第三章 数控加工程序的编制
3.1 数控车床的编程特点：
1) 1 在一个程序段中，根据图样标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或者
混合编程。
2) 2 直径方向用 绝对值编程时，X 以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位
移量的二倍值表示。
3) 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) 4 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。当编制圆
头刀程序是，需要对刀具半径进 行补偿 5) 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。
6) 第三坐标指令 IK 在不同的程 序段中左右也不相同。I K 在圆弧切削时表示圆心
相对圆弧的起点坐标位置。
3.2 车削固定循环功能：由于车削毛坯多为棒料和铸锻件，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。
常用指令：1 柱面循环指令 2 锥面循环指令 3 简单螺纹循环指令 4 复杂螺纹循环指令 5 复合式粗车循环指令。 补充思考题：
1．用有G71、G70复合加工循环指令编制图3所示零件的粗、精加工程序（各加工面的精车余量均为0.5mm）。设切深△d＝2，退刀量e＝2，△u＝1，△w＝1。 答： O1001 G02U20.W-10.R10. T0101 G01Z63.32 G00X52.Z95. G02X36.Z37.56R20. M03S600 G01Z17. G94X-2.Z92.F.4 G02U14.W-7.R7. G71U2.R1. N20Z0. G71P10Q20U0.5W0.5. G70P10Q20 N10G00X0. M30 G01Z92.F.2
图3 思考题1图
2．编制立式加工中心图4所示的零件加工程序。
图4 思考题2图
答： O1002 G54
G00X0.Y0.Z20. M03S1500 G00Y-4.Z3. G01Z-5.F150. Y4. G00Z3.
G42X40.Y0.D1 G01Z-5.F150. Y11.
G03X11.Y17.R6. G01X-11.
G03X-17.Y11.R6. G01Y-11.
G03X-11.Y-17.R6. G01X11.
G03X17.Y-11.R6. G01Y11. G00Z5. X0.Y0.Z50. M30
第四章 计算机数控装置
1． CNC 系统的组成：数控程序、输入输出设备、CNC 装置、可编程控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置。核心是 CNC 装置。
2. CNC 装置软件由管理软件和控制软件组成。
3. CNC 装置的功能：1 控制功能 2 准备功能 3 插补功能 4 固定循环加工功能 5 进给功能 6 主轴功能 7 辅助功能 8 刀具功能 9 补偿功能 10 显示功能 11 通信功能 12 自诊断功能
4. 单微处理器与多微处理器的结构区别：单微处理机在 CNC 的装置中，只有一个中央处理器，采用集中控制，分时处理数控的每项 任务。
5．单微处理机结构的CNC装置有哪几部分组成？其I/O接口的功能和任务分别是什么？ 答：由CPU（微处理器）、存储器、总线、I/O接口、MDI接口、CRT或液晶显示接口、PLC接口、主轴控制、通讯接口等组成。
I/O接口主要功能：缓冲功能，选择功能（内部、外部的选择），中断功能，转换功能（A/D、D/A转换），数据宽度变换功能，通讯功能。
6．比较共享总线型结构CNC装置和共享存储结构CNC装置的工作特点及优缺点？
答：1）共享总线型：以总线为中心，各模块工作时，仅有一个模块可占用总线，多个请求时由总线仲裁器来裁决。
a．将各个功能模块划分为主模块和从模块。带有CPU和DMA器件的各种模块称为主模块，其余如存储器模块，I/O模块为从模块。
系统中只有主模块有权使用系统总线，而每个主模块按其担负任务的重要程度预先安排好优先级别的高、低顺序。
b．总线裁决方式有两种：串联方式和并联方式。 串联方式中，优先权的排列是按链位置决定的；
并联方式中配有专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编码方式。 c．该结构优点：结构简单，系统配置灵活，扩展模块容易。缺点是总线一旦出现故障，整个系统受影响。
（2）共享存储器结构：以存储器为中心，各模块工作时，通过优先接受使用请求，使用完成要撤消，释放存储器。
缺点：由于同一时刻只能有一个微处理器对多端口存储器进行读或写，所以功能复杂而要求增加微处理器数量时，会因争取共享而造成信息传送的阻塞，降低系统效率，且扩展较困难。
7. CNC 软件结构的特点：多任务并行处理和多重实时中断
8．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？ 答：并行处理的方法有：资源共享、资源重复和时间重叠。
资源共享是根据“分时共享”的原则，使多个用户按时间顺序使用一套设备。 时间重叠是根据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用一套设备的几个部分。
资源重复是通过增加资源（如多CPU）提高运算速度。
9. CNC 装置中的中断结构模式：1 中断型结构模式 2 前后台型结构模式 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：是一个中断服务程序，完成全部实时功能。后台程序是一个循环程序，它包括管理软件和插补准备程序。后台程 序运行时实时中断程序不断插入，与后台程序相配合，共同完成零件加工任务。
12．为什么要对G代码、M代码分组？分组的原则是什么？
答：通常依据G或M指令功能相近的原则将G、M指令进行整理分组，且每组含有若干G代码，把不能同时出现在一个程序段的G代码（M代码）归为一组。如将G00、G01、G02和G03归为一组，M07、M08和M09归为一组。
（2）G代码、M代码分组的目的：
可以减少计算机内存容量，提高数控系统内存资源的利用率；还能方便查出编程错误
14．何谓刀具半径补偿？其执行过程如何？ 答：刀具刀位点与刀具进行加工时位置有误差。
刀具半径补偿的执行过程分为三步：
（1）刀补建立：即刀具从起点出发沿直线接近加工零件，依据G41或G42使刀具中心在原来的编程零件轨迹的基础上伸长或缩短一个刀具半径值.
（2）刀补进行：刀补指令是模态指令。在轨迹转接处，采用圆弧过度或直线过渡。 （3）刀补撤销：与刀补建立时相似，在轨迹终点的刀具中心处开始沿一直线到达起刀点起刀点与刀具中心重合，刀补被撤销。
第五章 数控装置的轨迹控制原理
1. 插补：就是按照进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间算出若干终点间的坐标值。 插补算法有两类：1 脉冲增量插补；2 数据采样插补。
2. 逐点比较法：数控装置在控制刀具按要求的轨迹移动过程中，不断比较刀具与给定轮廓的误差，由此误差决定下一步刀具移动的 方向，使刀具向减少误差的方向移动，且只有一个方向移动。
4个节拍：第一节拍—偏差判别 第二节拍—进给 第三节拍—偏差计算 第四节拍—终点判别
3．设欲加工第一象限直线OE，终点坐标为xe?4，ye?6，试用逐点比较法对直线OE进行插补，并画出插补轨迹。 答：略
5．设AB为第一象限逆圆弧，起点A（6,0），终点B（0,6），试用逐点比较法对圆弧AB进行插补，并画出插补轨迹。 答：略
8. 逐点比较插补法是如何实现的？
答：每次仅向一个坐标输出脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判别偏差点的顺时坐标同规定的加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。每一个插补循环都是由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别组成。 9.试述DDA插补原理。
答：是利用数字积分的方法，当两个积分器根据插补时钟进行同步累加时，溢出脉冲分别控制相应坐标轴运动，根据插补循环数是否等于2n或坐标进给步数判断插补是否完成。
17．脉冲增量插补的进给速度控制常用哪些方法？ 答：常用的方法有：软件延时法和中断控制法 。 （1）软件延时法
由编程进给速度F可求出要求的进给脉冲频率f；从而得到两次插补运算时间的时间间隔t，它必须大于cpu执行插补程序的时间t程，因此，t延=t-t程。可以编写一个延时子程序来
改变进给速度。 （2）中断控制法
根据编程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。
18．加减速控制有何作用？有哪些实现方法？
答：前加减速控制：进对编程速度F指令进行控制。 优点：不会影响实际插补输出的位置，但须预测减速点，计算量较大。
后加减速控制：分别对各运动轴进行加减速控制，固不必预测减速点，而是在插补输出为零时才开始减速，经过一定的延时逐渐靠近终点。当在加减速过程中对坐标合成位置有影响。
第六章 数控机床的伺服系统
1．数控机床对伺服系统有哪些要求？
答：a.精度高。即定位精度和重复定位精度高；b.快速响应特性好（跟踪精度高，跟随误差等）；c.调速范围宽（恒转矩：1：100～1000，恒功率：1：10～100）d.具有足够的传动刚性和高的速度稳定性。即具有优良的静态与动态负载特性；e.稳定性好（抗干扰能力强，可靠性好）；f.低速大转矩。
2．数控机床的伺服系统有哪几种类型？各自有何特点？
答：按控制理论和有无位置检测反馈环节分为：开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。其特点略。
3．步进电机步距角的大小取决于哪些因素？
答：步进电机步距角?与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关，可用下式表
360?示：?? ；式中，m相m拍时，k＝1；m相2m拍时，k=2。
mzk
6．简述提高开环系统的伺服精度方法。
答：步距角是决定开环伺服系统脉冲当量的重要参数，θ越小，加工精度越高。
静态步距误差是指理论的步距角和实际的步距角误差。
影响步距误差的因素主要有：①步进电机齿距制造误差；②定子和转子间气隙不均匀；③各相电磁转距不均匀。
7．数控机床对检测装置有哪些要求？
答：①工作可靠、抗干扰能力强；②使用维护方便，适用机床的工作环境；③满足精度、速度和工作行程的要求；④成本低、寿命长；⑤便于与伺服系统的连接。
8．简述旋转变压器两种不同工作方式的原理。 答：鉴相方式和鉴幅方式。
9．莫尔条纹的特点有哪些？在光栅的信息处理过程中倍频数越大越好吗？
数控技术第二版-课后答案
