技術(shù)

一、選擇（每題2分，共20分）
1 數(shù)控機(jī)床的檢測反饋裝置的作用是：將其準(zhǔn)確測得的（ B ）數(shù)據(jù)迅速反饋給數(shù)控裝置，以便與加工程序給定的指令值進(jìn)行比較和處理。
A．直線位移 B． 角位移或直線位移 C．角位移 D．直線位移和角位移
2 全閉環(huán)伺服系統(tǒng)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別取決于運(yùn)動(dòng)部件上的（ C ）。
A．執(zhí)行機(jī)構(gòu) B． 反饋信號(hào) C．檢測元件
3 數(shù)控機(jī)床每次接通電源后在運(yùn)行前首先應(yīng)做的是（ C ）。
A．給機(jī)床各部分加潤滑油 B． 檢查刀具安裝是否正確 C． 機(jī)床各坐標(biāo)軸回參考點(diǎn) D． 工件是否安裝正確
4 數(shù)控銑床一般采用半閉環(huán)控制方式，它的位置檢測器是（ B ）。
A．光柵尺 B．脈沖編碼器 C．感應(yīng)同步器
5 在CRT/MDI面板的功能鍵中，顯示機(jī)床現(xiàn)在位置的鍵是（ A ）。
A．POS B．PRGRM C．OFSET D. SYSTEM
6．下列關(guān)于世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的描述正確的是（ B ）。
A 1946年在美國研制成功的 B 它是一臺(tái)3坐標(biāo)數(shù)控銑床
C 用它來加工直升機(jī)葉片 D 它用晶閘管-直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)
7．?dāng)?shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是（ C ）。
A 結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、精度差 B 結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、精度不高
C 調(diào)試與維修方便、精度高、穩(wěn)定性好D 調(diào)試較困難、精度很高
8．?dāng)?shù)控機(jī)床的性能很大程度上取決于（ B ）的性能。
A 計(jì)算機(jī)運(yùn)算 B 伺服系統(tǒng) C 位置檢測系統(tǒng) D 機(jī)械結(jié)構(gòu)
9．?dāng)?shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的負(fù)載不大，加工精度不高時(shí)，可采用（ C ）控制。
A 全閉環(huán) B 半閉環(huán) C 開環(huán)
10．?dāng)?shù)控機(jī)床進(jìn)給控制的交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)是（ D ）。
A 轉(zhuǎn)子、定子都裝有永磁體和繞組
B 轉(zhuǎn)子、定子都是繞組
C 定子裝有永磁體，轉(zhuǎn)子是繞組
D 轉(zhuǎn)子裝有永磁體，定子是繞組
二、填空題（每空2分，共20分）
1、數(shù)控機(jī)床電器控制系統(tǒng)由 數(shù)控裝置 、 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 、 主軸伺服系統(tǒng) 、 機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng) 等組成。
2、數(shù)控機(jī)床常用的位置檢測裝置有 旋轉(zhuǎn)編碼器 、 光柵尺 等。
3、脈沖編碼器分為 光電式 、 接觸式 和 電磁感應(yīng)式 三種。
4、光電編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的一個(gè)脈沖信號(hào)可稱為 一轉(zhuǎn)信號(hào) 或 零標(biāo)志脈沖 ，作為測量基準(zhǔn)。
三、判斷題（每題2分，共10分）
1（√）伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)常采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)。
2（×）只有采用CNC技術(shù)的機(jī)床才叫數(shù)控機(jī)床。
3（×）數(shù)控機(jī)床按控制坐標(biāo)軸數(shù)分類，可分為兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床和五面加工數(shù)控機(jī)床等。
4（×）數(shù)控機(jī)床中的PLC用于位置閉環(huán)伺服控制。
5（√） SIEMENS電源模塊一般為3相AC380V輸入，DC600V輸出，輸出電壓由直流母線傳送至驅(qū)動(dòng)（功率）單元。
四、簡答題（每題8分，共40分）
1、加減速控制的目的是什么？有哪些實(shí)現(xiàn)的方式？
2、反向間隙和絲杠螺距誤差是怎樣產(chǎn)生的？如何進(jìn)行補(bǔ)償？
3、光電編碼器安裝在滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)前端和末端有何區(qū)別？
4、光柵尺有哪些部件構(gòu)成，莫爾條紋的作用是什么?
5、主軸電氣準(zhǔn)停較機(jī)械準(zhǔn)停有何優(yōu)點(diǎn)？試述編碼器準(zhǔn)停的工作原理。
答：1、在CNC系統(tǒng)中，為了保證機(jī)床在起動(dòng)或停止時(shí)不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩，必須對(duì)送到伺服驅(qū)動(dòng)裝置的進(jìn)給脈沖頻率或電壓進(jìn)行加減速控制。即在機(jī)床加速起動(dòng)時(shí)，保證加在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)上的進(jìn)給脈沖頻率或電壓逐漸增大；當(dāng)機(jī)床減速停止時(shí)，保證加在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)上的進(jìn)結(jié)脈沖頻率或電壓逐漸減小。
加減速實(shí)現(xiàn)的方式有線性加減速(勻加減速)、指數(shù)加減速和sin曲線(S)加減速。
2、在進(jìn)給傳動(dòng)鏈中，齒輪傳動(dòng)、滾珠絲杠螺母副等均存在反轉(zhuǎn)間隙。這種反轉(zhuǎn)間隙會(huì)造成工作臺(tái)反向時(shí)，電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺(tái)不動(dòng)，使半閉環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差和全閉環(huán)系統(tǒng)位置環(huán)振蕩不穩(wěn)定。
為解決這一問題，可先采取調(diào)整和預(yù)緊的方法，減少間隙。而對(duì)于剩余間隙，在半閉環(huán)系統(tǒng)中可將其值測出，作為參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，則此后每當(dāng)坐標(biāo)軸接收到反向指令時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)便調(diào)用間隙補(bǔ)償程序，自動(dòng)將間隙補(bǔ)償值加到由插補(bǔ)程序算出的位置增量命令中，以補(bǔ)償間隙引起的失動(dòng)。這樣控制電動(dòng)機(jī)多走一段距離，這段距離等于間隙值，從而補(bǔ)償了間隙誤差。需注意的是對(duì)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)不能采用以上補(bǔ)償方法(通常數(shù)控系統(tǒng)要求將間隙值設(shè)為零)，因此必須從機(jī)械上減小或消除這種間隙。有些數(shù)控系統(tǒng)具有全閉環(huán)反轉(zhuǎn)間隙附加脈沖補(bǔ)償，以減小這種誤差對(duì)全閉環(huán)穩(wěn)定性的影響。也就是說，當(dāng)工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)伺服系統(tǒng)施加一定寬度和高度的脈沖電壓(可由參數(shù)設(shè)定)，以補(bǔ)償間隙誤差。
螺距誤差是指由螺距累積誤差引起的常值系統(tǒng)性定位誤差在半閉環(huán)系統(tǒng)中，定位精度很大程度上受滾珠絲杠精度的影響。盡管滾珠絲杠的精度很高，但總存在著制造誤差。要得到超過滾珠絲杠精度的運(yùn)動(dòng)精度，必須采用螺距誤差補(bǔ)償功能，利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償與修正。采用該功能的另一個(gè)原因是，數(shù)控機(jī)床經(jīng)長時(shí)間使用后，由于磨損其精度可能下降。采用該功能進(jìn)行定期測量與補(bǔ)償，可在保持精度的前提下延長機(jī)床的使用壽命。
3、編碼器在數(shù)控機(jī)床中用于工作臺(tái)或刀架的直線位移測量有兩種安裝方式：一是和伺服電動(dòng)機(jī)同軸聯(lián)接在一起(稱為內(nèi)裝式編碼器)，伺服電動(dòng)機(jī)再和滾珠絲杠連接，編碼器在進(jìn)給轉(zhuǎn)動(dòng)鏈的前端；二是編碼器連接在滾珠絲杠末端(稱為外裝式編碼器)。由于后者包含的進(jìn)給轉(zhuǎn)動(dòng)鏈誤差比前者多，因此，在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，后者的位置控制精度比前者高。
4、光柵尺或稱光柵，是一種高精度的直線位移傳感器，光柵有透射光柵和反射光柵兩類, 其結(jié)構(gòu)由光源、透鏡、指示光柵、標(biāo)尺光柵、光電元件、窄縫等組成的。
當(dāng)標(biāo)尺光柵移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋就沿著垂直于光柵運(yùn)動(dòng)的方向移動(dòng)，并且光柵每移動(dòng)一個(gè)柵距ω，莫爾條紋就準(zhǔn)確地移動(dòng)一個(gè)紋距，只要通過測量出莫爾條紋的數(shù)目，就可以知道光柵移動(dòng)了多少個(gè)柵距，而柵距是制造光柵時(shí)已確定的，因此工作臺(tái)的移動(dòng)距離就可以計(jì)算出來。
5、采用電氣準(zhǔn)?？刂朴腥缦聝?yōu)點(diǎn)：
（1）簡化機(jī)械結(jié)構(gòu) 與機(jī)械準(zhǔn)停相比，電氣準(zhǔn)停只需在這種旋轉(zhuǎn)部件和固定部件上安裝傳感器即可。
（2）縮短準(zhǔn)停時(shí)間 準(zhǔn)停時(shí)間包括在換刀時(shí)間內(nèi)，而換刀時(shí)間是加工中心的一項(xiàng)重要指標(biāo)。采用電氣準(zhǔn)停，即使主軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也能快速定位于準(zhǔn)停位置。
（3）可靠性增加 由于無需復(fù)雜的機(jī)械、開關(guān)、液壓缸等裝置，也沒有機(jī)械準(zhǔn)停所形成的機(jī)械沖擊，因而準(zhǔn)?？刂频膲勖c可靠性大大增加。
（4）性能價(jià)格比提高 由于簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)和強(qiáng)電控制邏輯，這部分的成本大大降低。但電氣準(zhǔn)停常作為選擇功能，訂購電氣準(zhǔn)停附件需另加費(fèi)用。但總體來看，性價(jià)比大大提高。
可采用主軸電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝的編碼器信號(hào)(來自于主軸驅(qū)動(dòng)裝置)，也可以在主軸上直接安裝另外一個(gè)編碼器。采用前一種方式要注意傳動(dòng)鏈對(duì)主軸準(zhǔn)停精度的影響。主軸驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)部可自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使主軸驅(qū)動(dòng)處于速度控制或位置控制狀態(tài)。準(zhǔn)停角度可由外部開關(guān)量(十二位)設(shè)定，這一點(diǎn)與磁準(zhǔn)停不同，磁準(zhǔn)停的角度無法隨意設(shè)定，要想調(diào)整準(zhǔn)停位置，只有調(diào)整磁發(fā)體與磁傳感器的相對(duì)位置。
五、計(jì)算題（每題10，共10分）
直線插補(bǔ)計(jì)算： 逆時(shí)針加工第Ⅰ象限圓弧OA，起點(diǎn)坐標(biāo)為O（6，0），終點(diǎn)坐標(biāo)為A（0，6），試進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算并畫出運(yùn)動(dòng)軌跡圖。