数控技术(第2版)课后完整答案

1.1数控机床的工作流程是什么

数控加工程序的编制，输入，译码，刀具补偿，插补，位置控制和机床加工

1.2数控机床有哪几部分组成各部分的基本功能是什么

输入输出设备：主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。

数控装置：接收来自输入设备的程序和数据，并按输入信息的要求完成数值的计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。（多坐标控制，插补功能，程序输入、编辑和修改功能、故障自诊断功能、补偿功能、信息转换功能、多种加工方式选择、辅助功能、显示功能、通信和联网功能）

1.3什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床三者如何区别

点位控制数控机床点位控制是指道具从某一位置移到下一个位置的过程中，不考虑其运动轨迹，只要求道具能最终准确达到目标位置。

直线控制数控机床这类数控机床不仅要保证点与点之间的准确定位，而且要控制两相关点之间的位移速度和路线。

轮廓控制数控机床这类机床的数控装置能够同时控制两轴或两个以上的轴，对未知和速度进行严格的不间断控制。

区别：点位控制不考虑运动轨迹，直线控制要求保证两点之间的精确定位，轮廓控制对于位置和速度有严格的要求。

1.4数控机床有哪些特点

加工零件的适应性强，灵活性好；加工精度高，产品质量稳定；生产率高；减少工人劳动强度；生产管理水平高

1.5按伺服系统的控制原理分类，分为哪几类数控机床各有何特点

开环控制的数控机床受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度的影响，速度和精度都较低。结构简单、成本较低、调试维修方便

闭环控制的数控机床定位精度高、速度调节快，工作台惯量大所以系统设计和调整存在困难，系统稳定性受到不利影响

半闭环控制的数控机床控制精度没有闭环高，但机床工作的稳定性却有毒大惯量工作台被排除在控制环外而提高，调试方便

什么是控制编程手工编程的内容有哪些

从零件图样到制成控制介质的全部过程。

分析零件图样，确定加工工艺过程，数值计算，编写零件加工程序，制作控制介质，程序校验，试切削

数控编程有哪几种方法各有何特点

手工编程对于几何形状较为简单的零件，数值计算较简单，程序段不错，采用手工编彻骨较容易完成，而且经济、及时。但对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线或曲面的零件，用手工编程就有一定的困难，出错的可能增大，效率低，有时甚至无法编出程序。

自动编程减轻了编程人员的劳动强度，缩短了编程时间，提高了编程质量，同时解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的变成难题。

什么是“字地址程序段格式”，为什么现代数控系统常用这种格式

字地址程序段格式是字、字符和数据在一个程序段中的安排没有特殊的顺序要求。优点：程序简单、直观、可读性强、易于检验和修改。

数控机床的X、Y、Z坐标轴及其方向是如何确定的

Z坐标，规定平行于机床主轴的刀具运动坐标为Z坐标，去刀具远离工件的方向为正方向。

X坐标规定X坐标轴为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面

Y坐标Y坐标垂直于X、Z坐标。

数控机床的机床坐标系和工件坐标系之间的关系如何

工件坐标系的坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴相平行，方向也相同，但原点不同。在加工中，工件随夹具在机床上安装后，要测量工件原点与机床原点之间的坐标距离，这个距离称为工件原点偏置。

准备功能G代码和辅助功能M代码在数控编程中的作用如何

准备功能G代码是使机床或数控系统建立起某种加工方式的命令。

辅助功能M代码是控制机床辅助动作的指令，主要用作机床加工时的工艺性指令、

M00、M01、M02、M30指令各有何特点如何应用

M00程序停止。在完成该程序段其他指令后，用以停止主轴转动、进给和切削液，以便执行某一个固定的手动操作。固定操作完成后，重按“启动键”，便可继续执行下一段程序段。

M01计划停止。该指令只有在操作版面上的“任意停止”按键被按下时，M01才有效，否则这个指令不起作用。该指令常用于工件关键尺寸的停机抽样检查或其他需要临时停车的场合。当检查完成后，按启动键继续执行以后的程序。

M02程序结束。当全部程序结束后，用此指令使主轴、进给、切削液全部停止，并使数控系统处于复位状态。该指令必须出现在程序的最后一个程序段中。

M30 结束程序。M30可使程序返回到开始状态。

F、S、T功能指令各自的作用是什么

F代码F代码为进给速度功能代码，用力指定进给速度

S代码S代码为主轴转速功能代码，用力指定主轴的转速

T代码T代码为道具功能代码，在有自动换刀功能的数控机床上，该指令用以选择所需的刀具号和刀补号。G90、X20、Y15、和G91、X20、Y15有什么区别

绝对坐标：X20 Y15，表示该点在坐标轴中的位置

增量坐标：X20 Y15，表示该点对于上一点的位置的坐标增量

G00与G01、G02、G03的不同点在哪里

G00 该指令是使刀具从当前位置以系统设定的速度快速移动到坐标系的另一点，他只是快速到位，不进行切削加工，一般用作空行程运动。

G01 该指令是直线运动控制指令，它命令道具从当前位置以两坐标或三坐标联动的方式按指定的F进给速度作任意斜率的直线运动到达指定的位置。

G02 用来实现顺时针圆弧插补加工

G03 逆时针圆弧插补加工

G41 G42 G43 G44的含义如何

G41表示刀具左偏，指顺着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边

G42表示刀具右偏

G43 程序给定值与补偿值之和

G44 程序给定值与补偿值之差

固定循环指令有何作用

可以是程序编制简短、方便又能提高程序质量

什么是零件的加工路线确定加工路线时应遵循哪些原则

加工路线是指数控机床加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向

原则：1 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；2 应尽量缩短加工路线，减少刀具空程运动时间；3 应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。

加工路线与零件轮廓曲线有何区别编程时若按零件轮廓编程，数控装置应具备哪些功能

什么是对刀点、刀位点、换刀点

对刀点：在数控机床上加工零件时，道具相对与工件运动的起点

刀位点：刀具在机床上的位置

换刀点：刀架转位换刀时的位置

什么是数控编程中的数值计算它包含哪些内容

根据工件的图样要求，按照已确定的加工路线和允许的变成误差，计算出数控系统所需输入的数据。

基点和节点的计算；刀位点轨迹的计算；辅助计算

什么是基点什么是节点

基点：把各几何元素间的连接点

节点：当利用基友直线插补功能的数控机床加工零件的曲线轮廓时，任一几何元素均用直线逼近，即任一轮廓的曲线军用连续的折线来逼近。这时，应根据编程所允许的误差，将曲线分割成若干个直线段，其相邻的而直线的交点称为节点。

数控车削编程的特点是什么

（1）在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程，增量值编程或二者混合编程。（2）由于图样尺寸和测量值都是直径值，故直径方向用绝对值编程时，X以直径值表示；用增量值表示时，以经向实际位移量的二倍值表示。

（3）为提高工件的径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半

（4）由于毛胚常用棒料或断料，加工余量较大，所以数控装置常具备不同形式的固定循环功能，可进行多次重复循环切削。

（5）编程时，为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。对不具备刀具自动补偿功能的数控车床，编程时，需先计算补偿量。

（6）许多数控车床用X,Z表示绝对坐标指令；用U,W表示增量坐标指令。而不用G90，G91指令

（7）第三坐标指令I,K在不同的程序段中作用也不相同。I,K在圆弧切削时表示圆心相对圆弧的起点的坐标位置；而在有自动循环指令的程序中，I,K坐标则用来表示每次循环的进给量。

车削固定循环功能的作用是什么常用的有哪些

由于车削的毛胚多为棒料和铸锻件，因此车削加工多为大余量多次进给切除，所以在车床的数控装置中总是设置各种不同形式的固定循环功能。

常用的循环指令：柱面循环指令，锥面循环指令，简单螺纹循环指令，复杂螺纹循环指令，复合式粗车循环指令

数控铣削编程的特点是什么

（1）铣削是机械加工中最常用的方法之一，它包括平面铣削和轮廓铣削。使用数控铣床的目的在于：解决复杂的和难加工的工件的加工问题；把一些用普通机床可以加工的工件，改用数控铣床加工，可以提高加工效率。

（2）数控铣床的数控装置具有多种插补方式，一般都具有直线插补和圆弧插补，有的还具有极坐标插补，抛物线插补，螺旋线插补等多种插补方式。

（3）程序编制是要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿，刀具长度补偿，刀具半径补偿和固定循环，对称加工等问题。

（4）由直线，圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单。非圆曲线，空间曲线和曲面的轮廓铣削加工，数学处理比较复杂，一般采用计算机辅助计算和自动编程。

用G54~G59指令确定工件坐标与G92指令有何不同

数控铣床除了可用G92指令建立工件坐标系以外，还可以用G54~G59指令设置工件坐标系。这样设置的每一个工件坐标系自成体系。采用G54~G59指令建立的坐标系不像用G92指令那样，需要在程序段中给出工件坐标系与机床坐标系的偏置值，而是在安装工件后测量工件坐标系原点相对于机床坐标系原点在X,Y,Z各轴方向的偏置量，然后用MDI方式将其输入到数控系统的工件坐标系偏置值存储器中。系统在执行程序时从存储器中读取数据，并按照工件坐标系中的坐标值运动。

孔加工固定循环的基本组成动作有哪些使用图示法说明

一般有6个动作组成：

（1）A-B 道具快进至孔位坐标，及循环初始点B

（2）B-R 刀具Z向快进至加工表面附近的R点平面

（3）R-E 加工动作

（4）E点孔底动作

（5）E-R 返回到R点平面

（6）R-B 返回到初始点B

加工中心编程的特点是什么

（1）首先要进行合理的工艺分析。周密合理的安排各工序加工的顺序，有利于提高加工精度和生产效率（2）根据加工批量等情况，决定采用自动换刀还是手动换刀

（3）自动换到要留出足够的换刀空间

（4）为提高机床利用率，尽量采用刀具机外预调，并将测量尺寸填写到刀具卡片中，以便于操作者在运行程序前，及时修改道具补偿参数

（5）对于编好的程序，必须进行认证检查，并与加工前安排好试运行

（6）尽量把不同工序内容的程序，分别安排到不同的子程序中

（7）一般应使一把道具尽可能担任较多的表面加工，且进给路线设计的应合理。

何为定距换刀和跟踪换刀

定距换刀是数控加工中心主轴只有运动到规定的换刀点时，机械手才可以执行换刀动作

跟踪换刀是主轴运动到任意位置时，机械手都可以执行换刀动作

何为自动编程常用的自动编程方法有哪两类各有何特点

自动编程是指用计算机来代替手工编程，也就是说，程序编制的大部分或全部工作是由计算机来完成的。分类：语言式自动编程系统和图形交互式自动编程系统

特点：语言式自动编程系统对计算机而言是采用批处理的方式，编程人员必须一次性将编程信息全部向计算机交代清楚，计算机再一次处理完毕，并马上得到结果。图形交互式自动编程系统则是一种人机对话的编程方式。编程人员根据屏幕菜单提示的内容，反复与计算机对话，回答计算机的各种提问，知道把该答的问题全部答完。计算机就能自动生成所需的零件加工程序。

语言式自动编程的基本原理是什么

语言是自动编程系统主要有数控语言，编译程序和通用计算机等三部分组成，工作原理是，首先由编程人员根据零件图和工艺要求，用数控语言编写出零件加工源程序，再将该程序输入计算机。计算机经过翻译处理和数值计算后，生成刀具位置数据文件，然后再进行后置处理，即可生成符合具体数控机床要求的零件加工程序。计算机可通过各种外设打印出加工程序单，或穿出纸带，或通过通信接口将加工程序代码直接送入数控装置。

图形交互式自动编程的信息处理过程是怎样的

（1）几何造型利用图形交互自动编程软件的图形构建，编辑修改，曲线曲面造型等有关功能，将零件被加工部位的几何图形准确的绘制在计算机屏幕上，与此同时，在计算机内部自动形成零件图形的数据文件。（2）刀具路径的产生在刀具路径生成的菜单中选择所需的子菜单，然后根据屏幕提示，用光标选择相应的图形目标，点取相应的坐标点，输入所需的各种参数。软件将自动从图形文件中提取变成所需的信息，进行分析判断，计算节点数据，并将其转换为刀具位置数据，存入到指定的刀位文件中或直接进行后置处理，生成数控加工程序，同时在屏幕上显示出刀具轨迹图形。

（3）后置处理用以处理机床控制系统不同带来的的指令代码及格式的不同的问题，生成符合格式要求的数控加工程序

后置处理的作用是什么

目的是形成数控加工程序

CNC系统有哪几部分组成其核心是什么

数控程序、输入输出设备、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给驱动装置；核心CNC装置

CNC装置的软件有哪几部分组成

管理软件：零件程序的输入输出程序，显示程序，CNC装置的自诊断程序

控制软件：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

CNC装置的主要功能是什么每一部功能的内容是什么

控制功能：CNC装置能够控制的并且能够同时控制联动的轴数，它是CNC装置的重要性能指标。

准备功能：用来指明机床的下一步如何动作

插补动能：用于对零件轮廓加工的控制

固定循环加工功能：将典型动作事先编好程序并储存在内存中，用G代码进行指定

进给功能：用F指令给出各进给轴的进给速度

主轴功能：指令主轴转速、设置恒定线速度、主轴准停

辅助功能：指定主轴的正转、反转、停止、切削液泵的打开和关闭、换刀等动作

刀具功能：选择刀具并且指定有效刀具的几何参数的值

补偿功能：把刀具长度或半径的相应补偿量、丝杠的螺距误差和反向间隙误差的补偿量输入到其内部储存器，在控制机床进给时按一定的计算方法将这些补偿量补偿

显示功能：显示程序、零件图形、人机对话编程菜单、故障信息

通信功能：完成上级计算机与CNC装置之间的数据和命令传送

自诊断功能：装置运行过程中、运行前或故障停机后进行诊断

CNC装置的单微处理机结构与多微处理机构有何区别

单微处理机结构只有一个CPU采用集中控制分时处理数控的每一项任务，多微处理机结构犹豫有两个或两个以上的为处理机构成的处理部分，处理部分之间采用紧耦合，有几种的才做系统，资源共享，或者有两个或两个以上的微处理机结构的功能模块，功能模块之间采用松耦合，有多重操作系统有效地实行并行处理

单微处理机结构CNC装置有哪几部分组成I/O端口的任务是什么

微处理器，存储器，总线，I/O接口，MDI接口，CRT或者液晶显示接口，PLC接口，主轴控制，纸带阅读机接口。

任务：进行电平转换和功率放大，防止噪声引起误动作，模拟量与数字量之间的转换

比较共享总线型结构CNC装置和共享存储CNC结构的工作特点及优缺点

共享总线型结构系统中只有主模块有权控制使用系统总线。由于某一时刻只能由一个主模块占有总线，当有多个主模块占有总线时，必须由仲裁电路来裁决。以判断各模块优先权的高低。每个主模块按其担任的任务的重要程度已预先安排好的优先级别的高低顺序。

优点：结构简单、系统配置灵活、扩展模块模块容易、造价低；缺点：信息传输率低、总线一旦出现故障，这个系统受影响

共享存储结构的多微处理机，采用多端口存储器来实现个微处理机之间的互连和通信。有多端口控制逻辑电路解决访问冲突。

优点：信息传输率高；缺点，不易扩展，结构复杂

CNC装置软件结构有何特点

多任务并行处理，实施中断处理

CNC装置软件采用的并行处理方法有哪几种这些方法是如何实现并行处理的

资源共享、资源重复和时间重叠。

资源共享：根据分时共享原则，使多个用户按时间顺序使用同一套设备

时间重叠：根据流水线处理技术，使多个处理工程在时间上互相错开

资源重叠：通过增加资源提高运算速度

CNC装置中断结构模式有哪两种各有何特点

中断型结构模式：除了初始化程序之外，整个系统软件的各种任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统

前后台型结构模式：前后程序是一个中断服务程序，完成全部实时功能。

零件程序的输入有何方法

纸带阅读机和键盘输入

为什么要对G代码、M代码分组分组的原则是什么

因为某些G代码或M代码是不允许同时出现在一个程序段中的。

分组原则：将不能同时出现在一个程序段的G代码或M代码归为一组

何谓刀具半径补偿其执行过程如何

根据零件轮廓信息和刀具半径自动计算中心轨迹时期自动偏移零件轮廓一个刀具半径值。

刀补建立，刀补进行，刀补撤销

B刀补和C刀补有何区别

B功能刀具半径补偿计算主要计算直线或圆弧起点和重点的刀具中心值，以及圆弧刀补后刀具中心轨迹的圆弧半径值。其采取逐段读取计算走到的方法，这样预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响。

C功能刀补解决了下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算完本段轨迹后，提前将下一段程序读入，然后根据他们之间转接的具体情况，再对本段的轨迹作适当修改，得到正确的本段加工轨迹。

直线与直线转接分类中的缩短型转接、伸长型转接和插入型转接如何计算刀补轨迹

工件原点设置怎样计算

何为插补有哪两类插补算法

插补的任务就是要按照进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干中间点的坐标值。

分类：脉冲增量插补和数据采样插补

试述逐点比较法的4个节拍。

第一节拍——偏差判别判别刀具当前位置相对于给定的轮廓的偏离位置，一次决定刀具移动方向

第二节拍——进给根据偏差判别结果，控制刀具相对于工件轮廓进给一步，即向给定的轮廓靠拢，减少偏差

第三节拍——偏差计算由于刀具进给已改变了位置，因此应计算出刀具当前位置的新偏差，为下一次判别做准备

第四节拍——终点判别判别刀具是否已到达被加工轮廓线段的终点，到达停止，未到继续

圆弧终点判别有哪些方法

两种方法：一是把每个程序段中的总步数求出来，每走一步n-1，只到n=0为止；二是每走一步判断且是否成立，如果成立，插补结束。

圆弧自动过象限如何实现

圆弧自动过象限是指圆弧的起点和终点不在同一象限内，为实现一个程序段的完整功能，需设置圆弧自动过象限功能。

首先应判别何时过象限，过象限有一显着特点，就是过象限时正好是圆弧和坐标轴相交的时刻，因此在两个坐标值中必有一个为零，判断是否过象限只要检查是否有坐标值为零即可

试述DDA插补的原理

简述DDA稳速控制的方法及其原理

方法：左移规格化，按进给速度率数FRN代码编程

数据采样插补是如何实现的

数据采样插补是根据程编的进给速度将轮廓曲线按时间分割为采样周期的进给段，即进给步长

采样数据补偿一般分为粗，精补偿两步完成。第一步是粗插补，由它在给定曲线的起，终点之间插入若干个中间点，将曲线分割成若干个细小直线段，即用一组微小直线段来逼近曲线。这些微小直线段由精插补进一步进行数据点的密化工作，即进行对直线的脉冲增量插补。

脉冲增量插补的进给速度控制常用哪些方法

方法：软件延时法和中断控制法

软件延时法：根据程编进给速度，可以求出要求的进给脉冲频率，从而得到两次插补运算之间的时间间隔t，它必须大于CPU执行插补程序的时间t程，t与t程之差即为应调节的时间t延，可以编写一个延时子程序来改变进给速度

中断控制法：根据程编进给速度计算出定时器/计数器的定时时间常数，以控制CPU中断。在中断服务中进

行一次插补运算并发出进给脉冲，CPU等待下一次中断，如此循环进行，直至插补完成

加减速控制有何作用有哪些实现方法

为了保证加工质量，在进给速度突变时必须对送到进给电动机的脉冲频率和电压进行加减速控制。当速度突然升高时，应保证加在伺服进给电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大，反之减小。

方法：前加减速控制后加减速控制

传统机床配上数控系统可称为数控机床吗为什么

不能。因为传统机床存在着刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等弱点，难以胜任数控机床对加工精度、表面质量、生产效率以及使用寿命等要求。

数控机床对结构的要求主要有哪几个方面如何去满足这些要求

高的静、动刚度及良好的抗振性能：合理地设计数控机床的结构，改善受力情况，以便减少受力变形。基础大件采用封闭箱型结构，合理布置加强肋板以及加强构件之间的接触刚度，都是提高机床金刚度和固有频率的有利措施。在机床大件内填充组你材料，表面喷涂阻尼涂层，充分利用结合面间的摩擦阻尼以及采用新材料是提高机床动刚度的重要措施。

良好的热稳定性：对热源采取液冷、风冷等方法来控制温升。改善机床结构，在同样发热条件下，机床的结构不同则热变形的影响也不同。

高的运动精度和低速运动的平稳性：采用滚动导轨和静压导轨，进给系统中采用滚珠丝杠代替滑动丝杠；消除进给传动系统中的间隙。

充分满足人性化要求：压缩辅助时间，改善操作环境

数控机床的总体布局主要考虑哪些因素

机床结构，使用性能，便于操作

简要说明数控机床的主运动系统的特点

使用无级变速传动，用交流调速电动机或直流调速电动机驱动，方便实现无级变速，传动链短，传动件少，提高变速可靠性。具有较大的刚度和较高的精度，有特殊的刀具安装和夹紧结构

数控机床的主轴准停装置的作用是什么

当特殊加工或自动换刀，主轴能实现准确的停止在一个固定的位置上

数控机床对进给运动系统有哪些要求

运动件间的摩擦阻力小，消除传动系统中的间隙，传动系统的精度和刚度高，减小运动惯量，具有适当的阻尼

滚珠丝杠如何预紧

静压丝杠螺母副有哪些特点

摩擦系数小，油膜层可以吸振，油膜层具有一定刚度，承载能力与供油压力成正比与转速无关

数控机床的导轨副有哪几种形式

滑动导轨，滚动导轨，

数控机床常用的换刀方式有哪些

回转刀架换刀，更换主轴头换刀，带刀库的自动换到系统

再设计带刀库的自动换刀系统时，要注意哪些问题