数控技术作业new.docx
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数控技术作业new
步数
偏差判别
坐标进给
偏差计算
坐标计算
终点判别
起点
F00
X0=0,Y0=4
∑=8
1
F0=0
-Y
F1F02Y017
X1=0,Y1=3
∑=7
2
F<0
+X
F2F12X116
X2=1,Y2=3
∑=6
3
F<0
+X
F3F22X13
X3=2,Y3=3
∑=5
4
F3<0
+X
F4F32X312
X4=3,Y4=3
∑=4
5
F4>0
-Y
F5F42Y413
X5=3,Y5=2
∑=3
6
F<0
+X
F6F52X14
X6=4,Y6=2
∑=2
7
F>0
-Y
F7F62Y611
X7=4,Y7=1
∑=1
8
F>0
-Y
F8F72Y710
X7=4,Y7=0
∑=0
1、逐点比较法。
直线，圆弧（顺、逆）
例设要加工直线为OA，其终点坐标为A（5，3），则终点计数J=x程的运算节拍如下表所示：
e+y
e=5+3=8,加工过
例现欲加工第一象限顺圆弧AB，如图5-8所示，起点A（0，4），终点B（4，0），试用
逐点比较法进行插补。
Y
4
A（0,4）
3
2
1
O
123
4
B（4,0）
X
2、步进电机进给伺服系统设计
3、车床、铣床加工编程
4、机床坐标抽
5、感应同步器、旋转变压器原理
6、刀具半径补偿的定义、作用及代码
7、
数控机床分类
8、时间分割法
原理：
每隔时间T（ms）进行一次插补,算出在这一时间间隔内的进给量，边计算边输出，直至达到终点。
T：
插补周期，大于插补运算所占用的CPU时间，与加工精度和进给速度有关。
一次插补进给量f:
f
v:
进给速度（mm/min）T:
插补周期（ms）
v1000TvT60100060
9、滚珠丝杠原理及调隙方法
原理：
在丝杠和螺母上都有半圆形的螺旋槽，当它们套装在一起时便成了滚珠的螺旋滚道。
螺母上有滚珠回珠滚道，将数圈螺旋滚道的两端连接成封闭的循环滚道，滚道内装满滚珠，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内自转，同时又在封闭滚道内循环，使丝杠和螺母相对产生轴向运动。
当丝杠（或螺母）固定时，螺母（或丝杠）即可以产生相对直线运动，从而带动工作台作直线运动。
调隙方法：
垫片调整间隙法、齿差调整间隙法、螺纹调整间隙法
10、齿轮调隙方法
调试步骤：
1）将两斜齿轮分别与床身斜齿条各自接触面接触；
2）逐渐手动顶紧溜板箱内Ⅲ轴，Ⅲ轴上两斜齿轮分别通过中间轮与Ⅳ、Ⅵ轴上两斜齿轮啮合，调整时Ⅲ轴轴向移动时带动轴上两斜齿轮轴向移动，由于斜齿轮螺旋角的作用，Ⅳ、Ⅵ轴上两斜齿轮将产生转动，并和床身斜齿条紧密贴合；
3）开动纵向进给溜板箱，使两斜齿轮在床身斜齿条上滚动，同时用激光干涉仪检测溜板箱纵向运动间隙，若间隙过大则继续调整两斜齿轮直至调整到运动灵活无间隙为准。
数控技术复习题
概论（作业3、4题）
1-1．名词解释：
数字控制：
它是指用数字化信号对机床运动及其加工过程中进行控制的一种方法。
数控机床：
数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。
它综合了综合了计算机、自动控制、精密测量、机床的机构设计与制造等方面的最新成果。
点位控制系统：
为点到点控制，只要刀具从某一位置向另一位置移动时，不管中间的轨迹如何，只要刀具最后能正确到达目标位置的控制方式，称为点位控制。
轮廓控制系统：
能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，因而可进行曲线或曲面的加工。
开环伺服系统：
开环控制系统是指不带反馈的控制系统.
闭环伺服系统：
在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入指令进行比较控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位半闭环伺服系统：
半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，反馈到数控系统中，由于惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围之内，因而称作半闭环控制系统
1-2.NC机床由哪几部分组成，试用框图表示各部分之间的关系，并简述各部分的基本功能。
①程序编制及程序载体
数控程序：
是数控机床自动加工零件的工作指令。
即把加工零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，按规定的方法、格式和代码，所编制的程序
程序载体：
存放程序以便输入到数控装置的装置
②输入装置
将所输入的程序载体上的数控程序变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内。
③数控装置及强电控制装置
数控装置：
是接受输入装置送来的脉冲信号，经过编译、运算和逻辑处理后，输出指令控制机床的各个部分，按程序动作的装置
强电控制装置：
是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统。
其主要作用是编译、判断和功率放大。
④伺服驱动系统及位置监测装置
伺服驱动系统：
由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
⑤机床的机械部件
机械部件包括主运动部件、进给运动执行部件、床身、冷却、定位夹紧装置等
1-3．试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面，比较开环、闭环、半闭环系统的优劣？
开环控制：
具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。
但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。
一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。
闭环系统：
定位精度高、调节速度快。
该系统调试工作困难。
系统复杂并且成本高，适用于精度要求很高的数控机床，如精密数控镗铣床、超精密数控车床等
半闭环系统：
系统闭环环路内不包括机械传动环节，可获得稳定的控制特性。
机械传动环节的误差，可用补偿的办法消除，可获得满意的精度。
中档数控机床广泛采用半闭环数控系统
1-4．NC机床各分为几类，它们各用于什么场合？
一、按控制刀具与工件相对运动轨迹分类
点位控制或位置控制数控机床轮廓控制数控机床二、按加工方式分类
1.金属切削类2.金属成型类3.特殊加工类4.其他类
如数控车、钻、镗、铣、磨、加工中心等。
如数控折弯机、弯管机、四转头压力机等。
如数控线切割、电火花、激光切割机等。
如数控火焰切割机、三坐标测量机等。
三、按控制坐标轴数分类
1.两坐标数控机床两轴联动用于加工各种曲线轮廓的回转体如数控车床。
2.三坐标数控机床三轴联动多用于加工曲面零件如数控铣床、数控磨床。
3.多坐标数控机床四轴或五轴联动多用于加工形状复杂的零件。
四、按驱动系统的控制方式分类
1.开环控制数控机床
2.闭环控制数控机床
3.半闭环控制数控机
1-5．NC机床适用于加工哪些类型零件，不适用于哪些类型的零件，为什么？
适用的：
1、轮廓形状复杂的零件2、表面粗糙度好的回转体零件3、精度要求高的零件4、超精密、超低表面粗糙度的零件5、带一些特殊类型螺纹的零件
不适用的：
①需要长时间占机人工调整的粗加工内容②必须按照专用工装协调的加工内容③毛坯上的加工余量不充分或不稳定的加工部分④一面加工一面不加工，其加工面又不能作为定位面的部分⑤简单的粗加工面⑥必需使用细长铣刀加工的部位
1-6解释下列英文缩写词的中文含义
DNC：
直接数字控制系统
CAD：
计算机辅助设计
CAM：
计算机辅助制造
CAPP：
计算机辅助工艺设计
FMC：
柔性制造单元FMS：
柔性制造系统CIMS：
计算机管理制造系统
1-7、FMC主要有哪两种结构形式？
柔性制造单元有两种形式：
一种是加工中心配托盘交换系统，即托盘存储库式；另一种是数控机床配工业机器人，即机器人直接搬运式
1-8、FMS一般由哪几部分组成？
及其优点
一般由加工、物流、信息流三个子系统组成
优点：
①设备利用率高；比分散单机作业时的产量提高数倍
2在制品减少80%
3生产能力相对稳定；发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障的能力
4生产率高；装卸一次完成，加工精度高，加工形势稳定
5运行灵活
6产品应变能力大；刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设置，满足市场需要
1-9、什么是DNC方式？
及未来发展趋势。
DNC方式使用一台或几台计算机直接控制若干台数控机床的系统控制方法
发展趋势：
①DNC集成技术②DNC系统重构技术③现场总线式通讯结构和局域网式通讯结构④适用于具有DNC接口功能的高档进口数据系统的DNC系统⑤生产管理软件
1-10、CIMS一般由哪几部分组成？
CIMS由四个功能分系统和两个支撑分系统组成
①管理信息系统②工程设计自动化分系统③制造自动化分系统④质量保证分系统⑤计算机网络分系统⑥数据库分系统
第1章计算机数控装置（作业1、2、9、10、13）
1.1简述CNC装置的工作过程
CNC装置的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。
CNC装置的工作原理是通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据信息，经过译码、计算机的处理、运算，将每个坐标轴的移动分量送到其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服电机，带动坐标轴运动，同时进行实时位置反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位置1.2简述CNC装置的主要功能。
CNC装置的功能是指它满足不同控制对象各种要求的能力，通常包括基本功能和选择功能。
1.基本功能是数控系统必备的功能，如控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能、字符显示功能和自诊断功能等。
2.选择功能是供用户根据不同机床的特点和用途进行选择的功能，如补偿功能、固定循环功能、通信功能和人机对话编程功能等。
1.3CNC装置的单微处理机硬件结构由几部分组成？
这种结构有什么特点？
单微处理机硬件结构包括了微型计算机系统的基本结构：
微处理器和总线、存储器和接口等。
接口包括I/O接口、串行接口、MDI/CRT接口，还包括数控技术中的控制单元部件接口电路以及其它选件接口等。
特点：
在单微处理机硬件结构中，只有一个微处理器，以集中控制方法分时处理系统的各个任务
1.4CNC装置的多微处理机硬件结构由几种功能模块组成？
该结构有什么特点？
①CNC管理模块②存储器模块③CNC插补模块④位置控制模块
⑤指令、数据的输入、输出及显示模块⑥PLC模块
特点：
多个微处理器，同时处理系统的各个任务
1.5开放式数控系统的基本特征是什么？
①模块化②标准化③平台无关性④可再次开发性⑤适应网络操作方式
1.6CNC装置的软件由几部分组成？
系统软件分为管理软件、控制软件
管理软件：
零件程序的输入输出、显示、诊断
控制软件：
译码、刀具补偿、速度控制、插补运算、位置控制
1.7CNC装置的软件结构有何特点？
1多任务并行处理：
所谓的并行处理是指计算机在同一时间间隔内完成两种或两种以上的性质相同或不同的工作。
并行处理的最大好处是提高了运算速度
2实时中断处理（主要靠硬件完成）
1.8CNC装置的软件结构类型有几种？
常见的CNC装置的软件结构模式有两种：
前后台型软件结构和中断型软件结构。
1.13何为刀具长度补偿？
何为刀具半径补偿？
刀具长度补偿：
是用来实现刀尖圆弧中心轨迹与刀架中心轨迹之间的转换
刀具半径补偿：
数控机床加工过程中，它所控制的刀具的中心轨迹，为了方便起见，用户总是按零件轮廓编制加工程序，在进行加工轮廓时，必须向零件的一侧偏移一个刀具半径值。
1.14简述C功能刀具补偿的优点。
尖角工艺性好，在加工内轮廓时，可实现过切角动预报。
1.15简述可编程控制器PLC构成及特点？
PLC由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出模块、编程器、电源和外部设备等组成，并且内部通过总线相连。
PLC的特点：
①可靠性高②灵活性好③编程简单④带负载能力强
1.17CNC系统的接口分为哪几类？
接口电路的主要任务是什么？
接口分为四类：
第I类是与驱动命令有关的连接电路；第II类是数控系统与检测系统和测量传感器间的连接电路；第III类是电源及保护电路；第IV类是通断信号和代码信号连接电路接口电路的主要任务如下：
⑴电平转换和功率放大；⑵防止干扰引起误动作；⑶数/模和模/数转换⑷防止信号畸变
第2章数控检测装置（作业1、2、3）
2.1数控机床对位置检测装置有何要求?
怎样对位置检测装置进行分类？
要求：
①受温度、湿度的影响小，工作可靠，能长期保持精度，抗干扰能力强；②在机床执行部件移动范围内，能满足精度和速度的要求；
3使用维护方便，适应机床工作环境；
4成本低。
分类：
①直接测量和间接测量
直线型传感器测量直线位移，回转型传感器测量角位移，则该测量方式为直接测量。
若回转型传感器测量的角位移只是中间量，由它再推算出与之对应的工作台直线位移，那么该测量方式为间接测量，其测量精度取决于测量装置和机床传动链两者的精度
②增量式测量和绝对式测量
增量式测量的特点是只测量位移增量，即工作台每移动一个测量单位，测量装置便发出一个测量信号，此信号通常是脉冲形式。
绝对式测量的特点是被测的任一点的位置都由一个固定的零点算起，每一测量点都有一对应的测量值。
③数字式测量和模拟式测量
数字式测量以量化后的数字形式表示被测的量。
数字式测量的特点是测量装置简单，信号抗干扰能力强，且便于显示处理。
模拟式测量是将被测的量用连续的变量表示。
如用电压变化、相位变化来表示。
2.2简述旋转变压器的工作原理，并说明它的应用。
旋转变压器是根据互感原理工作的。
它的结构设计与制造保证了定子与转子之间的空气隙内的磁通分布呈正（余）弦规律，当定子绕组上加交流激磁电压（为交变电压，频率为2～4kHz）时，通过互感在转子绕组中产生感应电动势
应用：
①鉴相型应用：
旋转变压器的定子两相正交绕组即正弦绕组S和余弦绕组C中分别加上幅值相等、频率相同而相位相差90°的正弦交流电压②鉴幅型应用：
定子两相绕组的激磁电压为频率相同、相位相同而幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压
2.3简述感应同步器的工作原理，并说明它的应用
感应同步器的工作原理与旋转变压器的工作原理相似。
当励磁绕组与感应绕组间发生相对位移时，由于电磁耦合的变化，感应绕组中的感应电压随位移的变化而变化，感应同步器和旋转变压器就是利用这个特点进行测量的。
应用：
①鉴相方式：
将滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以幅值相同、频率相同、相位相差90°的交流电压，在一个节距内，与滑尺移动距离是一一对应的，通过测量定尺感应电势相位，便可测出定尺相对滑尺的位移。
②鉴幅方式：
将滑尺的正弦绕组和余弦绕组分别通以频率相同、相位相同，但幅值不同的交流电压
2.4简述光栅的构成和工作原理
光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，它主要由光栅尺（包括标尺光栅和指示光栅）和光栅读数头两部分组成
2.5简述磁栅的构成和工作原理
它由磁性标尺，拾磁磁头和检测电路组成
原理：
励磁电流在一个周期内两次过零、两次出现峰值。
对应的磁开关通断各两次。
磁路由通到断的时间内，输出线圈中交链磁通量Φ0→0；磁路由断到通的时间内，输出线圈中交链磁通量由0→Φ0。
Φ0是由磁性标尺中磁信号决定，由此可见输出线圈中输出的是一个调幅信号
2.6简述光电脉冲编码器的构成和工作原理
在一个圆盘的圆周上刻有相等间距线纹，分为透明和不透明的部分，称为圆光栅。
圆光栅与工作轴一起旋转。
与圆光栅相对平行地放置一个固定的扇形薄片，称为指示光栅，上面刻有相差1／4节距的两个狭缝（在同一圆周上，称为辨向狭缝）。
此外还有一个零位狭缝（一转发出一个脉冲）。
脉冲编码器通过十字连接头或键与伺服电机相连，它的法兰盘固定在电机端面上，罩上防护罩，构成一个完整的检测装置。
第三章数控伺服系统（作业1、2、3、5）
3.1简述数控伺服系统的组成和作用。
组成：
由驱动控制单元、执行单元、机床以及反馈检测元件、比较环节，传动装置等组成作用：
数控伺服系统的作用在于接受来自数控装置的进给脉冲信号，经过一定的信号变换及电压、功率放大，驱动机床移动部件实现运动，并保证动作的快速性和准确性
3.2数控机床对伺服系统有哪些基本要求？
①精度高②快速响应特性好③调速范围宽④系统可靠性好
3.3数控伺服系统有哪几种类型？
简述各自的特点。
①按控制方式和有无检测反馈环节分类
开环系统：
没有位置检测器及反馈线路，精度差，结构简单，易于调整
闭环系统：
根据来自检测装置的反馈信号与指令信息比较的结果进行速度和位置的控制
②按伺服系统的用途和功能分类
进给驱动系统：
用于数控机床工作台或刀架坐标的控制系统，来控制机床各坐标轴的切削进给运动，并提供切削过程所需的转矩
主轴驱动系统：
控制机床主轴的旋转运动，为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。
③按执行元件的类别分类
直流系统：
具有电刷和机械转向器，不利于向大容量、高电压、高速度方向发展
交流系统：
容易维护、制造简单、易于向大容量、高速方向发展
3.4简述步进电机的分类及其一般工作原理。
从结构上看，它分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。
按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。
按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。
原理：
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
3.5什么是步距角？
步进电机的步距角大小取决于哪些因素？
步距角：
步进电机绕组的通电状态每次改变一次，转子转过的角度
取决于定子相数m，转子齿数z，通电方式系数k。
3.6试比较交流和直流伺服电机的特点
直流伺服电机的特点
1、过载倍数大，时间长；
2、具有大的转矩/惯量比，电机的加速大，响应快。
3、低速转矩大，惯量大，可与丝杆直接相联，省去了齿轮等传动机构。
可提高了机床的加工精度。
4、调速范围大，与高性能的速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围超过1∶2000。
5、带有高精度的检测元件（包括速度和转子位置检测元件）；
6、电机允许温度可达150°～180℃，由于转子温度高，它可通过轴传到机械上去，这会影响机床的精度
7、由于转子惯性较大，因此电源装置的容量以及机械传动件等的刚度都需相应增加。
8、电刷、维护不便
交流伺服电机的特点
在同样体积下，交流伺服电机的输出功率比直流电机提高10%～70%，且可达到的转速比直流电机高
3.7分析交流和直流伺服电机的速度调节方式。
3.8步进式伺服系统是如何对机床工作台的位移、速度和进给方向进行控制的？
3.9如何提高步进式伺服驱动系统的精度？
⒈传动间隙补偿⒉螺距误差补偿⒊细分线路
3.10简述鉴相式伺服系统的组成
主要由基准信号发生器、脉冲调相器、检测元件及信号处理线路、鉴相器、驱动线路和执行元件等组成。
3.11简述鉴幅式伺服系统的组成
该系统由测量元件及信号处理线路、数模转换器、比较器、放大环节和执行元件五部分组成。
3.12鉴幅式伺服系统中，基准信号发生器的作用是什么？
发生器的任务是根据电压－频率转换器输出脉冲的多少和方向，生成测量元件的激磁信号VS和VK。
VS=VmsinαsinωtVK=Vmcosαsinωt
3.13简述脉冲比较式伺服系统的组成
组成：
脉冲比较式伺服系统可由指令信号、反馈测量信号、比较器、转换器、驱动执行元件等几个主要环节组成
3.15简述CNC数字伺服系统的位置检测组件的组成和作用。
组成：
位置检测组件由检波器、电压－频率转换器、正余弦信号发生器和实际位置计数器等电路组成
作用：
实时测量执行部件的位移和速度信号，并变换成位置控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实位置反馈到位置控制单元，以实施闭环控制。
它是闭环、半闭环进给伺服系统的重要组成部分。
第四章数控机床的机械结构（1、6）
4.1数控机床对机械结构的基本要求是什么？
提高数控机床性能的措施主要有哪些？
数控机床对机械结构的基本要求如下：
①具有较高的静、动刚度和良好的抗振性②具有良好的热稳定性
③具有较高的运动精度与良好的低速稳定性④具有良好的操作、安全
防护性能
提高数控机床性能的措施主要包括以下几个方面：
①合理选择数控机床的总体布局②提高结构件的刚度③提高机床抗振性
④改善机床的热变形⑤保证运动的精度和稳定
4.2数控机床采用斜床身布局有什么优点？
斜床身布局的数控车床（导轨倾斜角度通常选择45°、60°和75°），不仅可以在同等条件下，改善受力情况；而且还可通过整体封闭式截面设计，提高床身的刚度。
特别是自动换刀装置的布置较方便
4.4什么叫“箱中箱”结构？
高速加工机床为什么要采用“箱中箱”结构？
“内外双框架”即“箱中箱”（boxinbox）结构。
高速加工机床需要同时满足高移动速度，高加速度、高主轴转速以及高精度加工的要求，因而在结构布局上需要集高速、高精度和高刚度于一体
4.5什么叫虚拟轴机床？
其结构特点是什么？
与传统机床相比它具有哪些主要
优点？
虚拟轴机床又称并联机床,实质上是机器人技术和机床技术相结合的产物
虚拟轴机床的基座与主轴平台间是由六根杆并联地连接的，称之为并联结构。
优点：
比刚度高、响应速度快及运动精度高。
4.6数控机床对主传动系统的基本要求是什么？
在数控机床上实现主传动的
无级变速方式主要有哪几种？
数控机床对主传动系统的基本要求如下：
⑴为了达到最佳切削效果，一般都应在最佳切削条件下工作，因此，主轴一
般都要求能自动实现无级变速。
⑵要求机床主轴系统必须具有足够高的转速和足够大的功率，以适应高速、
高效的加工需要。
⑶为了降低噪声、减轻发热、减少振动主传动系统应简化结构，减少传动件。
⑷在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、机械手的正确啮合。
⑸为了扩大机床功能，实现对C轴位置（主轴回转角度）的控制，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对主轴位置的控制
主传动的无级变速通常有以下三种方法：
⑴采用交流主轴驱动系统实现无级变速传动，在早期的数控机床或大型数控机床（主轴功率超过100kw）上，也有采用直流主轴驱动系统的情况。
⑵在经济型、普及型数控机床上，为了降低成本，可以采用变频器带变频电机或普通交流电机实现无级变速的方式。
⑶在高速加工机床上，广泛使用主轴和电机一体化的新颖功能部件——电主轴。
电主轴的电机转子和主轴一体，无需任何传动件，可以使主轴达到数万转、甚至十几万转的高速。
4.7数控机床的主传动增加辅助机械变速装置的作用是什么？
4.8什么叫电主轴？
数控机床采用电主轴有哪些优点
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