技术

一、选择（每题2分，共20分）
1 数控机床的检测反馈装置的作用是：将其准确测得的（ B ）数据迅速反馈给数控装置，以便与加工程序给定的指令值进行比较和处理。
A．直线位移 B． 角位移或直线位移 C．角位移 D．直线位移和角位移
2 全闭环伺服系统与半闭环伺服系统的区别取决于运动部件上的（ C ）。
A．执行机构 B． 反馈信号 C．检测元件
3 数控机床每次接通电源后在运行前首先应做的是（ C ）。
A．给机床各部分加润滑油 B． 检查刀具安装是否正确 C． 机床各坐标轴回参考点 D． 工件是否安装正确
4 数控铣床一般采用半闭环控制方式，它的位置检测器是（ B ）。
A．光栅尺 B．脉冲编码器 C．感应同步器
5 在CRT/MDI面板的功能键中，显示机床现在位置的键是（ A ）。
A．POS B．PRGRM C．OFSET D. SYSTEM
6．下列关于世界第一台数控机床的描述正确的是（ B ）。
A 1946年在美国研制成功的 B 它是一台3坐标数控铣床
C 用它来加工直升机叶片 D 它用晶闸管-直流电机驱动
7．数控机床半闭环控制系统的特点是（ C ）。
A 结构简单、价格低廉、精度差 B 结构简单、维修方便、精度不高
C 调试与维修方便、精度高、稳定性好D 调试较困难、精度很高
8．数控机床的性能很大程度上取决于（ B ）的性能。
A 计算机运算 B 伺服系统 C 位置检测系统 D 机械结构
9．数控机床进给伺服系统的负载不大，加工精度不高时，可采用（ C ）控制。
A 全闭环 B 半闭环 C 开环
10．数控机床进给控制的交流伺服电动机结构是（ D ）。
A 转子、定子都装有永磁体和绕组
B 转子、定子都是绕组
C 定子装有永磁体，转子是绕组
D 转子装有永磁体，定子是绕组
二、填空题（每空2分，共20分）
1、数控机床电器控制系统由 数控装置 、 进给伺服系统 、 主轴伺服系统 、 机床强电控制系统 等组成。
2、数控机床常用的位置检测装置有 旋转编码器 、 光栅尺 等。
3、脉冲编码器分为 光电式 、 接触式 和 电磁感应式 三种。
4、光电编码器每转产生的一个脉冲信号可称为 一转信号 或 零标志脉冲 ，作为测量基准。
三、判断题（每题2分，共10分）
1（√）伺服系统的执行机构常采用直流或交流伺服电动机。
2（×）只有采用CNC技术的机床才叫数控机床。
3（×）数控机床按控制坐标轴数分类，可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床、多坐标数控机床和五面加工数控机床等。
4（×）数控机床中的PLC用于位置闭环伺服控制。
5（√） SIEMENS电源模块一般为3相AC380V输入，DC600V输出，输出电压由直流母线传送至驱动（功率）单元。
四、简答题（每题8分，共40分）
1、加减速控制的目的是什么？有哪些实现的方式？
2、反向间隙和丝杠螺距误差是怎样产生的？如何进行补偿？
3、光电编码器安装在滚珠丝杠驱动前端和末端有何区别？
4、光栅尺有哪些部件构成，莫尔条纹的作用是什么?
5、主轴电气准停较机械准停有何优点？试述编码器准停的工作原理。
答：1、在CNC系统中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对送到伺服驱动装置的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。即在机床加速起动时，保证加在驱动电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大；当机床减速停止时，保证加在驱动电动机上的进结脉冲频率或电压逐渐减小。
加减速实现的方式有线性加减速(匀加减速)、指数加减速和sin曲线(S)加减速。
2、在进给传动链中，齿轮传动、滚珠丝杠螺母副等均存在反转间隙。这种反转间隙会造成工作台反向时，电动机空转而工作台不动，使半闭环系统产生误差和全闭环系统位置环振荡不稳定。
为解决这一问题，可先采取调整和预紧的方法，减少间隙。而对于剩余间隙，在半闭环系统中可将其值测出，作为参数输入数控系统，则此后每当坐标轴接收到反向指令时，数控系统便调用间隙补偿程序，自动将间隙补偿值加到由插补程序算出的位置增量命令中，以补偿间隙引起的失动。这样控制电动机多走一段距离，这段距离等于间隙值，从而补偿了间隙误差。需注意的是对全闭环数控系统不能采用以上补偿方法(通常数控系统要求将间隙值设为零)，因此必须从机械上减小或消除这种间隙。有些数控系统具有全闭环反转间隙附加脉冲补偿，以减小这种误差对全闭环稳定性的影响。也就是说，当工作台反向运动时，对伺服系统施加一定宽度和高度的脉冲电压(可由参数设定)，以补偿间隙误差。
螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差在半闭环系统中，定位精度很大程度上受滚珠丝杠精度的影响。尽管滚珠丝杠的精度很高，但总存在着制造误差。要得到超过滚珠丝杠精度的运动精度，必须采用螺距误差补偿功能，利用数控系统对误差进行补偿与修正。采用该功能的另一个原因是，数控机床经长时间使用后，由于磨损其精度可能下降。采用该功能进行定期测量与补偿，可在保持精度的前提下延长机床的使用寿命。
3、编码器在数控机床中用于工作台或刀架的直线位移测量有两种安装方式：一是和伺服电动机同轴联接在一起(称为内装式编码器)，伺服电动机再和滚珠丝杠连接，编码器在进给转动链的前端；二是编码器连接在滚珠丝杠末端(称为外装式编码器)。由于后者包含的进给转动链误差比前者多，因此，在半闭环伺服系统中，后者的位置控制精度比前者高。
4、光栅尺或称光栅，是一种高精度的直线位移传感器，光栅有透射光栅和反射光栅两类, 其结构由光源、透镜、指示光栅、标尺光栅、光电元件、窄缝等组成的。
当标尺光栅移动时，莫尔条纹就沿着垂直于光栅运动的方向移动，并且光栅每移动一个栅距ω，莫尔条纹就准确地移动一个纹距，只要通过测量出莫尔条纹的数目，就可以知道光栅移动了多少个栅距，而栅距是制造光栅时已确定的，因此工作台的移动距离就可以计算出来。
5、采用电气准停控制有如下优点：
（1）简化机械结构 与机械准停相比，电气准停只需在这种旋转部件和固定部件上安装传感器即可。
（2）缩短准停时间 准停时间包括在换刀时间内，而换刀时间是加工中心的一项重要指标。采用电气准停，即使主轴在高速转动时，也能快速定位于准停位置。
（3）可靠性增加 由于无需复杂的机械、开关、液压缸等装置，也没有机械准停所形成的机械冲击，因而准停控制的寿命与可靠性大大增加。
（4）性能价格比提高 由于简化了机械结构和强电控制逻辑，这部分的成本大大降低。但电气准停常作为选择功能，订购电气准停附件需另加费用。但总体来看，性价比大大提高。
可采用主轴电动机内部安装的编码器信号(来自于主轴驱动装置)，也可以在主轴上直接安装另外一个编码器。采用前一种方式要注意传动链对主轴准停精度的影响。主轴驱动装置内部可自动转换，使主轴驱动处于速度控制或位置控制状态。准停角度可由外部开关量(十二位)设定，这一点与磁准停不同，磁准停的角度无法随意设定，要想调整准停位置，只有调整磁发体与磁传感器的相对位置。
五、计算题（每题10，共10分）
直线插补计算： 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），试进行插补运算并画出运动轨迹图。