数控机床系统设计1.docx

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数控机床系统设计1

红字的意思是没找到答案，蓝字的意思是不确定；有错别字不负责啊。

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学渣整理，此资料仅供参考╮（╯▽╰）╭

一

⒈数控机床通常由哪几部分组成？

各部分的作用和特点是什么？

　控制介质　作用：

在数控机床加工时，携带和传输所需的各种控制信息。

　　　　　　特点：

是存储数控加工所要的全部动作和刀具相对于工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序。

　数控装置　作用：

是数控机床的核心，它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、　　　　　　　　　　运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。

　　　　　　特点：

可分为普通数控系统NC和计算机数控系统CNC两类。

　伺服机构　作用：

根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。

　　　　　　特点：

由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，与机床上的执行部件和机械部件组成数控机床的进给系统。

　机械部件　作用：

包含有主运动部件、进给运动执行部件、拖板和传动部件等。

　　　　　　特点：

传动结构要求更为简单，精度、刚度、抗震性等方面要求更高，且其传动和变速系统要便于实现

　　　　　　　　　自动化控制。

⒉简述数控机床的分类

　按运动方式分　点位控制系统：

需要从一点准确的移动到另一点，移动过程不需要切削；

　　　　　　　　点位直线控制系统：

需要从一点准确的移动到另一点，且运动轨迹为直线，移动部件在移动过程中

　　　　　　　　　　　　　　　　　进行切削；

　　　　　　　　轮廓控制系统：

需要从一点准确的移动到另一点，并能控制将零件加工成一定的轮廓形状。

　按控制方式分　开环控制系统：

不具有反馈装置，系统精度较低；

　　　　　　　　半闭环控制系统：

具有角位移检测装置，定位精度较高，调试方便，稳定性好；

　　　　　　　　闭环控制系统：

具有直线位置检测装置，具有检测、比较和反馈装置，定位精度高，但结构复杂。

　按数控系统的功能水平分：

低、中、高档次

⒊什么是开环、半闭环和闭环控制系统？

其特点是什么？

适用于什么场合？

　①开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统；特点是不能进行误差校正，因此系统精度较低；适用于低精度要求

　　的数控机床。

　②半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置的控制系统；特点是调试方便，稳定性好精

　　度较高；目前应用较为广泛。

　③闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置的控制系统；特点是定位精度高，调试维修较

　　为困难；适用于精度要求高的数控机床。

⒋脉冲当量、定位精度和重复定位精度的含义是什么？

　脉冲当量：

数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床位移部件上的移动量。

　定位精度：

数控机床工作台等移动部件在确定的终点所到达的实际位置的精度。

　重复定位精度：

在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。

⒌数控轴数与联动轴数的区别。

　控制轴即机床数控装置能够控制轴的数目，而联动轴即同时控制多个轴的运动。

数控轴数越多，功能就越强，机床

　的复杂程度和技术含量也越高；联动轴数越多，机床控制和编程难度越大。

⒎数控车床床身和导轨有几种布局形式？

每种布局形式的特点是什么？

　有四种布局形式

　①平床身：

工艺性好，便于导轨面的加工；

　②斜床身：

排屑方便，便于安装自动排屑器，操作方便，易于实现单机自动化和封闭式防护；

　③平床身斜滑板：

工艺性好，排屑方便；

　④立床身：

排屑最为方便。

二

⒈数控机床设计方案的特点是什么？

　设计手段计算机化；设计方法综合化；设计对象系统化；设计问题模型化；设计过程程式化与并行化。

⒉数控机床设计的主要内容和步骤是什么？

　主要技术指标设计：

用途、生产率、性能指标、主要参数、驱动方式；

　总体方案设计：

运动功能设计、基本参数设计、传动系统设计、总体结构布局设计、控制系统设计；

　总体方案综合评价与选择；

　总体方案的设计修改（优化）；

　详细设计（技术设计、施工设计）；

　机床整机综合评价。

⒊数控机床设计应满足哪些基本要求？

　精度：

几何精度、运动精度、传动精度、定位精度、工作精度、精度保持性；

　刚度：

机床系统抵抗变形的能力；

　抗振性：

机床在交变载荷作用系抵抗变形的能力，它包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力；

　热变形：

机床在工作时受到内部热源和外部热源的影响，使机床各部分温度发生变化；

　噪声：

机床工作时各种不同振动频率和不同振幅而产生的无规律的声音；

　低速运动平稳性：

当运动部件低速运行时，主动件匀速运动，被动件会出现爬行现象。

⒌工件表面发生线的形成方法是什么？

　轨迹法（描述法）：

由点切削刃做直线运动轨迹形成的；

　成形法（仿形法）：

刀具是线切削刃，它的形成不需要刀具与工件的相对运动；

　相切法（旋切法）：

圆母线是面切削刃运动轨迹的包络线，为形成圆母线，刀具和工件之间需要刀具的旋转运动、刀

　　　　　　　　　具回转中心与与工件之间按回转轨迹进行相对运动；

　展成法（滚切法）：

由线切削刃在刀具与工件作占城运动时所形成的一系列轨迹线的包络线。

⒍机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？

　主参数根据加工零件或被加工面的尺寸参数来确定；尺寸参数根据与被加工零件有关的尺寸和标准化工具或夹具的

　安装面尺寸来确定。

三

⒈数控机床对主传动系统有哪些要求？

　运动要求：

具有一定转速和足够的转速范围、转速级数，能够实现运动的开停、变速、换向和制动；

　动力要求：

具有祖东的功率，全部机构和元件具有足够的强度和刚度；

　工作性能要求：

具有足够高的精度、抗振性，热变形和噪声小，传动效率高；

　使用要求：

操作灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好；

　经济性要求：

结构简单紧凑，工艺性好，成本低。

⒉数控机床主传动系统有哪几种配置方式？

各有何特点？

　有四种配置方式

　①带有变速齿轮的主传动：

能满足主轴低速时对输出转矩特性的要求，能使交流或直流电动机成为分段无级变速，

　　实现滑动齿轮的位移；

　②通过带传动的主传动：

能避免齿轮传动引起的振动与噪声；

　③用两个电动机分别驱动：

克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的缺陷；

　④内装电动机主轴传动结构：

提高主轴部件的刚度，单电机发热对主轴影响较大。

⒊某机床主轴转速为等比数列，其公比ψ=1.58，主轴最高转速nmax=4000r/min，主轴转速级数Z=10，电动机转速

　为1440r/min，试拟定合理的转速图，确定齿轮齿数，画出主传动系统图。

⒏变速箱齿轮布置时如何缩短轴向尺寸和径向尺寸？

　缩短轴向尺寸的方法：

①把三联齿轮一分为二，②把两个传动组统一安排；

　缩短径向尺寸的方法：

①缩短轴间距离，②采用轴线相互重合方式，③相邻各轴在横剖面图上布置成三角形，④在

　　　　　　　　　　　一个传动组内取最大传动比等于最小传动比的倒数。

四

⒈主轴组件应满足哪些基本要求？

　旋转精度：

在无载荷、低转速的条件下，主轴的轴向和径向跳动；

　刚度：

指在外加载荷的作用下抵抗变形的能力；

　抗振性：

抵抗受迫振动和自激振动；

　温升和热变形：

对温升有一定限制，以保证热变形的范围；

　精度保持性：

指长期保持其原始制造精度的能力。

⒉简述主轴常用滚动轴承的类型及其特点。

　①圆锥孔双列圆柱滚子轴承：

线接触，滚子数多，承载能力较大；

　②滚子轴承：

滚子是中空的，润滑油可从中流过，冷却滚子，减小温升，并由一定减振效果；

　③双向推力角接触球轴承：

接触角大，钢球直径较小而数量较多，轴承承载能力和精度较高，极限转速较高，温升

　　低，运转平稳和工作可靠；

　④角接触球轴承：

极限转速较高；

　⑤陶瓷滚动轴承：

压力和滑动摩擦小，滚动体胀系数小，温升较低，弹性模量大，轴承的刚度大；

　⑥磁浮轴承：

无机械磨损，理论上无速度限制，无噪声，温升小，能耗低，环保，适用于多种环境。

⒊主轴轴承的配置形式主要有哪几种？

各适用于什么场合？

　①速度型：

主轴前后轴承都采用角接触球轴承，适用于高速轻载或精密机床；

　②刚度型：

前支承采用双列短圆柱滚子轴承和60°角接触双列向心推力球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，

　　　　　　适用于中等转速和切削负载较大、要求刚度高的机床；

　③刚度速度型：

前轴承采用三联角接触球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，适用于径向刚度好、有较高转速

　　　　　　　　的机床。

⒋简述双列短圆柱滚子轴承的间隙调整方法。

　（通过螺母经中间隔套，轴向移动内圈来实现。

——老师说的）

　采用轴承内圈膨胀径向预紧方式。

　①从左面压内圈，结构简单，控制调整量难，预紧过大时松卸不方便；

　②用右边螺母控制调整量，调整方便，但主轴前端需要有螺纹才能实现，工艺性差；

　③用螺钉代替控制螺母，主轴前端需要螺孔，工艺性好，但当力不一致时，影响旋转精度；

　④将右边隔套制成两半，可取下来修磨其宽度，以便控制其调整量。

⒌主轴滚动轴承必须预紧的原因是什么？

常用的预紧方式有哪些？

　原因：

使轴承滚道预先承受一定的载荷，消除间隙，并使得滚动体与滚道之间发生一定的变形，增大接触面积，轴

　　　　承受力时变形减小，抵抗变形的能力增大，提高轴的回转精度和抗振性。

　方式：

①径向预紧方式，②轴向预紧方式。

⒎采用什么方法可以使用较低精度等级的滚动轴承装配出较高旋转精度的机床主轴组件？

⒐主轴为何需要“准停”？

如何实现“准停”？

　“准停”便于机械手对刀具的装夹，提高定位精度；电磁吸附可实现“准停”。

五

⒈数控机床对进给伺服系统的要求是什么？

　精度要求：

必须保证机床的定位精度和加工精度；

　响应速度：

要求跟踪指令信号的响应要快；

　调速范围：

指生产机械要求电动机能提供的最高转速和最低转速之比；

　低速、大转矩：

在低速下进给驱动系统必须有大的转矩输出。

[

⒉试说明开环伺服进给系统与闭环伺服进给系统的区别，各有什么优点？

　开环伺服进给系统：

由步进电动机及其驱动线路等组成，系统中没有位置检测器和反馈路线，精度较差；

　　　　　　　　　　优点是结构简单、易于调整，精度要求不太高；

　闭环伺服进给系统：

由伺服电动机、检测装置、比较电路、伺服放大系统等部分组成，精度较高；

　　　　　　　　　　优点是能实现精度高的反馈控制。

⒊数控机床为什么要采用滚珠丝杠螺母副作为传动元件？

它有什么特点？

　因为它的存在使丝杠与螺母之间是滚动摩擦，仅在滚珠之间存在滑动摩擦；

　特点是：

①摩擦损失小、传动效率高，②运动平稳、摩擦力小、灵敏度高、低速时无爬行，③轴向刚度高、反向定

　　　　　位精度高，④磨损小、寿命长、维护简单，⑤传动具有可逆性、不能自锁，⑥同步性好，⑦有专业厂生产，

　　　　　选用配套方便。

⒋滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式可分为哪两类？

结构有何区别？

各应用于哪些场合？

　分为内循环和外循环；内循环结构为单圈循环，外循环结构为多圈循环；

⒌滚珠丝杠螺母副为什么要预紧？

具体有哪几种调整间隙的预紧方法？

　为了消除间隙、提高传动刚度；

　调整间隙的预紧方法：

①垫片调隙式，②螺纹调隙式，③齿差调隙式。

⒍滚珠丝杠螺母副为什么要预拉伸？

试说明预拉伸的具体操作方法。

　为了消除内应力；

⒎数控机床消除齿侧间隙的方法有哪些？

各用在什么场合？

　①偏心轴套调整法：

用于电动机与丝杠之间的齿轮传动；

　②变齿厚圆柱齿轮调整法：

　③斜齿轮轴向垫片调整法：

用于承载力低的场合；

　④双片直齿轮错齿调整法：

　⑤轴向弹簧调整法：

　⑥锥齿轮双齿错齿调整法：

用于轻载齿轮；

　⑦双齿轮弹簧预紧调整法：

用于工作行程较大的大型数控机床。

七

⒈数控机床支承件的功用和应满足的要求是什么？

　功用　支承作用：

支承其他零部件，在机床切削时，承受一定的重力、切削力、摩擦力、夹紧力；

　　　　基准作用：

保证机床在使用中或长期使用后，仍能保证各部件之间正确的相互位置关系和相对运动轨迹。

　要求　刚度：

指支承件在恒定载荷或交变载荷作用下抵抗变形的能力；

　　　　抗振性：

指支承件抵抗受迫振动和自激振动的能力；

　　　　热变形：

指由机床周围以及机床自身的温度变化而产生的机床部件的形变；

　　　　内应力：

指支承件在铸造、焊接及粗加工的过程中，材料内部产生的力。

⒉提高支承件连接刚度和局部刚度，可以采用的做法是什么？

　连接刚度：

改变凸缘结构，（连接刚度与连接处的材料、几何形状与尺寸、接触面硬度以及表面粗糙度、几何精度和加工方法等有关）

　局部刚度：

（局部刚度与局部变形处的结构和尺寸等有关）

⒊试举例说明提高支承件静态刚度的方法。

　合理的设计结构的截面形状与尺寸、合理的布置肋板和肋条、注意结构的整体刚度、局部刚度和连接刚度的匹配等。

⒋支承件的动态分析包括哪几方面的问题？

举例说明改善支承件动态特性的措施有哪些？

　固有特性问题：

若支承件作为简单的振动系统，固有特性主要指系统的固有频率，若为复杂系统，则指各阶

　　　　　　　　固有频率、阻尼和模态振型等；

　动力响应问题：

支承件在外部激振力的作用下受迫产生的振动；

　动力稳定性问题：

要确定发生切削颤振和爬行的临界条件，以使机床能在期望的工作范围内不出现这种振动。

⒌采用哪些方法可以提高数控机床的结构刚度？

试举例说明。

　提高系统的静刚度K，增大系统中的阻尼比ζ，提高系统的固有角频率ωn，或改变激振角频率ωn。

⒍和普通机床相比，数控机床的机械结构有哪些特点？

⒐机床导轨的组成及作用是什么？

它有哪几种分类方法？

　机床导轨主要由机床上两个相对运动部件的配合面组成一对导轨副，不动的配合面称为固定导轨，运动的配合面称

　为运动导轨，两条相互平行的导轨副能可靠的限制运动部件绕X轴转动。

　按运动轨迹分　直线运动导轨：

导轨副的相对运动轨迹为一直线；

　　　　　　　　圆周运动导轨：

到辜负的相对运动轨迹为一圆；

　按工作性质分　主运动导轨：

运动导轨是完成主运动的，运动速度高；

　　　　　　　　进给运动导轨：

运动导轨是完成进给运动的，运动速度低；

　　　　　　　　调整导轨：

它是实现部件之间相对位置调整用的；

　按摩擦性质分　滑动导轨：

俩导轨工作面之间的摩擦性质为滑动摩擦，其中有普通滑动导轨、液体动压导轨、液体　　　　　　　　　　　　　　静压导轨；

　　　　　　　　滚动导轨：

俩导轨工作面之间为滚动摩擦，它由导轨面间的滚珠、滚柱或滚针等滚动体实现；

　按受力情况分　开式导轨：

靠外载荷和部件自重作用，使俩导轨面在全长上保持贴合；

　　　　　　　　闭式导轨：

作用力不够大，作用在运动部件上的颠覆力矩较大，需增加闭式导轨才能保证朱导轨面　　　　　　　　　　　　　　贴合。

⒑机床导轨的基本要求是什么？

　导向精度：

指运动部件沿导轨运动轨迹的直线度或圆度；

　耐磨性：

运动导轨面沿固定导轨面长期运动会引起导轨不均匀的磨损，破坏导轨的导向精度，从而影响加工精度；

　刚度：

导轨受力变形后悔影响部件之间的相对位置和导向精度，故要求导轨具有足够高的刚度；

　低速运动平稳性：

运动部件低速移动时易产生爬行。

⒒试述直线滑动导轨常用的截面形状？

各用于哪些场合？

　矩形：

刚度和承载能力大，水平方向和垂直方向上的位移互不影响，；

　三角形：

导向性好，但压板面仍需有间隙调整装置，；

　燕尾形：

磨损后不能自动补偿间隙，需用镶条调整，摩擦阻力大，一般用于要求高度小的多层移动部件；

　圆柱形：

内孔可珩磨，外圆经过磨削可达到精密配合，但磨损后调整间隙困难，主要用于受轴向载荷的场合，适用

　　　　　于同时做直线运动和转向运动的场合。

⒓试述滚动导轨的类型及特点，它与滑动导轨的区别。

　按滚动体类型分　滚珠导轨：

点接触，摩擦阻力小，承载能力较差，刚度低；

　　　　　　　　　滚柱导轨：

滚动体与导轨之间是线接触，承载能力较同规格滚珠导轨高一个数量级，刚度高；

　　　　　　　　　滚针导轨：

滚针尺寸小，结构紧凑，承载能力大，刚度高；

　按滚动体循环方式分　滚动体循环式导轨：

安装调试方便，刚度高，承载能力大，润滑简单；

　　　　　　　　　　　滚动体非循环式：

滚动体在运动过程中不循环，行程有限。

　滚动导轨比滑动导轨摩擦因数小、磨损小、使用寿命长、低速平稳性好，滑动导轨比滚动导轨结构简单、工艺性好、

　便于保证精度和刚度。

⒕提高导轨耐磨性的措施有哪些？

　选择有良好的耐磨性、良好的摩擦特性、加工与使用中由于残留内应力产生的变形小、工作环境与自身温升的尺寸

　稳定且强度不变的材料用作导轨；减少导轨面间的磨粒；导轨副应尽量由异种材料相配而成；加强润滑性；减小摩

　擦因数、动摩擦因素和静摩擦因素；

⒖导轨的失效形式有哪些？

　磨损　磨粒磨损：

指导轨面间存在的坚硬微粒而导致磨损，同时咬合磨损又加剧磨粒磨损；

　　　　咬合磨损：

指相对滑动的两个表面互相咬啮，所产生的咬裂痕迹角擦伤，严重的咬合磨损将使两个导轨面无

　　　　　　　　　法运动；

　疲劳和压溃：

滚动导轨失效的主要原因是表面疲劳和压溃。