機械設備數控技術平時作業(yè)郭智勇

1、2017-2018 第一學期機械設備數控技術作業(yè)一、簡答題 ( 每小題 3 分，計 36 分 )1、數控機床由哪些部分組成？數控機床加工零件的工作流程包括哪些內容？答：數控機床由哪些部分組成：(1) 、主機：他是數控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。他是用于完成各種切削加工的機械部件。(2)、數控裝置，是數控機床的核心，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，用于輸入數字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲，數據的變換、插補運算以及實現各種 控制功能。(3) 、驅動裝置，他是數控機床執(zhí)行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電及進給

2、電機等。他在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現主軸和進給驅動。當幾個進給聯動時，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，指數控機床的一些必要的配套部件，用以保證數控機床的運動，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、數控轉臺和數控分度頭，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。數控機床加工零件的工作流程包括哪些內容：(1) 、數據加工程序的編制。 (2) 、輸入。 (3) 、澤碼。 (4) 、刀具補償。 (5) 、插補。(6) 、 位置控制和機加工。2、數控加工工

3、藝的特點表現在哪些方面？答： (1) 、工序的內容復雜，這是由于數控機床比普通機床價格貴，若只加工簡單工序在經濟上不合算，所以在數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) 、數控機械加工程序是數控機床的指令性文件。(5) 、數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

4、的工藝參數，如切削用量，進給路線、刀具尺寸編號以及機床的運動過程。(7) 、數控加工效率高，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，由于每個零件結構形狀不同，各個表面的技術要求也不同，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，以內形定位；在加工零件內形時以外形定位，可根據定位方式的不同來劃分工序。(2) 、按粗、精工序劃分加工: 根據零件的加工精度、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

5、進行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件的其它表面。為了減少換刀次數，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

6、加工表面的零件，可按先銑削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，提高加工效率。4、數控銑削時環(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

7、面積，達不到所要求的表面粗糙度；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。(5) 、程序的校驗和試切。6、簡述加工中心(FANU京統(tǒng))數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( 直線 圓弧等 ) 以此

8、為基礎(7) 何謂插補？常用的插補算法有幾種？答：插補就是指數控裝置根據編程時的有限數據，按照一定的算法產生基本線行完成所需輪廓軌跡的插補擬合工作。插補算法有：基準脈沖插補和數據采樣插補8、進給伺服系統(tǒng)的作用是什么？進給伺服系統(tǒng)的技術要求有哪些？答：進給伺服系統(tǒng)能根據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：(i)、傳動精度與定位精度高(2) 、傳動剛度高和抗震性好(3) 、調速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性(在調速范圍內)(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

9、消除和預緊有哪些方式？答：(1)、徑向調節(jié)(2)、軸向調節(jié)(3)、滾珠絲桿支撐式10、光柵尺由哪些部件構成？它與數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頭中。工作原理是：光讀 頭通過檢測莫爾條紋個數，來“讀取”光柵刻度，然后再根據驅動電路的作用，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)，數字/脈沖比較伺服系統(tǒng)以及全數字控制伺服系統(tǒng)。(1)、相位比較伺服系統(tǒng)常使

10、用感同步器和旋轉變壓器作為檢測元件，并以相應方式工作，當數控裝置 要求工作臺沿某一方向進給時，插補器或插補軟件便產生一系列進給脈沖送入伺服系統(tǒng)，其數量代表工作臺 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D/A轉換伺服放大后作為驅動伺服電機的信號，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

11、入勵磁電路，控制產生幅值工作方式的勵磁信號。（3）、數字/脈沖比較伺服系統(tǒng)的工作原理，當數控系統(tǒng)要求工作臺向一個方向進給時，經插補運算得到一系列進給脈沖作為指令脈沖PC,其數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）、全數字控制伺服系統(tǒng)的工作原理，全數字控是計算機軟件實現數控的各種功能，完成各種參數的 控制，在數控伺服系統(tǒng)中，主要表現在位置環(huán)，速度和電流環(huán)的數字控制。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，電磁轉距T與轉速n之間的關系。交流伺服電機為了便于控制轉速，把轉子電阻設計的很高， 使電機的機械特性

12、變得很軟 （不是很硬），即轉速低時，電磁轉矩較大。 作為伺服機，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，電動機轉速高；控制信號電壓弱時，電動機轉速低；若控制信號電壓等于零，則電動機不轉。但是普通異步電動機的轉速不是轉矩的單值函數，而且只能在一定范圍內穩(wěn)定運行，作為驅動用途的電動機，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并盡量具有線性特性，以確保在整 個調速范圍內穩(wěn)定運行。為滿足這一要求，通常的做法是，加大轉子電阻，使得產生最大的轉矩時的轉差率。 使電動機在整個調速范圍內接近線性。一般情況下，轉子電阻越大，機械特性

13、越接近線性，但堵轉轉矩和最 大輸出功率越小，效率越低。因此，交流伺服電機的效率比一般驅動用途的電機低?？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、試述數控裝置的軟件結構特點和軟件結構模式？答：數控裝置的軟件結構特點：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完成兩種或兩種以上的性質相同或不同的工作。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）軟件結構模式：前后臺型軟件結構和中斷型軟件結構。2、數控機床中PLC現的功能有哪些？答：數控機床中PLC實現M S、T功能；機床外部開關量信號控制功能；輸出

14、信號控制功能； 伺服控制功能；報警處理功能；其它介質輸入裝置互聯控制。3、根據數控機床的使用場合和結構特點，對機床的機械結構設計應保證哪些 技術要求？4、數控機床坐標系和運動方向是如何規(guī)定？答：數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；立式數控銑床取面對立柱，右手方向為正 X 方向，臥式數控銑床從主軸后端往刀具方向看，右手方向為

15、正 X方向。三個旋轉坐標A、B、C相應表示其軸線平行于X、Y、Z的旋轉運動，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、數控機床主傳動的配置形式有哪幾種？特點是什么？答：數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，中型數控機床采用較多的傳動變速方式。(2) 、通過帶傳動的主轉動：主要應用在小型數控機床上，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構，有效地提高了主軸部件的剛度，主

16、軸轉速高，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、數控機床對進給伺服系統(tǒng)有哪些要求？答：數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，中型數控機床采用較多的傳動變速方式。(2) 、通過帶傳動的主轉動：主要應用在小型數控機床上，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構，有效地提高了主軸部件的剛度，主軸轉速高，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FANU系統(tǒng))(每小題6分，計24分)1、試編寫如圖所示零件的精銃加工程序，

17、板厚10mm要求自定走刀路線和寫出基點坐標值。主軸轉速S=500(r/min ) , F=160 (mm/min ,采用直徑10mm 端銑刀，刀補號可以自行擬定。H2、編寫下圖零件的精銃加工程序,編程原點建在工件左下角上表面處。工件厚度為2mm3、在下圖中，當不考慮刀具的實際尺寸加工下面輪廓形狀時，試編寫器“ 車加工程序。轉速s=800r/min和進給速度f=0.3mm/r4、編寫下圖零件的精車加工程序。工件坐標系原點建在工件右端面中心 轉速和進給速度自定。(以上編程題，語法正確，工藝合理即可滿分)四、計算題(每小題5分，計10分)1、設在第一象限插補直線段OA起點為坐標原點0(0,0),終點

18、為A (3 , 5)。試用逐點比較法 進行插補，要求：列表填寫插補計算過程；畫出插補軌跡圖。根計靠過程加克:節(jié)用判判函數透給方向慎格與差與計卓終點判別起始Fd33 Y*=5n=X.e+Y&=aLF>=0+xFl=-5n=®-l=7心F-+YFs=-2n=7-lG3F-2<0+YF?Tn=C-l=3門=】+Kn=57=43Fi=-1<0+Y用.=-【n=4-l=36Fs=-l<0+YFgn=3-l=27FE+XFr=-3SFt=-3<0+Y階口n=1-1=03、設在第一象限插補直線段OA其起點坐標為O(0, 0),終點坐標為A (6 , 7), 試列表寫出其逐點比較法直線插補運算過程，弁繪出其插補軌跡。解：計算過程如表:有拍判別函數進給方向偏差與坐標計兌終點判別起始FoXd Yo=7樣叫片131Fo-