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数控装置的组成
数控装置（digital controller，习惯称为数控系统）是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。
目前的数控装置都是基于微型计算机的硬件和软件来实现其功能，所以称之为计算机数控（CNC）装置。
它一方面具有一般微型计算机的基本结构，如中央处理单元（CPU）、总线、存储器、输入/输出接口等；另一方面又具有数控机床完成特有功能所需要的功能模块和接口单元，如手动数据输入（MDI）接口、PLC 接口、纸带阅读机接口等。
CNC装置在上述硬件基础上必须编写相应的系统软件来指挥和协调硬件的工作，两者缺一不可。
CNC装置的软件由管理软件和控制软件两部分组成。
填空题1、数控机床坐标系采用的是右手笛卡尔直角坐标系。
2、数控机床坐标系的正方向规定为增大刀刀具与工件距离的方向。
3、数控机床坐标系中Z轴的方向指的是与主轴平行的方向，其正方向是刀具远离工件的方向。
4、数控机床中旋转坐标有 A 轴、B 轴、 C 轴，其正方向的判断是用右手螺旋定则。
5、数控车床中X轴的方向是工件的径向，其正方向是远离工件的方向 .6、数控机床坐标系一般可分为机床坐标系和工件坐标系两大类。
7、数控机床坐标系按坐标值的读法不同可分为绝对坐标系和增量坐标系。
8、在绝对坐标系中所有刀具运动轨迹的坐标值都以坐标原点为计算基准,而增量坐标系中所有运动轨迹的坐标值都相对前一位置进行计算的。
9、数控系统的插补是指根据给定的数学函数，在理想的轨迹和轮廓上的已知点之间进行数据密化处理的过程。
10、大多数数控系统都具有的插补功能有直线插补和圆弧插补。
11、插补的精度是以脉冲当量的数值来衡量的。
12、所谓脉冲当量是指数控装置发出一个脉冲信号机床执行部件的位移量。
13、数控机床插补过程中的四个节拍是: 偏差差别、坐标进给、偏差计算、终点差别。
14、插补过程中终点判别的具体方法有：单向计数、双向计数、分别计数。
15、数控编程是从零件图样到获得数控机床所能识别的数控加工程序的全过程。
16、数控编程的步骤有工艺分析、数值计算、编写程序单、程序输入、程序检验和首件加工。
17、数控机床程序段的格式有固定程序段格式和可变程序段格式。
18、数控机床的编程方法有手动编程和自动编程。
19、以下指令的含义：G00 快速点定位；G01直线插补 ;G02 顺时针圆弧插补；G03 逆时针圆弧插补。
20、准备功能G代码有模态代码和非模态代码两大类.二、判断题1、数控加工程序是由若干程序段组成，而且一般常采用可变程序进行编程.（√）2、只需根据零件图样进行编程，而不必考虑是刀具运动还是工件运动。
（×）3、进给路线的确定一是要考虑加工精度，二是要实现最短的进给路线. （√）4、刀位点是刀具上代表刀具在工件坐标系的一个点,对刀时，应使刀位点与对刀点重合。
数控技术第三版章节练习答案第一章绪论1.1数控机床的工作流程是什么？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 数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？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。
现代数控技术及数控机床试卷2标准答案学生姓名：，班级：，学号：，成绩：一．填空题（每题2分）1．数控机床是由控制介质、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、反馈装置、适应控制装置和机床等部分组成。
2．数控机床加工过程的加工路线是指刀具中心的运动轨迹和方向。
3．三相步进电机的转子上有40个齿，若采用三相六拍通电方式，则步进电机的步距角为 1.50。
4．数控机床的最小设定单位是数控机床能实现的最小位移量，标制着数控机床精度的分辨率，其值一般为0.0001～0.01mm，在编程时，所有的编程单位都应转换成与最小设定单位相应的数据。
5．通常把数控车床的床身导轨倾斜布置，可改善其排屑条件和受力状态。
提高机床的静刚度。
6．数控机床的工作台和刀架等部件的移动，是由交流或直流伺服电机驱动，经过滚珠丝杠传动，可减少进给系统所需要的驱动扭矩，提高定位精度、运动平稳性。
7．对步进电机施加一个电脉冲信号时，步进电机就回转一个固定的角度，叫做步距角，电机的总回转角和输入脉冲数成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的频率。
8．位置检测装置是数控机床的重要组成部分，在闭环系统中，它的主要作用是检测位移量，并发出反馈信号与数控装置发出的指令信号进行比较，如有偏差，经放大后控制执行部件，使其向着消除偏差方向运动，直至偏差等于零为止。
9．刀具半径补偿功能的作用就是要求数控系统根据工件轮廓程序和刀具中心偏移量，自动计算出刀具中心轨迹。
10．伺服系统的输入是插补器发出的指令脉冲，输出是直线或转角位移。
11．数控机床工作台和刀架等部件的移动，由交流或直流伺服电机驱动，经过滚珠丝杠传动，减少了进给系统所需要的驱动扭矩，提高了定位精度和运动平稳性。
12．光栅依不同制造方法有透射光栅和反射光栅两种。
数控机床中常用透射光栅做位置传感器。
二．选择题（每题2分）1．闭环伺服系统使用的执行元件是（1，2）（1）支流伺服电机（2）交流伺服电机（3）步进电机（4）电液脉冲马达2．步进电机的角位移与（4）成正比。
数控技术智慧树知到课后章节答案2023年下山东科技大学山东科技大学第一章测试1.数控机床加工零件时，首先应编制零件的（），将其输入到数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作。
A:工序卡B:工艺卡C:数控程序D:APT程序答案:数控程序2.( )是数控机床的核心，它是由中央处理器CPU、存储器、各种I/O接口等设备组成的计算机系统。
A:数控装置B:伺服系统C:位置测量反馈系统D:PLC答案:数控装置3.闭环控制系统数控机床检测元件装在伺服电动机的尾部，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置中。
（）A:对 B:错答案:错4.点位控制数控机床只控制刀具或部件从一点到另一点位置的精确定位，而不控制移动轨迹，在移动和定位过程中不进行任何加工。
（）A:对 B:错答案:对5.采用经济型数控系统的机床不具有的特点是（）A:只配必要的数控功能B:必须采用闭环控制系统C:CPU可采用单片机D:采用步进电机伺服系统答案:必须采用闭环控制系统第二章测试1.数控机床有不同的运动形式，需要考虑工件与刀具相对运动关系及坐标系方向，编写程序时，采用（）的原则编写程序。
A:工件固定不动，刀具移动B:分析机床运动关系后再根据实际情况定C:由机床说明书说明D:刀具固定不动，工件移动答案:工件固定不动，刀具移动2.根据加工零件图样选定的编制零件程序的原点是（）。
A:编程原点B:机床原点C:刀具原点D:加工原点答案:编程原点3.用棒料毛坯，加工余量较大且不均匀的盘类零件，应选用的复合循环指令是( )。
A:G72B:G71C:G76D:G73答案:G724.顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边时，采用的刀具半径补偿指令为（）。
A:G44B:G42C:G43D:G41答案:G425.G91 G00 X30.0 Y-20.0 表示（）。
CNC装置软件结构
CNC装置的软件是为完成CNC数控机床的各项功能而特地设计和编制的，是一种专用软件，结构取决于软件的分工，也取决于软件本身的工作特点。
软件功能是CNC装置的功能体现。
一些厂商生产的CNC 装置，硬件设计好后基本不变，而软件功能不断升级，以满意制造业进展的要求。
一、CNC装置软硬件的分工
在CNC装置中，软件和硬件的分工由性能价格比打算的。
现代CNC 装置中，软件和硬件的分工是不固定的。
图4-7为数控系统软硬件分工的4种形式。
二、CNC装置软件结构的特点
系统的掌握部分包括：译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置掌握等软件。
如图4-8 所示。
CNC系统是一个专用的实时多任务计算机掌握系统，它的掌握软件也采纳了计算机软件技术中的很多先进技术。
其中多任务并行处理和多重实时中断两项技术的运用是CNC装置软件结构的特点。
1．多任务并行处理
(1) CNC装置的多任务性
CNC装置系统软件分为管理软件和掌握软件两部分。
多任务是指在
数控加工时系统软件必需同时进行掌握与管理工作。
例如，为了便于操作人员能准时把握CNC的工作状态，管理软件中的显示模块必需与掌握模块同时运行；当CNC处于NC工作方式时，管理软件中的零件程序输入模块必需与掌握软件同时运行。
(2) 并行处理
并行处理是计算在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。
如为了保证加工过程的连续性，即刀具在各程序段间不停刀，译码、刀补和速度处理模块必需与插补模块同时运行，而插补又要与位置掌握必需同时进行等，这种任务并行处理关系如图4-9 所示。
运用并行处理技术可以提高运算速度。
并行处理方法：
资源共享(软件设计)：“分时共享”，多个用户按时间挨次使用同一套设备。
资源重复(硬件设计)：通过增加资源提高运算速度。
时间重叠(软件设计)：依据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上错开，轮番使用同一套设备。
2. 实时中断处理
CNC装置软件结构的另一个特点是实时中断处理。
CNC装置的多任务性和实时性打算了中断成为整个装置必不行少的组成部分。
CNC装置的中断管理主要靠硬件完成，而其中中断结构打算了CNC装置软件的结构。
(1) CNC装置的中断类型
1）外部中断主要有纸带光电阅读机中断、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，将它们放在较高的优先级上，而键盘和操作面板的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。
在有些系统中将两种定时中断合二为一。
但是在处理时，总是先处理位置掌握，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消失的特别状况的报警中断。
如：各种溢出，除零等。
(2) CNC装置中断结构模式
1）中断型结构模式
将各功能模块排成不同优先级的中断程序，构成中断系统。
各功能模块在事先编排好的优先级别下协调运行。
优先级别越高的，中断时间间隔越短。
一般在中断型结构模式的CNC软件体系中，掌握显示器显示的模块为低级中断（0级中断），只要系统中没有其他中断级别恳求，总是执行0级中断，即系统进行显示。
其他程序模块，如译码处理、刀具中心轨迹计算、键盘掌握、I/O信号处理、插补运算、终点判别、伺
服系统位置掌握等处理，分别具有不同的中断优先级别。
开机后，系统程序首先进入初始化程序，进行初始化状态的设置、ROM检查等工作。
初始化后，系统转入0级中断显示处理。
此后系统就进入各种中断的处理，整个系统的管理是通过每个中断服务程序之间的通信方式来实现的。
2) 前后台型结构模式
该结构模式的CNC系统的软件分为前台程序和后台程序。
前台程序（实时中断程序）：完成与机床动作直接相关的实时功能，包括位置掌握、插补、帮助功能、面板扫描及输出等。
后台程序（背景程序）：完成预备和管理工作，包括输入译码、插补预备及管理等。
图4-11所示为前后台软件结构中，实时中断程序与后台程序的关系图。
这种前后台型的软件结构一般适合单处理器集中式掌握，对CPU 的性能要求较高。
程序启动后先进行初始化，再进入后台程序环，同时开放实时中断程序，每隔肯定的时间中断发生一次，执行一次中断服务程序，此时后台程序停止运行，实时中断程序执行后，再返回后台程序。
