機(jī)電數(shù)控試卷B

1、姓名 學(xué)號 學(xué)院 專業(yè) 座位號 ( 密 封 線 內(nèi) 不 答 題 )密封線線_ _ 誠信應(yīng)考,考試作弊將帶來嚴(yán)重后果！ 華南理工大學(xué)期末考試機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù)試卷B注意事項：1. 考前請將密封線內(nèi)填寫清楚； 2. 所有答案請直接答在試卷上； 3考試形式：開卷； 4. 本試卷共 五 大題，滿分100分，考試時間120分鐘。題 號一二三四五總分得 分評卷人一、名詞解釋（共20分，每題4分）1、數(shù)控機(jī)床：2、分辨率：3、CNC：4、采樣周期：5、模態(tài)代碼：二、簡答題（共36分，每題6分）1、試述G00、G01、G02、G90和M05的含義，并舉例說明應(yīng)用格式。2、光電旋轉(zhuǎn)編碼器的作用是什么？畫出光電脈沖

2、旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B相輸出波形。說明用A、B兩相信號如何實現(xiàn)四倍頻。3、數(shù)控機(jī)床為什么要有刀補(bǔ)功能？C刀補(bǔ)的設(shè)計思想是什么？4、畫出數(shù)控機(jī)床的組成框圖，簡述各部分的主要功能。5、CNC 系統(tǒng)的控制軟件一般包括哪幾部分？簡述各部分的主要功能。6、何謂對刀點(diǎn)、刀位點(diǎn)？為何要對刀？三、原理與計算題（共21分，每題7分）1、試用框圖說明第一象限逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)的工作原理，并以如下直線為例說明。直線的起點(diǎn)坐標(biāo)在原點(diǎn)O(0,0)，終點(diǎn)為A(3,4)，單位均為脈沖當(dāng)量單位。2、通過計算選擇傳動比滿足步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)中脈沖當(dāng)量的要求。已知：步進(jìn)電機(jī)通過一組齒輪副拖動工作臺，工作臺絲杠螺距t6mm，步

3、進(jìn)電機(jī)步距角0.75，脈沖當(dāng)量0.01mm。求：這組齒輪副的傳動比i。3、簡要說明數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的一般特點(diǎn)及提高其進(jìn)給傳動系統(tǒng)的主要措施。四、程序編寫題（8分）五、應(yīng)用題（20分，每題5分）1、按ISO標(biāo)準(zhǔn)確定如圖所示數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)各坐標(biāo)軸正方向及命名，并在圖上標(biāo)示，要求所標(biāo)方向為刀具運(yùn)動的正方向。說明確定的方法和步驟，指出該機(jī)床為何種類型的機(jī)床（NC銑床、NC車床？立式、臥式？）。2、對照下圖說明：（1）M03指令的實現(xiàn)過程；（2）按下機(jī)床面板中的“停止工作” 按鈕時系統(tǒng)的控制過程。參考答案一、名詞解釋（共20分，每題4分）1、插補(bǔ)：數(shù)據(jù)密化的過程。在數(shù)控系統(tǒng)有限輸入坐標(biāo)點(diǎn)的情況下，計

4、算機(jī)根據(jù)線段的特征，運(yùn)用一定的算法，自動地在有限坐標(biāo)點(diǎn)之間生成一系列的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。2、脈沖當(dāng)量：相對于每個脈沖信號，機(jī)床移動部件的位移量叫做脈沖當(dāng)量。3、NC：數(shù)字控制（Numerical Control）技術(shù)，簡稱為數(shù)控（NC）技術(shù)，它是采用數(shù)字代碼的形式，按事先編好的程序?qū)C(jī)床的軌跡和速度等信息記錄在控制介質(zhì)上，然后輸入機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制，使機(jī)床進(jìn)行自動加工的一種先進(jìn)制造技術(shù)。4、C刀補(bǔ)：根據(jù)按零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置參數(shù)，數(shù)控裝置能實時自動生成刀具中心軌跡的功能稱為刀具半徑補(bǔ)償功能。它的主要特點(diǎn)是采用直線作為輪廓之間的過渡，因此，它的尖角性好，并且它可自動預(yù)報(在內(nèi)輪廓加工時

5、) 過切，以避免產(chǎn)生過切。5、模態(tài)代碼：一經(jīng)在一個程序段中指定，其功能一直保持到被取消或被同組其它G代碼所代替。非模態(tài)代碼：的功能僅在所出現(xiàn)的程序段內(nèi)有效；同組的兩個代碼不能出現(xiàn)在一個程序段中，不同組的G代碼根據(jù)需要可以在一個程序段中出現(xiàn)。二、簡答題（共36分，每題6分）1、什么是開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)？按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。無位置反饋，精度相對閉環(huán)系統(tǒng)來講不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)

6、械傳動機(jī)構(gòu)的性能和精度。一般以功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動元件。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動力矩不大的場合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，不是直接檢測運(yùn)動部件的實際位置。半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性雖不如開環(huán)系統(tǒng)，但比閉環(huán)要好。由于絲杠的螺距誤差和齒輪間隙引起的運(yùn)動誤差難以消除。因此，其精度較閉環(huán)差，較開環(huán)好。但可對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，因而仍可獲得滿意的精度。半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7、簡單、調(diào)試方便、精度也較高，因而在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)從工作臺引出，直接對運(yùn)動部件的實際位置進(jìn)行檢測。從理論上講，可以消除整個驅(qū)動和傳動環(huán)節(jié)的誤差、間隙和失動量。具有很高的位置控制精度。由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試都相當(dāng)困難。該系統(tǒng)主要用于精度要求很高的鏜銑床、超精車床、超精磨床以及較大型的數(shù)控機(jī)床等。2、解釋所給程序段“N5G42G01X25000Y56000F150S350”中各字的意義。N5第五行程序；G42右刀補(bǔ)；G01直線插補(bǔ)；X25000x 方向進(jìn)給到2

8、5000；Y56000y 方向進(jìn)給到56000；F150進(jìn)給速度為150；S350主軸轉(zhuǎn)速為350。3、數(shù)控機(jī)床為什么要有刀補(bǔ)功能？實現(xiàn)根據(jù)編程軌跡對刀具中心軌跡的控制。可避免在加工中由于刀具半徑的變化(如由于刀具損壞而換刀等原因)而重新編程的麻煩。刀具半徑誤差補(bǔ)償，由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑的變化，也不必重新編程，只須修改相應(yīng)的偏置參數(shù)即可。減少粗、精加工程序編制的工作量。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時，均要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留可通過修改偏置參數(shù)實現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個程序。4、基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)的特點(diǎn)。基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)又稱為行程

9、標(biāo)量插補(bǔ)或脈沖增量插補(bǔ)。這種插補(bǔ)算法的特點(diǎn)是每次插補(bǔ)結(jié)束時數(shù)控裝置向每個運(yùn)動坐標(biāo)輸出基準(zhǔn)脈沖序列，每個脈沖代表了最小位移，脈沖序列的頻率代表了坐標(biāo)運(yùn)動速度，而脈沖的數(shù)量表示移動量。每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量（一個脈沖當(dāng)量）。以一個一個脈沖的方式輸出給步進(jìn)電機(jī)。其基本思想是：用折線來逼近曲線（包括直線）。插補(bǔ)速度與進(jìn)給速度密切相關(guān)。脈沖增量插補(bǔ)的實現(xiàn)方法較簡單。通常僅用加法和移位運(yùn)算方法就可完成插補(bǔ)。因此容易用硬件來實現(xiàn)，運(yùn)算的速度很快。也可用軟件來完成這類算法。主要用早期的采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的數(shù)控系統(tǒng)。由于此算法的速度指標(biāo)和精度指標(biāo)都難以滿足現(xiàn)在零件加工的要求，現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)已很少采

10、用這類算法了。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱為時間標(biāo)量插補(bǔ)或數(shù)字增量插補(bǔ)。這類插補(bǔ)算法的特點(diǎn)是數(shù)控裝置產(chǎn)生的不是單個脈沖，而是標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制數(shù)字。插補(bǔ)運(yùn)算分兩步完成。第一步為粗插補(bǔ)，它是在給定起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線之間插入若干個點(diǎn)，即用若干條微小直線段來逼近給定曲線，每一微小直線段的長度 L都相等，且與給定進(jìn)給速度有關(guān)。粗插補(bǔ)在每個插補(bǔ)運(yùn)算周期中計算一次，因此，每一微小直線段的長度 L 與進(jìn)給速度F 和插補(bǔ)周期T有關(guān)，即L= FT。第二步為精插補(bǔ)，它是在粗插補(bǔ)算出的每一微小直線段的基礎(chǔ)上再作“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作。這一步相當(dāng)于對直線的脈沖增量插補(bǔ)。插補(bǔ)程序以一定的時間間隔定時(插補(bǔ)周期)運(yùn)行，在每個周期內(nèi)根據(jù)進(jìn)給速度計

11、算出各坐標(biāo)軸在下一插補(bǔ)周期內(nèi)的位移增量（數(shù)字量）。其基本思想是：用直線段（內(nèi)接弦線，內(nèi)外均差弦線，切線）來逼近曲線（包括直線）。插補(bǔ)運(yùn)算速度與進(jìn)給速度無嚴(yán)格的關(guān)系。因而采用這類插補(bǔ)算法時，可達(dá)到較高的進(jìn)給速度（一般可達(dá) 10m/min以上）。數(shù)字增量插補(bǔ)的實現(xiàn)算法較脈沖增量插補(bǔ)復(fù)雜，它對計算機(jī)的運(yùn)算速度有一定的要求，不過現(xiàn)在的計算機(jī)均能滿足要求。這類插補(bǔ)算法主要用于交、直流伺服電機(jī)為伺服驅(qū)動系統(tǒng)的閉環(huán)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，也可用于以步進(jìn)電機(jī)為伺服驅(qū)動系統(tǒng)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，而且，目前所使用的CNC系統(tǒng)中，大多數(shù)都采用這類插補(bǔ)方法。5、試比較硬件插補(bǔ)與軟件插補(bǔ)的不同點(diǎn)。數(shù)控（NC、CNC，MNC）系統(tǒng)中

12、完成插補(bǔ)工作的裝置叫插補(bǔ)器。從產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型來分，有一次（直線）插補(bǔ)器，二次（圓，拋物線等）插補(bǔ)器，及高次曲線插補(bǔ)器等。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置都具有直線插補(bǔ)器和圓弧插補(bǔ)器。NC系統(tǒng)中插補(bǔ)器由數(shù)字電路組成，稱為硬件插補(bǔ)。完全是硬件的插補(bǔ)器已逐漸被淘汰，只在特殊應(yīng)用場合或作為軟件、硬件結(jié)合插補(bǔ)時的第二級插補(bǔ)使用。在CNC系統(tǒng)中，插補(bǔ)器功能由軟件來實現(xiàn)，稱為軟件插補(bǔ)。軟件插補(bǔ)器結(jié)構(gòu)簡單（CNC裝置的微處理器和程序），靈活易變。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都采用軟件插補(bǔ)器。6、何謂對刀點(diǎn)、刀位點(diǎn)？為何要對刀？對刀點(diǎn)：確定刀具與工件相對位置的點(diǎn)（起刀點(diǎn)）。刀位點(diǎn)：用于確定刀具在機(jī)床坐標(biāo)系中位置的刀具上的特定點(diǎn)。對刀：

13、就是使“對刀點(diǎn)”與“刀位點(diǎn)”重合的操作。對刀點(diǎn)確定之后，機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的相對關(guān)系就確定了。只有通過對刀，才能確定工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系之間的位置關(guān)系，才能進(jìn)行數(shù)控加工操作。三、原理與計算題（共21分，每題7分）1、試用框圖說明第一象限逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)的工作原理，并以如下直線為例說明。直線的起點(diǎn)坐標(biāo)在原點(diǎn)O(0,0)，終點(diǎn)為A(2,3)，單位均為脈沖當(dāng)量單位。逐點(diǎn)比較法又稱代數(shù)運(yùn)算法、醉步法。這種方法的基本原理是：計算機(jī)在控制加工過程中，能逐點(diǎn)地計算和判別加工誤差，與規(guī)定的運(yùn)動軌跡進(jìn)行比較，由比較結(jié)果決定下一步的移動方向。逐點(diǎn)比較法既可以作直線插補(bǔ)，又可以作圓弧插補(bǔ)，這種算法的特點(diǎn)是，

14、運(yùn)算直觀，插補(bǔ) 誤差小于一個脈沖當(dāng)量，輸出脈沖均勻，而且輸出脈沖的速度變化小，調(diào)節(jié)方便?？驁D示意圖如下圖所示：偏差判別F進(jìn)給方向偏差計算F終點(diǎn)計算IF0= 0+XF1=0-3= -3I=1F1= -3+YF2=-3+2=-1I=2F2= -1+ YF3=-1+2=1I=3F3= 1+ XF4=1-3=-2I=4F4=-2+YF5=-2+2=0I=52、現(xiàn)有一光柵，其柵距P=0.016mm，指示光柵和標(biāo)尺光柵上的光柵線紋夾角為=0.01弧度，試求此光柵的摩爾條紋寬度W。3、CNC系統(tǒng)的控制軟件一般包括哪幾部分？簡述各部分的主要功能。CNC控制軟件包括：輸入數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制、速度輸出控

15、制、管理程序及診斷程序等。輸入數(shù)據(jù)處理程序接收輸入的零件程序，將其用標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行翻譯、整理，按照所規(guī)定的格式存放。有些系統(tǒng)還要進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償計算，或為插補(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)行一些預(yù)處理，總之輸入數(shù)據(jù)處理程序主要包括三項內(nèi)容：輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理；插補(bǔ)運(yùn)算程序完成NC 系統(tǒng)中插補(bǔ)器的功能，實現(xiàn)坐標(biāo)軸脈沖分配的功能，插補(bǔ)的輸出，經(jīng)過位置控制部分，去帶動伺服系統(tǒng)運(yùn)動，控制刀具按照預(yù)定的軌跡加工。位置控制的主要任務(wù)是：在每個采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電機(jī)。在位置控制中還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標(biāo)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償

16、；速度控制程序根據(jù)合成的速度來計算各運(yùn)動坐標(biāo)方向的分速度，此外用軟件對速度控制數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；系統(tǒng)管理程序?qū)?shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過程服務(wù)的各個程序進(jìn)行調(diào)度，是實現(xiàn)CNC 系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件，管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進(jìn)行處理，有的管理程序還安排有自動編程工作；診斷程序在運(yùn)行中能及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指示出故障的類型，也可在運(yùn)行前或發(fā)生故障后，檢查各種部件的功能是否正常，并指示出故障的部位，還可以在維修中查找有關(guān)部件的工作狀態(tài)，判斷其是否正常，對于不正常的部件給予顯示，便于維修人員及時處理。四、程序編寫題（9分）G92 X0 Y0 Z50 設(shè)定絕對坐標(biāo)系，刀具位于開始位置（X0，Y0，Z50）；G00 X-60 Y-40 S500 M03Z5G01 Z-10 F20G42 D1 X-40 Y-20X20G03 X40 Y0 I0 J20X-6.195 Y39.517 R40G01 X-40 Y20Y-20G40 X-60 Y-40G00 Z50五、應(yīng)用題（20分，每題5分）1、按ISO標(biāo)準(zhǔn)確定如圖所示數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)各坐標(biāo)軸正方向及命名，并在圖上標(biāo)示，要求所標(biāo)方向為刀具運(yùn)動的正方向。說明確定的方法和步驟，指出該機(jī)床為何種類型的機(jī)床（NC銑床、NC車床？立式、臥式？）。NC車床；臥式；2、對照下圖說明：（1）M03