技术

一、选择（每题2分，共20分）
1. CIMS是指　( B )。
A 自动化工厂 B 计算机集成制造系统 C 柔性制造系统 D 数控加工中心
2．数控机床的“回零”操作是指回到（ C ）。
A 对刀点 B 换刀点 C 机床的参考点 D编程原点
3．编写程序的最小数值是由 （ C ）决定。
A 加工精度 B 滚珠丝杠精度 C 脉冲当量 D 位置精度
4 加工（ B ）零件，宜采用数控加工设备。
A． 大批量 B 多品种中小批量 C 单件
5 通常数控系统除了直线插补外，还有（ B ）。
A．正弦插补 B 圆弧插补 C 抛物线插补
6 数控机床进给系统减少摩擦阻力和动静摩擦之差，是为了提高数控机床进给系统的（ C ）。
A．传动精度 B． 运动精度和刚度 C．快速响应性能和运动精度 D． 传动精度和刚度
7 为了保证数控机床能满足不同的工艺要求，并能够获得最佳切削速度，主传动系统的要求是（ C ）。
A．无级调速 B．变速范围宽 C．分段无级变速 D．变速范围宽且能无级变速
8 数控系统所规定的最小设定单位就是（ C ）。
A． 数控机床的运动精度 B． 机床的加工精度 C． 脉冲当量 D． 数控机床的传动精度
9 步进电机的转速是否通过改变电机的（ A ）而实现。
A． 脉冲频率 B． 脉冲速度 C． 通电顺序
10 开环控制系统用于（ A ）数控机床上。
A． 经济型 B． 中、高档 C． 精密
二、填空题（每空2分，共20分）
1、数控机床的控制可分为二大部分：一部分是坐标轴运动的位置控制；另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。
2、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 半闭 环伺服系统。
3、 数控机床主轴的变速形式有有级变速、 分段无级调速 、调速电动机直接驱动三种。
4、主轴电气准停的方法通常有：磁传感器准停 、编码器型主轴准停 和数控系统准停 三种。
5、滚珠丝杠预紧的目的是 减小或消除反向间隙 。
6、数控机床PLC的形式有两种：内装型PLC 和 独立型PLC 。
三、判断题（每题2分，共20分）
1、( √ )数控机床的速度和精度等技术指标主要由伺服系统的性能决定。
2、( √ )闭环控制系统比开环控制系统定位精度高，但调试困难。
3、( × )NC和CNC的区别在于CNC采用计算机完全代替了硬件电子电路。
4、( √ )脉冲当量标志着，数控机床位移精度的分辨率。
5、( √ )在先进的数控系统中，显示介面可以用WINDOWS。

四、简答题（每题8分，共40分）
1．位置检测装置有哪些种类？它们可分别安装在机床的哪些部位？
2．试述步进电动机步距角、步距误差、静态矩角特性、启动频率、连续运转频率的概念。
3．数控机床对进给伺服的性能有何要求？
4．数控机床对主轴驱动的要求是什么？
5．二档主轴分段无级变速是如何实现的
答：1、1)旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换成增量脉冲形式或绝对式的代码形式。
2)光栅尺或称光栅，是一种高精度的直线位移传感器，在数控机床上用于测量工作台的位移，属直接测量，并组成位置闭环伺服系统。
3) 旋转变压器 旋转变压器属于电磁式测量传感器，可用于角位移测量。旋转变压器在数控机床上的应用几乎已经可以被新型旋转编码器所替代
4）感应同步器是一种电磁式的检测传感器，主要部件包括定尺和滑尺，感应同步器在数控机床上的应用也已经被新型光栅尺和圆光栅所替代。
5）磁栅位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组成，按其结构可分为直线磁栅和圆型磁栅，分别用于直线位移和角度位移的测量。磁栅安装调整方便，对使用环境的条件要求较低，对周围电磁场的抗干扰能力较强，在油污、粉尘较多的场合下使用有较好的稳定性，但目前在数控机床上也很少使用。
2、(1)步距误差
    一转内各实际步距角与理论值之间误差。误差的最大值，称为步距误差。步进电动机的步距误差通常在10’以内。
(2)最大静态转矩
    当步进电动机不改变通电状态时，转子处在不动状态。如果在电动机轴上外加一个负载转矩，使转子按一定方向转过一个角度，此时转子所受的电磁转矩T称为静态转矩，角度称为失调角。描述静态时T与的关系称矩角特性，如图3-3a所示。该特性上的电磁转矩最大值称为最大静转矩。在静态稳定区内，当外加转矩除去时，转子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置。
(3)启动频率
    空载时，步进电动机由静止状态突然启动，并进入不丢步的正常运行的最高频率，称为启动频率或突跳频率。加给步进电动机的指令脉冲频率如大于启动频率，就不能正常工作。步进电动机在负载（尤其是惯性负载）下的启动频率比空载要低，而且，随着负载加大（在允许范围内），启动频率会进一步降低。
(4)连续运行频率
    步进电动机启动以后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率，其值远大于起动频率。它也随电动机所带负载的性质和大小而异，与驱动电源也有很大关系。
(5)矩频特性与动态转矩
    矩频特性T=F（f）是描述步进电动机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系的，如图3-3b所示。该特性上每一个频率对应的转矩称为动态转矩。使用时要考虑动态转矩随连续运行频率的上升而下降的特点。
(6)加减速特性
    步进电动机的加减速特性是描述步进电动机由静止到工作频率或由工作频率到静止的加、减速过程中，定子绕组通电状态的频率变化与时间的关系。步进电动机的升速和降速特性用加速时间常数Ta和减速时间常数Td来描述
3、(1)精度高。伺服系统要具有较好的静态特性和较高的伺服刚度，从而达到较高的定位精度，以保证机床具有较小的定位误差与重复定位误差,同时伺服系统还要具有较好的动态性能，以保证机床具有较高的轮廓跟随精度。
(2)快速响应，无超调。为了提高生产率和保证加工质量，在启、制动时，要求加、减加速度足够大，以缩短伺服系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。
(3)调速范围宽。在数控机床中，由于所用刀具、被加工材料、主轴转速以及进给速度等加工：工艺要求各有不同,为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件，要求进给驱动系统必须具有足够宽的无级调速范围.
4、（1）数控机床主传动要有较宽的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。特别对多道工序自动换刀的数控机床（数控加工中心），为适应各种刀具、工序和各种材料的要求，对主轴的调速范围要求更高。
（2）要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。由于主轴电动机与驱动的限制，其在低速段均为恒转矩输出，为满足数控机床低速强力切削的需要常采用分段无级变速的方法，即在低速段采用机械减速装置，以提高输出转矩。
（3）要求主轴在正、反向转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加、减速时间要短。
（4）为满足加工中心自动换刀(ATC)以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制。
（5）在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴(C轴)的控制功能。
5、数控系统具有使用M41~M42代码进行齿轮自动变速的功能。首先需要在数控系统参数区设置M41-M42二档对应的最高主轴转速，这样数控系统会根据当前S指令值，判断应处的档，并自动输出相应的M41~M42指令给可编程控制器(PLC)控制更换相应的齿轮档，数控装置输出相应的模拟电压。M41对应的主轴最高转速为1000r／min，M42对应的主轴转速为3500r／min，主轴电动机最高转速为3500r／min。
    当S指令在0~1000r／min范围时，M41对应的齿轮应啮合，S指令在1001~3500r／min范围时，M42对应的齿轮应啮合。不同机床主轴变速所用的方式不同，控制的具体实现可由可编程控制器来完成。目前常采用液压拨叉或电磁离合器来带动不同齿轮的啮合。显然，该例中M42对应的齿轮传动比为1：1，而M41对应的传动比为1：3.5，此时主轴输出的最大转矩为主轴电动机最大输出力矩的3.5倍。
五、计算题（每题10，共10分）
1、一采用三相六拍驱动方式的步进电机，其转子有80个齿，经丝杠螺母副驱动工作台作直线运动，丝杠的导程为5mm，工作台移动的最大速度为30mm/s，求：
(1)步进电机的步距角；
(2)工作台的脉冲当量；
(3)步进电机的最高工作频率。