四、问答题
1-1. 什么是数控机床的数控加工程序？（零件加工的工作指令）
1-2. 轮廓加工机床之所以能加工出形状各异的零件轮廓，最主要的是因为有什么功能？(插补功能)
1-3. 为什么数控系统的联动轴数越多，则控制越复杂？（联动轴数要求的插补计算越多、指令输出也越多、位置控制要求的动作越复杂等。）
1-4. 数控机床与普通机床相比较，在哪些方面是基本相同的，最根本的不同是什么?（表面形成方法相同；实现自动化控制的原理和方法不同。普通机床是人工过程，数控机床是自动化过程）
1-5. 数控机床由哪几个部分组成?（编程及程序载体、输入装置、CNC装置及强电控制装置、伺服驱动系统及位置检测装置、机床的机械部件。）
1-6. CNC装置对输入的加工程序进行运算处理的核心部分有哪三步?（逼近处理、插补运算、指令输出。）
1-7. 什么样控制特点的系统称为点位控制系统？
仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；　　　对轨迹不作控制要求；　　运动过程中不进行任何加工。
1-8. 直线控制数控机床是否可以加工直线轮廓?（不可以，可以控制平行于坐标轴的直线）
1-9. 开环、闭环和半闭环系统，它们在结构形式、精度、成本和影响系统稳定因素方面，各有何特点？
结构形式 精度 成本
开环系统 简单 低 低
半闭环系统 较复杂 较高 较高
闭环系统 复杂 高 高
1-10. 数控机床的输入装置有哪些?对应的数控程序介质有哪些?
控制介质 输入设备 输入设备
穿孔纸带 纸带阅读机 纸带穿孔机
磁带 磁带机或录音机
磁盘 磁盘驱动器
FLASH 无

1-11. 为什么数控机床加工的生产准备周期比普通机床加工生产准备周期短?（普通机床使用专用刀具、量具、而数控机床加工无须专用工艺装备，只须编程。）
1-12. 数控机床最适用于哪些类型零件的加工？　（复杂、高精、多种批量尤其是单件小批量。）
2-1. 空间曲面加工是否一定要有三坐标联动?　（不是，亦可用3轴控制2轴联动进行加工）
2-2. 试画出立式和卧式镗铣床、车床、外圆磨床的ISO标准坐标系。
立式铣床： 　车床： 　　　　卧式铣床：

2-3. 数控机床坐标系各进给轴运动的正方向总是假定为怎样的方向?　（假设工件不动，刀具远离工件的方向为正。）
2-4. 什么是相对坐标编程？什么是绝对坐标编程？
　　（相对坐标编程：编程的坐标值按增量值的方式给定的编程方法
绝对坐标编程：编程的坐标值按绝对坐标的方式给定的编程方法）
2-5. 从大类上分类，数控加工程序编制方法有哪两种？　　（手工编程、自动编程）
2-6. 被加工零件如图所示，本工序为精加工，铣刀直径为16 mm，进给速度100mm/min，主轴转速为400r/min，不考虑Z轴运动，编程单位为mm，试编制该零件的加工程序。
要求：
(1) 从A点开始进入切削，刀具绕零件顺时针方向加工，加工完成后刀具回到起刀点；
(2) 采用绝对坐标编程，指出零件上各段所对应的程序段号；
(3) 程序中有相应的M指令、S指令和刀补指令。

G92 X-15 Y-15；
N01 G90 G17 G00 G41 X0 Y0 M03 S400 D01 M08；
N02 G01 X60 Y130 F100；
N03 X120；
N04 G02 X150 Y100 I0 J-30；
N05 G01 Y50；
N06 G03 X100 Y0 I50 J0；
N07 G01 X0；
N08 G00 G40 X-15 Y-15 M05 M09；
N09 M02；
3-1. CNC装置硬件由哪几个模块组成?各模块的作用分别是什么?（计算机主板和系统总线、显示、输入输出、存储、设备辅助控制接口、位置控制、功能接口。）
3-2. 设备辅助控制接口模块的信号处理有哪两大目的?（隔离、转换。）
3-3. 根据CNC装置硬件所含有的CPU多少来分，可分为哪两大类系统?　（单机系统、多机系统）
3-4. CNC装置中数据转换流程，按顺序有哪几个过程?（译码、刀补、速度预处理、插补、位控。）
3-5. 在中断型软件结构中，位置控制、键盘输入、插补运算、通信这4个中断服务程序，哪一个安排为最高级别优先级？优先级安排的原则是什么?
（位置控制级别最高。优先级安排的原则：1.控制指令高于管理指令2. 译码、刀补、速度预处理、插补、位控的优先级由低到高）
3-6. CNC装置软件从功能特征来看分为哪两大类？CNC装置的软件特点是什么？
（从功能特征来看分为：控制系统和管理系统
CNC装置的软件特点是：a.多任务与并行处理技术——资源分时共享、并发处理和流水处理；b.实时性与优先抢占调度机制。）
3-7. 刀具半径补偿的意义何在？
（1.可以简化程序，如粗、精加工用同一个程序只是修改D01中的偏置值 2.减少编程人员的坐标计算 3.使用不同的刀具时不用再编程）
3-8. 刀具半径补偿执行过程有哪三步?　　　（建立过程、执行过程、取消过程）
3-9. C刀补中，转接过渡形式有几种?　　　　（插入型、缩短型、伸长型）
3-11. 为什么在刀补建立和撤消过程中不能进行零件的加工？　　（会发生过切现象）
3-12. 过切削现象发生在什么过渡形式的情况下?当圆弧加工的命令为什么样的组合时，会产生过切削现象?
（过切削现象发生在缩短型过度形式下。当圆弧加工的命令偶偶配合或奇奇配合的组合时出现过切现象）
3-14. 逐点比较法加工圆弧，如果误差函数大于零，则当前点在圆上、圆内还是圆外？　　（在圆外）
3-15. B刀补和C刀补在连接线段、处理方法过渡形式上有何区别？
（B刀补：是圆弧过渡，读一条指令执行一条。拐角的插补需人工考虑。
C刀补：是直线过渡，预读两条指令进行处理。拐角的插补系统自动进行。）
3-16. CNC装置软件结构模式有哪几种？（前后台型、中断型、基于RTOS。）
3-17. 插补方法有哪两大类?（脉冲增量插补、数字增量插补。）
4-1. 进给伺服系统的作用是什么？进给伺服系统的技术要求有哪些?
进给伺服系统的作用：进给伺服系统是数控系统主要的子系统。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。
进给伺服系统的技术要求：调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)；位移精度高；稳定性好；动态响应快；还要求反向死区小，能频繁启、停和正反运动。
4-2. 进给伺服系统由哪几部分组成?各部分功能是什么? （P.171）
进给伺服系统主要由以下几个部分组成：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置、机械传动机构以及执行部件。
进给伺服系统接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的执行部件进行工作进给和快速进给。
4-3. 交（直）流伺服电机是否可以作为开环进给伺服系统的伺服驱动装置?为什么?
交（直）流伺服电机不可以作为开环进给伺服系统的伺服驱动装置。
因为将执行部件的实际位移量转换成电脉冲或模拟电压量后，需要将电脉冲或模拟电压量反馈到交（直）流伺服电机。开环进给伺服系统无需位置检测信息的反馈。
4-4. 步进电机驱动器中，环行分配器的作用是什么？
控制施加到电机绕组的脉冲电源的相序。
4-5. 提高开环进给伺服系统精度的措施有哪些？
适当提高系统组成环节的精度、传动间隙补偿、螺距误差补偿。
4-6. 感应同步器绕组节距为2τ，感应电势的相位角变化 与滑尺相对于定尺移动的距离x的关系是 ?
χπ/τ
4-7. 感应同步器在以鉴相或鉴幅方式工作时，滑尺两绕组的激磁电压的特点如何?
在鉴相型系统中，激磁电压是频率、幅值相同，相位差为 π/2的交变电压。
在鉴幅型系统中，激磁电压是频率、相位相同，幅值不同的交变电压。
4-8. 什么是进给伺服系统的调速范围?
调速范围是指最高进给速度与最低进给速度之比。
4-9. 脉冲编码器的输出有几相？试画出它们的波形，并说明它们各有何作用？
脉冲编码器的输出有A、A、B、B、Z、Z，其中A、B、Z是取反信号。
A、B两相的作用：根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；根据脉冲的频率可得被测轴的转速；根据A、B两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向；后续电路可利用A、B两相的90°相位差进行细分处理（四倍频电路实现）。
Z相的作用：被测轴的周向定位基准信号；被测轴的旋转圈数计数信号。
A、B、Z的作用：后续电路可利用A、A两相实现差分输入，以消除远距离传输的共模干扰。
4-10. 解决交流伺服电机变频调速的技术关键问题是什么?
要获得调频调压的交流电源
4-11. 两轴联动的闭环系统，若两轴都存在跟随误差，且两轴的增益相等或不相等，则加工直线或圆弧时将产生什么样的误差?
1、跟随误差△D 对直线轮廓加工精度的影响：
当两轴系统增益相等时，跟随误差△DX、△DY对轮廓精度无影响；
当两轴增益不一致，但KSX、KSY常数时，Ks、△Ks为常数，则轮廓误差ε为常数，也就是说，直线的轮廓形状无误差，但位置偏离了原位置；
当两轴增益不一致，且KSX 、KSY 不是常数时，则ε不是常数，也就是说，将产生轮廓形状误差，即加工出的轮廓就不是直线了。
2、跟随误差△D 对园弧轮廓加工精度的影响：当KSX=KSY，且进给速度F为恒速时，△R是常数。只产生尺寸误差，不产生形状误差。当KSX≠KSY时， 此时不仅产生尺寸误差，而且产生形状误差：
当KSX=a KSY（a为常数）时，圆弧插补所形成的形状为椭圆（长轴与X轴成45°夹角）。
当KSX与KSY无确定关系时，圆弧插补所形成的形状为无规则的形状
4-12. 一台五相步进电机，当采用五相五拍和五相十拍通电方式，其步距角为0.6°，则其转子齿数应分别是多少?
α=360°/（mzk）
五相五拍：m=5；k=1；z=120 五相十拍：m=5；k=2；z=60
4-13. 什么是数控机床的定位精度和伺服刚度？提高定位精度的措施有哪些？
定位精度：空载条件下，静态下指令位置与实际位置的精确程度。
伺服刚度：负载力与稳态位置误差之比。
提高定位精度的措施：提高传动机构的刚度 k、减小传动间的摩擦力FC、增大放大器增益、选力矩系数大的伺服电机。
4-14. 增大闭环进给伺服系统的增益有什么益处？系统增益是否越大越好?
增大闭环进给伺服系统的增益提高了系统的灵敏度，减小了跟随误差，提高了伺服系统的跟随精度。
系统增益不是越大越好。在保证进给系统不失稳的情况下，系统增益越大越好。
4-15. 数控回转工作台进给系统采用闭环控制时，位置检测元件安装在什么位置？
位置检测元件安装在数控回转工作台的转轴上。
4-16. 设一步进电机驱动工作台的开环系统，已知步进电机经一对 的齿轮减速后驱动丝杆使工作台作直线进给(如图所示)。已知丝杆的导程t(mm)，所选用的步进电机的最高工作频率fmax(Hz)，步进电机步距角为 。

求：(1) 当已知驱动的工作台最大速度Vmax时，满足系统要求的脉冲当量 ；(2) 齿轮传动的传动比 。
解：（1）根据F=60 f δ
得到δ的值
（2）根据360/it=α/δ
得到I=Z1/Z2=360δ/αt
5-1. 数控机床的机械结构应具有良好的特性，主要包括哪些？（高的刚度和抗振性、好的热稳定性、好的低速平稳性、高的几何精度和传动精度。）
5-2. 何为爬行现象？防止爬行的措施最主要的有哪些?
进给系统的驱动速度为匀速，当运动部件速度低于某一临界速度时， 会出现执行部件运动时快时慢、甚至停顿——前冲的现象，这种现象称为爬行现象。
措施（减小Vc的办法）：改善导轨面间和摩擦特性（滚动--静压--滑动(塑料)）、
提高传动刚度、减轻运动件的重量、增加系统的阻尼
5-3. 内装电机主轴(电主轴)的主要缺点是什么?　　 缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴
5-4. 数控机床常用丝杠螺母副是哪一种?　　（滚珠丝杠螺母副）
5-5. 数控回转工作台有哪两种?　　 分度工作台和数控回转工作台（开环数控回转工作台、闭环数控回转工作台）
5-6. 数控机床常用导轨有哪几种?　　塑料导轨：滑动摩擦　　　滚动导轨：滚动摩擦　　　静压导轨：液体摩擦
5-7. 进给伺服系统的传动元件在调整时均需预紧，其主要目的什么？
消除传动间隙，提高传动刚度。
5-8. 分析题：三轴联动数控铣床，它的各进给轴采用半闭环控制，若假定X和Y轴在低速时有爬行现象，其临界爬行速度均为已知。若以进给速度v加工以原点为圆心的X-Y平面内的圆弧轮廓(或以原点为起点的各象限直线轮廓)，试定量分析，并用图示方法指出由于爬行导致产生轮廓加工误差的区间。
　　　解：设速度 在X方向的分量为 ，Y方向的分量为
　　　　
当 或 时出现爬行现象
即： 或
或
即在如图所示的阴影区域为由于爬行导致产生轮廓加工误差的区间

6-1. 什么是自动换刀装置?
储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换功能的装置。
6-2. 自动换刀装置方案的作用是什么？
缩短非切削时间，提高生产率，可使非切削时间减少到20％～30％；“工序集中”，扩大数控机床工艺范围，减少设备占地面积；提高加工精度。
6-3. 自动换刀装置的形式有哪几种?各有何应用场合和特点?
(1)回转刀架换刀：常用于数控车床，可设计成四方、六方刀架或圆盘式轴向装刀刀架；
(2)更换主轴换刀：用于工序较少、精度要求不太高的机床，如数控钻床、铣床，优点是换刀时间短，为保证主轴系统的刚性，必须限制主轴数目；
(3)更换主轴箱换刀 ：用于多主轴的主轴箱的组合机床，适于加工箱体类零件，具有高的生产率；
(4)更换刀库换刀：用于单机或多机的自动生产线，工艺范围广，需要刀具多，可以先更换刀库，再选择刀具
(5)带刀库的自动换刀系统：用于钻床、铣镗床、数控组合机床，应用广泛，可以作为独立部件，换刀过程复杂。
6-4. 自动换刀装置的刀库的形式有哪几种? 各有何应用场合和特点?
(1)盘式刀库
（2）链式刀库
6-5. 什么是刀具交换装置?作用是什么?
刀具交换装置：实现刀库与机床主轴之间装卸与传递刀具的装置。
6-6. 交换装置的形式有哪几种? 各有何应用场合和特点?
交换装置的形式：刀库和主轴相对运动实现刀具交换（结构简单换刀时间长，换刀动作多）；　
由机械手进行刀具交换（动作简单，换刀时间短）

五、名词解释：
数字控制:（Numerical Control NC）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）进行编程控制的自动化方法。
数控机床:（Numerical Control Machine Tools）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。
进给轴：数控机床的一个进给自由度。
加工中心(MC)：带有自动换刀装置的数控机床。
CNC：计算机数控系统（Computer Numerical Control CNC ）以计算机为控制核心的数字控制系统。
DNC：直接数字控制系统是用一台通用计算机直接控制和管理一群数控机床进行零件加工或装配的系统。
FMC：柔性制造单元是由加工中心与自动交换工件的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。
FMS：柔性制造系统由加工、物流、信息流组成的系统
CIMS：计算机集成制造系统是生产设备的集成、以信息为特征的技术集成和功能集成。
脉冲当量：单位脉冲下，进给伺服系统驱动元件所给的最小位移。
并行处理：是指软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上任务处理的方法。
插补：是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法。
主从结构：CNC装置上的多机系统，以一个CPU对资源有控制权，而其它CPU对资源无控制权。
MTBF：平均无故障时间，是CNC系统寿命范围内总工作时间和总故障次数之比。
MTTR：平均修复时间，总故障停机时间比总故障次数。
伺服系统：由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
开环进给伺服系统：不需要对实际位移和速度进行测量，不需要将所测得的实际位移和速度反馈到系统的输入端与输入的指令位置和速度进行比较的系统。
闭环进给伺服系统：将检测元件装在执行部件上，直接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统
半闭环进给伺服系统：将检测元件安装在进给伺服系统传动链中的某一个环节上，间接测量执行部件的实际位移来进行反馈的进给系统
系统增益：进给伺服系统时间常数的导数。
速度增益：速度环中进行速度调节的参数，大小等于速度比上速度误差。
PWM：晶体管脉冲调宽调速系统，是通过改变脉冲宽度的方法来改变电枢回路的平均电压，达到电机调速的目的。
预紧：进给伺服系统或主轴系统为了消除传动间隙，而施加的预紧力。