全国2002年10月高等教育自学考试
数控技术及应用试卷
课程代码：02195
一、单项选择题(在每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其号码填在题干的括号内。每小题2分，共40分)
1.采用经济型数控系统的机床不具有的特点是( )P6 ．
A.采用步进电动机伺服系统 B.CPU可采用单片机 C.只配备必要的数控功能 D.必须采用闭环控制系统 2.根据控制运动方式的不同，机床数控系统可分为( )P4 A.开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统 B.点位控制系统和连续控制系统 C.多功能数控系统和经济型数控系统 D.NC系统和CNC系统 3.数控机床的优点是( )P1
A.加工精度高、生产效率高、工人劳动强度低、可加工复杂型面、减少工装费用 B.加工精度高、生产效率高、工人劳动强度低、可加工复杂型面、工时费用低 C.加工精度高、专用于大批量生产、工人劳动强度低、可加工复杂型面、减少工装费用
D.加工精度高、生产效率高、对操作人员的技术水平要求较高、可加工复杂型面、减少工装费用
4.CNC系统一般可用几种方式得到工件加工程序，其中MDI是( )P35 A.利用磁盘机读入程序 B.从串行通信接口接收程序 C.利用键盘以手动方式输入程序 D.从网络通过Modem接收程序 5.所谓联机诊断，是指数控计算机中的( )P37 A.远程诊断能力 B.自诊断能力 C.脱机诊断能力 D.通信诊断能力
6.有四种CNC系统或者数控机床，根据MTBF指标，它们中可靠性最好的是( )P44 A.MTBF=1000h B.MTBF=2500h C.MTBF=5000h D.MTBF=70000h
7.数控机床进给系统采用齿轮传动副时，应该有消隙措施，其消除的是( )P1 A.齿轮轴向间隙 B.齿顶间隙 C.齿侧间隙 D.齿根间隙
8.某数控机床工作台采用滚珠导轨，其支承导轨长度L=500mm，动导轨长度Ld=200mm，动
导轨行程长度l=300mm，若要求动导轨在全长上始终与滚动体相接触，则滚动体与保持架的长度LG应为( )P79
A.200mm B.250mm C.300mm D.350mm 9.直线感应同步器类型有( )P105
A.规范型、窄型、带型和长型 B.非规范型、窄型、带型和三重型 C.非规范型、窄型、带型和宽型 D.规范型、窄型、带型和三重型 10.旋转变压器的结构特点是( )P110
A.很复杂 B.复杂 C.较复杂 D.简单
11.用光栅传感器测直线位移时，为了辨别移动方向，在莫尔条纹间距B内，相距个光电元件，两光电元件输出电压信号的相位差是( )P97 A.30° B.60°C.90° D.180°
12.绝对式脉冲发生器的单个码盘上有码道，则其分辨率约为( )P102 A.1.10° B.1.21°C.1.40° D.180° 13.永磁同步电动机转子位置检测多用( )P138
A.光电式转子位置检测器 B.磁电式转子位置检测器 C.绝对式脉冲编码器 D.相对式脉冲编码器
14.反应式步进电动机与混合式步进电动机相比，其优点是( )P115 A.转矩体积比大 B.停电后有自锁能力
C.步距角容易做得比较小 D.转子惯量低，可更快加减速 15.气隙磁场按正弦波分布的电动机是( )P133
A.无刷直流电动机 B.永磁宽调速直流电动机 C.永磁同步电动机 D.直流主轴电动机
16.一台三相反应式步进电动机，其转子有40个齿；采用单、双六拍通电方式。若控制脉冲频率f=1000Hz，则该步进电动机的转速(r/min)为( )P118 A.125 B.250 C.500 D.750 17.对于数控机床最具机床精度特征的一项指标是( )P159 A.机床的运动精度 B.机床的传动精度 C.机床的定位精度 D.机床的几何精度
18.一般闭环控制系统中的点位控制系统的失动量应控制在( )P167 A.0.05～0.06mm B.0.03～0.04mm C.0.01～0.02mm D.0.001～0.05mm 19.闭环控制系统的定位误差主要取决于( )P166 A.机械传动副的间隙及制造误差 B.机械传动副弹性变形产生的误差
C.检测元件本身的误差及安装调整造成的误差 D.滚珠丝杠副热变形所产生的误差
20.加工圆弧时，若两轴的系统增益相同，进给速度v=常数，但由于刀具实际位置对指令位置有跟随误差，则会产生圆弧半径误差△R，其误差关系式为( )P171
vv A.R B. R 22RK2RKB设置两4v2v2C. RD.R
2RK2RK2二、填空题(每空1分，共10分)
不写解答过程，将正确的答案写在每小题的空格内。错填或不填均无分。
21.现代数控机床的辅助动作，如刀具的更换和切削液的启停等是用___辅助能字M_____进行控制的。P21
22.在自动编程中，根据不同数控系统的要求，对编译和数学处理后的信息进行处理，使其成为数控系统可以识别的代码，这一过程称为____后置处理____。P30
23.总线的技术指标中，带宽是指总线在传递信息时____并行传送二进制数位数____。P38 24.数字增量插补法在每个插补周期输出一个数字量(或称为指令位移增量)，数字增量插补是用__直线逼近___被插补曲线的过程。P57
25.某数控机床平均切削进给速度Vs=0.3m/min，丝杠导程L0=6mm，此时丝杠的转数n=____50____r/min。（Vs÷L0=n）
26.当直线感应同步器只有余弦线组励磁时，若正弦绕组和定尺上的绕组位置重合时，在定尺上感应出的电动势的值为___ec=kUmsinwtcosQ____。P108
27.光栅尺安装完毕后，一定要在机床导轨上安装___限位装置_____，防止破坏读数头。P101
28.在直流主轴电动机中，电枢磁场对其主磁场会有影响，该影响称为____电枢反应____。P143
29.数控系统的硬件结构组成方式一般有两种，采用专用芯片的大板结构和____总线式体系结构____。P185
30.数控机床移动部件沿某一坐标轴重复移动至某一点定位时，其定位误差反映系统存在系统性误差和__随机性误差____。P159 三、分析题(每小题5分，共20分)
31.图示为逐点比较法第一象限直线的插补程序流程框图，填上空框中的内容，并对符号加以说明。P54
解：⑴ 进给方向：+x 进给方向：+y //x和y为两个坐标轴
⑵ Fi - ya->Fi+1 Fi + xa->Fi+1
// Fi、Fi+1分别为第i个和第i+1个插补中的偏差值
//ya 、xa为终点A的坐标
⑶ i + 1->i i=N? //i为插补循环数，N为总步数
32.简述图示接口电路的工作原理，它是CNC装置的输入还是输出接口?光电耦合器的主要作用是什么?P41-P42
解：⑴光电耦合器是一种把电子信号转换成为光学信号，然后又恢复电子信号的半导体器件。在光电耦合器输入端加电信号使光电二极管发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的光敏三极管上后，因光电效应而产生了光电流，由光敏三极管输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。 ⑵它是CNC装置的输入接口
⑶电耦合器的主要作用有两个：①隔断光电耦合器入出两侧电路的电气联系；②方便地完成信号电平转换。
33.试述开环、闭环控制系统的主要区别及适用场合。P4-P5
解：开环、闭环控制系统的主要区别：在于伺服系统的机械执行机构的最后环节上装有反馈系统。即在开环控制系统中，不进行位置和速度的检测，并只能采用步进电机作为动力源，一般用于轻载且负载变化不大的场合，或经济型数控机床上；在闭环控制系统中，要使用位置检测元件和比较器，并采用交流或直流电动机作动力源，一般用于加工精度要求较高的数控机床中。
34.某数控机床采用滚动导轨，由伺股电动机通过一对齿轮带动滚珠丝杠驱动工作台移动，其脉冲当量为0.005mm，现CNC发出正向指令脉冲，工作台移动了100mm后，电动机又接到同样数量反向指令脉冲，而工作台反向只移动了99.975mm，未能复位到原点。试分析该系统有何问题?应采取什么措施以提高定位精度。P165
解：⑴系统反向未能复位到原点是由于机械传动系统中存在的各种间隙和机械传动系统中的弹性变形，如齿轮和滚珠丝杠螺母副中的传动间隙及滚珠丝杠的弹性变形，造成了工作台反向移动时的位移损失，即失动。
⑵提高定位精度应采取：①从产生误差的根源上采取措施减小或消除定位误差。②采取误差补偿方法提高定位精度，如采用电气补偿法或软件补偿法。 四、编程题(10分)
35.在双点划线所示毛坯上，采用数控电火花线切割机(分辨率为0.01mm)切出图示粗实线型腔。请求出加工轨迹上各直线、圆弧交点坐标，并采用教材中给定的代码格式(JB3208-83)编制加工程序。要求在给定工件坐标系内采用增量尺寸编程，坐标原点为程序的起点和终点，切割前电极丝位于坐标原点，切割路径为A→B→C→D→E→F→G→H，进给速度15mm/min，编程时不考虑切缝宽度，数控系统具有跨象限圆弧插补功能。
解：加工程序清单为：
N N10 N20 N30 N40 N50 G03 G G91,G17 G42,G00 G01 X X5000 X500 X-2000 Y Y1000 Y2000 Y500 I J F F1500 S M M03M08 EOB LF LF LF LF LF Y1000 I-1000 J0 N60 N70 N80 N90
G01 X500 Y-1700 Y-820 Y-980 M05,M09 M02 LF LF LF G00,G40 X-4000 Y-1000 五、计算题(每小题10分，共20分)
36.某数控机床的进给伺服系统中，各传动轴的转速：n1=600r/min,n2=480r/min,n3=384r/min。各传动轴的负载力矩：
T1=1N·m,T2=2N·m,T3=5N·m。工作台移动速度v=2.3m/min，工作台所受的力FL=2000N。 试求此系统转换到电动机轴上的等效力矩。P91
解：⑴计算各传动轴的转换到电动机轴上的等效力矩 [T回转轴]＝T1×n1÷n1＋T2×n2÷n1＋T3×n3÷n1 ＝1N·m×600r/min÷600r/min＋2N·m×480r/min÷600r/min＋5N·m×384r/min÷600r/min ＝5.8 N·m ⑵计算工作台所受的力F转换到电动机轴上的等效力矩 [T工作台]＝FL×v÷(2×3.14159×n1)
＝2000N×2.3m/min÷(2×3.14159×600r/min) ＝1.2 N·m ⑶计算总的等效力矩
[T总]＝[T回转轴]＋[T工作台]＝5.8 N·m＋1.2 N·m＝7.0 N·m
37.一台具有二个磁极的国产交流主轴电动机，额定运行时的转差率S=0.03，恒转距调速范围与恒功率调速范围之比为1∶3，试计算该电动机的额定转速并估计其最高工作转速。P144
解：⑴旋转磁场的转速 n1＝(60×f1)÷p ＝60×50÷1＝3000r/min
⑵依转差率定义 s＝(n1－n2)／n1 电动机的额定转速为：
n2＝n1－s×n1 ＝3000－0.03×3000＝2910 r/min 估计最高工作转速为： ⑴ 恒转矩调速最高工作转速只能为额定转速 n2=2910转/分. ⑵ 恒功率调速只能从n2上调.
X/y＝1/3 n2-n小 1 n大-n2 3
2910-10001 n大-29103
n大＝60(转/分)