数控技术期末整理试题及答案资料

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。

对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确的确定从毛坯到最终成形的加工方案。

5、数控加工工序和工步的划分的原则分别是什么？
答：加工工序的划分原则：（1）按零件装卡定位方式划分工序；（2）按粗、精加工划分工序；（3）按所用刀具划分工序。

加工工步的划分原则：（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行；（2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔；（3）按刀具划分工步。

6、零件的定位安装的基本原则是什么？
答：1.力求设计、工艺与编程计算的基准统一；2.尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工面；3.避免采用占机人工调试加工方案，以充分发挥数控机床的效能。

7、数控加工切削用量包括哪些？合理选择切削用量的原则是什么？
答：切削用量包括主轴转速（或切削速度）、背吃刀量、进给量。

合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应该考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。

8、什么是刀位点？加工路线的确定原则是什么？车削和铣削加工路线的确定原则分别有
哪些？
答：所谓“刀位点”是指刀具对刀时的理论刀尖点。

加工路线的确定原则是：1.加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高；2.使数值计算简单，以减少编程工作量；3.应使加工路线最短，这样既可以减少程序段，又可减少空刀时间。

车削：1.最短的车削加工路线；2.大余量毛坯的阶梯车削加工路线；3.完整轮廓的连续车削进给路线；
4.特殊的加工路线；
5.车削螺纹加工路线。

铣削：1.顺铣和逆铣；2.铣削外轮廓的加工路线；3.铣削内轮廓的加工路线；4.铣削内槽的加工路线；5.铣削曲面的加工路线。

9、数控加工工艺文件包括哪些？
答：1.机械加工工艺过程卡2.机械加工工艺卡片、3.数控加工工序卡片4.数控加工刀具卡。

10、节点计算方法有哪些？
答：1.等间距法直线逼近节点计算；2.等步长法直线逼近节点计算；3.等误差法（变步长法）直线逼近节点计算；4.圆弧逼近轮廓的节点计算。

11、数控机床功能代码主要包括哪两种？
答：数控机床功能代码主要包括准备功能代码和辅助功能代码。

12、数控机床坐标系及运动方向（如X/Y/Z轴）的规定是如何规定的？
答：标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。

这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。

直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；通常在坐标轴命名或编程时，不论机床在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，即刀具相对运动的原则，并同时规定刀具远离工件的方向为坐标的正方向。

13、常用的编程指令有哪些及应用？
答：1.快速定位G00X(U)_Z(W)_ 2.直线插补G01X_Z_F_ 3.圆弧插补G02(G03)XZRF或XZIKF 4.程序延时暂停G04X(U)秒或P毫秒 5.英制G20公制G21 6.进给速度控制G98mm/min G99mm/r(默认) 7.参考点返回G27X/Z/XZ 8.自动返回参考点G28X/Z/XZ XZ 为中间点位置 9.主轴控制G96 S切削速度m/min恒线速 G97 S主轴转速r/min取消10.主轴最高转速G50S 11.螺纹车削G32XZ终点坐标F螺距
14、刀具的位置补偿又称为刀具偏置补偿或刀具偏移补偿，亦称为刀具几何位置及磨损补
偿，请问在哪三种情况下需要刀具补偿？（P64）在轮廓控制中，为了保证一定的精度和编程方便，通常需要刀具有哪些补偿功能？
在刀具不同、刀具重磨、刀具磨损三种情况下需要刀具补偿。

在轮廓控制中，为了保证一定的精度和编程方便，通常需要有刀具的长度和半径补偿功能。

15、CNC系统主要由硬件和软件两大部分组成。

其核心是计算机数字控制装置。

它通过系
统控制软件配合系统硬件，合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息，控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求进行自动加工。

CNC系统采用了计算机作为控制部件，通常由常驻在其内部的数控系统软件实现部分或全部数控功能，从而对机床运动进行实时控制。

只要改变计算机数控系统的控制软件就能实现一种全新的控制方式。

16、从CNC系统的总体安装结构看，有整体式结构和分体式结构两种。

从CNC系统使用的
CPU及结构来分，CNC系统的硬件结构一般分为单CPU和多CPU结构两大类
17、PLC对用户程序循环扫描并顺序执行，其工作过程分为输入采样、程序执行、输出刷
新三个阶段。

数控机床用PLC可分为两类：一类是专为实现数控机床顺序控制而设计制造的内装型(built-in type) PLC，另一类是I/O信号接口技术规范、I/O点数、程序存储容量以及运算和控制功能等均能满足数控机床控制要求的独立型(stand-alone
type) PLC。

现代数控机床的辅助动作，如刀具的更换和切削液的启停等是用PLC进行控制的。

18、什么是插补，CNC系统一般都具有哪两种插补功能，插补算法可分为哪两大类？逐点
比较法插补加工时，需要哪四个节拍？
答：插补是指数据点密化的过程。

CNC系统一般都具有直线和圆弧两种插补功能。

插补算法可分为基于脉冲插补和数据采样插补两大类。

逐点比较法插补加工时，需要偏差判别、进给、偏差计算、终点判别四个节拍。

19、利用逐点比较法插补直线AB，起点为A(0，0)，终点为B(6，10)，试写出插补计算过
程并绘出轨迹。

20、试推导出逐点比较法插补第一象限顺圆弧的偏差函数递推公式，并写出插补圆弧AB
的计算过程，绘出其轨迹。

设轨迹的起点为A(0，6)，终点为B(6，0)。

21、什么叫模态指令？
答：称续效指令，一经程序段中指定，便一直有效，直到后面出现同组另一指令或被其他指令取消时才有效。

编写程序时，与上段相同的模态指令可以省略不写。

不同组模态指令编在同一程序段内，不影响其续效。

比如G01、 G41、 G42、 G40以及F、S等。

22、数控铣床加工中，刀具半径补偿包括哪些内容？分别用什么指令实现？各有什么作？答：刀具半径补偿包括刀具半径左补偿（G41）作用为对刀具前进方向左侧进行补偿、刀具半径右补偿（G42）作用对刀具前进方向右侧进行补偿。

23、什么是伺服系统？有哪几种伺服系统？各自有什么特点
答：伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。

有开环、闭环、半闭环伺服系统。

开环伺服系统结构简单、运行平稳、易于控制、价格低廉、使用和维修简单。

但精度不高，低速不稳定，高速扭矩小。

它一般应用于经济型数控机床及普通的机床改造中。

半闭环伺服系统快速性好，动态精度高，目前应用比较广泛。

闭环伺服系统的位置检测装置直接安装在机床移动部件上，其由于包含了传动链的全部误差，因此可以达到很高的控制精度。

24、数控机床用驱动电动机有哪两类？
答：数控机床用驱动电动机有交流和直流两类。

（步进电动机和伺服电动机）
25、步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移或线位移的电磁装置。

什么叫步距
角、脉冲当量？步进电动机的转速公式是什么？步进电动机的速度、转角和转向和哪些因素有关？步进电动机的工作方式有哪些？步进电动机的主要特性有哪些？
答：对步进电动机施加一个电脉冲信号时，它就旋转一个固定的角度，通常把它称为一步，每一步所转过的角度叫做步距角。

每个步距角对应工作台一个位移值，这个位移值称为脉冲当量。

步进电动机的转速公式是k
mz f n 260=。

步进电机转速与输入脉冲频率成正比；转向与脉冲信号的相序有关；转角与输入脉冲数完全成正比。

步进电动机的工作方式有单三拍、六拍及双三拍通电方式。

步进电动机的主要特性有1.步矩误差；2.静态矩角特性；3.启动频率；4.连续运行频率；5.矩频特性；6.加/减速特性。

26、 什么叫伺服电动机？永磁直流伺服电动机的结构主要包括哪三大部分？
答：伺服电机亦称执行电动机，它具有一种服从控制信号要求而动作的性能，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能及时自行停转。

永磁直流伺服电动机的结构主要包括定子、转子、电刷与换向片三大部分。

27、 根据位置检测装置安装形式和测量方式，有直接测量和间接测量、增量式测量和绝对
式测量、数字式测量和模拟式测量等方式。

28、 旋转编码器通常有增量式和绝对式两种类型。

旋转编码器的工作原理？接触式码盘所能分辨的角度的计算式是n 2360。

=α和分辨力是n 2
1=分辨力。

答：旋转编码器的工作原理是将被测轴的位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。

29、 旋转变压器按定子绕组通入不同的励磁电压，可得到哪两种工作方式？这两种工作方
式对信号各自有什么要求？
答：可得到相位工作方式和幅值工作方式。

相位工作方式：给定子的正、余弦绕组分别通入同幅、同频，但相位差2/π的交流励磁电压。

幅值工作方式：给定子的正、余弦绕组分别通入同频率、同相位，但幅值不同的交流励磁电压。

30、 感应同步器也是一种电磁式的位置检测传感器，主要部件由定尺和滑尺组成。

结构型
式有圆盘式和直线式两种。

31、 数控机床中用于直线位移检测的光栅有透射光栅和反射光栅两大类。

标尺光栅和指示
光栅相互平行，它们之间有0.05mm ～0.1mm 的间隙，并且其线纹相互偏斜一个很小的角度θ，两光栅线纹相交，形成透光和不透光的菱形条纹。

在相交处出现的黑色条纹，称为莫尔条纹。

光栅的莫尔条纹有何特点？（1.位移的放大作用；2.与运动成比例；3.误差的平均效应。

）
答：1.起放大作用；2.莫尔条纹的移动与栅距成比例。

32、磁栅是一种计算磁波数目的位置检测元件。

它由哪三个部分组成？增量式光电编码器
或光栅尺输出的“六脉冲”信号的作用是什么？怎样进行方向判别？
答：磁栅由磁性标尺、磁头和检测电路组成。

指的是长线驱动（线性差动）输出，也就是输出 A，A- ，B，B- ，Z ，Z- 六路TTL脉冲信号。

其中A ，B 信号相差90度，Z 信号为参考零位。

通过比较 A ，B 相波形的时间就可以判别方向：例如正向时， A 相比 B相超前90度；反向时，B相比 A相超前90度。

A- 是 A 信号的反相，B- 是 B 信号的反相，Z- 是 Z 信号的反相。

33、位置控制和速度控制的功能各自是什么？实现位置比较的方法有哪些？
答：位置控制的功能是根据计算机插补运算得到位置指令，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置相比较，形成位置偏差，经变换得到速度给定电压；速度控制的功能是根据位置控制输出的速度电压信号和速度检测装置反馈的实际转速对伺服电机进行控制，以驱动机床传动部件。

实现位置比较的方法有：脉冲比较法、相位比较法和幅值比较法。

34、步进电动机驱动装置由哪两个部分组成？实现环形分配的方法有哪两种？驱动电路
的主要作用是什么？有那两种类型的驱动？
答：步进电动机驱动装置环形脉冲分配器、功率放大驱动电路两大部分组成。

实现环形分配的方法有：一种是由包括在驱动装置内部的环形分配器实现，成为硬件环形分配，简称硬环分配；另一种称为软件环形分配，简称软环分配，即环形分配由数控装置中的计算机软件来完成，驱动装置没有环形分配器。

驱动电路的主要作用是对控制脉冲进行功率放大，以使步进电动机获得足够大的功率驱动负载运行。

有硬件环形分配驱动和软件环形分配驱动两种类型驱动。

35、直流脉宽调制PWM的原理, H型倍频PWM主回路的工作原理,PWM主回路有T型可逆与
不可逆电路及H型可逆电路。

正弦波脉宽调制(SPWM)是对逆变器的开关元件按一定规律控制其通断，从而获得等幅不等宽的矩形脉冲，其基波近似正弦波。

在矢量控制中，通过对三相交流异步电动机的等效变换，获得对定子电流或电压及相位的控制，从而实现对三相交流异步电动机的变频调速。

36、SPWM指的是什么？调制信号正弦波与载波信号三角波经SPWM后，输出的信号波形是
何种形式？
答：SPWM指的是正弦脉冲宽度调制。

调制信号正弦波与载波信号三角波经SPWM后，输出的信号波形是幅值与频率可调的等幅不等宽的脉冲系列，其等效于正弦波的脉宽调制波。

37、数控机床主体结构有什么特点？什么是数控机床主传动系统？数控机床主轴的调速
方法有哪些？有级变速机构的变速通常采用哪两种方式，各自有什么特点？
答：数控机床主体结构特点：1.为了简化机械传动结构、缩短传动链，数控机床多数采用了高性能的无级变速主轴及伺服传动系统；2.为了适应连续的自动化加工和提高生产效率，数控机床机械结构具有较高的静、动态刚度和阻尼精度，以及较高的耐磨性，而且热变形小；3.为减少摩擦、消除传动间隙和获得高加工精度，数控机床更多地采用了高效传动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料导轨等；4.为了改善劳动条件、改善操作性能、提高劳动生产率，数控机床采用了多主轴、多刀架结构以及刀具与工件的自动夹紧装置、自动换刀装置、自动排屑装置及自动润滑冷却装置等；5.为了保证机床精度的稳定性、获得可靠的加工质量，数控机床多采取减少热变形的措施。

数控机床主传动系统是指驱动主轴运动的系统，主轴是数控机床上带动刀具和工件旋转，产生切削运动的运动轴，它往往是数控机床上消耗功率最大的运动轴。

数控机床主轴的调速方法：有级变速、无级变速、分段无级变速、内置电动机主轴变速。

有级变速机构的变速通常采用滑移齿轮变速机构和倍增变速机构两种方式。

（滑移齿轮变速机构、倍增变速机构和拉键变速机构。

）
38、数控机床主轴的支承配置形式主要有哪三种？主轴准停装置很多，主要分为机械式和
电气式两种。

答：1.前支承采用双列圆柱滚子轴承和60°接触双列球轴承组合，后支承采用成对安装的角接触球轴承。

2.前轴承采用高精度的双列角接触轴承，后轴采用单列（或双列）角接触球轴承。

3.前后轴承采用双列和单列圆锥轴承。

39、数控机床进给传动系统有哪些要求？滚珠丝杠由哪四部分组成，按照滚珠的循环方
式，滚珠丝杠螺母副分成哪两大类？滚珠丝杠螺母杠的选择包括哪几个方面的内容？答：数控机床进给系统要求：1.提高传动精度和刚度；2.减少各运动零件的惯量；3.减少运动件的摩擦阻力；4.响应速度快；5.较强的过载能力；6.稳定性好，寿命长；7.使用维修方便。

滚珠丝杆由丝杆、螺母、滚珠和滚珠返回装置四部分组成。

按照滚珠的循环方式，滚珠丝杠螺母副分成内循环和外循环方式两大类。

珠丝杠螺母杠的选择包括其精度选择、尺寸规格、支承方式等几个方面的内容。

40、滚珠丝杠的支承结构有哪些？各自有什么特点？滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和
预紧有哪些措施？
答：滚珠丝杆的支承结构：1.一端装推力轴承。

这种安装方式适用于短丝杆，它的承载能力小，轴向刚度低。

一般用于数控机床的调节或升降台式数控铣床的垂直方向；
2.一端装推力轴承，另一端装深沟球轴承；此种方式用于丝杆较长的情况，当热变形造成丝杆伸长时，其一端固定，另一端能作微量的轴向浮动。

安装时应注意是推力轴承端远离热源及丝杆的常用段，以减少丝杆热变形的影响；
3.为两端装推力轴承；把推力轴承装在滚珠丝杆两端，并施加预计紧拉力，可以提高轴向刚度，但这种安装方式对丝杆的热变形较为敏感；
4.两端装推力轴承及深沟球轴承。

它的两端均采用双重支承并施加预紧，使丝杆具有较大的刚度，这种方式还可以是丝杆的温度变形转化为推力轴承的预紧力。

但设计时要求提高推力轴承的承载能力和支承刚度。

滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧有：1.用锁紧螺母预紧；2.修磨垫片调间隙；3.齿差式调整。

41、现代数控机床采用的导轨主要有哪三种？常用的滚动导轨有哪两种？
答：现代数控机床采用的导轨主要有塑料滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。

常用的滚动导轨有滚动导轨块和直线波动导轨两种。

42、数控车床的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置。

根据加工对象的不同，它可设计
成哪几种？
答：可设计成四方刀架、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。

43、刀库有哪些种类？各自有什么特点？可以容纳多少刀具？换刀方式有哪些？
答：刀库的种类：1.直线刀库；刀具在刀库中直线排列、结构简单，存放刀具的数量有限（一般8~12把），较少使用。

2.圆盘刀库；存刀量少则6~8把，多则50~60把，其有多种形式；
3.链式刀库；链式刀库是较常使用的形式之一，这种刀库刀座固定在链节上，常用的有单排链式刀库，一般存刀量小于30把，个别达60把；
4.其他刀库。

刀库的形式还有很多，值得一提的是格子箱式刀库。

刀库容量较大，可以使整箱刀库与机外交换。

换刀方式有：1.无机械手换刀；2.机械手换刀。

44、常用的选刀方式主要有哪两种，任意选刀又分为哪三种？
答：常用的选刀方法有顺序选刀和任意选刀两种，任意选刀又分为刀具编码选择、刀座编
码选择和记忆式选择三种。

45、如何确定数控机床坐标轴？
答：1.坐标轴方向的确定方法步骤:
（1）Z坐标
Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为离开工件的方向。

如果机床上有几个主轴，则选一个垂直于工件装夹平面的主轴方向为Z坐标方向；如果主轴能够摆动，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向；如果机床无主轴，则选垂直于工件装夹平面的方向为Z坐标方向。

图1.7所示为数控的Z坐标。

数控车床的坐标系
（2）X坐标
X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。

确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。

2）如果刀具做旋转运动，则分为两种情况： Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看时，+X运动方向指向右方；Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱看时，+X运动方向指向右方。

图1.7所示为数控车床的X坐标。

（3）Y坐标
在确定X、Z坐标的正方向后，可以用根据X和Z坐标的方向，按照右手直角坐标系来确定Y坐标的方向。

图1.7所示为数控车床的Y坐标。

46、数控机床使用寿命期大致可分为哪几个阶段？
答：1.初始使用期；2.有效寿命期；3.衰老期。

47、加工中心与普通机床相比有什么特点？
答：数控加工中心的特点是数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工表面自动进行钻削、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝和铣削等多种工序的加工，工序高度集中。

适用于加工凸轮、箱体、支架等复杂型面的加工。

数控加工中心有人机对话的操作面板，带有刀库和自动换刀的装置。

有自动对刀装置，只需在操作面板中输入程序就可以实现连续加工。

而普通机床没有这些特点。

48、NC机床的含义是数控机床，CNC机床的含义是什么？
答：CNC机床的含义指计算机数控机床。

49、脉冲编码器是一种什么检测元件，按照编码方式，可分为哪两种？。