機械設備數(shù)控技術(shù)平時作業(yè)郭智勇

1、2017-2018第一學期機械設備數(shù)控技術(shù)作業(yè)一、簡答題(每小題3分，計36分)1、數(shù)控機床由哪些部分組成？數(shù)控機床加工零件的工作流程包括哪些內(nèi)容？答：數(shù)控機床由哪些部分組成： (1)、主機：他是數(shù)控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。 (2)、數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，包括硬件(印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等)以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 (3)、驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電及進給電機等。他在數(shù)控

2、裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 (4)、輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運動，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)則等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝備等。 (5)、編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。數(shù)控機床加工零件的工作流程包括哪些內(nèi)容：(1) 、數(shù)據(jù)加工程序的編制。 (2)、輸入。 (3)、澤碼。 (4)、刀具補償。 (5)、插補。 (6)、 位置控制和機加工。2、 數(shù)控加工工藝的特點表現(xiàn)在哪些方面？

3、答：(1)、工序的內(nèi)容復雜，這是由于數(shù)控機床比普通機床價格貴，若只加工簡單工序在經(jīng)濟上不合算，所以在數(shù)控機床上通常安排較復雜的工序，基至在普通機床上難以完成的工序。 (2)、工步的安排更為詳盡，這是因為在普通機床的加工工藝中不必考慮的問題，如工序內(nèi)工步的安排、對刀點、換刀點及加工路線路確定等問題，在編制數(shù)控機床加工工藝時卻不能忽略。 (3)、依靠程序完成所有工藝過程。 (4)、數(shù)控機械加工程序是數(shù)控機床的指令性文件。 (5)、數(shù)控機床受控于程序指令，加工的全過程都是按程序指令自動進行的。 (6)、數(shù)控機械加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括了完成工藝過程所必需的工藝參數(shù)，如切削用量，進給

4、路線、刀具尺寸編號以及機床的運動過程。 (7)、數(shù)控加工效率高，加工精度高，勞動強度低，對不同工件適應能力強。3、 數(shù)控加工時工序和工步如何劃分及原則？ 答：工序的劃分 (1)、以零件的夾定位方式劃分工序，由于每個零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各個表面的技術(shù)要求也不同，所以在加工中，其定位方式就各有差異。一般加工零件外形時，以內(nèi)形定位；在加工零件內(nèi)形時以外形定位，可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。 (2)、按粗、精工序劃分加工:根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來時行劃分工序，即先進行粗加工，再進行精加工。此時可以使用不同的機床或不同的刀具進行加工。通常在一次安裝中，

5、不允許將零件的其它表面。為了減少換刀次數(shù)，縮短空行程運行時間，減少不必要的定位誤差，可以按照使用相同刀具來集中加工工序的方式來進行零件的加工出能加工到的所有部位，然后再更換另一把刀具加工零件的其它部位，在專用數(shù)控機床和加工中心中常常采用這種方式。 工步的劃分：工步的劃分主要從加工精度和生效率兩方面不考慮。一個工序內(nèi)往往需要采用不同的切削刀具和切削用量對不同的表面進行工。為了便于分析和描述復雜的零件，在工序內(nèi)又細分為工步。 工步劃分的原則是： (1)、同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分開進行。 (2)、對于既有銑削平面又有鏜孔加工表面的零件，可按先銑削

6、平面后鏜孔進行加工，因為按此方式劃分工步，可以提提高孔的加工精度。因為銑削平面時切削力較大，零件易發(fā)生變形。先銑平面后鏜孔，可以使其有一段時間恢復變形，并減少由此變形引起對孔的精度的影響。 (3)、按使用刀具來劃分工步。某些機床工作臺的回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短，可以采用按使用刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工效率。4、 數(shù)控銑削時環(huán)切法和行切法各有何特點？分別適用于什么場合？答：(1)、兩種加工路線的共同特點是都能切盡內(nèi)腔中全部面積，不留死角，不傷輪廓，同時盡量減少重復進給的搭接量。 (2)、行切法的加工路線比環(huán)切法短，但行切洗法會在每兩次進給的起點與終點間留下殘留面積，達不到所要求的表面粗糙

7、度；用換切法獲得的表面粗糙度要好于行切法，但環(huán)切法需要逐次向外擴展輪廓線，刀位點計算稍微復雜一些。5、 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。6、簡述加工中心（FANUC系統(tǒng)）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Y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)、在孔底相應的動作(5)、返回到R點(6)、快速返回到初始點 7、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

8、照一定的算法產(chǎn)生基本線行(直線 圓弧等)以此為基礎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。8、 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)、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)、低摩擦和低慢量 (5)、響應速度快 (6)、消除傳動間隙 (7)、速度穩(wěn)定性好。9、 常見的滾珠絲杠螺母副的軸向間隙消除和預緊有哪些方式？答：(1)、徑向調(diào)節(jié) (2)、

9、軸向調(diào)節(jié)(3)、滾珠絲桿支撐式10、 光柵尺由哪些部件構(gòu)成？它與數(shù)控機床的連接方式如何？其工作原理是什么？答：光柵尺由標尺光柵和指示光柵構(gòu)成。標尺光柵一般安裝在機床活動部件上（如工作臺上或絲杠上）。光柵讀數(shù)頭安裝在機床固定部件上（如機床底座上），指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。工作原理是：光讀頭通過檢測莫爾條紋個數(shù)，來“讀取”光柵刻度，然后再根據(jù)驅(qū)動電路的作用，計算出光柵尺的位移和速度。11、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)字控制伺服系統(tǒng)。(1) 、相位比較伺服系統(tǒng)常使用感同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為檢測元件，并以相應方式

10、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) 、

11、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)，速度和電流環(huán)的數(shù)字控制。12 簡述交流伺服電動機的機械特性？答：電機的機械特性：當定子電壓和頻率為定值是，電磁轉(zhuǎn)距T與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。交流伺服電機為了便于控制轉(zhuǎn)速，把轉(zhuǎn)子電阻設計的很高，使電機的機械特性變得很軟(不是很硬)，即轉(zhuǎn)速低時，電磁轉(zhuǎn)矩較大。作為伺

12、服機，交流伺服電機除了必須具有線性度很好的機械特性和調(diào)節(jié)特性，還必須具有伺服性：即控制信號電壓強時，電動機轉(zhuǎn)速高；控制信號電壓弱時，電動機轉(zhuǎn)速低；若控制信號電壓等于零，則電動機不轉(zhuǎn)。但是普通異步電動機的轉(zhuǎn)速不是轉(zhuǎn)矩的單值函數(shù)，而且只能在一定范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，作為驅(qū)動用途的電動機，這一特性是合適的。但作為伺服電動機，則要求機械特性必須是單值函數(shù)并盡量具有線性特性，以確保在整個調(diào)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。為滿足這一要求，通常的做法是，加大轉(zhuǎn)子電阻，使得產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率。使電動機在整個調(diào)速范圍內(nèi)接近線性。一般情況下，轉(zhuǎn)子電阻越大，機械特性越接近線性，但堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大輸出功率越小，效率越低。因此，交流伺

13、服電機的效率比一般驅(qū)動用途的電機低?？傊涣魉欧姍C必須有線性度好的機械特性和調(diào)節(jié)特性外，還必須具有伺服性。二、論述題(每小題5分，計30分)1、試述數(shù)控裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點和軟件結(jié)構(gòu)模式？答：數(shù)控裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點：多任務并行處理：所謂的并行處理是指計算機在同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上的性質(zhì)相同或不同的工作。并行處理的最大好處是提高了運算速度 實時中斷處理（主要靠硬件完成） 軟件結(jié)構(gòu)模式：前后臺型軟件結(jié)構(gòu)和中斷型軟件結(jié)構(gòu)。2、 數(shù)控機床中PLC實現(xiàn)的功能有哪些？答：數(shù)控機床中PLC實現(xiàn)M、S、T功能；機床外部開關(guān)量信號控制功能；輸出信號控制功能；伺服控制功能；報警處理功能；其它介

14、質(zhì)輸入裝置互聯(lián)控制。3、根據(jù)數(shù)控機床的使用場合和結(jié)構(gòu)特點，對機床的機械結(jié)構(gòu)設計應保證哪些技術(shù)要求？4、數(shù)控機床坐標系和運動方向是如何規(guī)定？答：數(shù)控機床直線運動的坐標軸X、Y、Z，規(guī)定為右手笛卡爾。X、Y、Z的正方向是使工件尺寸增加的方向，即增大工件和刀具距離的方向，而X軸是水平的，并平行于工件的裝夾面，最后Y軸就可按右手笛卡爾坐標系確定。通常以平行于主軸的軸線為Z軸，取刀具遠離工件的方向為正向，數(shù)控車床取橫向滑座方向為X軸，取刀具遠離工件的方向為正向；立式數(shù)控銑床取面對立柱，右手方向為正X方向，臥式數(shù)控銑床從主軸后端往刀具方向看，右手方向為正X方向。三個旋轉(zhuǎn)坐標A、B、C相應表示其軸線平行于X

15、、Y、Z的旋轉(zhuǎn)運動，A、B、C的正向相應地為在X、Y、Z的正方向向上按右旋螺紋前進的方向。上述規(guī)定一律假定工件靜止，刀具相對運動。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)、通過帶傳動的主轉(zhuǎn)動：主要應用在小型數(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、 數(shù)控機床對

16、進給伺服系統(tǒng)有哪些要求？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)、通過帶傳動的主轉(zhuǎn)動：主要應用在小型數(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。三、編程題（編寫程序按FANUC系統(tǒng)）(每小題6分，計24分)1、試編寫如圖所示零件的精銑加工程序，板厚10mm。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/min），采用直徑10mm端銑刀，刀補號可以自行擬定。2、 編寫下圖零件的精銑加工程序,編程原點建在工件左下角上表面處。工件厚度為2mm。Y0X3、在下圖中，當不考慮刀具的實際尺寸加工下面輪廓形狀時，試編寫精車加工程