机床数控技术
一、填空题：（每题1分，共15分）：
1. CIMS 是 2. FMS 是 3. APT 是 的缩写。 4. CAM 是
5. 数控机床按运动方式分为:点位控制数控机床、、轮廓控制数控机床等三类。 6. 将反馈元件安装在伺服电机轴上或滚珠丝杠上, 间接计算移动执行元件位移进行反馈的伺服系
统，称为 环伺服系统。
7. 数控编程一般分为
8. 穿孔带是数控机床的一种控制介质，国际上通用标准是ISO 和EIA 两种，我国根据
标准制定了JB/T3208-1999《数控机床 穿孔带程序段格式中的准备功能G 和辅助功能M 的代码》。
9. 数控机床坐标轴中，绕Y 轴旋转的坐标轴称为轴。
10. 刀具长度补偿又称。当数控装置具有长度补偿功能时，在程序编制中，就可以
不必考虑刀具的实际长度。
11. 对大多数只具有直线插补与圆弧插补功能的数控系统，常用多个微小的直线段或圆弧段去逼近
一函数方程已知的曲线，逼近线段的交点为 。
12. CNC 装置除硬件外还有软件，软件包括管理软件和 两大类，管理软件由零件
的输入、输出程序、显示程序和诊断程序等组成。
13. 是一种控制用的微电机或小型交流电动机，其用途是测量转角，它在工业上
是一种常用的角度测量元件。
14. 为了提高光栅的位置检测精度，可以提高刻线精度和增加刻线密度，但这样成本高，通常采用
的方法提高光栅的分辨精度。
15. 按进给机构伺服系统的控制方式分类，加工精度最低的是 二、选择题（每题2分，共20分）
1. 数控机床开机时一般要进行回参考点操作，其目的是（ ）。
A. 建立工件坐标系 B. 建立机床坐标系 C. 建立局部坐标系 D. 建立相对坐标系
2. 程序中指定了（ ）时，刀具半径补偿被撤消。
A. G40 B. G41 C. G42 D.G43
3. 刀尖半径右补偿方向的规定是（ ）。
A. 沿刀具运动方向看，工件位于刀具右侧 B. 沿工件运动方向看，工件位于刀具右侧 C. 沿工件运动方向看，刀具位于工件右侧 D. 沿刀具运动方向看，刀具位于工件右侧
4. 圆弧插补指令G02 X Y R 中，X 、Y 后的值表示圆弧的（ ）。
A. 起点坐标值 B. 终点坐标值 C. 圆心坐标相对于起点的值 D. 圆心坐标值 5. 数控机床的核心是（ ）。
A 伺服系统 B 数控系统 C 反馈系统 D 传动系统 6. ）。
A. 磁栅 B. 测速发电机 C. 旋转变压器 D. 光电编码器
7. 闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统主要区别在于（ ）。
A. 位置控制器 B. 检测单元 C. 伺服单元 D. 控制对象
8. 步进电机的转速是通过改变电机的（ ）而实现。
A. 脉冲频率 B. 脉冲速度 C. 通电顺序 D. 脉冲电流 9. 可用于开环伺服控制的电动机是( )
A ．交流主轴电动机 B ．永磁宽调速直流电动机 C ．无刷直流电动机 D ．功率步进电动机
10. （ ）能对两个或两个以上的坐标方向的运动同时进行严格的连续控制，不仅控制每个坐
标的行程位置，还要控制每个坐标的运动速度。 A 点位控制系统 B 点位直线控制系统 C 轮廓控制系统 D 直线控制系统
三、简要回答下列问题（每题5分，共20分）
1. 按控制方式进行分类数控机床的类型，并作简要说明？
2. 说明数控机床加工特点？
3. 检测元件精度包括系统精度和系统分辨率，请具体说明其含义？
4. 对于四极旋转变压器，即正余弦旋转变压器，如果在定子的两个正交绕组中通以满足不同条件的电压，则可以得到两种典型的工作方法，请解释其如何工作在鉴相工作法？
四、作图说明下列问题（第1题7分，第2题8分，共15分）
1. 绘图说明用直线逼近零件轮廓曲线y f (x ) 的节点计算的误差法计算节点过程？
2. 解释对于数控车床来说，存在的车刀刀尖圆弧半径对切削加工的影响？在加工过程中如何考虑消除？
五、逐点比较法圆弧插补计算： 逆时针加工第Ⅰ象限圆弧OA ，起点坐标为O （6，0），终点坐标为A （0，6），圆弧的圆心在坐标原点（0,0) ，试进行插补运算。要求用逐点比较法进行插补，请分别列表说明插补脉冲的分配过程，要求写出插补计算公式。
（15分）
六、有板状零件，厚度为15mm ，廓形如下图所示，今欲在立式数控铣床上对其进行加工，要求： 1. 建立工件坐标系，并求出廓形中各节点的坐标；
2. 编写精加工该廓形的加工程序，标明各程序段的功能； 3. 绘出刀具中心轨迹。（15分）
《机床数控技术》模拟考试题（2）
参考答案
一、填空题：（每题1分，共15分）：
1 Computer Integrated Manufacturing System（或计算机集成制造系统） 2 Flexible Manufacturing System （或柔性制造系统） 3 Automatically Programmed Tools（或自动编程工具） 4 Computer Aided Manufacturing (或计算机辅助制造) 5直线控制数控机床 6半闭 7手工编程 8 ISO 9 B
10长度偏置 11节点
12控制软件 13旋转变压器 14倍频 15开
二、选择题（每题2分，共20分）
1. B 2.A 3.D 4.B 5.B 6.A 7.B 8.A 9.D 10.C
三、简要回答下列问题
1）按控制方式进行分类数控机床的类型，并作简要说明？ （1）开环控制系统
伺服系统中没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号的流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和步进电机。其驱动电机只能采用步进电动机，该类电动机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转过一个步距角。
（2）全闭环控制系统
其位移反馈采用直线位移检测元件，安装在机床床鞍部位上，即直接检测机床坐标的直线位移量，通过反馈可以消除从电动机到机床床鞍整个机床传动连中的传动误差，得到很高的机床静态定位精度。
（3）半闭环控制系统
其位置反馈采用转角检测元件，直接安装在伺服电动机或丝杠端部。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可以获得较稳定的控制特性
检测装置安装在电机或丝杠上的闭环系统，把工作台运动干扰排除在控制系统之外，没有把惯性大的工作台包括在闭环回路内，因此系统稳定性好，调试方便。
（4）混合控制数控机床
将上述控制方式的特点有选择的集中，可以组成混合控制的方案。 2）说明数控机床加工特点？
（1）能实现复杂零件的加工（复杂）
普通机床难以实现或无法实现轨迹为二次以上曲线或曲面的运动，如螺旋桨、气轮机叶片之类的空间曲面。（对航空、航天、军工很多零件难以实现）
而数控机床采用计算机插补技术和多坐标联动控制，可以实现几乎任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，实用于各种复杂零件的加工
（2）加工精度高、质量稳定（机械设计、数控系统、无人为干预、程序控制）（精密） （3）生产效率高（辅助时间、机动时间）（高效）
①减少辅助时间；②减少零件加工所需机动时间，良好的机械结构刚性允许机床进行大切削用量的强力切削
（4）广泛的适应性（多变）
通过改变程序来加工不同零件，适应了现代产品更新换代快的特点；适应了多品种、小批量零件的自动化加工
（5）减轻了劳动强度，改善生产条件（体力劳动减轻，脑力劳动加重） 操作者一般只需装卸工件和更换刀具， （6）有利于现代化生产管理
采用数控机床加工能很方便准确地计算出加工工时、生产周期和加工费用；数控技术是FMS 、FMC 、CAD/CAM、CIMS 等现代化生产的基础
3）检测元件精度包括系统精度和系统分辨率，请具体说明其含义？
检测元件的精度主要包括：系统精度和系统分辨率两项。
系统精度是指在一定长度或转角范围内测量积累误差的最大值，目前一般长度位置检测精度均已达到±0.002 ~ 0.02mm/m以内，回转角测量精度达到±10''/360 ；系统分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量，目前长度位移的分辨率多数为1μm ，高精度系统分辨率可达0.1μm ，回转分辨率为2''。
4）对于四极旋转变压器，即正余弦旋转变压器，如果在定子的两个正交绕组中通以满足不同条件的电压，则可以得到两种典型的工作方法，请解释其如何工作在鉴相工作法？
如果定子的两相正交绕组，分别通以频率和幅值都相等，而相位相差90︒的激磁交流电压，即
E 1S =E M 1sin ωt
E 1c =E M 1cos ωt 则通过转子的磁通为两相磁通在转子绕组平面的投影之和，转子绕组产生感应电动势为这两相磁通所产生的感应电动势之和，即
E 2=KE 1s sin θ+KE 1c cos θ
=KE M 1sin ωt sin θ+KE M 1cos ωt cos θ
=KE M 1cos(ωt -θ) =E M 2cos(ωt -θ) 由此可见，转子绕组输出电压信号与定子输入电压信号的相位差，与转子的偏角相等。通过检
测这个相位差值，就可以测量出与转子轴相连的机械轴的转角
四、作图说明下列问题
1）绘图说明用直线逼近零件轮廓曲线y =f (x ) 的节点计算的误差法计算节点过程？
（1分）
等误差拟合轮廓曲线时，使每段的逼近误差相等且小于等于允许误差。这种方法确定各程序段长度不等，程序段数目最少。但其计算过程较复杂。 下面介绍平行线法：
①该方法的计算过程是以曲线y =f (x ) 的起点为圆心，以允许误差δ允为半径做圆。设起点的坐标
2
为（x a ，y a ），则此圆的方程为（在M 点）(x M -x a )2+(y M -y a )2=δ允（2分）
②求上述圆与曲线的公切线斜率（1分）
③过起点圆圆心做平行于上述公切线的直线与曲线相交求得第二点（1分）
2) 回答参见教案中相关部分内容
五
圆弧插补计算： 逆时针加工第Ⅰ象限圆弧OA ，起点坐标为O （6，0），终点坐标为A （0，6），圆弧的圆心在坐标原点（0,0) ，试进行插补运算。
解答：按两方向坐标应走总步数之和为∑，则
∑0=(6-0) +(6-0) =12
起点在圆弧上（6，0），则偏差
F 0=0, x 0=6, y 0=0
六、
建立坐标系如图所示 计算个点坐标值
A(21.213,-21.213) B(42.426,-42.426) C(60,0) D(70,0) E(90,120) F(90,31.962) G(70,51.862) H(30,51.862) I(0,30) 数控加工程序：
N1 G92 X-20 Y0 Z0 *建立工件坐标系 N2 G30 Y0 M06 T06 *返回第二参考点换刀 N3 G00 G90 X0 Y90 *快速移至P 点 N4 G43 Z0 H03 S440 M03 *长度补偿，主轴正转 N5 G42 G00 G17 X21.213 Y-21.213 D30 F100 *半径补偿，移至A 点 N6 G01 X42.426 Y-42.426 *加工AB 段 N7 G03 X60.0 Y0.00 I-42.426 J42.426 *加工圆弧BC N8 G01 X70 Y0 *加工CD 段 N9 G03 X90 Y20 I-20.0 J20.0 *加工圆弧DE N10 G01 X90 Y31.962 *加工EF 段 N11 G03 X70 Y51.862 I-20.0 J-20.0 *加工圆弧FG N12 G01 X30 Y51.862 *加工GH 段 N13 G01 X0 Y30.0 *加工HI 段 N14 GO2 X21.213 Y-21.213 I0 J-30 *加工IA 段
N15 G40 G00 X-20.0 Y0 N16 M30 *取消刀补 *程序结束
机床数控技术
一、填空题：（每题1分，共15分）：
1. CIMS 是 2. FMS 是 3. APT 是 的缩写。 4. CAM 是
5. 数控机床按运动方式分为:点位控制数控机床、、轮廓控制数控机床等三类。 6. 将反馈元件安装在伺服电机轴上或滚珠丝杠上, 间接计算移动执行元件位移进行反馈的伺服系
统，称为 环伺服系统。
7. 数控编程一般分为
8. 穿孔带是数控机床的一种控制介质，国际上通用标准是ISO 和EIA 两种，我国根据
标准制定了JB/T3208-1999《数控机床 穿孔带程序段格式中的准备功能G 和辅助功能M 的代码》。
9. 数控机床坐标轴中，绕Y 轴旋转的坐标轴称为轴。
10. 刀具长度补偿又称。当数控装置具有长度补偿功能时，在程序编制中，就可以
不必考虑刀具的实际长度。
11. 对大多数只具有直线插补与圆弧插补功能的数控系统，常用多个微小的直线段或圆弧段去逼近
一函数方程已知的曲线，逼近线段的交点为 。
12. CNC 装置除硬件外还有软件，软件包括管理软件和 两大类，管理软件由零件
的输入、输出程序、显示程序和诊断程序等组成。
13. 是一种控制用的微电机或小型交流电动机，其用途是测量转角，它在工业上
是一种常用的角度测量元件。
14. 为了提高光栅的位置检测精度，可以提高刻线精度和增加刻线密度，但这样成本高，通常采用
的方法提高光栅的分辨精度。
15. 按进给机构伺服系统的控制方式分类，加工精度最低的是 二、选择题（每题2分，共20分）
1. 数控机床开机时一般要进行回参考点操作，其目的是（ ）。
A. 建立工件坐标系 B. 建立机床坐标系 C. 建立局部坐标系 D. 建立相对坐标系
2. 程序中指定了（ ）时，刀具半径补偿被撤消。
A. G40 B. G41 C. G42 D.G43
3. 刀尖半径右补偿方向的规定是（ ）。
A. 沿刀具运动方向看，工件位于刀具右侧 B. 沿工件运动方向看，工件位于刀具右侧 C. 沿工件运动方向看，刀具位于工件右侧 D. 沿刀具运动方向看，刀具位于工件右侧
4. 圆弧插补指令G02 X Y R 中，X 、Y 后的值表示圆弧的（ ）。
A. 起点坐标值 B. 终点坐标值 C. 圆心坐标相对于起点的值 D. 圆心坐标值 5. 数控机床的核心是（ ）。
A 伺服系统 B 数控系统 C 反馈系统 D 传动系统 6. ）。
A. 磁栅 B. 测速发电机 C. 旋转变压器 D. 光电编码器
7. 闭环进给伺服系统与半闭环进给伺服系统主要区别在于（ ）。
A. 位置控制器 B. 检测单元 C. 伺服单元 D. 控制对象
8. 步进电机的转速是通过改变电机的（ ）而实现。
A. 脉冲频率 B. 脉冲速度 C. 通电顺序 D. 脉冲电流 9. 可用于开环伺服控制的电动机是( )
A ．交流主轴电动机 B ．永磁宽调速直流电动机 C ．无刷直流电动机 D ．功率步进电动机
10. （ ）能对两个或两个以上的坐标方向的运动同时进行严格的连续控制，不仅控制每个坐
标的行程位置，还要控制每个坐标的运动速度。 A 点位控制系统 B 点位直线控制系统 C 轮廓控制系统 D 直线控制系统
三、简要回答下列问题（每题5分，共20分）
1. 按控制方式进行分类数控机床的类型，并作简要说明？
2. 说明数控机床加工特点？
3. 检测元件精度包括系统精度和系统分辨率，请具体说明其含义？
4. 对于四极旋转变压器，即正余弦旋转变压器，如果在定子的两个正交绕组中通以满足不同条件的电压，则可以得到两种典型的工作方法，请解释其如何工作在鉴相工作法？
四、作图说明下列问题（第1题7分，第2题8分，共15分）
1. 绘图说明用直线逼近零件轮廓曲线y f (x ) 的节点计算的误差法计算节点过程？
2. 解释对于数控车床来说，存在的车刀刀尖圆弧半径对切削加工的影响？在加工过程中如何考虑消除？
五、逐点比较法圆弧插补计算： 逆时针加工第Ⅰ象限圆弧OA ，起点坐标为O （6，0），终点坐标为A （0，6），圆弧的圆心在坐标原点（0,0) ，试进行插补运算。要求用逐点比较法进行插补，请分别列表说明插补脉冲的分配过程，要求写出插补计算公式。
（15分）
六、有板状零件，厚度为15mm ，廓形如下图所示，今欲在立式数控铣床上对其进行加工，要求： 1. 建立工件坐标系，并求出廓形中各节点的坐标；
2. 编写精加工该廓形的加工程序，标明各程序段的功能； 3. 绘出刀具中心轨迹。（15分）
《机床数控技术》模拟考试题（2）
参考答案
一、填空题：（每题1分，共15分）：
1 Computer Integrated Manufacturing System（或计算机集成制造系统） 2 Flexible Manufacturing System （或柔性制造系统） 3 Automatically Programmed Tools（或自动编程工具） 4 Computer Aided Manufacturing (或计算机辅助制造) 5直线控制数控机床 6半闭 7手工编程 8 ISO 9 B
10长度偏置 11节点
12控制软件 13旋转变压器 14倍频 15开
二、选择题（每题2分，共20分）
1. B 2.A 3.D 4.B 5.B 6.A 7.B 8.A 9.D 10.C
三、简要回答下列问题
1）按控制方式进行分类数控机床的类型，并作简要说明？ （1）开环控制系统
伺服系统中没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号的流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和步进电机。其驱动电机只能采用步进电动机，该类电动机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转过一个步距角。
（2）全闭环控制系统
其位移反馈采用直线位移检测元件，安装在机床床鞍部位上，即直接检测机床坐标的直线位移量，通过反馈可以消除从电动机到机床床鞍整个机床传动连中的传动误差，得到很高的机床静态定位精度。
（3）半闭环控制系统
其位置反馈采用转角检测元件，直接安装在伺服电动机或丝杠端部。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可以获得较稳定的控制特性
检测装置安装在电机或丝杠上的闭环系统，把工作台运动干扰排除在控制系统之外，没有把惯性大的工作台包括在闭环回路内，因此系统稳定性好，调试方便。
（4）混合控制数控机床
将上述控制方式的特点有选择的集中，可以组成混合控制的方案。 2）说明数控机床加工特点？
（1）能实现复杂零件的加工（复杂）
普通机床难以实现或无法实现轨迹为二次以上曲线或曲面的运动，如螺旋桨、气轮机叶片之类的空间曲面。（对航空、航天、军工很多零件难以实现）
而数控机床采用计算机插补技术和多坐标联动控制，可以实现几乎任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，实用于各种复杂零件的加工
（2）加工精度高、质量稳定（机械设计、数控系统、无人为干预、程序控制）（精密） （3）生产效率高（辅助时间、机动时间）（高效）
①减少辅助时间；②减少零件加工所需机动时间，良好的机械结构刚性允许机床进行大切削用量的强力切削
（4）广泛的适应性（多变）
通过改变程序来加工不同零件，适应了现代产品更新换代快的特点；适应了多品种、小批量零件的自动化加工
（5）减轻了劳动强度，改善生产条件（体力劳动减轻，脑力劳动加重） 操作者一般只需装卸工件和更换刀具， （6）有利于现代化生产管理
采用数控机床加工能很方便准确地计算出加工工时、生产周期和加工费用；数控技术是FMS 、FMC 、CAD/CAM、CIMS 等现代化生产的基础
3）检测元件精度包括系统精度和系统分辨率，请具体说明其含义？
检测元件的精度主要包括：系统精度和系统分辨率两项。
系统精度是指在一定长度或转角范围内测量积累误差的最大值，目前一般长度位置检测精度均已达到±0.002 ~ 0.02mm/m以内，回转角测量精度达到±10''/360 ；系统分辨率是测量元件所能正确检测的最小位移量，目前长度位移的分辨率多数为1μm ，高精度系统分辨率可达0.1μm ，回转分辨率为2''。
4）对于四极旋转变压器，即正余弦旋转变压器，如果在定子的两个正交绕组中通以满足不同条件的电压，则可以得到两种典型的工作方法，请解释其如何工作在鉴相工作法？
如果定子的两相正交绕组，分别通以频率和幅值都相等，而相位相差90︒的激磁交流电压，即
E 1S =E M 1sin ωt
E 1c =E M 1cos ωt 则通过转子的磁通为两相磁通在转子绕组平面的投影之和，转子绕组产生感应电动势为这两相磁通所产生的感应电动势之和，即
E 2=KE 1s sin θ+KE 1c cos θ
=KE M 1sin ωt sin θ+KE M 1cos ωt cos θ
=KE M 1cos(ωt -θ) =E M 2cos(ωt -θ) 由此可见，转子绕组输出电压信号与定子输入电压信号的相位差，与转子的偏角相等。通过检
测这个相位差值，就可以测量出与转子轴相连的机械轴的转角
四、作图说明下列问题
1）绘图说明用直线逼近零件轮廓曲线y =f (x ) 的节点计算的误差法计算节点过程？
（1分）
等误差拟合轮廓曲线时，使每段的逼近误差相等且小于等于允许误差。这种方法确定各程序段长度不等，程序段数目最少。但其计算过程较复杂。 下面介绍平行线法：
①该方法的计算过程是以曲线y =f (x ) 的起点为圆心，以允许误差δ允为半径做圆。设起点的坐标
2
为（x a ，y a ），则此圆的方程为（在M 点）(x M -x a )2+(y M -y a )2=δ允（2分）
②求上述圆与曲线的公切线斜率（1分）
③过起点圆圆心做平行于上述公切线的直线与曲线相交求得第二点（1分）
2) 回答参见教案中相关部分内容
五
圆弧插补计算： 逆时针加工第Ⅰ象限圆弧OA ，起点坐标为O （6，0），终点坐标为A （0，6），圆弧的圆心在坐标原点（0,0) ，试进行插补运算。
解答：按两方向坐标应走总步数之和为∑，则
∑0=(6-0) +(6-0) =12
起点在圆弧上（6，0），则偏差
F 0=0, x 0=6, y 0=0
六、
建立坐标系如图所示 计算个点坐标值
A(21.213,-21.213) B(42.426,-42.426) C(60,0) D(70,0) E(90,120) F(90,31.962) G(70,51.862) H(30,51.862) I(0,30) 数控加工程序：
N1 G92 X-20 Y0 Z0 *建立工件坐标系 N2 G30 Y0 M06 T06 *返回第二参考点换刀 N3 G00 G90 X0 Y90 *快速移至P 点 N4 G43 Z0 H03 S440 M03 *长度补偿，主轴正转 N5 G42 G00 G17 X21.213 Y-21.213 D30 F100 *半径补偿，移至A 点 N6 G01 X42.426 Y-42.426 *加工AB 段 N7 G03 X60.0 Y0.00 I-42.426 J42.426 *加工圆弧BC N8 G01 X70 Y0 *加工CD 段 N9 G03 X90 Y20 I-20.0 J20.0 *加工圆弧DE N10 G01 X90 Y31.962 *加工EF 段 N11 G03 X70 Y51.862 I-20.0 J-20.0 *加工圆弧FG N12 G01 X30 Y51.862 *加工GH 段 N13 G01 X0 Y30.0 *加工HI 段 N14 GO2 X21.213 Y-21.213 I0 J-30 *加工IA 段
N15 G40 G00 X-20.0 Y0 N16 M30 *取消刀补 *程序结束