。因为在硅片表面没有物理的轰击，因而它具有最小的等离子体诱导损伤。圆桶式等离子体反应器主要用于硅片表面的去胶。氧是去胶的主要刻蚀机。 离子注入 6． 对下图中的设备进行介绍，并对其所属的工艺进行描述。（15分） 离子注入工艺在离子注入机内进行，它是半导体工艺中最复杂的设备之一。离子注入机包含离子源部分，它能从原材料中产生带正电荷的杂质离子。离子被吸出，然后用质量分析仪将它们分开以形成需要掺杂离子的束流。束流中的离子数量与希望引入硅片的杂质浓度有关。离子束在电场中加速，获得很高的速度（107cm/s 数量级），使离子有足够的动能注入到硅片的晶格结构中。束流扫描整个硅片，使硅片表面均匀掺杂。注入之后的退火过程将激活晶格结构中的杂质离子。所有注入工艺都是在高真空下进行的。 离子注入设备包含以下5 个部分： （1）离子源；（2）引出电极（吸极）和离子分析器；（3）加速管；（4）扫描系统；（5）工艺室 离子注入是一种向硅衬底中引入可控制数量的杂质，以改变其电学性能的方法。它是一个物理过程，即不发生化学反应。离子注入在现代硅片制造过程中有广泛应用，其中最主要的用途是掺杂半导体材料。每一次掺杂对杂质的浓度和深度都有特定的要求。离子注入能够重复控制杂质的浓度和深度，因而在几乎所有应用中都优于扩散。它已经成为满足亚0.25μm 特征尺寸和大直径硅片制作要求的标准工艺。热扩散的5个问题对先进的电路生成的限制：（1）横向扩散（2）超浅结（3）粗劣的掺杂控制（4）表面污染的阻碍（5）错位的产生。 亚0.25μm 工艺的注入过程有两个主要目标： （1）向硅片中引入均匀、可控制数量的特定杂质。 （2）把杂质放置在希望的深度。 7.离子注入工艺的主要优缺点。（15分） 答：优点：（1）精确控制杂质含量。 （2）很好的杂质均匀性。（扫描方法） （3）对杂质穿透深度有很好的控制。（控制能量） （4）产生单一离子束。（质量分离技术） （5）低温工艺。（中等温度小于125℃，允许使用不同的光刻掩膜，包括光刻胶） （6）注入的离子能穿过薄膜。 （7）无固溶度极限。 缺点：（1）高能杂质离子轰击硅原子将对晶体结构产生损伤。当高能离子进入晶体并与衬底原子碰撞时，能量发生转移，一些晶格上的硅原子被取代，这个反应被称为辐射损伤。大多数甚至所有的的晶体损伤都能用高温退火进行修复。 （2）注入设备的复杂性。然而这一缺点被离子注入机对剂 量和深度的控制能力及整体工艺的灵活性弥补 7． 依照下图，对硅片制造厂的六个分区分别做一个简 短的描述，要求写出分区的主要功能、主要设备以及显著特 点。（15分） （1） (1)扩散区。扩散区一般认为是进行高温工艺及薄膜淀积的 区域。 主要设备：高温扩散炉：1200℃，能完成氧化、扩散、淀积、 退火以及合金等多种工艺流程。湿法清洗设备 。 （2） (2)光刻。把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注 入的硅片上。 主要设备：涂胶/显影设备，步进光刻机。 （3） (3)刻蚀。用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需 要材料，在硅片上没有光刻胶保护的地方留下永久的图形。 主要设备：等离子体刻蚀机，等离子去胶机，湿法清洗设备 。 (4)离子注入。主要功能是掺杂。 主要设备：离子注入机、等离子去胶机、湿法清洗设备 。