《数控技术》考试缩印版名简.doc

数控技术课程学习指导1、数控机床由哪些部分组成？数控装置的作用是什么？数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成。数控装置的作用是把控制介质存储的代码通过输入和读带，转换成代码信息，用来控制运算器和输出装置，由输出装置输出放大的脉冲来驱动伺服系统，使机床按规定要求运行。2、简述数控机床常用的分类方法。按控制的运动轨迹分有点位控制数控机床直线控制数控机床和轮廓控制数控机床；按伺服系统的类型分有开环伺服系统数控机闭环伺服数控机床和半闭环伺服数控机床；按工艺方法分有金属切削类金属成型类和特种加工类数控机床。数控机床按功能水平还可分为高、中、低档三类。3、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？NC机床适用于加工形状复杂，加工精度要求高的零件；用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件；必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。不适用于生产批量大的零件当然不排除其中个别工序用数控机床加工；装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的；必须用特定的工艺装备协调加工的零件。 4、简述开环、闭环及半闭环伺服系统的特点。开环系统中没有位置检测环节。其结构简单，易于调整，工作可靠，价格低廉，伺服精度较低。应用于精度要求不高的数控机床。 闭环及半闭环系统具有位置检测反馈环节。闭环系统中位置检测反馈环节直接检测机床工作台的位移，而半闭环系统则是间接测量机床工作台的位移。闭环系统精度很高，结构复杂，调试和维护较为困难，价格昂贵。应用于大型精密数控机床。半闭环系统也具有较高的伺服精度，系统调试维护等也相对方便，价格也较闭环系统的便宜。广泛应用于中小型数控机床。5、数控铣削适用于哪些加工场合？铣削是机械加工中最常用的方法之一，它包括平面铣削和轮廓铣削，还可进行镗削、钻削、攻螺纹等加工。多用于形状复杂的凸轮、样板及模具的加工等场合。 6、数控铣削加工空间曲面的方法主要有哪些？哪种方法常被采用？其原理如何？数控铣削加工空间曲面的方法主要采用三坐标联动或两轴半联动的加工方法，其中两轴半联动常用行切法的方法常被采用。其基本原理是任意两个坐标轴联动，第三个坐标轴作周期性进给。此法控制系统简单比较容易实现经济性较好。8、何谓对刀点？确定对刀点时应考虑哪些因素？对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置 对刀点的选择原则如下1所选的对刀点应使程序编制简单；2对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置3对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置4对刀点的选择应有利于提高加工精度 9、何谓刀位点？“刀位点”是指用来确定刀具在机床坐标系中空间位置的基准点。圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。10、何谓换刀点？换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床刀具交换而设置的点，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。11、数控工艺与传统工艺相比有哪些特点？ 数控加工过程是在加工程序的控制下自动进行的，而数控工艺分析是加工程序编制的重要组成部分，因此，数控加工与普通加工的工艺处理虽然基本相同，但有它的特点。一般说来，数控加工的工序内容要比普通加工内容复杂得多。许多在传统加工中由操作者灵活掌握随时调整的事，在数控加工中必须是事先选定和安排好的事情，另外数控工艺分析中还会涉及到坐标系、一些“点”如：对刀点、换刀点、原点等的选择，而工艺路线以及切削参数等的选择也有区别与传统的工艺。12、确定走刀路线时应考虑哪些问题？走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹它不但包括了工步的内容也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：1.先粗后精先外后内寻求最短的加工路线2.最终轮廓一次走刀完成3正确选择轮廓的切入切出方向4选择使工件在加工后变形小的路线14、数控加工工艺分析的目的是什么？包括哪些内容？在数控机床上加工零件，首先应根据零件图样进行工艺分析、处理，编制数控加工工艺，然后再能编制加工程序。正确的工艺分析，对保证加工质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人劳动强度以及制订合理的工艺规程都有极其重要的意义。它包括的内容有机床的切削用量、工步的安排、进给路线、加工余量及刀具的尺寸和型号等。15、数控机床加工程序的编制步骤？数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工作主要包括：1分析零件图样和制定工艺方案2数学处理3编写零件加工程序以及制备控制介质4程序检验和首件试切削17、如何选择一个合理的编程原点？为了换算尺寸尽可能简便，减少计算误差，应选择一个合理的编程原点。车削零件编程原点的X向零点应选在零件的回转中心。Z向零点一般应选在零件的右端面、设计基准或对称平面内。铣削零件的编程原点，X、Y向零点一般可选在设计基准或工艺基准的端面或孔的中心线上，对于有对称部分的工件，可以选在对称面上，以便用镜像等指令来简化编程。Z向的编程原点，习惯选在工件上表面，这样当刀具切入工件后Z向尺寸字均为负值，以便于检查程序。18、什么叫基点？什么叫节点？它们在零件轮廓上的数目如何确定？零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等，各几何要素之间的连接点称为基点，它们的确定和计算相对简单。当用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线时，逼近线段与被加工曲线交点称为节点。节点的计算一般都比较复杂，靠手工计算已很难胜任，必须借助计算机辅助处理，其主要依据包括加工精度和计算方法等。基点和节点坐标是编程中必需的重要数据。19、试说明机床坐标系与工件坐标系各自的功用和相互关系如何？怎样确定其相互关系？机床坐标系又称机械坐标系，是机床运动部件的进给运动坐标系，其坐标轴及方向按标准规定。其坐标原点由厂家设定，称为机床原点或零件。工件坐标又称编程坐标系供编程用。它们的相互关系通过对刀及相关G指令确定。20、试用框图说明CNC系统的工作过程。加工程序 译码 刀补处理 插补处理进给伺服系统 成形运动PLC控制 切削运动、机床I/O装置 21、从CNC装置中含CPU的多少以及CPU的作用来看，CNC装置分为几类？试简述每一类的特征。 分为两大类：单微处理器结构主从式结构和多微处理器结构。在单微处理器结构主从式结构中，只有一个微处理器，以集中控制、分时处理系统的各个任务主从式虽有多个微处理器，但其中只有一个微处理器能够控制系统总线，而其它的微处理器只能作为智能部件；在多微处理器结构的CNC系统中，有两个或两个以上的微处理器，各个微处理器之间既可采用紧耦合，共享资源，具有集中的操作系统，也可采用松耦合，将各处理器组成独立部件，具有多层操作系统，实行并行处理。22、目前CNC装置的系统软件的结构模式有几种每一种有何特点目前常见的CNC系统的软件结构模式有两种：前后台型和中断型软件结构。前后台型软件结构适合于采用集中控制的单微处理器结构的CNC系统，前台程序为实时中断程序承担诸如位置控制插补辅助功能处理面板扫描及输出等实时功能，而后台程序主要完成准备和管理工作，包括输入译码插补准备及管理等通常称为后台程序或背景程序。中断型软件结构没有前后台之分，除初始化程序以外根据各控制模块实时要求不同将控制程序安排成不同级别的中断服务程序。整个软件是一个大的多重中断系统系统的管理功能主要通过各级中断服务程序之间的通信来实现。23、试简述时间分割法的基本工作原理。时间分割法属数字增量插补。其基本原理是把加工一段直线或圆弧的时间分为许多相等的时间间隔即插补周期，然后计算出各个坐标轴在每个插补周期内的进给量，插补周期的确定较为重要。24、刀具补偿有何作用？有哪些补偿指令？刀具补偿一般有长度补偿和半径补偿。刀具长度补偿可以进行刀具长度补偿及位置补偿。利用刀具半径补偿：用同一程序、同一尺寸的刀具进行粗精加工；直接用零件轮廓编程，避免计算刀心轨迹；刀具磨损、重磨、换刀而引起直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置状态输入刀具半径改变的数值；利用刀具补偿功能，可利用同一个程序，加工同一个公称尺寸的内、外两个型面。25、刀具半径补偿常用的方法有几种？各有何优缺点？刀具半径补偿常用的方法有两种：B刀补和C刀补。B功能刀补在确定刀具中心轨迹时，采用了读一段、算一段、再走一段的控制方法，这样就无法预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响。而C功能刀补可同时处理多个程序段，并可根据相邻两端轨迹的转接情况，对前段的刀具中心轨迹进行相应的修正，从而避免B功能刀补的缺陷。26、CNC系统为何要进行加减速控制？有哪些方法？数控机床进给系统的速度是不能突变的，进给速度的变化必须平稳过渡，以避免冲击、失步、超程、振荡或引起工件超差。在进给轴起动、停止时需要进行加减速控制。在程序段之间，为了使程序段转接处的被加工面不留痕迹，程序段之间的速度必须平滑过渡，不应有停顿或速度突变，这时也需要进行加减速控制。加减速控制多采用软件来实现。加减速控制可以在插补前进行，称为前加减速控制；也可以在插补之后进行，称为后加减速控制。27、试画出第一象限逆时针圆弧的逐点比较法插补流程图类似的有第一象限的直线插补流程图。见书。28、试叙述计算机数控系统的优点。 1适应性强、扩展容易2功能强、运算速度快、性价比高3通用性好、硬件容易组织生产4可靠性高5易于实现机电一体化29、简述插补的概念。目前使用的插补算法有哪些？所谓插补就是根据输入线型和速度的要求，实时分配各轴在每个插补周期内的位移量。其目的是控制加工运动，使刀具相对于工件作出符合零件轮廓轨迹的相对运动。目前数控系统常用的插补算法有脉冲增量插补包括逐点比较法和DDA法等和数据采样插补常用时间分割法或直接函数法两大类。30、进给伺服系统在NC机床的主要作用是什么？它主要由哪几部分组成?数控机床的伺服系统是指以机床移动部件的位移和速度作为控制对象的自动控制系统又称随动系统。在数控机床中伺服系统接收来自插补器的进给脉冲经变换放大后驱动工作台的移动。它是数控系统与机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分，它的性能在很大程度上决定了数控机床的性能。伺服系统一般由伺服电路伺服驱动装置检测装置机械传动装置以及执行部件等组成。31、位置检测装置在NC机床中的作用是什么？位置检测装置是闭环、半闭环伺服系统的主要组成部分，它的作用是检测位移和速度，发出反馈信号，使系统形成闭环控制。闭环及半闭环控制的数控机床的加工精度与检测元件的精度密切相关。32、感应同步器有几种工作方式？分别写出不同工作方式下激磁电势的形式。鉴相式和鉴幅式鉴相式Vs=Vm*cost Vk=Vm*sint鉴幅式Vs=Vm*cosa*sint Vk=Vm*sina*sint 33、脉冲编码器的输出信息有几相，它们各自的作用是什么？脉冲编码器的输出信息有3相，分别是A、B、Z，其中Z是每转脉冲，而A和B两个信号相差90o ，经放大和整形变成方波，再经相应处理后，得到一系列脉冲信号。根据脉冲的数目和频率，就可测出角位移和转速。34、当今进给伺服系统常用驱动电机有几种，试简述每种电机的特点及适用范围有：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机以及直线电机等。步进电机是一种将脉冲电信号转换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件，其输出的角位移严格与输入脉冲的数量成正比，角速度严格与频率成正比，改变通电顺序即可改变电机的转动方向；若维持通电绕组的电流不变，电机便停在某一位置不动。直流伺服电机的基本结构和工作原理与普通直流电机相同，只是为了满足快速响应的要求，结构上通常做得细长些，有永磁式和电磁式两种，速度调节容易、启动、运行和制动灵活方便，但制造和维护较为困难。交流伺服电机的基本结构及工作原理与异步电机相似，既具有直流伺服电机的优点，又克服了它的不足，目前已占据着主导的地位。直线电机的特点在于取消了从动力源到执行件之间的一切中间传动环节，大大简化了结构，它能直接产生直线运动，没有机械接触，结构简单，体积小；可提供很宽的速度范围，加速度很大最大可达10g；运动平稳，精度和重复精度高；维护简单，使用寿命长。 35、试简述开环伺服系统的工作原理。开环系统由步进电机的驱动控制电路和步进电机以及机械传动部分组成。系统的驱动控制电路接收来自数控系统的进给脉冲信号，并把此信号转换为控制步进电机各定子绕组依次通、断电的驱动信号，使步进电机运转。步进电机的转子带动传动机构，使工作台运动。36、一光栅尺用100线光栅，指示光栅与标尺光栅间的夹角为0.001弧度,摩尔条纹的宽度约为多少？若采用八倍频处理电路，其分辨率为多少？摩尔条纹的宽度 分辨率为 0.01/8=0.00125 37、数控机床对伺服系统的要求有哪些？简单地概括有以下几个方面：高地伺服精度；良好地稳定性；良好地快速响应能力；宽的速度调节范围；低速运动时能提供足够的输出转矩。38、数控机床在机械结构方面有哪些主要特点？ 可概括为：高的静态、动态刚度，良好的抗振性能，良好的热稳定性能，高的运动精度和低速运动的稳定性，操作安全方便等。39、数控机床主传动系统相对于普通机床有哪些特点？可概括为：变速范围宽；主轴变速迅速可靠；主轴组件的耐磨性高；转速高、功率大。40、主轴准停的意义是什么？ NC机床在加工中，为了实现自动换刀，使机械手准确地将刀具装入主轴孔中。刀具的键槽必须与主轴的键位在周向对准；在镗削加工中，退刀时，要求刀具向刀尖反方向，径向移动一段距离后才能退出，以免划伤工件，所有这些均需主轴具有周向准确定位功能即主轴准停功能。41、数控机床进给传动系统中有哪些机械环节，各有什么要求？ 数控机床进给传动系统包括齿轮传动副、丝杠螺母副、导轨副、数控回转工作台、分度工作台等。进给传动系统一般应具备摩擦阻力小、传动刚度高、运动部件惯性小等特点，还应消除传动间隙。另外，对导轨来说应满足导向精度高、刚度好、耐磨性好、低速稳定性好和结构工艺性好等要求。42、数控机床的导轨有哪些类型？各有何特点？贴塑导轨：摩擦系数低、动静摩擦系数接近、不易产生爬行，耐磨性好化学稳定性好工艺性好成本低。一般用于普通数控机床和传统机床的数控化改造。 滚动导轨：摩擦系数低精度高安装维护较为方便运动平稳承载能力大应用较为广泛。静压导轨：摩擦系数很低无磨损，精度保持性好，刚度好，承载能力大，抗振性好，但结构复杂、对油的清洁度要求高。一般用于重型机床。43、数控机床对自动换刀装置的要求是什么？ 数控机床的自动换刀装置应满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、刀具存储量足够、结构紧凑及安全可靠等要求。44、数控机床自动换刀装置的形式有哪些？有：回转刀架换刀、转塔式自动换刀更换主轴换刀、更换主轴箱换刀和刀库式自动换刀等。45、数控机床的选刀方式有几种，其中最常用是哪一种？ 选刀方式有：顺序选刀、任意选刀、软件选刀。最常用的应该是软件选刀和任意选刀。46、常用的刀具识别和编码方法有哪些？ 刀具编码方式：刀柄具编码、刀座编码、附件编码等。 刀具识别方式：接触式和非接触式。后者又有磁性识别和光电识别两种。47、数控机床传动系统中的齿轮副为什么要消除间隙？通常采用何种方式？由于数控机床进给系统的传动齿轮副存在间隙，在开环系统中会造成进给运动的位移值滞后于指令值；反向时，会出现反向死区，影响加工精度。而在闭环系统中则会影响系统的稳定性。 一般采用“刚性调整法”和“柔性调整法”48、滚珠丝杠副为什么要预紧？通常采用何种方式？1增加刚度，提高承载能力；提高运动的稳定性；提高传动精度。2垫片调整法；螺纹调整法；齿差式调整法 基本概念数控技术： 指用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程的自动控制技术。数控系统：指实现数控技术相关功能的软硬件模块有机集成系统，它是数控技术的载体。 计算机数控系统CNC：指以计算机为核心的数控系统。数控机床：是指应用数控技术对机床加工过程进行控制的机床。 点位控制数控机床：这类数控机床仅能控制在加工平面内的两个坐标轴带动刀具与工件相对运动，从一个坐标位置快速移动到下一个坐标位置，然后控制第三个坐标轴进行钻镗切削加工。这类机床主要有数控钻床、印刷电路板钻孔机、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。直线控制数控机床：这类数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内调节。现在仅仅具有直线控制功能的数控机床已不多见。 轮廓控制数控机床：这类数控机床具有控制几个坐标轴同时协调运动，即多坐标轴联动的能力，使刀具相对于工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工的功能。可实现联动加工是这类数控机床的本质特征。现代的数控机床基本上都是这种类型。 开环进给伺服系统：这类伺服系统没有位置测量装置，信号流是单向的数控装置进给系统，故系统稳定性好。但由于无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。这类系统一般以功率步进电机作为伺服驱动元件，具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床和旧机床的数控化改造。半闭环进给伺服系统：这类伺服系统的位置检测点是从驱动电机常用交直流伺服电机或丝杠端引出，通过检测电机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。由于在半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，因此可获得稳定的控制性能，其系统的稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。其精度比开环要好，比闭环要差。但可对这类误差进行补偿，因而仍可获得满意的精度。半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也较高，因而在现代CNC机床中得到了广泛应用。闭环进给伺服系统：它直接对工作台的实际位置进行检测，从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量。具有很高的位置控制精度。但由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。这类系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。CNC准备功能：即G功能-指令机床动作方式的功能，即规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀具补偿、暂停等操作，它由G后带二位数字组成，共有100种(G00G99)，有模态续效指令与非模态指令之分。CNC辅助功能：即M功能-用于指令机床辅助操作的功能，即控制机床及其辅助装置的通断的指令。如开、停冷却泵；主轴正反转、停转；程序结束等，它由M后带二位数字组成，共有100种(M00M99)。有模态(续效)指令与非模态指令之分。CNC固定循环功能：在数控加工过程中，有些加工工序如：钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削和切螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，数控系统事先将这些循环用G代码进行定义，在加工时使用这类G代码，可大大简化编程工作量。F指令：指定(合成)进给速度指令，由F后带若干位数字，如F150、F3500等。其中数字表示实际的合成速度值。它是模态指令，单位： mm/min(公制)或nch/min (英制)，视用户选定的编程单位而定，若为公制单位则上述两个指令分别表示：F=150mm/min；F=3500mm/min。 S指令(切削速度)：指定主轴转速指令，由S后带若干位数字，如S500、S3500等。其中数字表示实际的主轴转速值。它是模态指令，单位：r/min。上述两个指令分别表示主轴转速：500r/min；3500r/min。 前置处理：数控自动编程系统产生刀具路径的过程为前置处理。在完成了零件的几何造型以后，交互式图形自动编程系统要完成的是产生刀具路径。软件系统根据这些零件几何模型数据和切削加工工艺数据，经过分析、计算、处理，生成刀具运动轨迹数据，即刀位文件CLF(Cut Location File),并动态显示刀具运动的加工轨迹。 后置处理：后置处理的目的是生成针对某一特定数控系统的数控加工程序。由于各种机床使用的数控系统各不相同，每一种数控系统所规定的代码及格式不尽相同，为此，自动编程软件系统通常提供多种专用的或通用的后置处理文件，这些后置处理文件的作用是将已生成的刀位文件转变成合适的数控加工程序。手动编程：用人工完成程序编制的全部工作包括利用计算机辅助进行数值计算称为手工编程。 对于点位加工或几何形状较为简单的零件，数值计算较简单，程序段不多，用手工编程即可实现比较经济。自动编程：即计算机辅助编程，它是借助数控自动编程系统由计算机来辅助生成零件加工程序。此时，编程人员一般只需借助数控编程系统提供的各种功能对加工对象、工艺参数及加工过程进行较简便的描述后，即可由编程系统自动完成数控加工程序编制的其余内容。自动编程减轻了编 译人员的劳动强度、缩短编程时间、提高编程质量。同时解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。通常三轴联动以上的零件加工程序只能用自动编程来完成如非圆曲线轮廓的计算。 “行切法”：三轴两联动加工的方法，即以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动另一轴轴作周期性进给。机床原点：机床坐标系的零点，这个原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。机床坐标系：以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系，机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参考坐标系。工件原点：为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点，该点也可以是对刀点重合。 工件坐标系：以工件原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。现代数控机床均可设置多个工件 坐标系，在加工时通过G指令进行换。 工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。 相对坐标编程：运动轨迹的终点坐标值是相对于起点计量的编程方式(增量坐标编程)。并行处理：指CNC软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上