数控技术课后答案

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？
答：以计算机为核心的数控系统。

⏹ 1.数控程序和程序段的格式是什么？包括哪几类指令代码？
答：从数控系统外部输入的，根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制并直接用于加工的程序，就是数控加工程序，简称为数控程序。

程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的书写规则。

准备机能（G代码）、辅助机能（M代码）、进给功能（F）、主轴功能（S）和刀具功能（T）。

⏹ 2.准备功能G有哪几种功用？
答：用于建立机床的加工机能，它是使数控机床作好某种操作准备的指令，其中：(1) G00 ：点定位，以最大进给速度移动到指定位置。

(2) G01 ：直线插补。

(3) G02 ：顺时针方向圆弧插补。

(4) G03 ：逆时针方向圆弧插补。

(5) G04 ：暂停。

(6) G06 ：抛物线插补。

(7) G08 ：加速。

(8) G09 ：减速。

(9) G17 ～G19 ：平面选择。

(10) G33 ～G35 ：指定螺纹切削方式。

(11) G40 ～G42 ：指定工具直径补偿方式。

(12) G43 ～G52 ：工具偏置。

(13) G80 ～G89 ：固定循环。

(14) G90 ：绝对尺寸。

(15) G91 ：增量尺寸。

(16) G92 ：预置寄存。

(17) G93 ：时间倒数、进给率。

(18) G94 ：每分钟进给。

(19) G95 ：主铀每转进给。

此外还有一些不指定代码和永不指定代码。

⏹ 3.插补指令有几种？速度代码有几种？有关坐标系的指令有几种？
答：插补功能G代码：
（1）定位（快速）指令（G00）：程序格式为：G00 X_ Y_ Z_；
（2）单方向定位指令（G60）：其指令格式为：G60 X_ Y_ Z_；
（3）直线插补指令（G01）：程序格式为：G01 X_ Y_ Z_ F_；
（4）圆弧插补指令（G02、G03）：程序格式为：
（5）螺旋线插补指令：程序格式为：
（6）螺纹切削指令（G33）：其指令格式为：G33 Z_ F_ 。

切削速度控制G 代码：
（1）准确停止指令（G09）：其指令格式为：G09 X_ Y_ Z_；
（2）准确停止方式指令(G61)：其指令格式为：G61；
（3）切削方式指令（G64）：其指令格式为： G64；
（4）攻丝方式指令（G63）：其指令格式为：G63；
（5）自动拐角倍率指令（G62）；
（6）暂停指令（G04）：其指令格式为： G04 X_；或 G04 P_；
与坐标系有关的G 代码：
（1）选择机床坐标系指令（G53）：G53 X αY β；
（2）工件坐标系设定指令(G92)：G92 X400. Z250.；
（3）选择工件坐标系指令（G54～G59）；
（4）坐标平面设定指令（G17，G18，G19）。

4.补偿功能指令、主轴功能指令和刀具功能指令各有哪几种，各使用在什么场合？
答：补偿功能G 代码：
（1）刀具长度补偿指令（G43、G44、G49）：程序格式为G43（G44）Z_ H_； ；
03 02 17 - - - - - - - ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ ⎭ ⎬ ⎫ ⎩ ⎨ ⎧ F R J I Y X G G G Z
（2）刀具偏移指令：
G45 X_ Y_ Z_ D_；增加一个刀具偏移量的移动距离；
G46X_ Y_ Z_ D_；减少一个刀具偏移量的移动距离；
G47 X_ Y_ Z_ D_；增加二个刀具偏移量的移动距离；
G48 X_ Y_ Z_ D_；减少二个刀具偏移量的移动距离；
（3）刀具半径补偿C指令：
左刀补：G00（或G01）G41 X_ Y_ D_；
右刀补：G00（或G01）G42 X_ Y_ D_；
撤消刀补指令为G40。

其指令格式为：G40；
（4）拐角圆弧插补指令（G39）：其指令格式为：G39；
（5）刀尖R补偿指令（G40～G42）。

M03、M04和M05－主轴正转、反转和停止；M19－主轴定向停止，主轴停止在预定位置上。

M06－换刀指令。

5.钻、镗削固定循环和车削固定循环各有哪几种？其指令格式、应用场
合是什么？
答：钻镗类固定循环指令(G73、G74、G76、G80～G89)
1）高速深孔钻削循环（G73）：G73 X_Y_Z_R_Q_F_K_；该固定循环用于Z 轴的间歇进给。

2）左旋螺纹攻丝循环（G74）：G74X_Y_Z_R_P_F_K_；左旋攻螺纹时主轴反转，刀具按每转进给量进给。

刀具到达孔底时，程序暂停，主轴正转，然后以反向进给速度退回。

刀具到达R点平面后进给暂停，主轴转向变为反转。

3）精密镗孔循环（G76）：G76 X_Y_Z_R_Q_P_F_K_；精镗时，主轴正转，并进行快进和工进镗孔。

刀尖在到达孔底时，进给暂停、主轴定向停并向刀尖反方向移动，然后快速退刀。

4）钻削循环（G81）：G81 X_Y_Z_R_F_K_；这个固定循环指令用于是通常的通孔钻削加工。

5）钻、镗阶梯孔循环（G82）：G82X_Y_Z_R_P_F_K_；此指令主要用于加工盲孔，以提高孔深精度。

6）深孔加工循环（G83）：G83 X_Y_Z_R_Q_F_K_。

7）攻螺纹循环（G84）：G84X_Y_Z_R_P_F_K_；G84指令能完成正螺纹的加工。

8）镗孔循环（G85）：G85 X_Y_Z_R_F_K_；
9）镗孔循环（G86）：G86 X_Y_Z_R_F_K_；
10）背镗循环（G87）：G87 X_Y_Z_R_Q_P_F_K_；这个固定循环指令可实现背镗，即反向镗削。

11）镗孔循环（G88）：G88 X_Y_Z_R_P_F_K_；
12）镗孔循环（G89）：G89 X_Y_Z_R_P_F_K_；
13）取消固定循环指令（G80）：G80；
车削固定循环指令：
1）外径、内径车削循环指令（G77）：G77X(U)_Z(W)_F_；
2）螺纹切削循环指令（G78）：G78X(U)_Z(W)_F_；
3）端面切削循环指令（G79）：G79X(U)_Z(W)_F_；
4）外径粗车循环（G71）：G71 U(△d) R(e)；
G71 P(ns) Q(nf) U(△u) W(△w) F(f) S(s) T(t）；
该指令用于切除棒料毛坯的大部分加工余量。

5）端面粗车循环（G72）：G72 W（△d）R（e）；
G72 P(ns) Q(nf) U(△u) W(△w) F(f) S(s) T(t)；
6）封闭粗车循环（G73）：G73 U(△I) W(△K) R(d)
G73 P (ns) Q(nf) U(△u) W(△w) F(f) S(s) T(t)
7）精车循环（G70）：G70 P(ns) Q(nf) ；
8) 间断纵向切削循环(G74)：G74 R(e)
G74 X(u) Z(w) P(△i) Q(△k) R(△d) F(f)
9) 间断端面切削循环(G75)：G75 R(e)
G75 X(U)_Z(W)_P(Δi ) Q(Δk ) R(Δd) F( f )
该指令用于外圆沟槽的循环粗加工。

10)自动螺纹复合加工循环(G76)：G76 P(m)( r )(α) Q(Δdmin) R(d)
G76 X(U)__ Z(W)__ R( i ) P(k) Q(Δd) F( l )
该指令适用于循环加工圆柱螺纹或圆锥螺纹。

6.何谓自动编程系统，常用的自动编程系统有哪些？
答：该系统是由硬件及软件两部分组成。

硬件主要有计算机、绘图机、打印机、穿孔机及其它一些外围设备组成；软件即计算机编程系统，又称编译软件。

常用的有语言程序编程系统和图形交互自动编程系统。

▪ 1.何谓插补？数控加工为什么要使用插补？
答：是指在轮廓控制系统中，根据给定的进给速度和轮廓线形的要求等“有限信息”，在已知数据点之间插入中间点的方法，这种方法称为插补方法。

插补的实质就是数据点的“密化”。

插补的结果是输出运动轨迹的中间坐标值，机床伺服驱动系统根据这些坐标值控制各坐标轴协调运动，加工出预定的几何形状。

在数控加工系统中，刀具的运动轨迹在微观上是由小线段构成的折线，不可能绝对地沿着刀具所要求的零件廓形运动，所以我们采用将加工起始点至终点路线进行点的密化工作，用折线逼近所要求的廓形曲线，产生基本线型，并用基本线型拟和其它轮廓曲线。

▪ 2.逐点比较插补法是如何实现的？
答：每次仅向一个坐标输出脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判别偏差点的顺时坐标同规定的加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。

每一个插补循环都是由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别组成。

▪ 3.试述DDA插补原理。

答：是利用数字积分的方法，当两个积分器根据插补时钟进行同步累加时，溢出脉冲分别控制相应坐标轴运动，根据插补循环数是否等于2n或坐标进给步数判断插补是否完成。

▪ 4.数据采样插补是如何实现的？
答：数据采样插补由粗插补和精插补两个步骤组成。

在粗插补阶段时采用时间分割思想，根据编程规定的进给速度F和插补周期T，将廓形曲线分割成一段段的轮廓步长L，然后计算出每个插补周期的坐标增量ΔX和ΔY，进而计算出插补点的位置坐标。

在精插补阶段，要根据位置反馈采样周期的大小，由伺服系统完成，也可以用基准脉冲法进行精插补。

▪ 5.数据采样直线插补、圆弧插补是否有误差？数据采样插补误差与什么有关系？
答：直线插补时，轮廓步长与被加工直线重合，没有插补误差。

圆弧插补时，轮廓步长作为弦线或割线对圆弧进行逼近，存在半径为r的被逼近圆弧最大半径误差er。

圆弧插补时的半径误差er与圆弧半径r成反比，与插补周期T 和进给速度F 的平方成正比。

⏹ C装置由哪几部分组成？各有什么作用？
答：由硬件和软件组成。

硬件结构中，中央处理器单元CPU实施对整个系统的运算控制和管理。

存储器用于储存系统软件和零件加工程序，以及运算的中间结果等，输入、输出接口用来交换数控装置和外部的信息，MDI/CRT接口完成手动数据输入和将信息显示在CRT上，位置控制部分包括对主轴驱动的控制，通过伺服系统提供功率、扭矩的输出，还包括对进给坐标的控制。

软件结构中包括管理软件和控制软件两大类。

管理软件由零件程序的输入、输出程序，显示程序和诊断程序等组成。

控制软件由译码程序，刀具补偿计算程序，速度控制程序，插补运算程序和位置控制程序等组成。

⏹ C装置的功能有哪些？
答：控制轴数和联动轴数功能、准备功能、插补功能、主轴速度功能、进给功能、补偿功能、固定循环加工功能、辅助功能、字符图形显示功能、程序编制功能、输入输出和通讯功能、自诊断功能。

⏹ C装置的硬件结构是什么？CNC装置的软件包括哪些内容？其特点
是什么？
答：CNC装置与普通计算机一样，有CPU、存储器、总线、输入输出接口，还有专门适用于数控机床各执行部件运动位置控制的位置控制器。

在储存器方面，CNC一般由ROM、RAM构成，其结构上可分成单微处理器和多微处理器两类。

软件内容包括管理和控制两大类。

管理部分包括输入、I/O处理、通讯、显示、诊断以及加工程序的编制管理等程序；控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制等软件。

具有多任务并行处理和多重实时中断的特点。

从实现功能的角度看，在逻辑上与硬件是等价的。

软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢。

⏹ 4.加工零件轮廓时，拐角转接有哪些型式？是如何实现的（包括B刀补和
C刀补）？
答：直线与直线；圆弧与直线；直线与圆弧；圆弧与圆弧。

对于只有B刀具补偿的CNC系统，编程人员必须事先估计出进行刀具补偿后两个程序段间可能出现的拐角，在零件的拐角处必须人为编制出附加圆弧加工程序段，才能实现尖角过渡。

而且在确定刀具中心轨迹时，都采用读一段，算一段，再走一段的控制方法。

C功能刀具补偿是由数控系统根据和实际轮廓完全一样的程编轨迹，直接算出刀具中心轨迹的转接点，然后再对原来的程编轨迹进行伸长或缩短的修正。

其工作过程为读入第一段程序并译码和进行刀补轨迹计算；然后再读入第二段程序并译码和进行刀补轨迹计算，判别第一和第二段程序的程编轨迹转接方式并进行修正和确定第一段程序的刀具中心轨迹，进而进行插补计算和位置控制；利用插补与位控的间隙读入第三段程序，算出其程编轨迹并判别第二和第三段程序的程编轨迹转接方式，确定第二段程序的刀具中心轨迹······。

⏹ C装置中加、减速程序的作用是什么？加、减速控制有几种方法？
如何实现？
答：作用是为保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对进给电机进行加减速控制。

方法：前加减速控制——在插补前加减速控制；
后加减速控制——在插补后加减速控制；
对合成速度（程编指令速度F）和各运动坐标轴分别进行加减速控制。

⏹ C装置中PLC的作用是什么？
答：数控机床运动过程中，以CNC系统内部和机床上各行程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号的状态为条件，并按照预先规定的逻辑顺序，对诸如主轴的开停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行进行控制。

也就是说PLC的作用主要是开关量信号的顺序控制。

第五章
⏹ 1.数控检测装置有哪几类？常用的数控检测装置有哪些？作用是什么？
⏹ 2.直线光栅的工作原理是什么？画出光栅检测四倍频位移—数字变换电
路原理图及波形图，并简述工作过程。

⏹ 3.说明光电脉冲编码器的结构、工作原理及其应用场合。

⏹ 4.画出光电脉冲编码器的检测电路原理图及波形图，并简述工作过程。

第六章
1.伺服系统的组成包括哪些部分？对伺服系统的基本要求是什么？
2.直流进给运动的晶闸管（可控硅）速度控制原理是什么？
3.直流进给运动的“脉宽调制（PWM）”速度控制原理是什么？
4.交流驱动的速度控制方法有哪些？。