數(shù)控原理及數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控原理及數(shù)控系統(tǒng)習(xí)題及答案

1、 數(shù)控原理及數(shù)控系統(tǒng)練習(xí)與思考題答案第1章練習(xí)與思考題1（見(jiàn)書(shū)21頁(yè)）1簡(jiǎn)述數(shù)字控制系統(tǒng)的基本原理。數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)輸入載體上事先給定的數(shù)字量，并將其譯碼，再進(jìn)行必要的信息處理和運(yùn)算后，控制機(jī)床動(dòng)作和加工零件。2數(shù)控機(jī)床由哪幾部分組成？數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，它一般由輸入/輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)控制裝置、機(jī)床電器邏輯控制裝置）、輔助控制裝置和機(jī)床本體五部分組成。3數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)是什么？（1）具有充分的柔性，只需編制零件程序就能加工零件。（2）在切削速度和進(jìn)給行程的全范圍內(nèi)均可保持精度，且一致性好。（3）生產(chǎn)周期較短。（4）可以加工復(fù)雜形狀的零件。（5）易

2、于調(diào)整機(jī)床，與其它制造方法（如自動(dòng)機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線）相比，所需調(diào)整時(shí)間較少。（6）操作者有空閑時(shí)間，可照料其它加工。4簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床的發(fā)展史。1947年美國(guó)的帕森（JohnC.Parson）提出了用電子裝置控制坐標(biāo)鏜床的方案。1952年第一代數(shù)控系統(tǒng)電子管數(shù)控系統(tǒng)誕生。1959年完全由固定布線的晶體管元器件電路所組成的第二代數(shù)控系統(tǒng)晶體管數(shù)控系統(tǒng)被研制成功。1965年隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第三代數(shù)控系統(tǒng)集成電路數(shù)控系統(tǒng)后。1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，首次展出了第四代數(shù)控系統(tǒng)小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。1974年，第五代數(shù)控系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)也出現(xiàn)了。隨著微電子技術(shù)和微處理技術(shù)的

3、飛速發(fā)展，特別是32位微處理器的問(wèn)世，又出現(xiàn)了以32位微機(jī)為核心部件的高性能CNC系統(tǒng)。5簡(jiǎn)述數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)控系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化及其開(kāi)放性等方向發(fā)展。練習(xí)與思考題2（見(jiàn)書(shū)51頁(yè)）1何謂手工編程和自動(dòng)編程？簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床程序編制的內(nèi)容與步驟。參考答案：手工編程是指主要由人工來(lái)完成數(shù)控機(jī)床程序編制各個(gè)階段的工作（如分析零件圖紙、制定工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、編寫(xiě)零件加工程序、制作控制介質(zhì)直到程序校核）。自動(dòng)編程是用計(jì)算機(jī)代替手工進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的程序編制工作。如自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、編寫(xiě)零件加工程序單，自動(dòng)地輸出打印加工程序單和制備控制介質(zhì)等。數(shù)控

4、機(jī)床程序編制的內(nèi)容與步驟：分析零件圖樣、確定工藝過(guò)程、數(shù)學(xué)處理、編寫(xiě)加工程序單、制備控制介質(zhì)、程序校驗(yàn)和首件試切。2數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸與運(yùn)動(dòng)方向是怎樣規(guī)定的？何謂數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系？何謂工件坐標(biāo)系？坐標(biāo)系與加工程序編制有何關(guān)系？參考答案：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定編程時(shí)確定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向的兩個(gè)前提：1）不論機(jī)床在實(shí)際加工時(shí)是工件運(yùn)動(dòng)還是刀具運(yùn)動(dòng)，在確定編程坐標(biāo)時(shí)，一般看作工件相對(duì)靜止，刀具產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，即假定刀具相對(duì)于靜止的工件運(yùn)動(dòng)。2）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，機(jī)床某一運(yùn)動(dòng)的正方向，是指增大工件和刀具之間距離的方向。機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)。這個(gè)原點(diǎn)在機(jī)床一經(jīng)設(shè)計(jì)和制造調(diào)整后，便

5、被確定下來(lái)，它是固定的點(diǎn)。工件坐標(biāo)系是在數(shù)控編程和加工時(shí)用于確定工件幾何圖形上各幾何要素（點(diǎn)、直線和圓?。┑男螤?、位置和刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)而建立的坐標(biāo)系。機(jī)床原點(diǎn)又稱機(jī)械原點(diǎn)是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)，是機(jī)床的最基本點(diǎn)，是所有其他坐標(biāo)（工件坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系、機(jī)床參考點(diǎn)等）的基準(zhǔn)點(diǎn)。3何謂數(shù)控機(jī)床的機(jī)床零點(diǎn)、工件零點(diǎn)、編程零點(diǎn)？參考答案：機(jī)床零點(diǎn)：機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)，也稱為機(jī)床原點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)在機(jī)床一經(jīng)設(shè)計(jì)和制造調(diào)整后，便被確定下來(lái)，它是固定的點(diǎn)。工件零點(diǎn)：工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)，或稱為工件原點(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)在工件上的位置雖可任意選擇，但最好設(shè)置在工件圖尺寸能夠方便地轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)值的地方。編程零點(diǎn)：為了編制程序方便而在圖樣

6、上選擇的一個(gè)適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)，這種根據(jù)加工零件圖樣及加工工藝要求選定的編程坐標(biāo)系的原點(diǎn)，也稱為程序原點(diǎn)或程序零點(diǎn)。4數(shù)控銑床的程序編制有何特點(diǎn)？參考答案：數(shù)控銑床具有以下功能：1）點(diǎn)位控制功能：此功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相互位置精度要求很高的孔系加工。2）連續(xù)輪廓控制功能：數(shù)控銑床一般應(yīng)具有三坐標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)功能，此功能可以實(shí)現(xiàn)直線、圓弧的插補(bǔ)功能及非圓曲線的逼近加工，自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)的銑刀相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)進(jìn)行銑削加工。坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多，對(duì)工件的裝夾要求就越低，加工工藝范圍越大。3）刀具半徑補(bǔ)償功能此功能可以根據(jù)零件圖樣的標(biāo)注尺寸來(lái)編程，而不必考慮所用刀具的實(shí)際半徑尺寸，從而減少編程時(shí)的復(fù)雜數(shù)值計(jì)算。一般包括刀具半徑左補(bǔ)

7、償功能和刀具半徑右補(bǔ)償功能。4）刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能此功能可以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒叩拈L(zhǎng)短，以適應(yīng)加工中對(duì)刀具長(zhǎng)度尺寸調(diào)整的要求。5）比例及鏡像加工功能比例功能可將編好的加工程序按指定比例改變坐標(biāo)值來(lái)執(zhí)行。鏡像加工又稱軸對(duì)稱加工如果一個(gè)零件關(guān)于坐標(biāo)軸對(duì)稱，那么只要編出一個(gè)或兩個(gè)象限的程序，其余象限的輪廓就可以通過(guò)鏡像加工來(lái)實(shí)現(xiàn)。6）旋轉(zhuǎn)功能該功能可將編好的加工程序在加工平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)任意角度來(lái)執(zhí)行。7）子程序調(diào)用功能5數(shù)控車床的程序編制有何特點(diǎn)？參考答案：1）在一個(gè)程序段中，根據(jù)圖紙標(biāo)注尺寸，可以是絕對(duì)值或增量值編程，也可以是二者的混合編程。2）由于圖紙尺寸的測(cè)量都是直徑值，因比，為了提高徑向尺寸精度和便于編程

8、與測(cè)量，X向脈沖當(dāng)量取為Z向的一半，故直徑方向用絕對(duì)值編程時(shí)，X以直徑值表示。用增量編程時(shí)，以徑向?qū)嶋H位移量的2倍編程，并附上方向符號(hào)（正向省略）。3）由于毛坯常用棒料或鑄鍛件，加工余量較大，所以數(shù)控車床常具備不同形式的固定循環(huán)功能，可進(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)切削。4）為了提高刀具的使用壽命和降低表面粗糙度，車刀刀尖常磨成半徑較小的圓弧，為此當(dāng)編制圓頭車刀程序時(shí)需要對(duì)刀具半徑進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)具備、自動(dòng)補(bǔ)償功能的機(jī)床，可直接按輪廓尺寸進(jìn)行編程；對(duì)不具備以上功能的機(jī)床編程時(shí)需要人工計(jì)算補(bǔ)償量，這種計(jì)算比較復(fù)雜，有時(shí)是相當(dāng)繁瑣的。5）X、Z和U、W分別為絕對(duì)坐標(biāo)指令和增量坐標(biāo)指令，其后的數(shù)值為刀尖在程序段中終點(diǎn)

9、的坐標(biāo)位置，x（）方向的脈沖當(dāng)量為Z（）方向的一半。6）第三坐標(biāo)指令I(lǐng)、K在不同的程序中作用也不相同。I、K在圓弧切削時(shí)表示圓心相對(duì)圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)位置，此時(shí)I、K方向的脈沖當(dāng)量與Z向一致；而在有自動(dòng)循環(huán)的指令中，I、K坐標(biāo)則用來(lái)表示每次循環(huán)的進(jìn)刀量，此時(shí)I方向的脈沖當(dāng)量與x方向的脈沖當(dāng)量一樣，為Z方向的一半（即I以2倍值編程），而K方向的脈沖當(dāng)量與Z方向一致。6在什么條件下數(shù)控機(jī)床可以按零件廓形編程？參考答案：在機(jī)床具有刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)。7常用準(zhǔn)備功能G有哪幾種功能？參考答案：準(zhǔn)備性工藝指令一一G指令。這類指令是在數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)運(yùn)算之前或進(jìn)行加工之前需要預(yù)先規(guī)定，為插補(bǔ)運(yùn)算或某種加工方式作好準(zhǔn)

10、備的工藝指令，如刀具沿哪個(gè)坐標(biāo)平面運(yùn)動(dòng)，是直線插補(bǔ)還是圓弧插補(bǔ)，是在直角坐標(biāo)系下還是在極坐標(biāo)系下等。2-8常用輔助功能M主要有哪幾種功能？參考答案：輔助性工藝指令一一M指令。這類指令與數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)運(yùn)算無(wú)關(guān)，而是根據(jù)操作機(jī)床的需要予以規(guī)定的工藝指令。常用來(lái)指令數(shù)控機(jī)床輔助裝置的接通和斷開(kāi)（即開(kāi)關(guān)動(dòng)作），表示機(jī)床各種輔助動(dòng)作及其狀態(tài)，如主軸的起停、計(jì)劃中停、主軸定向等。2-9何謂模態(tài)代碼和非模態(tài)代碼？試舉例說(shuō)明。參考答案：模態(tài)指令：表示該指令在程序中一經(jīng)被應(yīng)用（如a組中的G01）,直到出現(xiàn)同組（a組）其他任一G指令（如G02）時(shí)才失效，否則該指令繼續(xù)有效，直到被同組指令取代為止，也稱為續(xù)效指令。模

11、態(tài)指令可以在其后的程序段語(yǔ)句中省略不寫(xiě)。非模態(tài)指令只在本程序段中有效，下一程序段需要時(shí)要重新指明，也稱為非續(xù)效指令。表中“不指定”代碼，在未指定新的定義之前，由機(jī)床設(shè)計(jì)者根據(jù)需要定義新的功2-10用固定循環(huán)指令加工如圖2-14所示零件，試完成如下加工程序。圖2-14N1G50X200Z350T0101M03S1000N5G00X60Z2N10G73U9.5WOR4N15G73P20Q80U1N17W0.5F0.2N20GOOX41.9Z292M08N25G01X47.9Z289F0.1N30Z227N35X50N40X62W-60N45Z155N50X78N55X80W-1N60W-19N65

12、G02W-60I3.25K_-30N70G01Z65N80X90N85GOOX200Z350N90TO2O2N95MO3S315N1OOGOOX51Z227N1O5GO1X45FO.15N11OGOOX51N115X2OOZ35ON12OTO3O3N125GOOZ292X52N130G76P01260Q0.1R0.1N135G76X_46.038Z_231.5Pl.299Q0.8F1.5N140G00X200Z350N145M302-11如圖2-15、2-16所示為平面曲線零件，試用直線插補(bǔ)指令和圓弧插補(bǔ)指令，按絕對(duì)坐標(biāo)編程與增量坐標(biāo)編程方式分別編寫(xiě)其數(shù)控銑削加工程序。312.5圖2-15（工

13、件坐標(biāo)原點(diǎn)在右圖中標(biāo)注）參考程序：絕對(duì)坐標(biāo)編程增量坐標(biāo)編程00001oOOOlG90G54G90G54T01M06S1000M03M08T01M06S1000M03M08G00X-370.Y-80.Z30.G00X-370.Y-80.Z30.Z-30.Z-30.G01G42X-370.Y-50.F250G91G01G42Y30.F250X0.X370.G03X42.34Y26.59R50.G03X42.34Y76.59I0.J50.G01X-29.88Y141.59G01X-72.22Y115.G03X-87.5Y125.R31.2G03X-57.62Y-16.59I-26.42J-16.59

14、G02X-162.5Y50.R75.G02X-75.Y-75.I-75.J0.G01X-312.5Y50.G01X-150.G03X-312.5Y-50.R50.G03X0.Y-100.I0.J-50.G00G40Z100.M05M09G00G40Z100.M05M09X0.Y0.X0.Y0.M30M30圖2-16（工件坐標(biāo)原點(diǎn)在右圖中標(biāo)注）參考程序：絕對(duì)坐標(biāo)編程增量坐標(biāo)編程0000200002G90G54G90G54T01M06S1000M03M08T01M06S1000M03M08G00X-50.Y0.Z30.G00X-50.Y0.Z30.Z-30.Z-30.G01G42X214.F250

15、G91G01G42X264.F250G02X234.Y-20.I0.J-20.G02X20.Y-20.I0.J-20.G01Y-67.G01Y-47.G03X254.Y-87.I20.J0.G03X20.Y-20.I20.J0.G01X308.G01X54.G03X326.03Y-75.67I0.J20.G03X18.03Y11.33I0.J20.G01X432.28Y145.33G01X106.25Y221.G03X414.25Y174.I-18.03J8.67G03X-18.03Y28.671-18.03J8.67G01X254.G01X-160.25G03X234.Y154.I0.J-2

16、0.G03X-20.Y-20.I0.J-20.G01Y107.G01Y-50.G02X214.Y87.I-20.J0.G02X-20.Y-20.I-20.J0.G01X20.G01X-194.G03X0.Y67.I0.J-20.G03X-20.Y-20.I0.J-20.G01Y-50.G01Y-117.G00G40Z100.M05M09G00G40Z100.M05M09X0.Y0.X0.Y0.M30M302-12如圖2-17、2-18所示為平面曲線零件，試編寫(xiě)其數(shù)控加工程序。圖2-17（工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)在工件對(duì)稱中心）參考程序：o0003G90G54T01M06S1000M03M08G00X-

17、200Y19Z30Z-30G01G42X-75F250G02X-75Y-19I0J-19G01X-148.79G03X-118.65Y-91.78I148.79J19G01X-66.47Y-39.60G02X-39.60Y-66.47I13.44J-13.43G01X-91.78Y-118.65G03X-19Y-148.79I91.78J118.65G01Y-75G02X19Y-75I19J0G01Y-148.79G03X91.78Y-118.65I-19J148.79G01X39.6Y-66.47G02X66.47Y-39.6I13.43J13.41G01X118.65Y-91.78G03X

18、148.79Y-19I-118.65J91.78G01X75Y-19G02X75Y19I0J19G01X148.79Y19G03X118.65Y91.78I-148.79J-19G01X66.47Y39.6G02X39.6Y66.47I-13.43J13.43G01X91.78Y118.65G03X19Y148.79I-91.78J-118.65G01Y75G02X-19Y75I-19J0G01Y148.79G03X-91.78Y118.65I19J-148.79G01X-39.6Y66.47G02X-66.47Y39.6I-13.43J-13.44G01X-118.65Y91.78G03X-

19、150Y0I118.65J-91.78G00G40Z100M05M09X0Y0M30圖2-18（工件坐標(biāo)原點(diǎn)在右圖中標(biāo)注）參考程序：o0004G90G54T01M06S1000M03M08G00X-409.53Y-38.36Z30Z-30G01G42X-18.51Y-106.40F250G03X82.51Y-69.69I18.51J106.40G02X147.08Y-59.47I38.20J-32.26G03X254Y0I36.92J59.47G03X194.58Y163.27I-254J0G03X85.93Y161.54I-53.63J-45G02X-7.36Y164.41I-45.59J3

20、5.86G03X-120.12Y149.95I-52.64J-36.41G02X-271.49Y59.39I-131.5J48.03G03X-290.29Y-59.11I-8.51J-59.39GOOG40Z1OOM05M09X0Y0M302-13在圖2-19所示的零件上，鉆削5個(gè)eiOmm的孔。試選用合適的刀具，并編寫(xiě)加工程序。圖2-21零件圖樣1u選用10的鉆頭參考程序：OOOO5G90G54T01M06S1000M03M08GOOX0Y0Z30G01Z-20F250Z30X25Y25Z-20Z30Y-25Z-20Z30X-25Z-20Z30Y25Z-20Z30G00G40Z100M05M

21、09X0Y0M30第3章練習(xí)與思考題3（見(jiàn)書(shū)100頁(yè)）1什么是刀具半徑補(bǔ)償，簡(jiǎn)述其執(zhí)行過(guò)程。答：加工零件的外輪廓時(shí)，刀具有一定的半徑（如銑刀的半徑或切割機(jī)的銅絲半徑等）另外在粗加工或半精加工時(shí)，還需要留有一定的加工余量，因此刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡和被加工零件的軌廓軌跡并不重合，而是有一定的偏移距離。在加工內(nèi)輪廓時(shí)，刀具中心要向零件的內(nèi)側(cè)偏移一定的距離，在加工輪廓時(shí)，刀具中心要向外偏移一定的距離，通常把這種偏移稱為刀具半徑補(bǔ)償。在零件輪廓加工過(guò)程中，刀具半徑補(bǔ)償過(guò)程分為以下三個(gè)步驟：（1）刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕?。在刀具補(bǔ)償接近工件的過(guò)程中，在編程軌跡的基礎(chǔ)上，刀具中心軌跡向左或向右偏移一個(gè)刀具半徑（向左

22、或向右由G41或G42確定），刀具半徑補(bǔ)償只能用G00或G01的程序段中建立。（2）刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行。刀具半徑補(bǔ)償一旦建立，便一直維持補(bǔ)償狀態(tài)，直到刀具半徑補(bǔ)償被撤銷為止。在刀具補(bǔ)償期間，刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡始終偏離編程軌跡一個(gè)刀具半徑的距離。（3）刀具半徑補(bǔ)償注銷。在刀具撤離工件返回原點(diǎn)的過(guò)程中，用G40指令撤銷刀具半徑補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償注銷只能在G00或G01的程序段中進(jìn)行。2B刀具補(bǔ)償與C刀具補(bǔ)償有何區(qū)別？答：B功能刀具補(bǔ)償在處理刀具中心軌跡時(shí)，采用讀一段，算一段，再走過(guò)一段的方法，這樣不能預(yù)計(jì)由于刀具半徑補(bǔ)償所造成的下一段加工軌跡對(duì)本段加工軌跡的影響因此在加工內(nèi)輪廓時(shí)，為了避免過(guò)切現(xiàn)象，就

23、不得不依賴編程人員進(jìn)行處理。C功能刀具補(bǔ)償采用一次對(duì)零件的兩段輪廓進(jìn)行處理的方法，即預(yù)處理本段，然后根據(jù)下一段的方向，來(lái)確定刀具中心軌跡的段間過(guò)渡狀態(tài)，從而完成本段刀補(bǔ)的運(yùn)行處理，然后從程序段緩沖中再讀一段，用于計(jì)算第二段的刀具補(bǔ)償軌跡，以后按這種方法進(jìn)行下去，直到程序結(jié)束為止。3直線與直線轉(zhuǎn)接分類中的縮短型轉(zhuǎn)接、伸長(zhǎng)型轉(zhuǎn)接和插入型轉(zhuǎn)接如何判別？答：C刀補(bǔ)根據(jù)前后兩段程序及刀補(bǔ)的左右情況，首先判斷是縮短型轉(zhuǎn)接、伸長(zhǎng)型轉(zhuǎn)接或是插入型轉(zhuǎn)接。如第三章圖3-30為G41直線轉(zhuǎn)接的情況。圖a和b為縮短型轉(zhuǎn)接，c和e為插入型轉(zhuǎn)接，d為伸長(zhǎng)型轉(zhuǎn)接。對(duì)于縮短型轉(zhuǎn)接，需要算出前后兩段程序刀具中心軌跡的交點(diǎn)。插入

24、型轉(zhuǎn)接可插入一段直線，如圖3-30c；也可插入一段圓弧，如圖3-30e。插入直線段的轉(zhuǎn)接情況，要計(jì)算出插入段直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)。插入圓弧的計(jì)算要簡(jiǎn)單一些，與B刀補(bǔ)有些相似，只要插入一段圓心在輪廓交點(diǎn)，半徑為刀具半徑的圓弧就行了。插入圓弧的方式雖計(jì)算較簡(jiǎn)單，但在插補(bǔ)過(guò)渡圓弧時(shí)刀具始終在輪廓交點(diǎn)處切削，尖點(diǎn)處的工藝性不如插入直線的方式好。圖3-31為G42直線轉(zhuǎn)接情況。表1列出了直線與直線轉(zhuǎn)接的轉(zhuǎn)接類型判別條件（“1”表示是，“0”表示否）。表1直線與直線轉(zhuǎn)接形式的判別條件編程軌跡的連接刀具補(bǔ)償方向sina0cosa0象限轉(zhuǎn)接類型對(duì)應(yīng)圖號(hào)G41G01/G41G01G4111I縮短3-30a10II縮

25、短3-30b00III插入3-30c01W伸長(zhǎng)3-30dG42G01/G42G01G4211I伸長(zhǎng)3-31a10II插入3-31b00III縮短3-31c01W縮短331d3略4何謂插補(bǔ)？有哪兩大類插補(bǔ)算法？答：何謂插補(bǔ)，就是指數(shù)據(jù)密化過(guò)程，對(duì)輸入數(shù)控系統(tǒng)的有限坐標(biāo)點(diǎn)（例如起點(diǎn)終點(diǎn)）計(jì)算機(jī)根據(jù)曲線的特征，運(yùn)用一定的計(jì)算方法，自動(dòng)地在有限坐標(biāo)點(diǎn)之間生成一系列的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，以滿足加工精度的要求。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)算所采用的基本原理和計(jì)算機(jī)方法不同，通常分為基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)兩大類。5設(shè)欲加工第四象限直線0E,終點(diǎn)坐標(biāo)為Xe=4,Ye=-4,用逐點(diǎn)比較法加工出直線0E。答：用第一種終點(diǎn)判別法插補(bǔ)完成這

26、段直線，刀具沿X,Y軸應(yīng)走的總步數(shù)為工N=X+Y=4+4=8（計(jì)算時(shí)終點(diǎn)坐標(biāo)X、Y和加工點(diǎn)坐標(biāo)取絕對(duì)值），插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程如表2所示，插補(bǔ)軌跡如圖1所示：表2逐點(diǎn)比較插補(bǔ)運(yùn)算表偏差判別進(jìn)給方向新偏差計(jì)算終點(diǎn)判別F0=1+XF1=F0-YE=0-4=-4工N=8-1=7F1=-40-YF2=F1+XE=-4+4=0EN=7-1=6F2=0+XF3=F2-YE=0-4=-4EN=6-1=5F3=-4-YF4=F3+XE=-4+4=0EN=5-1=4F4=0+XF5=F4-YE=0-4=-4EN=4-1=3F5=-40-YF6=F5+XE=-4+4=0EN=3-1=2F6=0+XF7=F6-YE=0-4

27、=-4工N=2-1=1F7=-40-YF8=F7+XE=-4+4=0EN=1-1=0圖1插補(bǔ)軌跡3-6講述DDA(數(shù)字積分法)插補(bǔ)的原理。答:數(shù)字積分插補(bǔ)，又稱為數(shù)字微分分析法(DDA,DIGITALDIFFERENTIALANALYZER)它是利用數(shù)字積分的方法確定刀具沿各坐標(biāo)的位移，使的刀具沿著所設(shè)定的曲線進(jìn)行加工。函數(shù)Y=F(X)與X軸在區(qū)間a.b所圍的面積可用積分求得，即S=町卩心=limy(xt+ix/，若把自變量的積分區(qū)間a.b等分成許多有限的小區(qū)間，X=(XI+1-XI),這樣求面積S可以轉(zhuǎn)化成有限個(gè)小區(qū)間面積之和，即S=Y書(shū)1的=況才乙朋，計(jì)算時(shí)，若取AX為基本單位1時(shí)，即一個(gè)

28、脈沖當(dāng)量，則是s%!%。由此?？傻脤⒑瘮?shù)的積分運(yùn)算變成了變量求和的運(yùn)算，當(dāng)X選取的時(shí)，用求和運(yùn)算代替積分運(yùn)算所引起的誤差可不超過(guò)允許誤差。7數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是如何實(shí)現(xiàn)的？答:數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是將加工零件的輪廓曲線分割插補(bǔ)采樣周期的進(jìn)給步長(zhǎng)。差不算法由兩部分組成，一部分是精插補(bǔ)，用硬件實(shí)現(xiàn):另一部分是粗插補(bǔ)，用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。每一插補(bǔ)周期中，調(diào)用一次插補(bǔ)程序。用軟件粗插補(bǔ)計(jì)算出各坐標(biāo)軸在下一插補(bǔ)周期內(nèi)的位移增量(而不是單個(gè)脈沖)，然后送到硬件插補(bǔ)內(nèi)，經(jīng)過(guò)硬件插補(bǔ)精插補(bǔ)后，再控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件達(dá)到相應(yīng)的位置。3-8設(shè)欲加工第三象限的直線0A,終點(diǎn)坐標(biāo)為X=-5、Y=-7，累加器和寄存器的位數(shù)為3,用數(shù)字積

29、分法加工出直線0A。答：解：XE=-5、Y=-7,采用3位寄存。取N=-3。累加次數(shù)N=8插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程如表3，插補(bǔ)軌跡如圖2所示：表3DDA直線插補(bǔ)過(guò)程累加次數(shù)X積分器Y積分器備注JVX(XE)JRX溢出AXJVY(YE)JRY溢出AY初始狀態(tài)05070第一次迭代15577XAY溢出脈沖2521761Y溢出357751XAY溢出4541741XAY溢出5511731Y溢出656721XAY溢出7531711XAY溢出8501701XY溢出終點(diǎn)計(jì)算器為0,插補(bǔ)結(jié)束。圖2插補(bǔ)軌跡3-9設(shè)欲加工第二象限的圓弧AB,圓弧圓心在坐標(biāo)點(diǎn)原點(diǎn)0起點(diǎn)坐標(biāo)為X=0,Y=6,終點(diǎn)坐標(biāo)為X=-6、Y=0,累加器和寄

30、存器的位數(shù)為3,用數(shù)字積分法加工出圓弧線。答：第二象限，圓弧AB，起X=0,Y=0終X=-6,Y=0逆時(shí)針圓弧。因?yàn)閄A=0.YA=-6,XB=-6,YB=0,所以用三位寄存器即可，即N=3,計(jì)算過(guò)程如表4,插補(bǔ)軌跡如圖3所示。表4DDA圓弧插補(bǔ)過(guò)程累加次數(shù)X積分器X終占八k、八、寄存器Y積分器Y終占丄k、八、寄存器備注JVX(YI)TRX(EYI)XJVY(XI)JRY(EXI)Y第一次迭代060060006產(chǎn)牛AX修正XI166060006產(chǎn)牛AX修正XI264150006產(chǎn)牛AX修正XI-136214-1-106產(chǎn)牛AX修正XI-246013-2-306產(chǎn)牛AX修正XI56603-3-6

31、0666412-3-1-15產(chǎn)牛AXY修正XI,YI5-475111-4-505產(chǎn)牛AX修正XI85601-5-2-14產(chǎn)牛AY修正YI494210-5-704產(chǎn)牛AX修正XI,X到終點(diǎn)-6104200-6-5-13產(chǎn)牛AY修正YI3-6113200-6-3-12產(chǎn)牛AY修正YI2-6122200-6-1-11產(chǎn)牛AY修正YI1-6131200-6-701141200-6-5-10產(chǎn)牛AY修正YI,Y到終點(diǎn)，插補(bǔ)結(jié)束0第4章練習(xí)與思考題4（見(jiàn)152頁(yè)）1CNC裝置由哪幾部分組成？各有什么作用？答:CNC裝置與通用計(jì)算機(jī)一樣，是由中央處理器（CPU）及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與程序的存儲(chǔ)器等組成。中央處理器（C

32、PU）是用來(lái)執(zhí)行系統(tǒng)程序、讀取加工程序，經(jīng)過(guò)加工程序段譯碼、預(yù)處理計(jì)算，然后根據(jù)加工程序段指令，進(jìn)行實(shí)時(shí)插補(bǔ)與機(jī)床位置伺服控制，同時(shí)將輔助動(dòng)作指令通過(guò)可編程序控制器（PLC）發(fā)往機(jī)床，并接收通過(guò)可編程序控制器返回的機(jī)床各部分信息，以決定下一步操作。存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)控制軟件程序存儲(chǔ)器（ROM），加工程序存儲(chǔ)器（RAM）及工作區(qū)存儲(chǔ)器（RAM）。ROM用來(lái)存儲(chǔ)完成CNC系統(tǒng)各項(xiàng)功能的系統(tǒng)控制軟件程序；加工程序存儲(chǔ)器（RAM）用于存儲(chǔ)操作者編制的加工程序；工作區(qū)存儲(chǔ)器是系統(tǒng)程序執(zhí)行過(guò)程中的活動(dòng)場(chǎng)所，用于堆棧，參數(shù)保存、中間運(yùn)算結(jié)果保存等。2模塊化結(jié)構(gòu)的多微處理器CNC裝置的基本功能模塊包括哪些功能模塊

33、？模塊化結(jié)構(gòu)的多微處理器CNC裝置中的基本功能模塊包括下列功能模塊：CNC管理模塊CNC插補(bǔ)模塊位置控制模塊存儲(chǔ)器模塊PLC模塊指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊3CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)可分為哪幾類？其各自特點(diǎn)是什么？答：CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)按CNC裝置中各印刷電路板的插接方式可以分為大板式結(jié)構(gòu)和功能模板式結(jié)構(gòu)；按CNC裝置中微處理器的個(gè)數(shù)可以分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)；按CNC裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)；按CNC裝置的開(kāi)放程度又可分為封閉式結(jié)構(gòu)、PC嵌入NC式結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。其各自特點(diǎn)為：1大板式結(jié)構(gòu)和功能模塊式結(jié)構(gòu)大板式結(jié)構(gòu)大板式結(jié)構(gòu)

34、CNC系統(tǒng)的CNC裝置可由主電路板、位置控制板、PLC板、圖形控制板和電源單元等組成。主電路板是大印刷電路板，其它電路是小印刷電路板，它們插在大印刷電路板上的插槽內(nèi)而共同構(gòu)成CNC裝置。功能模塊式結(jié)構(gòu)在采用功能模塊式結(jié)構(gòu)的CNC裝置中，將整個(gè)CNC裝置按功能劃分為模塊，硬件和軟件的設(shè)計(jì)都采用模塊化設(shè)計(jì)方法，用戶只要按需要選用各種控制單元母板及所需功能模板，將各功能模板插入控制單元母板的槽內(nèi)，就搭成了自己需要CNC系統(tǒng)的控制裝置。2單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理器，以集中控制，分時(shí)處理數(shù)控的各個(gè)任務(wù)。其特點(diǎn)如下：CNC系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)微處理器，對(duì)存儲(chǔ)

35、、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、CRT顯示等功能都由它集中控制分時(shí)處理。微處理器通過(guò)總線與存儲(chǔ)、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成CNC系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。單微處理器因?yàn)橹挥幸粋€(gè)微處理器集中控制，其功能將受到微處理器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素限制。由于插補(bǔ)等功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此數(shù)控功能的實(shí)現(xiàn)與處理速度成為一對(duì)矛盾。多微處理器結(jié)構(gòu)若在一個(gè)系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上微處理器，則該系統(tǒng)稱多微處理器型結(jié)構(gòu)。多微處理器CNC裝置多采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以采取積木方式組成CNC裝置，因此具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性，且結(jié)構(gòu)緊湊。由于插件模塊更換方便，因此可使故障對(duì)系統(tǒng)的影響降到最低程度。與單微處理器CN

36、C裝置相比，多微處理器CNC裝置的運(yùn)算速度有了很大的提高，它更適合于多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。3共享總線和共享存儲(chǔ)器共享總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配置靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，無(wú)源總線造價(jià)低，因此經(jīng)常被采用。該種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是各主模塊使用總線時(shí)會(huì)引起“競(jìng)爭(zhēng)”而使信息傳輸效率降低，總線一旦出現(xiàn)故障會(huì)影響全局。共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用多端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個(gè)端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問(wèn)。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問(wèn)的沖突問(wèn)題。當(dāng)微處理器數(shù)量增多時(shí)，往往會(huì)由于爭(zhēng)用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率，因此這種結(jié)構(gòu)功能擴(kuò)展比較困難。4專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人

37、計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)專用型結(jié)構(gòu)這類CNC裝置的硬件由各制造廠專門設(shè)計(jì)和制造，布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，專用性強(qiáng)，但硬件之間彼此不能交換和替代，沒(méi)有通用性。個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)這類CNC系統(tǒng)是以工業(yè)PC機(jī)作為CNC裝置的支撐平臺(tái)，再由各數(shù)控機(jī)床制造廠根據(jù)數(shù)控的需要，插入自己的控制卡和數(shù)控軟件構(gòu)成相應(yīng)CNC裝置。由于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，其生產(chǎn)成本很低，繼而也就降低了CNC系統(tǒng)的成本。若工業(yè)PC機(jī)出故障，修理及更換均很容易。5.封閉式結(jié)構(gòu)、PC嵌入NC式結(jié)構(gòu)、NC嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)封閉式結(jié)構(gòu)各個(gè)廠家的產(chǎn)品之間以及與通用計(jì)算機(jī)之間不兼容，維修、升級(jí)困難，維修費(fèi)用高。由于開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)

38、展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。“PC嵌入NC”式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)其體系結(jié)構(gòu)是不開(kāi)放。用戶無(wú)法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大，但價(jià)格昂貴?！癗C嵌入PC”式結(jié)構(gòu)它由開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡+PC機(jī)構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速DSP作為CPU,具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和PLC控制能力。它本身就是一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用。這種開(kāi)放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)這是一種最新開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它提供給用戶最大的選擇和靈活性，具有最高的性能價(jià)格比，因而最有生命力。4CNC裝置的軟件包括哪些內(nèi)容？各有什么作用？答：CNC裝置的軟件包括CNC

39、管理軟件和CNC控制軟件兩部分。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、I/O處理、顯示和診斷。系統(tǒng)的控制部分包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控制。5單微處理器與多微處理器結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別？答：?jiǎn)挝⑻幚砥鹘Y(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)的區(qū)別歸納如下：?jiǎn)挝⑻幚砥鹘Y(jié)構(gòu)CNC裝置只有一個(gè)微處理器，而多微處理器結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上微處理器。單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置只有一個(gè)微處理器能夠控制總線，占有總線資源，而多微處理器結(jié)構(gòu)中各微處理器之間采用緊耦合，資源共享，有集中的操作系統(tǒng)。單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有大板和模塊兩種結(jié)構(gòu)形式，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置都采用模塊化結(jié)構(gòu)形式。單微處理器因?yàn)橹挥幸粋€(gè)微處理器集中控制，其功能

40、將受到微處理器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素限制。由于插補(bǔ)等功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此數(shù)控功能的實(shí)現(xiàn)與處理速度成為一對(duì)矛盾，用于控制功能不十分復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床中，與單微處理器CNC裝置相比，多微處理器CNC裝置的運(yùn)算速度有了很大的提高，它更適合于多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。單微處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置具有更好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性且結(jié)構(gòu)緊湊。由于插件模塊更換方便，因此可使故障對(duì)系統(tǒng)的影響降到最低程度。6CNC裝置的軟件分為哪幾類？簡(jiǎn)述其各自的工作原理。答：CNC裝置的軟件分為兩類：一是前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)；二是多重中斷型結(jié)構(gòu)。其工作原理如下：前后臺(tái)型軟件結(jié)

41、構(gòu)將CNC系統(tǒng)整個(gè)控制軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)程序是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、位置控制及機(jī)床開(kāi)關(guān)邏輯控制等實(shí)時(shí)功能；后臺(tái)程序又稱背景程序，是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工程序的輸入和預(yù)處理及管理的各項(xiàng)任務(wù)。前臺(tái)程序和后臺(tái)程序相互配合完成整個(gè)控制任務(wù)。工作過(guò)程大致是，系統(tǒng)啟動(dòng)后，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)初始化，進(jìn)入背景程序循環(huán)中。在背景程序的循環(huán)過(guò)程中，實(shí)時(shí)中斷程序不斷插入完成各項(xiàng)實(shí)時(shí)控制任務(wù)。多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)沒(méi)有前后臺(tái)之分，除了初始化程序外，把控制程序安排成不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序，整個(gè)軟件是一個(gè)大的多重中斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的管理功能主要通過(guò)各級(jí)中斷服務(wù)程序之間的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。7簡(jiǎn)述CNC裝置的軟件設(shè)計(jì)

42、中資源分時(shí)共享和資源重疊流水技術(shù)的原理和作用。答：資源分時(shí)共享主要用于解決單CPU的CNC系統(tǒng)中多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行的問(wèn)題。具體方法是，首先確定各任務(wù)何時(shí)占用CPU和占用時(shí)間的長(zhǎng)短。在具體執(zhí)行時(shí)，對(duì)各任務(wù)使用CPU采用循環(huán)輪流和中斷優(yōu)先相結(jié)合的原則來(lái)處理。系統(tǒng)在完成初始化后自動(dòng)進(jìn)入時(shí)間分配環(huán)中，在環(huán)中依次輪流處理各任務(wù)。而對(duì)于系統(tǒng)中一些實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)則按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，分別放在不同中斷優(yōu)先級(jí)上，環(huán)外的任務(wù)可以隨時(shí)中斷環(huán)內(nèi)各任務(wù)的執(zhí)行。資源重疊的流水線處理技術(shù)是指在一段時(shí)間間隔內(nèi)不是處理一個(gè)子過(guò)程，而是處理兩個(gè)或更多的子過(guò)程。資源重疊流水處理技術(shù)，其時(shí)間空間關(guān)系如下圖所示。流水處理要求每個(gè)處理子過(guò)程的運(yùn)

43、算時(shí)間相等。而實(shí)際上每個(gè)子程序所需時(shí)間都是不相同的，一般取最長(zhǎng)的子程序處理時(shí)間為流水處理間隔。這樣當(dāng)處理時(shí)間較短的子過(guò)程時(shí)，處理完成之后就進(jìn)入等待狀態(tài)。在單CPU的CNC裝置中，流水處理的時(shí)間重疊只有宏觀的意義，即在一段時(shí)間內(nèi)，CPU處理多個(gè)子程序，但從微觀上看，各子過(guò)程是分時(shí)占用CPU時(shí)間。第5章練習(xí)與思考題5(見(jiàn)書(shū)205頁(yè))1數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)的組成包括哪些部分？對(duì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)的基本要求是什么？數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的一般是一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是速度環(huán)，外環(huán)是位置環(huán)。速度環(huán)中用作速度反饋的檢測(cè)裝置為測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個(gè)獨(dú)立的單元部件，它由速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及

44、功率驅(qū)動(dòng)放大器等各部分組成。位置環(huán)是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測(cè)及反饋控制等各部分組成。由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求也不盡相同但通常可概括為以下幾方面。1可逆運(yùn)行2速度范圍寬3具有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性4快速響應(yīng)并無(wú)超調(diào)5高精度6低速大轉(zhuǎn)矩7伺服系統(tǒng)對(duì)伺服電機(jī)的要求從最低速到最高速電機(jī)都能平滑運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)要小電機(jī)應(yīng)具有大的較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求。有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓。電機(jī)應(yīng)能承受頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。2伺服系統(tǒng)的分類有哪些？按伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)理論分類可分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)

45、和半閉環(huán)系統(tǒng)。按使用的驅(qū)動(dòng)元件分類（1）電液伺服系統(tǒng)（2）電氣伺服系統(tǒng)按使用直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)分類（1）直流伺服系統(tǒng)（2）交流伺服系統(tǒng)按進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)分類（1）進(jìn)給伺服系統(tǒng)（2）主軸伺服系統(tǒng)按反饋比較控制方式分類（1）脈沖、數(shù)字比較伺服系統(tǒng)（2）相位比較伺服系統(tǒng)（3）幅值比較伺服系統(tǒng)（4）全數(shù)字伺服系統(tǒng)3簡(jiǎn)述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和調(diào)速方法。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理是：當(dāng)某相定子激磁后，它吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對(duì)齊。因此，步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的執(zhí)行器。其角位移量與電脈沖數(shù)成正比

46、，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。4簡(jiǎn)述永磁式直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。1）定子定子磁極是個(gè)永久磁體。2）轉(zhuǎn)子又稱電樞。3）電刷與換向片保證所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持方向恒定。圖5-10直流伺服電機(jī)5-5直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理是什么？有幾種調(diào)速方法？改變電樞電壓、勵(lì)磁電流或電樞回路電阻即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。工作原理：由于電刷和換向器的作用，使得轉(zhuǎn)子繞組中的任何一根導(dǎo)體，只要一轉(zhuǎn)過(guò)中性線，由定子S極下的范圍進(jìn)入了定子N極下的范圍，那么這根導(dǎo)體上的電流一定要反向；反之由定子N極下的范圍進(jìn)入定子S極下的范圍時(shí)，導(dǎo)體上的電流也要發(fā)生反向。因此轉(zhuǎn)子的總磁勢(shì)正交。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與

47、定子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生了電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。n=n-I0Cde由式（工7）可以看出，改變電樞電壓、勵(lì)磁電流或電樞回路電阻即可改-I0Cde變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。數(shù)控機(jī)床的速度控制單元常采用前兩種方法，特別是第一種方法，用來(lái)實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)或主軸電機(jī)的調(diào)速?，F(xiàn)具體分析如下。（1）改變電樞供電電壓U當(dāng)改變電樞電壓U調(diào)速時(shí)，勵(lì)磁電流保持在額定值，即二。電機(jī)轉(zhuǎn)速為nomTOC o 1-5 h zURTn=1CCdenomenom若再將恒定值歸算到C中去，上式還可表示成為nome HYPERLINK l bookmark66 URT.n=I=nAnCCd0ee此式表明，改變電樞電壓U時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速n0

48、將改變。由于U始終只能小于電樞額定電壓U，故n，也就是說(shuō)，此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定小于額定值n。這就表nom0nom0nom明改變U只能實(shí)現(xiàn)向基速以下的調(diào)速。特性曲線斜率0與電壓U無(wú)關(guān)，可見(jiàn)隨著U的降低，特性曲線平行下移（見(jiàn)圖5-17）。這種方法簡(jiǎn)稱調(diào)壓調(diào)速。圖5-17調(diào)壓調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)速特性又電磁轉(zhuǎn)矩T與電流匚的關(guān)系可表示如下：edT=CIeMd在調(diào)速過(guò)程中，若保持電樞電流/不變，而亦不變，則轉(zhuǎn)矩T為恒定值，可見(jiàn)de改變電樞電壓U的調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）改變勵(lì)磁磁通當(dāng)改變勵(lì)磁電流即改變磁通調(diào)速時(shí)，通常保持電樞電壓U=U不變。而勵(lì)磁nom電流總是向減小一方調(diào)整，即0，工作臺(tái)應(yīng)作反向進(jìn)給。最后，也應(yīng)

49、在該指令所規(guī)定的反向某個(gè)位置e=0，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)準(zhǔn)確地停在該位置上。相位比較伺服系統(tǒng)相位比較伺服系統(tǒng)中，位置檢測(cè)裝置采取相位工作方式，指令信號(hào)與反饋信號(hào)都變成某個(gè)載波的相位，然后通過(guò)兩者相位的比較，獲得實(shí)際位置與指令位置的偏差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。圖5-56是一個(gè)采用感應(yīng)同步器作為位置檢測(cè)元件的相位伺服系統(tǒng)原理框圖。圖5-56相位比較伺服系統(tǒng)原理框圖在該系統(tǒng)中，感應(yīng)同步器取相位工作狀態(tài)，以定尺的相位檢測(cè)信號(hào)經(jīng)整形放大后所得的PB(9)作為位置反饋信號(hào)。指令脈沖F經(jīng)脈沖調(diào)相后，轉(zhuǎn)換成重復(fù)頻率為f0的脈沖信號(hào)PA(9)。PA(9)和PB(9)為兩個(gè)同頻的脈沖信號(hào)，它們的相位差A(yù)9反映了指令位

50、置與實(shí)際位置的偏差，由鑒相器判別檢測(cè)。伺服放大器和伺服電機(jī)構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)，接受相位差A(yù)9信號(hào)以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)朝指令位置進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)位置跟蹤。該伺服系統(tǒng)的工作原理概述如下：當(dāng)指令脈沖F=0且工作臺(tái)處于靜止時(shí)，PA(9)和PB(9)應(yīng)為兩個(gè)同頻同相的脈沖信號(hào)，經(jīng)鑒相器進(jìn)行相位比較判別，輸出的相位差A(yù)9=0。此時(shí)，伺服放大器的速度給定為0，它輸出到伺服電機(jī)的電樞電壓亦為0，工作臺(tái)維持在靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)指令脈沖FHO時(shí)，工作臺(tái)將從靜止?fàn)顟B(tài)向指令位置移動(dòng)。這時(shí)若設(shè)F為正，經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)相器，PA(9)產(chǎn)生正的相移+9，亦即在鑒相器的輸出將產(chǎn)生A9=+90。因此，伺服驅(qū)動(dòng)部分應(yīng)按指令脈沖的方向使工作臺(tái)作正向移動(dòng)，以消除

51、PA(9)和PB(9)的相位差。反之，若設(shè)F為負(fù)，則P(9)產(chǎn)生負(fù)的相移-9，在A9=-90。在此，數(shù)字脈沖的比較，可采用上一節(jié)中脈沖比較伺服系統(tǒng)的可逆計(jì)數(shù)器方法，所以偏差e也是一個(gè)數(shù)字量。該值經(jīng)數(shù)-模變換就可以變成后續(xù)調(diào)速系統(tǒng)的速度給定信號(hào)(模擬量)。于是，伺服電機(jī)向指令位置(正向)轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子作相應(yīng)旋轉(zhuǎn)。從此，轉(zhuǎn)子位移角6超前于激磁信號(hào)的屮角，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)幅值E00，經(jīng)鑒幅0m器和電壓-頻率變換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的反饋脈沖Pf。按照負(fù)反饋的原則，隨著Pf的出現(xiàn)，偏差e逐漸減小，直至F=Pf后，偏差為零，系統(tǒng)在新的指令位置達(dá)到平衡。但是，必須指出：由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)使6角發(fā)生了變化，

52、若甲角不跟隨作相應(yīng)變化，雖然工作臺(tái)在向指令位置靠近，但6-屮的差值反而進(jìn)一步擴(kuò)大了，這不先例系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。為此，應(yīng)把反饋脈沖同時(shí)也輸入到定子激磁電路中，以修改電氣角屮的設(shè)定輸入，使屮角跟隨6變化。一旦指令脈沖F重新為零，反饋脈沖Pf方面應(yīng)使比較環(huán)節(jié)的可逆計(jì)數(shù)器減到零，令偏差e-O；另一方面也應(yīng)使屮角增大，令0-屮一0,以便在新的平衡位置上轉(zhuǎn)子電勢(shì)的幅值E-0。0m若指令脈沖F為負(fù)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)，比較判別以及控制過(guò)程與上述F為正時(shí)基本上類似，只是工作臺(tái)應(yīng)向反向進(jìn)給，轉(zhuǎn)子位移角0減小，屮也必須跟隨減小，直至在負(fù)向的指令位置達(dá)到平衡。從上述過(guò)程可以看出，在幅值系統(tǒng)中，激磁信號(hào)中的電氣角屮由系統(tǒng)設(shè)

53、定，并跟隨工作臺(tái)的進(jìn)給作被動(dòng)的變化?？梢岳眠@個(gè)屮值，作為工作臺(tái)實(shí)際位置的測(cè)量值，并通過(guò)數(shù)顯裝置將其顯示出來(lái)。當(dāng)工作臺(tái)在進(jìn)給后到達(dá)指令所規(guī)定的平衡位置并穩(wěn)定下來(lái)數(shù)顯裝置所顯示的是指令位置的實(shí)測(cè)值。第6章練習(xí)與思考題6（見(jiàn)書(shū)236頁(yè)）1位置檢測(cè)裝置有哪幾類？常用的位置檢測(cè)裝置有哪些？作用是什么？答：位置檢測(cè)裝置按測(cè)量方式可分為（1）增量式和絕對(duì)式（2）數(shù)字式和模擬式常用的位置檢測(cè)裝置有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁柵和脈沖編碼器。其各自的作用為：旋轉(zhuǎn)變壓器：將旋轉(zhuǎn)變壓器裝在數(shù)控機(jī)床的絲杠上，通過(guò)測(cè)量絲杠的轉(zhuǎn)角間接地測(cè)量絲杠的直線位移（螺距）的大小。感應(yīng)同步器：直線型感應(yīng)同步器一般裝在數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)上，測(cè)量工作臺(tái)的直線位移。圓形感應(yīng)同步器裝在數(shù)控機(jī)床的絲杠上，通過(guò)測(cè)量角位移從而