一、選擇（每題2分，共20分）
1. cims是指 ( b )。
a 自動化工廠 b 計算機整合製造系統 c 柔性製造系統 d 數控加工中心
2．數控工具機的「回零」操作是指回到（ c ）。
a 對刀點 b 換刀點 c 工具機的參考點 d程式設計原點
3．編寫程式的最小數值是由 （ c ）決定。
a 加工精度 b 滾珠絲槓精度 c 脈衝當量 d 位置精度
4 加工（ b ）零件，宜採用數控加工裝置。
a． 大批量b 多品種中小批量c 單件
5 通常數控系統除了直線插補外，還有（ b ）。
a．正弦插補 b 圓弧插補c 拋物線插補
6 數控工具機進給系統減少摩擦阻力和動靜摩擦之差，是為了提高數控工具機進給系統的（ c ）。
a．傳動精度 b． 運動精度和剛度 c．快速響應效能和運動精度 d． 傳動精度和剛度
7 為了保證數控工具機能滿足不同的工藝要求，並能夠獲得最佳切削速度，主傳動系統的要求是（ c ）。
a．無級調速 b．變速範圍寬 c．分段無級變速 d．變速範圍寬且能無級變速
8 數控系統所規定的最小設定單位就是（ c ）。
a． 數控工具機的運動精度 b． 工具機的加工精度 c． 脈衝當量 d． 數控工具機的傳動精度
9 步進電機的轉速是否通過改變電機的（ a ）而實現。
a． 脈衝頻率 b． 脈衝速度 c． 通電順序
10 開環控制系統用於（ a ）數控工具機上。
a． 經濟型 b． 中、高檔c． 精密
二、填空題（每空2分，共20分）
1、數控工具機的控制可分為二大部分：一部分是座標軸運動的位置控制；另一部分是數控工具機加工過程的順序控制。
2、將反饋元件安裝在伺服電機軸上或滾珠絲槓上間接計算移動執行元件位移進行反饋的伺服系統，稱為半閉環伺服系統。
3、 數控工具機主軸的變速形式有有級變速、 分段無級調速 、調速電動機直接驅動三種。
4、主軸電氣準停的方法通常有：磁感測器準停 、編碼器型主軸準停和數控系統準停三種。
5、滾珠絲槓預緊的目的是減小或消除反向間隙 。
6、數控工具機plc的形式有兩種：內裝型plc 和獨立型plc 。
三、判斷題（每題2分，共20分）
1、( √ )數控工具機的速度和精度等技術指標主要由伺服系統的效能決定。
2、( √ )閉環控制系統比開環控制系統定位精度高，但除錯困難。
3、( × )nc和cnc的區別在於cnc採用計算機完全代替了硬體電子電路。
4、( √ )脈衝當量標誌著，數控工具機位移精度的解析度。
5、( √ )在先進的數控系統中，顯示介面可以用windows。
四、簡答題（每題8分，共40分）
1．位置檢測裝置有哪些種類？它們可分別安裝在工具機的哪些部位？
2．試述步進電動機步距角、步距誤差、靜態矩角特性、啟動頻率、連續運轉頻率的概念。
3．數控工具機對進給伺服的效能有何要求？
4．數控工具機對主軸驅動的要求是什麼？
5．二檔主軸分段無級變速是如何實現的
答：1、1)旋轉編碼器是一種旋轉式測量裝置，通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉動，可將被測軸的角位移轉換成增量脈衝形式或絕對式的**形式。
2)光柵尺或稱光柵，是一種高精度的直線位移感測器，在數控工具機上用於測量工作台的位移，屬直接測量，並組成位置閉環伺服系統。
3) 旋轉變壓器旋轉變壓器屬於電磁式測量感測器，可用於角位移測量。旋轉變壓器在數控工具機上的應用幾乎已經可以被新型旋轉編碼器所替代
4）感應同步器是一種電磁式的檢測感測器，主要部件包括定尺和滑尺，感應同步器在數控工具機上的應用也已經被新型光柵尺和圓光柵所替代。
5）磁柵位置檢測裝置是由磁性標尺、磁頭和檢測電路組成，按其結構可分為直線磁柵和圓型磁柵，分別用於直線位移和角度位移的測量。磁柵安裝調整方便，對使用環境的條件要求較低，對周圍電磁場的抗干擾能力較強，在油汙、粉塵較多的場合下使用有較好的穩定性，但目前在數控工具機上也很少使用。
2、(1)步距誤差
一轉內各實際步距角與理論值之間誤差。誤差的最大值，稱為步距誤差。步進電動機的步距誤差通常在10』以內。
(2)最大靜態轉矩
當步進電動機不改變通電狀態時，轉子處在不動狀態。如果在電動機軸上外加乙個負載轉矩，使轉子按一定方向轉過乙個角度，此時轉子所受的電磁轉矩t稱為靜態轉矩，角度稱為失調角。描述靜態時t與的關係稱矩角特性，如圖3-3a所示。
該特性上的電磁轉矩最大值稱為最大靜轉矩。在靜態穩定區內，當外加轉矩除去時，轉子在電磁轉矩作用下，仍能回到穩定平衡點位置。
(3)啟動頻率
空載時，步進電動機由靜止狀態突然啟動，並進入不丟步的正常執行的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。加給步進電動機的指令脈衝頻率如大於啟動頻率，就不能正常工作。步進電動機在負載（尤其是慣性負載）下的啟動頻率比空載要低，而且，隨著負載加大（在允許範圍內），啟動頻率會進一步降低。
(4)連續執行頻率
步進電動機啟動以後，其執行速度能跟蹤指令脈衝頻率連續上公升而不丟步的最高工作頻率，稱為連續執行頻率，其值遠大於起動頻率。它也隨電動機所帶負載的性質和大小而異，與驅動電源也有很大關係。
(5)矩頻特性與動態轉矩
矩頻特性t=f（f）是描述步進電動機連續穩定執行時輸出轉矩與連續執行頻率之間的關係的，如圖3-3b所示。該特性上每乙個頻率對應的轉矩稱為動態轉矩。使用時要考慮動態轉矩隨連續執行頻率的上公升而下降的特點。
(6)加減速特性
步進電動機的加減速特性是描述步進電動機由靜止到工作頻率或由工作頻率到靜止的加、減速過程中，定子繞組通電狀態的頻率變化與時間的關係。步進電動機的公升速和降速特性用加速時間常數ta和減速時間常數td來描述
3、(1)精度高。伺服系統要具有較好的靜態特性和較高的伺服剛度，從而達到較高的定位精度，以保證工具機具有較小的定位誤差與重複定位誤差,同時伺服系統還要具有較好的動態效能，以保證工具機具有較高的輪廓跟隨精度。
(2)快速響應，無超調。為了提高生產率和保證加工質量，在啟、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短伺服系統的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。
(3)調速範圍寬。在數控工具機中，由於所用刀具、被加工材料、主軸轉速以及進給速度等加工：工藝要求各有不同,為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求進給驅動系統必須具有足夠寬的無級調速範圍.
4、（1）數控工具機主傳動要有較寬的調速範圍，以保證加工時選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。特別對多道工序自動換刀的數控工具機（數控加工中心），為適應各種刀具、工序和各種材料的要求，對主軸的調速範圍要求更高。
（2）要求主軸在整個範圍內均能提供切削所需功率，並盡可能在全速度範圍內提供主軸電動機的最大功率，即恆功率範圍要寬。由於主軸電動機與驅動的限制，其在低速段均為恆轉矩輸出，為滿足數控工具機低速強力切削的需要常採用分段無級變速的方法，即在低速段採用機械減速裝置，以提高輸出轉矩。
（3）要求主軸在正、反向轉動時均可進行自動加減速控制，即要求具有四象限驅動能力，並且加、減速時間要短。
（4）為滿足加工中心自動換刀(atc)以及某些加工工藝的需要，要求主軸具有高精度的準停控制。
（5）在車削中心上，還要求主軸具有旋轉進給軸(c軸)的控制功能。
5、數控系統具有使用m41~m42**進行齒輪自動變速的功能。首先需要在數控系統引數區設定m41-m42二檔對應的最高主軸轉速，這樣數控系統會根據當前s指令值，判斷應處的檔，並自動輸出相應的m41~m42指令給可程式設計控制器(plc)控制更換相應的齒輪檔，數控裝置輸出相應的模擬電壓。m41對應的主軸最高轉速為1000r／min，m42對應的主軸轉速為3500r／min，主軸電動機最高轉速為3500r／min。
當s指令在0~1000r／min範圍時，m41對應的齒輪應嚙合，s指令在1001~3500r／min範圍時，m42對應的齒輪應嚙合。不同工具機主軸變速所用的方式不同，控制的具體實現可由可程式設計控制器來完成。目前常採用液壓撥叉或電磁離合器來帶動不同齒輪的嚙合。
顯然，該例中m42對應的齒輪傳動比為1：1，而m41對應的傳動比為1：3.
5，此時主軸輸出的最大轉矩為主軸電動機最大輸出力矩的3.5倍。
五、計算題（每題10，共10分）
1、一採用三相六拍驅動方式的步進電機，其轉子有80個齒，經絲槓螺母副驅動工作台作直線運動，絲槓的導程為5mm，工作台移動的最大速度為30mm/s，求：
(1)步進電機的步距角；
(2)工作台的脈衝當量；
(3)步進電機的最高工作頻率
解答： （1）；
（2）（mm/脈衝）
（3）（hz）
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