機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù)平時(shí)作業(yè)郭智勇

1、2017-2018 第一學(xué)期機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù)作業(yè)一、簡答題 ( 每小題 3 分，計(jì) 36 分 )1、數(shù)控機(jī)床由哪些部分組成？數(shù)控機(jī)床加工零件的工作流程包括哪些內(nèi)容？答：數(shù)控機(jī)床由哪些部分組成：(1) 、主機(jī)：他是數(shù)控機(jī)床的主題，包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。他是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。(2)、數(shù)控裝置，是數(shù)控機(jī)床的核心，包括硬件(印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等)以及相應(yīng)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(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種 控制功能。(3) 、驅(qū)動裝置，他是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給單元、主軸電及進(jìn)給

2、電機(jī)等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動時(shí)，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(jī)床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)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(shè)備，可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲等。數(shù)控機(jī)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(bǔ)償。 (5) 、插補(bǔ)。(6) 、 位置控制和機(jī)加工。2、數(shù)控加工工

3、藝的特點(diǎn)表現(xiàn)在哪些方面？答： (1) 、工序的內(nèi)容復(fù)雜，這是由于數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床價(jià)格貴，若只加工簡單工序在經(jīng)濟(jì)上不合算，所以在數(shù)控機(jī)床上通常安排較復(fù)雜的工序，基至在普通機(jī)床上難以完成的工序。(2) 、工步的安排更為詳盡，這是因?yàn)樵谄胀C(jī)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(diǎn)、換刀點(diǎn)及加工路線路確定等問題，在編制數(shù)控機(jī)床加工工藝時(shí)卻不能忽略。(3) 、依靠程序完成所有工藝過程。(4) 、數(shù)控機(jī)械加工程序是數(shù)控機(jī)床的指令性文件。(5) 、數(shù)控機(jī)床受控于程序指令，加工的全過程都是按程序指令自動進(jìn)行的。(6) 、數(shù)控機(jī)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(shù)，如切削用量，進(jìn)給路線、刀具尺寸編號以及機(jī)床的運(yùn)動過程。(7) 、數(shù)控加工效率高，加工精度高，勞動強(qiáng)度低，對不同工件適應(yīng)能力強(qiáng)。3、 數(shù)控加工時(shí)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(gè)零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各個(gè)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(shí)，以內(nèi)形定位；在加工零件內(nèi)形時(shí)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(shí)，可按粗、精加工分開的原則來時(shí)行劃分工序，即先進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行精加工。此時(shí)可以使用不同的機(jī)床或不同的刀具

5、進(jìn)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(shù)，縮短空行程運(yùn)行時(shí)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(jìn)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(jī)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(gè)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(jìn)行工。為了便于分析和描述復(fù)雜的零件，在工序內(nèi)又細(xì)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(jìn)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(jìn)行加工，因?yàn)榘创朔绞絼澐止げ?，可以提提高孔的加工精度。因?yàn)殂娤髌矫鏁r(shí)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(shí)間恢復(fù)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(jī)床工作臺的回轉(zhuǎn)時(shí)間比換刀時(shí)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(shí)環(huán)切法和行切法各有何特點(diǎn)？分別適用于什么場合？答： (1) 、兩種加工路線的共同特點(diǎn)是都能切盡內(nèi)腔中全部面積，不留死角，不傷輪廓，同時(shí)盡量減少重復(fù)進(jìn)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(jìn)給的起點(diǎn)與終點(diǎn)間留下殘留

7、面積，達(dá)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(kuò)展輪廓線，刀位點(diǎn)計(jì)算稍微復(fù)雜一些。5、數(shù)控機(jī)床編制程序的一般步驟是什么？答： (1) 、圖紙工藝分析。(2) 、計(jì)算運(yùn)動軌跡。(3) 、編制程序及初步校驗(yàn)。(4) 、制備控制介質(zhì)。(5) 、程序的校驗(yàn)和試切。6、簡述加工中心(FANU京統(tǒng))數(shù)控編程中鉆孔時(shí)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(diǎn)進(jìn)給到R點(diǎn)(3) 、以切削進(jìn)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(diǎn)(6) 、快速返回到初始點(diǎn)( 直線 圓弧等 ) 以此

8、為基礎(chǔ)(7) 何謂插補(bǔ)？常用的插補(bǔ)算法有幾種？答：插補(bǔ)就是指數(shù)控裝置根據(jù)編程時(shí)的有限數(shù)據(jù)，按照一定的算法產(chǎn)生基本線行完成所需輪廓軌跡的插補(bǔ)擬合工作。插補(bǔ)算法有：基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)8、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用是什么？進(jìn)給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求有哪些？答：進(jìn)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(yùn)動速度與位置，以及幾個(gè)執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn) 動所合成的運(yùn)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(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(yīng)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(yù)緊有哪些方式？答：(1)、徑向調(diào)節(jié)(2)、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(jī)床的連接方式如何？其工作原理是什么？答：光柵尺由標(biāo)尺光柵和指示光柵構(gòu)成。標(biāo)尺光柵一般安裝在機(jī)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(jī)床固定部件上(如機(jī)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(gè)數(shù)，來“讀取”光柵刻度，然后再根據(jù)驅(qū)動電路的作用，計(jì)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

10、用感同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為檢測元件，并以相應(yīng)方式工作，當(dāng)數(shù)控裝置 要求工作臺沿某一方向進(jìn)給時(shí)，插補(bǔ)器或插補(bǔ)軟件便產(chǎn)生一系列進(jìn)給脈沖送入伺服系統(tǒng)，其數(shù)量代表工作臺 的指令進(jìn)給量其頻率代表工作臺的進(jìn)給速度，其方向代表工作臺的進(jìn)給方向，工作臺反向進(jìn)給原理與正向進(jìn)給時(shí)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(shí)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(jìn)入比較器，與指令脈沖信號進(jìn) 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(jī)的信號，伺服電機(jī)帶動工作臺移動，直到比較器輸出信號為零時(shí)停止，另一路反饋脈沖信號進(jìn)

11、入勵(lì)磁電路，控制產(chǎn)生幅值工作方式的勵(lì)磁信號。（3）、數(shù)字/脈沖比較伺服系統(tǒng)的工作原理，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)要求工作臺向一個(gè)方向進(jìn)給時(shí)，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算得到一系列進(jìn)給脈沖作為指令脈沖PC,其數(shù)量代表了工作臺的指令進(jìn)給量，頻率代表了工作臺的進(jìn)給速度，方向代表了工作臺的進(jìn)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(jì)算機(jī)軟件實(shí)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(jī)的機(jī)械特性？答：電機(jī)的機(jī)械特性：當(dāng)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(jī)為了便于控制轉(zhuǎn)速，把轉(zhuǎn)子電阻設(shè)計(jì)的很高， 使電機(jī)的機(jī)械特性

12、變得很軟 （不是很硬），即轉(zhuǎn)速低時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩較大。 作為伺服機(jī)，交流伺服電機(jī)除了必須具有線性度很好的機(jī)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(qiáng)時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速高；控制信號電壓弱時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速低；若控制信號電壓等于零，則電動機(jī)不轉(zhuǎn)。但是普通異步電動機(jī)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(yùn)行，作為驅(qū)動用途的電動機(jī)，這一特性是合適的。但作為伺服電動機(jī)，則要求機(jī)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(gè)調(diào)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)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(shí)的轉(zhuǎn)差率。 使電動機(jī)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)接近線性。一般情況下，轉(zhuǎn)子電阻越大，機(jī)械特性

13、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，交流伺服電機(jī)的效率比一般驅(qū)動用途的電機(jī)低?？傊涣魉欧姍C(jī)必須有線性度好的機(jī)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(jì)30分）1、試述數(shù)控裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軟件結(jié)構(gòu)模式？答：數(shù)控裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多任務(wù)并行處理：所謂的并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)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(yùn)算速度實(shí)時(shí)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(jī)床中PLC現(xiàn)的功能有哪些？答：數(shù)控機(jī)床中PLC實(shí)現(xiàn)M S、T功能；機(jī)床外部開關(guān)量信號控制功能；輸出

14、信號控制功能； 伺服控制功能；報(bào)警處理功能；其它介質(zhì)輸入裝置互聯(lián)控制。3、根據(jù)數(shù)控機(jī)床的使用場合和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證哪些 技術(shù)要求？4、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系和運(yùn)動方向是如何規(guī)定？答：數(shù)控機(jī)床直線運(yùn)動的坐標(biāo)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(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎颍瑪?shù)控車床取橫向滑座方向?yàn)?X 軸，取刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎?；立式?shù)控銑床取面對立柱，右手方向?yàn)檎?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?yàn)?/p>

15、正 X方向。三個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C相應(yīng)表示其軸線平行于X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，A> B C的正向相應(yīng)地為在 X、 Y、 Z 的正方向向上按右旋螺紋前進(jìn)的方向。 上述規(guī)定一律假定工件靜止， 刀具相對運(yùn)動。5、數(shù)控機(jī)床主傳動的配置形式有哪幾種？特點(diǎn)是什么？答：數(shù)控機(jī)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(jī)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(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)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(jī)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

16、軸轉(zhuǎn)速高，但主軸輸出扭矩較小，電機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大。6、數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)有哪些要求？答：數(shù)控機(jī)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(jī)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(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)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(diǎn)坐標(biāo)值。主軸轉(zhuǎn)速S=500(r/min ) , F=160 (mm/min ,采用直徑10mm 端銑刀，刀補(bǔ)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(diǎn)建在工件左下角上表面處。工件厚度為2mm3、在下圖中，當(dāng)不考慮刀具的實(shí)際尺寸加工下面輪廓形狀時(shí)，試編寫器“ 車加工程序。轉(zhuǎn)速s=800r/min和進(jìn)給速度f=0.3mm/r4、編寫下圖零件的精車加工程序。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)建在工件右端面中心 轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度自定。(以上編程題，語法正確，工藝合理即可滿分)四、計(jì)算題(每小題5分，計(jì)10分)1、設(shè)在第一象限插補(bǔ)直線段OA起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0(0,0),終點(diǎn)

18、為A (3 , 5)。試用逐點(diǎn)比較法 進(jìn)行插補(bǔ)，要求：列表填寫插補(bǔ)計(jì)算過程；畫出插補(bǔ)軌跡圖。根計(jì)靠過程加克:節(jié)用判判函數(shù)透給方向慎格與差與計(jì)卓終點(diǎn)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(shè)在第一象限插補(bǔ)直線段OA其起點(diǎn)坐標(biāo)為O(0, 0),終點(diǎn)坐標(biāo)為A (6 , 7), 試列表寫出其逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)運(yùn)算過程，弁繪出其插補(bǔ)軌跡。解：計(jì)算過程如表:有拍判別函數(shù)進(jìn)給方向偏差與坐標(biāo)計(jì)兌終點(diǎn)判別起始FoXd Yo=7樣叫片131Fo-