中国石油大学（北京）远程教育学院
期末考试
《 数控技术 》
关于课程考试违规作弊的说明
1、提交文件中涉嫌抄袭内容 （包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文） ，
带有明显外校标记， 不符合学院要求或学生本人情况， 或存在查明出处的内容或
其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“ 0”。
2、两人或两人以上答题内容或用语有 50%以上相同者判为雷同，成绩为“ 0”。
3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不
相干者，认定为“白卷”或“错卷” ，成绩为“ 0”。
一、题型
1、简答题， 4 题，每题 15 分，共 60 分；
2、论述题， 1 题，每题 40 分，共 40 分。
二、题目
A 卷：学号尾号为单号的答 A 卷
1、简答题
1）、比较开环、闭环、半闭环数控机床在位置检测装置、控制精度和应用领域上的不同。（教材 p7-p8）
答:开环系统中没有位置检测和反馈装置 ,控制精度低 ,在精度要求较低 的、
较早期的经济型数控机床上应用。 半闭环系统中的位置检测和反馈信号不 是取自最终的进给部件 , 而是取的电 动机轴或丝杆等中间环节 , 控制精度相 对开环系统高 ,应用在一般的中小型数控 机床上 ,目前大多数数控机床都采用 半闭环系统。 闭环系统中的位置检测和反馈信号是取自最终的进给部件 (如工 作台 ) 。所以闭环系统的精度最高 ,但稳定性稍差 ,同时系统成本较高 ,大多 应用在 高精度及大型数控机床上。
2）、什么是刀具半径补偿？ B 刀补和 C 刀补有何区别？（教材 p17-p20）
答:刀具半径补偿是指数控装置使刀具中心偏移零件轮廓一个指定的刀具半
径值。 刀具半径补偿直接影响数控机床加工尺寸精度 ,是机床数控系统的重要功 能 之一。 B 刀补与 C 刀补的区别 :B 刀补法在确定刀具中心轨迹时 , 采用的是读一段 , 算一段 ,再走一段的处理方法。 这样 ,就无法预计到由于刀具半 径所造成的下一 段加工轨迹对本段加工轨迹的影响。于是 ,对于给定的加工轮 廓轨迹来说 , 当加 工内轮廓时 , 为了避免刀具干涉 , 合理地选择刀具的半径以 及在相邻加工轨迹转 接处选用恰当的过渡圆弧等问题 , 为了解决下段加工轨迹 对本段加工轨迹的影响问题 , 就不得不靠程序员来处理。 C 刀补采用的方法是 , 一次对两段进行处理 , 即先预处理本段 ,然后根据下一段的方向来确定其刀具 中心轨迹的段间过渡状 态,从而便完成了本段的刀补运算处理 ,然后再从程序 段缓冲器再读一段 , 用于 计算第二段的刀补轨迹 , 以后按照这种方法进行下去 , 直至程序结束为止。目前 数控系统中普遍用的是 C 刀补。
3）、逐点比较插补包含几步？各步有何作用？（教材 p22）
答: 插补是为了机床能更准确加工出所要求的轮廓曲线。 逐点比较插补包含四 步,各步所起的作用分别是第一步 :偏差判别 ,判别刀 具当前位置相对于给
定轮廓的偏离情况 ,并以此决定刀具的进给方向。 第二步 :坐标进给 ,根据偏差判别的结果 , 控制刀具向相应坐标轴进给一步 #, 使加工点向给定轮廓靠拢 , 减小偏差。第三步 :偏差计算 ,刀具进给一步后 计算新的加工点与给定轮廓之间 的偏差 ,为下一步偏差判别做准备。 第四步 :终 点判别 ,判断刀具是否到达被 加工零件的终点 ,若到达终点 ,则结束插补 ,否则 继续插补 ,如此不断循环以 上四个节拍就可加工出所要求的曲线。
4）、请分别解释步进电动机的步距角、静态步距误差、启动频率、最高工作
频率、频矩特性的含义。 （教材 p65-p66）
答：步距角是指步进电动机每一拍转过的角度； 静态步距误差是指空载时
实测的步距角与理论的步距角之差； 启动频率是指空载时 ,步进电机由静止突
然启动并进入不失步的正常运行所容许的最高频率； 最高工作频率是指步进电
机连续运行时， 它所能接受的， 即保证不丢步运行的极限频率； 矩频特性是描
述步进电机连续稳定运行时，输出转矩 Md 与连续运行频率 f 之间的关系； 开
放式数控系统的概念：开放性的概念可从两个方面进行理解： 一是时间的开放
性，二是空间的开放性。 时间的开放性是针对软硬件平台及其规范而言的， 以保
证平台具有适应新技术的发展， 并能够接受新的设备的能力。 时间的开放性又
有可扩展和可移植性两个方面。 空间的开放性是针对系统接口及其规范化而言
的，它又可分为互操作性和互换性。
2、论述题
通过自主调研，以“开放式数控体系”为主题，阐明其概念、研究背景、研究内容及研究难点。
答: 研究背景：
数控技术正以前所未有的深度和广度深刻影响着广泛的制造业领域的发展
方向，正在给制造业带来革命性的变化。 而数控技术的核心是数控系统， 数控系统的发展方向在很大程度上决定着数控技术的发展方向。
随着数控技术的不断发展， 传统数控系统由于其采用专用的、 封闭式的体系结构，已不能适应当今制造业市场变化与竞争， 也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要。 这就迫切需要开发具有开放性、 性能稳定、价格低廉
的新型数控系统。数控系统的开放性体系结构数控系统的开放性概念出现在 80 年代末 90 年代初，是欧美各国为了适应机床制造业在技术、市场和生产组织结
构等多方面的新的变化而提出的，其目的是建立一种崭新的控制系统设计框架，使系统朝模块化、 平台化、标准化和系列化方向发展， 在联合的前提下提高产品的竞争能力。
研究内容：
可互操作性： 拥有标准化接口， 通信和交互模型。 通过提供标准化接口通讯和交互机制，使不同功能模块能以标准的应用程序接口运行于系统平台上， 并获
得平等的相互操作能力， 协调工作。可移植性：不同应用程序模块可运行于不同生产商提供的系统平台， 同时系统软件也可运行于不同特性的硬件平台之上。 不同的系统功能模块能运行在不同的系统平台之上， 因此，系统的功能软件应与设备无关，即应用统一的数据格式、控制机制，并且通过一致的设备接口，使各功能模块能运行于不同的硬件平台上。
可扩展性：提供标准化环境的基础平台，允许不同功能的模块介入， CNC 用户或二次开发者能有效地将自己的软件集成到 NC 系统中，形成自己的专用系统，其特征是通过特定功能模块的装载和卸载为用户系统增添和减少功能。
可互换性：不同性能、 不同执行能力的功能模块互相代替。 构成系统的各硬件、功能软件的选用不受单一供应商的控制，可根据功能、可靠性、性能要求相互替换，不影响系统整体的协调运行。
可伸缩性： CNC 系统的功能、规模可以灵活设置，方便修改。控制系统的大小 (硬件或元件模块 )可根据具体应用增减。
开放式数控系统的优势：
由此可以看出开放式数控系统构建于一个开放的平台上，具有模块化结构，允许用户根据需要进行选配与集成， 迅速适应不同的应用需求， 与传统的封闭式专用数控系统相比经，具有以下优点 :
具有强大的适应性和灵活配置能力，能适应多种设备，灵活配置与集成 ; 控制软件具有及时扩展和联接功能， 可顺应新技术的发展， 加入各种新功能。
可通过预留插入用户专用软件的接口的方式或提供用户 API 和编程规范，供用户编制自己的专用模块的方式，简便地实现系统的扩展 ;
能适应计算机技术和信息技术的快速发展和更新换代， 能有效保护用户原有投资 ; 操作简单，维护方便。在 PC 机上经简单编程即可实现运动控制，而不需要专门的数控软件 ;
遵循统一的标准体系结构规范，模块之间具有兼容性、互换性和互操作性 ; 技术更新，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的控制，是传统数控装置
的换代产品 ; 结构形式模块化，可以方便地相互组合，建立适用不同场合、不同功能需求的控制系统， 可明显缩短新产品的研制开发周期， 用户可以根据自己需要开发自己的功能模块 ; 将 PC 机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起， 信息处理能力强、 开放程度高、 运动轨迹控制准确、通用性好。
基于 PC 的开放式数控系统的类型：
基于 PC 的开放式数控系统能充分地利用计算机的软硬件资源，可使用通用的高级语言方便地编制程序， 用户可将标准化的外设、 应用软件进行灵活地组合和使用。使用计算机同时也便于实现网络化。
基于 PC 的开放式数控系统大致可分为以下几种类型 [1， 2]。
PC 嵌入 NC 型 ：
该类型系统是将 PC 装入到 NC 内部，PC 与 NC 之间用专用的总线连接。 系统数据传输快，响应迅速，同时，原型 NC 系统也可不加修改就得以利用。缺点是不能直接利用通用 PC，开放性受到限制，通用 PC 强大的功能和丰富的软硬件资
源不能得到有效的利用。这种数控系统尽管具有一定的开放性，但由于它的 NC 部分仍然是传统的数控系统，其体系结构还是不开放的。