2016華南理工機械設(shè)備數(shù)控技術(shù)作業(yè)資料

1、機械設(shè)備數(shù)控技術(shù)作業(yè) 一、簡答題 1、 數(shù)控機床的工作流程包括哪些內(nèi)容？ 答：工作流程包括： 數(shù)據(jù)加工程序的編制； 輸入； 譯碼； 刀具補償； 插補； 位置控制和機床加工。 2 2、 數(shù)控加工工藝處理有哪些內(nèi)容？ 答：1 1）選擇并確定進行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。 2 2） 對被加工零件的圖樣進行工藝分析，明確加工內(nèi)容和技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上確定零件的加工方案、劃分 和安排加工工序。 3 3） 設(shè)計數(shù)控加工工序。如工步的劃分，零件的定位，夾具與刀具的選擇，切削用量的確定等。 4 4） 選擇對刀點、換刀點的位置，確定加工路線，考慮刀具的補償。 5 5） 分配數(shù)控加工中的容差。 6 6） 數(shù)控加工工藝

2、技術(shù)零件的定型與歸檔 3、 數(shù)控機床編制程序的一般步驟是什么？ 答：1）圖紙工藝分析； 2） 計算運動軌跡； 3） 編制程序及初步校驗； 4） 制備控制介質(zhì)； 5） 程序的校驗和試切 4、 何謂插補？常用的插補算法有幾種？ 答：插補就是指數(shù)控裝置根據(jù)編程時的有限數(shù)據(jù)， 按照一定的算法產(chǎn)生基本線行）（直 線、圓弧等），以此為基礎(chǔ)完成所需輪廓軌跡的插補擬合工作。 插補算法有： 基準脈沖插補和數(shù)據(jù)采樣插補 5、 進給伺服系統(tǒng)的作用是什么？進給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求有哪些 ？ 答：進給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運動速度與位置，以及幾個 執(zhí)行部件按一定規(guī)律運動所合成的運動軌跡。 要求： 1）

3、 傳動精度與定位精度高； 2） 傳動剛度高和抗震性好； 3）調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性（在調(diào)速范圍內(nèi)）； 4）低摩擦和低慣量； 5）響應(yīng)速度快； 6）消除傳動間隙 7）速度穩(wěn)定性好。 6 6、 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式有哪幾種 ？各有何特點？ 答：內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。 優(yōu)點：滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。 缺點：反向器加工困難、裝配調(diào)整不方便。 外循環(huán)：滾珠在循環(huán)反向時離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外坐循環(huán)運動。（1 1）螺旋槽式；工藝簡單、 徑向尺寸小、易于制造。但擋珠器剛性差、易磨損。（ 2 2）插管式；結(jié)構(gòu)簡單、易于制造；

4、但徑向尺 寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。（ 3 3）端蓋式；結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎 曲處圓角不易準確制作而影響其性能，故應(yīng)用較少。常以單螺母形式用做升降傳動機構(gòu)。 7 7、 簡述光電式脈沖編碼器的特點。 答：1）非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好； 2）允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高； 3）光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強； 4）體積小，便于安裝，適合于機床運行環(huán)境； 5）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，光源壽命短； 6）碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動能力差。 8 簡述閉環(huán)控制系統(tǒng)位置控制原理？ 答：閉環(huán)控制系統(tǒng)分為相位比較伺服系統(tǒng)，幅值比較伺服系統(tǒng)，數(shù)字 /脈沖比較伺服系 統(tǒng)以及全數(shù)字

5、控制伺服系統(tǒng)。 1） 相位比較伺服系統(tǒng)常使用感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為檢測元件， 并以相位方式工 作。當數(shù)控裝置要求工作臺沿某一方向進給時，插補器或插補軟件便產(chǎn)生一系列進給 脈沖送入伺服系統(tǒng)。其數(shù)量代表工作臺的指令進給量， 其頻率代表工作臺的進給速度， 其方向代表工作臺的進給方向。工作臺反向進給原理與正向進給時相同。 2） 幅值比較伺服系統(tǒng)工作原理是位置檢測裝置將測量出的實際位置轉(zhuǎn)換成測量信號 幅值的大小，再通過測量信號處理電路，將幅值的大小轉(zhuǎn)換成反饋脈沖頻率的高低。 一路反饋脈沖信號進入比較器，與指令脈沖信號進行比較，從而得到位置偏差，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換、伺服放大后作為驅(qū)動伺服電機的信號，伺服

6、電機帶動工作臺移動，直到比較器 輸出信號為零時停止；另一路反饋脈沖信號進入勵磁電路，控制產(chǎn)生幅值工作方式的 勵磁信號。 3）數(shù)字/脈沖比較伺服系統(tǒng)的工作原理：當數(shù)控系統(tǒng)要求工作臺向一個方向進給時， 經(jīng)插補運算得到一系列進給脈沖作為指令脈沖 Pc,其數(shù)量代表了工作臺的指令進給 量，頻率代表了工作臺的進給速度，方向代表了工作臺的進給方向 4）全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)的工作原理：全數(shù)字數(shù)控是計算機軟件實現(xiàn)數(shù)控的各種功能， 完成各種參數(shù)的控制。在數(shù)控伺服系統(tǒng)中，主要表現(xiàn)在位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的數(shù) 字控制。 9、 數(shù)控機床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)有哪些要求？ 答：數(shù)控機床的伺服驅(qū)動應(yīng)該滿足以下幾個方面的要求： 1）精

7、度高； 2）穩(wěn)定性好； 3）快速響應(yīng)并無超調(diào)； 4）調(diào)速范圍寬； 5）低速大轉(zhuǎn)矩 10、 簡述電火花加工原理。 答：電火花加工就是利用電極間隙脈沖放電產(chǎn)生局部瞬間高溫， 對金屬材料實現(xiàn)熔化、 氣化，從而腐蝕多余金屬材料，達到一定形狀、尺寸及表面質(zhì)量零件的工藝方法。 11、 簡述永磁直流伺服電機的性能特點。 答：永磁直流伺服電機能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時間工作以及電機的轉(zhuǎn)子慣量打，能直 接與絲桿相連而不需中間傳動裝置。此外，它還有一個特點是可在低速下運轉(zhuǎn)，如能 在 1r/min 甚至在 0.1r/min 下平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)。 它的缺點是有電刷， 限制了轉(zhuǎn)速的提高， 一般額定轉(zhuǎn)速為 1000r/mi n-1

8、500r/mi n ，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較貴。 12、 簡述數(shù)控編程中鉆孔時固定循環(huán)指令的循環(huán)動作有哪些？ 答：1） X 軸和丫軸的快速定位； 2）刀具快速從初始點進給到 R 點； 3）以切削進給的方式執(zhí)行孔加工的動作； 4）在孔底相應(yīng)的動作； 5）返回到 R 點； 6）快速返回到初始點。 二、論述題 1、數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)分類及其特點？ 答:數(shù)控裝置是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，其硬件結(jié)構(gòu) 1 1 ）按 CNCCNC 裝置中各印制電路板的插接方式不同，可以分為大板式結(jié)構(gòu)和功能模塊式結(jié)構(gòu)；大板式結(jié)構(gòu)緊湊，可 靠性高，但其硬件功能不易變動，柔性低。 2 2）按制造方式不同可分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機型結(jié)構(gòu)

9、。專用型結(jié)構(gòu)布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，專用性強，但彼此 之間愛不能進行交換和替代，沒有通用性強。個人計算機型結(jié)構(gòu)抗干擾和惡劣環(huán)境的能力強，與一般 PCPC 機完全兼 容。 3 3 ）按 CNCCNC 裝置中微處理器的個數(shù)不同分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。單微處理器結(jié)構(gòu)只有一個微處理 器，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，采用集中控制，分時處理的工作方式完成數(shù)控加工中的各個任務(wù)。多微處理器結(jié)構(gòu)性價 比高，可靠性高，硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。 2、 試述 CNC 系統(tǒng)兩種典型的軟件結(jié)構(gòu)？ 答：1 1）前后臺型軟件結(jié)構(gòu)； 適用于集中控制的單微處理器的 CNCCNC 裝置，前臺程序微實時中斷程序，承擔了幾乎所有的中斷功

10、能，后臺程序主 要完成準備工作和管理工作。 2 2） 多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)； 是根據(jù)數(shù)控功能能上的相互獨立性按實時性的高低將它們分別歸入不同級別的中斷服務(wù)程序中， 從而組成一個嵌套 的多重中斷型結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的管理功能只能通過各級中斷服務(wù)程序之間的通訊實現(xiàn) 3 3） 功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)； 多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個微處理器分管各自的任務(wù)，形成特定的功能模塊，相應(yīng)的軟件也模塊化，形成功能模塊化 結(jié)構(gòu)，因此在相應(yīng)的硬件功能模塊中，使 CNCCNC 裝置的處理速度更快，結(jié)構(gòu)也更加緊湊。 3、 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)關(guān)系到機床的加工性能，為了保證其定位精度和動態(tài)性能， 對進給傳動裝置提出了哪些要求？ 答：1 1

11、）數(shù)控機床主傳動要有較寬的調(diào)速范圍，以保證加工時選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加 工精度和表面質(zhì)量。 2 2） 數(shù)控機床主軸的變速是依指令自動運行的，要求能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行無級調(diào)速，并減少中間傳遞環(huán)節(jié)， 簡化主軸箱。 3 3） 要求主軸在整個范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速度范圍內(nèi)提供主軸電動機的最大功率，即恒功 率范圍要寬。 4 4） 要求主軸在正反轉(zhuǎn)動時均可進行自動加減速控制，即要求具有四象限驅(qū)動能力，并且加減速時間。 5 5） 為滿足加工中心自動換刀（ATCATC）以及某些加工工藝的需要，要求主軸具有高精度的準?？刂?。 6 6） 在車削中心上，還要求主軸具有

12、旋轉(zhuǎn)進給軸（ C C 軸）的控制功能。 4 4、 我國標準如何規(guī)定數(shù)控機床坐標軸和運動方向？ 答：1 1）坐標和運動方向命名的原則： 永遠假定刀具相對于靜止的工件坐標系而運動； 2 2） 標準坐標系（機床坐標系）的規(guī)定 ： 右手直角迪卡兒坐標系如圖所示。大拇指的方向為 X X 軸的正方向，食指為 Y Y 軸的正方向。 3 3） 運動方向的確定： （1 1） 正方向： 是增大工件和刀具之間的距離的方向。 （2 2） 移動坐標方向的確定： a.a. Z Z 坐標：由傳遞切削力的主軸所決定，與主軸軸線平行的坐標軸即為 Z Z 坐標。 b.b. X X 坐標：規(guī)定 X X 坐標為水平方向，且垂直于 Z

13、 Z 軸并平行于工件的裝夾面。 c.c. Y Y 坐標：Y Y 坐標軸垂直于 X X、Z Z 坐標軸，其運動的正方向根據(jù) X X 和 Z Z 坐標的正方向，按照右手直 角迪卡兒坐標系來判斷。 （3 3） 旋轉(zhuǎn)坐標方向的確定： a.a.旋轉(zhuǎn)運動 A A、B B、C C :右手螺旋 b.b.主軸旋轉(zhuǎn)運動方向：主軸的順（逆）時針旋轉(zhuǎn)運動方向（正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），是按照右（左）旋螺 紋旋入工件的方向 4 4）絕對坐標系與增量（相對）坐標系 （1 1） 絕對坐標系 刀具（或機床）運動軌跡的坐標值是以相對于固定的坐標原點 0 0 給出的，即稱為絕對坐標。 該坐標 系為絕對坐標系。 （2 2） 增量（相對）坐標系

14、 刀具（或機床）運動軌跡的坐標值是相對于前一位置（起點）來計算的，即稱為增量（或相對）坐 標，該坐標系稱為增量坐標系。 5、數(shù)控機床主傳動的配置形式有哪幾種？特點是什么？ 答：數(shù)控機床主傳動的配置形式有： 1） 帶有變速齒輪的主傳動； 是大、中型數(shù)控機床采用較多的傳動變速方式。 2） 通過帶傳動的主傳動； 主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，可克服齒輪傳動引起的振動與噪聲，但只能適用于低扭 矩特性要求的主軸。 3） 由伺服電動機直接驅(qū)動的主傳動； 這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度， 主軸轉(zhuǎn)速高，但主軸輸出扭矩較小，電機發(fā)熱對主軸的精度影響較大。 6、刀具半徑補償指

15、令應(yīng)用注意哪些事項？ 答：（1）刀具半徑補償模式的建立與取消程序段，只能在 GO0 或 G01 移動指令模式 下才有效，必須是在補償平面內(nèi)不為零的直線移動，僅第三軸的移動不能建立和取消 補償。當然，現(xiàn)在有部分系統(tǒng)也支持 G02、G03 莫式，但為防止出現(xiàn)差錯 ，在半徑補 償建立與取消程序段最好不使用 G02、G03 旨令。 （2） 為保證刀補建立與刀補取消時刀具與工件的安全， 通常采用 C01 運動方式來建立或 取消刀補。如果采用 G00 方式來建立或取消刀補，則要采取先建立刀補再下刀和先退 刀再取消刀補的加工方法。 （3） 補正值的正負號改變時，G41 及 G42 的補正方向會改變，女口 G

16、41 指令給予正值時， 其補正向左，若給予負值時，其補正會向右（同理于 G42），故一般鍵入正值（即銑刀半 徑值）較合理。 （4） 為了便于坐標計算，可采用切向切人方式或法向切人方式來建立或取消刀補。 對于 不便于沿工件輪廓線方向切向或法向切入切出時，可根據(jù)情況增加一個輔助程序段。 （5） 便用刀具補償?shù)臅r機，最好是刀具切人工件前完成，取消在切出后完成。 （6） 在刀具補償模式下，一般不允許連續(xù)兩段以上的非補償平面內(nèi)移動指令， 否則刀具 會出現(xiàn)過切等危險動作。 (7) 在補正狀態(tài)下，銑刀的直線移動量及內(nèi)側(cè)圓弧切削的半徑值要大于等于銑刀半徑, 否則補正向量產(chǎn)生干涉，發(fā)生過切。 (8) 刀具半徑補

17、償建立與取消程序段的起始位置與終點位置最好與補償方向在同一側(cè), 以防止在刀具半徑補償建立與取消過程中刀具產(chǎn)生過切現(xiàn)象， 三、編程題(編寫程序按 FANU 系統(tǒng)) 1、試編寫如圖所示零件的精加工程序。要求自定走刀路線和寫出基點坐標值。主軸轉(zhuǎn)速 S=500 (r/min )，F(xiàn)=160 (mm/mir)，刀補可以自行擬定。 加工路線：A A 快進至 B B C C D D E E F F G G H H B B 快速返回起刀 A A 起刀點：A A（ 0 0，0 0） 基點坐標：B B（4040，2020），C C（4040, 6060），D D（7070，9090），E E（ 110110，90

18、90），F(xiàn) F（ 120120，8080），G G（ 120120，4040），H H（ 100100，2020） 加工程序（參考）： 02007 N010 G92 X0 Y0 ； /設(shè)定工件坐標系 N020 G00 G41 D01 X40 Y20 S500 M03 M08 ； /B N030 G01 X40 Y60 F160.0 ； /C N040 G03 X70 Z90 I0 J30 ； /D N050 G01 X110 Y90 ； /E N060 G02 X120 Y80 I0 J-10 ； /F N070 G01 X120 Y40 ； /G N080 X100 Y20 ； /H N09

19、0 X40 Y20 ； /B N100 G00 G40 X0 Y0 M05 M09 M02 ； / 2、如圖所示板類零件，其厚度為 10mm 需進行外輪廓的銑削精加工，精加工余量為 0.2mm 選擇的立銑刀直徑為 20。試列表寫出該零件輪廓的精加工程序，并加以注釋，刀具的轉(zhuǎn) 速、進給速度和刀補自行擬定。 + S |o, 1 I I r 打 00001 程序代號 N01 G00 G90 X120 Y60 Z50 絕對值輸入，快速進給到 X120 Y60 Z50 N02 X100 Y40 M03 M08 S500 快速進給到 X100 Y40 切削液開，主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 500r/min N03 Z

20、-11 快速向下進給到 Z-11 N04 G01 G41 X70 Y10 D012 F100 直線插補到 X70 Y10，刀具半徑左補償 D012=10mm, 進給速度 100mm/s N05 Y-10 直線插補到 X70 Y-10 N06 G02 X40 Y-40 R30 順圓插補到 X40 Y-40,半徑為 30mm N07 G01 X-70 直線插補到 X-70 Y-40 N08 Y40 直線插補到 X-70 Y40 N09 X40 直線插補到 X40 Y40 N10 G03 X70 Y10 R30 逆圓插補到 X70 Y10,半徑為 30mm N11 G01 X85 直線插補到 X85

21、 Y10 N12 G00 G40 X100 Y40 快速進給到 X100 Y40，取消刀具半徑補償 N13 X120 Y60 Z50 快速進給到 X120 Y60 Z50 N14 M30 程序結(jié)束，系統(tǒng)復(fù)位 3、在下圖中，當不考慮刀具的實際尺寸加工下面輪廓形狀時，試編寫精加工程序。轉(zhuǎn)速 和進給速度自定。 U J iB 25 4rk A 巾40 E 0 * 2 圖播補軌謖 04321; G00 X40 Z0 M03 S500 T0101; G01 X0 F10; G00 X38 Z1; G01 X50 Z-25; Z-62; G03 X66 Z70 R8; G01 Z-80; G00 X70;