数控技术简答

1 27 1 什么是数控机床 答 简单地说 就是采用了数控技术 指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机床机械设备进 行控制的一门技术 的机床 即将机床的各种动作 工件的形状 尺寸以及机床的其他功能用一些 数字代码表示 把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统 数控系统经过译码 运算以及处理 发出相应的动作指令 自动地控制机床的道具与工件的相对运动 从而加工出所需要的工件 2 数控机床由哪几部分组成 各组成部分的主要作用是什么 答 1 程序介质 用于记载机床加工零件的全部信息 2 数控装置 控制机床运动的中枢系统 它的基本任务是接受程序介质带来的信息 按照规 定的控制算法进行插补运算 把它们转换为伺服系统能够接受的指令信号 然后将结果由输出装置 送到各坐标的伺服系统 3 伺服系统 是数控系统的执行元件 它的基本功能是接受数控装置发来的指令脉冲信号 控制机床执行元件的进给速度 方向和位移量 以完成零件的自动加工 4 机床主体 主机 包括机床的主运动 进给运动部件 执行部件和基础部件 3 数控机床按运动轨迹的特点可分为几类 它们特点是什么 答 1 点位控制数控机床 要求保证点与点之间的准确定位 它只能控制行程的终点坐标 对于 两点之间的运动轨迹不作严格要求 对于此类控制的钻孔加工机床 在刀具运动过程中 不进行切 削加工 2 直线控制数控机床 不仅要求控制行程的终点坐标 还要保证在两点之间机床的刀具走的 是一条直线 而且在走直线的过程中往往要进行切削 3 轮廓控制数控机床 不仅要求控制行程的终点坐标值 还要保证两点之间的轨迹要按一定 的曲线进行 即这种系统必须能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格的连续 控制 4 什么是开环 闭环 半闭环伺服系统数控机床 它们之间有什么区别 答 1 开环 这类机床没有来自位置传感器的反馈信号 数控系统将零件程序处理后 输出数字指 令后给伺服系统 驱动机床运动 其结构简单 较为经济 维护方便 但是速度及精度低 适于精 度要求不高的中小型机床 多用于对旧机床的数控化改造 2 27 2 闭环 这类机床上装有位置检测装置 直接对工件的位移量进行测量 其精度高 但系统 设计和调整困难 结构复杂 成本高 主要用于一些精度要求很高的镗铣床 超精密车床 超精密 铣床 加工中心等 3 半闭环 这类数控机床采用安装在进给丝杠或电动机端头上的转角测量元件测量丝杠旋转 角度 来间接获得位置反馈信息 可获得较为满意的精度和速度 大多数数控机床采用它 如数控 车床 数控铣床和加工中心等 5 数控机床的主要技术参数有哪些 答 1 主要规格尺寸 2 主轴系统 3 进给系统 1 进给速度 2 脉冲当量 分辨率 3 定位精度和重复定位精度 4 刀具系统 6 解释下列名词术语 脉冲当量 定位精度 重复定位精度 FMC FMS CIMS 答 1 脉冲当量 指两个相邻分散细节之间可以分辨的最小间隔 是重要的精度指标 脉冲当量 数控机床每发出一个脉冲 坐标轴移动的距离 2 定位精度 指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度 3 重复定位精度 指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 所得到得 连续结果的一致程度 4 FMC Flexible Manufacturing Cell 柔性制造单元 5 FMS Flexible Manufacturing System 柔性制造系统 6 CIMS Computer Integrated Manufacturing System 计算机集成制造系统 7 数控技术的主要发展方向是什么 答 1 高速化 2 高精度化 3 多功能化 4 结构新型化 5 加工功能复合化 6 编程技术自动化 7 数控系统的智能化 8 数控系统的开放化 第一章数控加工工艺分析与程序编制 3 27 1 数控机床最适合加工哪几种类型的零件 答 1 多品种 小批量生产的零件或新产品试制中的零件 2 轮廓形状复杂 对加工精度要求较高的零件 3 用普通机床加工时 需要有昂贵的工艺装备 工具 夹具忽然模具 的零件 4 需要多次改型的零件 5 价格昂贵 加工中不允许报废的关键零件 6 需要最短生产周期的急需零件 2 数控加工工序的划分有几种方式 各适合什么场合 答 1 按零件装卡定位方式划分工序 每个零件结构形状不同 各表面的技术要求也有所不同 故加工时 其定位方式各有差异 因而可根据定位方式的不同来划分工序 2 按粗 精加工划分工序 根据零件的加工精度 刚度和变形等因素来划分工序时 可按粗 精加工分开的原则来划分工序 即先粗加工再精加工 此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工 3 按所用刀具划分工序 为了减少换刀时间 压缩空程时间 减少不必要的定位误差 可按刀 具集中工序的方法加工零件 即在一次装夹中 尽可能用一把刀具加工出可能加工的所用部位 然 后再换另一把刀加工其他部位 3 数控加工对刀具有何要求 常用数控刀具材料有哪些 各有什么特点 答 1 数控加工对刀具的要求 精度高 刚度好 耐用度高 且尺寸稳定 安装调整方便 2 常用数控刀具材料 1 高速钢 淬火后 变形小 易刃磨 可锻制何切削 但允许的切削速度较低 50m min 故大 都用于数控机床的低速加工 2 硬质合金 常温硬度可达 74 82HRC 能耐 800 1000 度的高温 生产成本较低 可在中速 150m min 大进给切削中发挥出优良的切削性能 故成为数控加工中最为广泛使用的刀具材料 但其冲给韧度与抗弯强度远比高速钢低 因而很少做成整体式刀具 3 涂层硬质合金 与硬质合金刀具相比 无论在强度 硬度和耐磨性方面均有了很大的提高 对于硬度为 45 55HRC 的工件的切削 低成本的涂层硬质合金可实现高速切削 4 27 4 陶瓷材料 具有高硬度 91 95HRC 高强度 耐磨性好 化学稳定性好 良好的抗黏结性能 摩擦因素低且价格低廉 还具有很高的高温硬度 5 立方氮化硼 CBN 人工合成的高硬度材料 其硬度和耐磨性仅次于金刚石 有极好的高 温硬度 与陶瓷相比 其耐热性和化学稳定性稍差 但冲给韧度和抗破碎性能较好 6 聚晶金刚石 PCD 最硬的刀具材料 硬度可达 10000HV 具有良好的耐磨性 能够以高速 度 1000m min 和高精度加工软的有色金属材料 但它对冲给敏感 容易破碎 而且对黑色金属中 铁的亲和力强 易引起化学反应 一般情况下只能用于加工非铁零件 4 数控加工切削用量的选择原则是什么 它们与哪些因素有关 应如何进行确定 答 切削用量包括主轴转速 或切削速度 背吃刀量 进给量 1 选用原则 1 粗加工时 一般以提高生产率为主 但也应考虑经济性和加工成本 2 半精加工和精加工时 应在保证加工质量的前提下 兼顾切削效率 经济性和加工成本 3 具体数值应根据机床说明书 切削用量手册 并结合经验而定 2 1 背吃刀量 ap r min 主要根据机床 夹具 刀具和工件的刚度来决定 2 主轴转速 n r min 根据允许的切削速度 v m min 选取 n 1000 3 14D 式中 D 为工件 或刀具的直径 mm 3 进给量 进给速度 f mm min 或 mm r 主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以 及刀具 工件的材料性质选取 选择顺序 背吃刀量 进给量 切削速度 选择原则 粗加工 选择尽量大的背吃刀量 进给量 切削速度 以提高生产率 精加工 选择小的背吃刀量和进给量 选择高的切削速度 以提高加工精度和降低表面粗糙度数值 5 何为加工路线 加工路线确定原则有哪些 对于各加工表面要求光滑连接或光滑过度时 加工路 线应如何确定 为什么 答 1 在数控加工中 刀具的刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线 2 原则 1 应保证被加工零件的精度和表面粗糙度 且效率较高 5 27 2 使数值计算简单 以减少编程工作量 3 使其最短 这样既可减少程序段 又可减少空刀时间 4 还要考虑工件的加工余量和机床 刀具的刚度等情况 确定是一次走刀 还是 多次走刀来完成加工 以及在铣削加工中式采用顺铣还是逆铣等 刀位点是指刀具的单位基准点 6 环切法和行切法各有何特点 分别适用于什么场合 答 1 两种加工路线的共同特点是都能切尽内腔中全部面积 不留死角 不伤轮廓 同时尽量 减少重复进给的搭接量 2 行切法的加工路线比环切法短 但行切法会在每两次进给的起点与终点间留下残留面积 达不到所要求的表面粗糙度 用换切法获得的表面粗糙度要好于行切法 但环切法需要逐次向外扩 展轮廓线 刀位点计算稍微复杂一些 7 数控加工工艺文件有哪些 各包括哪些内容 答 1 机械加工工艺过程卡 简要地列出整个零件加工所经过的工艺路线 包括毛坯制造 机械 加工和热处理等 2 机械加工工艺卡片 详细地说明整个工艺过程的一种工艺文件 包括零件的材料 毛坯种 类 工序号 工序名称 工序内容 工艺参数 操作要求以及采用的设备和工艺装备等 3 数控加工工序卡片 更详细地说明整个零件各个工序的要求 在其上画工序简图 说明该 工序每一工步的内容 工艺参数 操作要求以及所用的设备与工艺装备 同时还要注明程序编号 编程原点和对刀点 4 数控加工刀具卡 包括刀具的详细资料 有刀具号 刀具名称及规格 刀辅具等 8 试说明基点和节点的含义 利用 AutoCAD 如何确定基点坐标 答 1 各几何元素 如直线 圆弧 二次曲线等 间的连接点称为基点 在满足允许编程误差的 条件下 用若干直线段或圆弧段分割逼近给定的曲线 相邻直线段或圆弧段的交点或切点称为节点 2 利用 AutoCAD 将要求基点坐标的图作出来 然后利用尺寸标注把要求的基点标注出来即可 6 27 9 简述数控编程的内容和步骤 答 1 分析被加工零件的零件图 2 确定加工工艺过程 3 数值计算 4 编写程序单 5 输入数控系统 6 程序校验和首次试切 10 手工编程和自动编程比较 各有什么特点 答 1 对形状简单的工件 计算比较简单 程序不多 采用手工编程较容易完成 而且经济 及 时 因此在简单的点定位加工及由直线与圆弧组成的轮廓加工中 手工编程仍广泛应用 2 对于几何形状复杂的零件 特别是具有列表曲线 非圆曲线及曲面的零件 或者表面的几 何元素并不复杂而程序量很大的零件 手工编程就有一定的困难 出错的概率增大 甚至无法编出 程序 因此必须采用自动编程的方法编制程序 11 简述机床坐标系及运动方向的规定 答 标准的坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系 这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行 直角坐标系 X Y Z 三者的关系及其方向用右手定则判定 围绕 X Y Z 各轴回转的运动及其正方 向 A B C 分别用右手螺旋定则确定 通常坐标轴命名或编程时 不论机床在加工中是刀具移动 还是被加工工件移动 都一律假定被 加工工件相对静止不动 而刀具在移动 即刀具相对运动的原则 并同时规定刀具远离工件的方向 为坐标的正方向 12 数控机床坐标系的原点与参考点时如何确定的 答 1 原点时机床固有的 由生产厂家确定 不能随意改变 是其他坐标系和机床内部参考点的 出发点 不同的数控机床坐标系的原点也不同 数控车床的机床原点在主轴前端面的中心上 数控 铣床和立式加工中心的机床原点 一般在机床的左前下方 2 参考点也称基准点 是数控机床工作区确定的一个点 与机床原点有确定的尺寸关系 如 数控车床的参考点在其原点的右下方 14 机床坐标系和工件坐标系有什么不同 如何建立 7 27 答 机床坐标系时机床的基本坐标系 工件坐标系时用于工件几何图形上各几何要素的位置而建立 的坐标系 是编程人员在编程时使用的 15 在恒线速度控制的车削过程中 为什么要限制主轴的最高转速 答 主轴的转速在工件不同截面上市变化的 为防止主轴转速过高而发生危险 在设置恒线速度前 可以将主轴最高转速设定在某一个最高值 16 螺纹车削有哪些指令 为什么螺纹车削时要留有引入量和超越量 答 1 螺纹车削指令 G32 螺纹车削循环指令 G92 2 保证加工精度和加工质量 17 为什么要进行刀具轨迹的补偿 刀具补偿的实现要分哪三大步骤 当某刀具磨损后 如何修改该 刀具的补偿值 答 1 刀架在换刀前一刀尖位置和更换新刀具的刀尖位置之间产生差异 以及由于刀具的安装误 差 刀具磨损和刀具刀尖圆弧半径的存在等 在数控加工中必须利用刀具补偿功能给予补偿 才能 加工出符合图样形状要求的零件 2 刀补的建立 刀补执行 刀补取消 3 修改每把刀具在相应存储器中的数值 19 加工中心与数控铣床相比在结构和功能上有何不同 答 加工中心增加了刀库和自动换刀装置 通过在刀库上安装不同用途的刀具 可在一次装夹中通 过自动换刀装置改变主轴的加工刀具 实现钻 铣 镗 扩 铰 工螺纹 切槽等 20 刀具补偿有什么作用 何为正补偿 何谓负补偿 答 1 刀具长度补偿指令一般用于刀具轴向即 Z 向的补偿 它使刀具在 Z 方向上的实际位移量比程 序给定值增加或减少一个偏置量 2 正补偿值将目标点的 Z 坐标与存储器中所存的数值进行 运算 负补偿反之 8 27 2 CNC 装置的主要功能有哪些 答 控制功能 G 功能 插补功能 进给功能 主轴功能 M 功能 刀具功能 补偿功能 字符 图 形显示功能 自诊断功能 通信功能 人机交互图形编辑功能 3 单 CPU 结构和多 CPU 结构各有何特点 答 单 CPU 结构的特点 CNC 系统的所有功能通过一个 CPU 进行集中控制 分时处理来实现的 该 CPU 通过总线与存储器 I O 控制元件等各种接口电路连接 构成 CNC 系统的硬件 结构简单 易于 实现 由于只有一个 CPU 的控制 功能受字长 数据宽度 寻址能力和运算速度等因素的限制 多 CPU 结构特点 其采用模块化设计 模块间有明确的符合工业标准的接口 彼此间可以进行 信息交换 这种模块化结构 缩短了 CNC 系统的设计 制造周期 并且具有良好的适应性和扩展性 结构紧凑 由于每个 CPU 分管各自的任务 形成若干模块 如果某个模块出了故障 其他模块仍然 照常工作 并且插件模块更换方便 可以使故障对系统的影响减少到最低程度 提高了可靠性 性 价比高 适合于多轴控制 高进给速度 高精度的数控机床 4 常规的 CNC 系统软件有哪几种结构模式 答 中断型和前后台型 5 数控机床常用的输入方法有几种 各有何特点 答 有纸带输入 键盘输入 磁盘输入 上级计算机 DNC 通信输入 7 开放式结构数控系统的主要特点是什么 答 1 软件化数控内核扩展了数控系统的柔性和开放性 降低了成本 2 数控系统驱动和数字 I O PLC 的 I O 连接的发展方向是现场总线 3 网络化是基于网络技术的 E Manufacturing 对 数控系统的必然要求 8 可编程逻辑控制器 PLC 与传统的继电器逻辑控制器 RLC 相比有什么区别 它的主要功能有 哪些 答 与 RLC 相比 PLC 是一种工作原理完全不同的顺序控制装置 其基本功能 9 27 1 它是有计算机简化而来 2 具有面向用户的指令和专用与存储用户程序的存储器 3 用户程序多采用图形符号和逻辑顺序关系与继电器电路十分近似的梯形图编辑 直观 工作原 理易于理解和掌握 4 可与专用编程机 编程器 个人计算机等设备连接 可方便的实现程序的显示 编辑 诊断 存储和传送等操作 5 没有继电器的接触不良 触点熔焊 磨损和线圈烧断等故障 6 结构紧凑 体积小 容易装入机床内部或电气箱内 便于实现数控机床的机电一体化 9 PL 的硬件系统主要由哪几部分组成 各部分的作用是什么 答 硬件系统有 1 CPU 是 PLC 的核心部分 按 PLC 系统程序赋予的功能 接受并存储从编辑器 键入的用户程序和数据 2 存储器 用来存储数据或程序 3 I O 模块 CPU 与现场 I O 设备或其 他外部设备之间的连接部件 4 电源 对 PLC 的内部电路供电 5 编程器 用于用户程序的编 制 编辑 调试和监视 还可通过其键盘调用和显示 PLC 的一些内部状态和系统参数 10 通常情况下 PLC 的规模是怎样划分的 答 将 I O 点数的多少或者程序的存储器容量 字数 的大小作为评价的标准 把 PLC 分为小型 中型和大型 或小规模 中规模和大规模 11 试简述 PLC 的程序执行过程 程序的扫描周期与哪些因素有关 答 在程序执行阶段 PLC 对程序按顺序进行扫描 如程序用梯形图表示 则总是按先上后下 先 左后右的顺序扫描 每扫描一条指令时所需要的输入状态或其他元素的状态分别从输入映像寄存器 或输出映像寄存器中读入 然后进行相应的逻辑或算术运算 运算结果在存入专寄存器 若执行程 序输出指令时 则将相应的运算结果存入输出映像寄存器 程序的扫描周期与程序的长短有关 12 何为插补 有哪两类插补算法 10 27 答 插补是指数据点密化的过程 有基准脉冲插补和数据采样插补 26 何为刀具半径补偿 其执行过程如何 答 在进行外轮廓加工时 刀具中心需要偏移零件的外轮廓面的一个半径值 这种偏移习惯上称为 刀具补偿 其执行过程 1 刀具补偿建立 2 刀具补偿进行 3 刀具补偿撤离 2 何为步距角 步距角的大小与哪些参数有关 答 1 对步进电动机施加一个电脉冲信号时 它就旋转一个固定的角度 通常把它称为一步 每 一步转过的角度叫做步距角 2 步距角的公式为 s z2 转子齿数 m 定子的相数 k 拍数与相数的必烈系数 3 步进电动机的转向和转速是如何控制的 答 改变通电频率可以改变电动机的转速 改变通电顺序可以改变步进电动机的旋向 1 数控机床的主体结构有哪些特点 答 1 为了简化机械传动机构 缩短传动链 数控机床多采用了高性能的无级变速主轴及伺服传 动系统 2 为了适应连续的自动化加工和提高生产效率 数控机床机械结构具有较高的静 动态刚度和 阻尼精度 以及较高的耐磨性 而且热变形小 3 为减小摩擦 消除传动间和获得高加工精度 数控机床更多地采用了高效率传动部件 如滚 珠丝杠螺母副 静压蜗杆副 塑料导轨 滚动导轨 静压导轨等 mz2k 360 11 27 4 为了改善劳动条件 改善操作性能 提高劳动生产率 数控机床采用了多主轴 多刀架结构 以及刀具与工件的自动夹紧装置 自动换刀装置 自动排屑装置及自动润滑冷却装置等 5 为了保证机床精度的稳定性 获得可靠的加工质量 数控机床多采取减小热变形的措施 2 数控机床对主传动系统有哪些要求 主传动系统有几种变速方式 答 1 数控机床对主传动系统的要求如下 1 为了能达到最佳巅峰切削效果 一般都应在最佳的切削条件小工作 因此 主轴一般都 要求能实现无级变速 2 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 高效的加工需求 3 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 4 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 以及主轴检测装置 以便 实现对主轴位置的控制 2 主传动系统的变速方式 1 有级变速 机械变速 2 无级变速 3 分段无级变速 4 内置电动机主轴变速 电主轴 3 加工中心主轴为何需要 准停 如何实现 准停 答 1 加工中心主轴需要 准停 的原因如下 1 在数控镗床 数控铣床和以镗铣为主加工中心上 为了实现自动换刀 是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轴向对准 2 在镗削加工退刀时 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 这 都需要主轴具有周向定位功能 3 一些特殊工艺要求 如在通过前壁小孔镗内孔的同轴打孔 或进行反倒角等加工时 也需要主 轴实现准停 使刀尖停在一个固定的方位上 以便主轴偏移一定尺寸后 使大刀刃能通过前壁小 孔进入箱体内对打孔进行镗削 所以主轴上必须设有准停装置 2 主轴准停可利用机械式主轴准停装置或电气式主轴准停装置进行准停 现代数控一般采用电气 式主轴准停装置 12 27 4 数控机床主轴的支承形式主要有哪几种 各自适用于何种场所 答 1 前支承采用双列圆柱滚子轴承和 60 接触双列球轴承组合 后支承成对安装的角接触球 轴承 这种配置形式使主轴的综合刚度大幅度提高 可以满足强力切削的要求 因此普遍应用于各 类数控机床主轴中 2 前轴承采用高精度的双列角接触球轴承 后轴承采用单列 或双列 角接触球轴承 这种配置 具有良好的高速性能 但承载能力小 因而适用于高速 轻载和精密的数控机床主轴 3 前后轴承采用双列和单列圆锥轴承 这种配置限制了主轴的最高转速和精度 因此适用于中等 精度 低速与重载的数控机床主轴 5 加工中心主轴内孔吹屑装置的作用是什么 答 如果主轴锥孔中落入切屑 灰尘和其他污物 在拉紧刀杆时 主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会 被划伤 甚至会使刀杆发生偏斜 破破坏刀杆的正确定位 影响零件的加工精度 因而加工中心主 轴内孔吹屑装置的作用就是为了保持主轴锥孔的清洁 常采用的方法是使用压缩空气吹屑 6 数控机床对进给系统有哪些要求 答 1 提高传动精度和刚度 2 减少各运动零件的惯量 3 减少运动件的摩擦阻力 4 响应速度快 5 较强的过载能力 6 稳定性好 寿命长 7 使用维护方便 7 内外循环方式滚珠丝杠螺母副在结构上有何不同 答 1 内循环方式指在循环过程中滚珠始终保持和丝杠接触 2 外循环方式在循环过程中滚珠与丝杠脱离接触 9 滚珠丝杠螺母副有哪些特点 答 1 传动效率高 摩擦损失小 2 运动灵敏 低速时无爬行 3 传动精度高 刚性好 4 滚珠丝杠螺母副的磨损小 使用寿命长 5 无自锁能力 具有传动的可逆性 6 滚珠丝杠 螺母副制造工艺复杂 滚珠丝杠和螺母的材料 热处理和加工要求 相当于滚动轴承 13 27 10 数控机床对导轨的基本要求有哪些 答 1 导向精度高 2 足够的刚度 3 良好的摩擦特性 4 低速运动的平稳性 5 阻尼特性好 高速时不振动 6 结构工艺性好 11 塑料导轨 滚动导轨 静压导轨各有何特点 答 1 塑料导轨 具有摩擦 系数低 且动 静摩擦系数差值小 减振性好 具有良好的阻尼性 耐磨性好 有自润滑作用 结构简单 维护方便 成本低 2 滚动导轨 具有摩擦系数小 动静摩擦系数差别小 启动阻力小 能微量准确移动 低速运 动平稳 无爬行 运动灵活 定位精度高 通过顶紧可以提高刚度和抗振性 承受较大的冲给和振 动 寿命长 是适合数控机床进给系统应用比较理想的导轨元件 3 静压导轨 摩擦系数小 一般为 0 005 0 001 机械效率高 能长期保持导轨的导向精度 承载油膜有良好的吸振性 低速小不易产生爬行 所以在机床上得到日益广泛的应用 这种导轨的 缺点是结构复杂 且需备置一套专门的供油系统 制造陈本较高 13 常见的自动换刀装置主要有哪几种形式 答 回转刀架换刀 更换主轴头换刀 更换主轴箱换刀和带刀库的自动换刀系统 14 加工中心中常见的换刀方式分为哪两大类 各有什么特点 答 1 常见的换刀方式分为无机械手换刀和机械手换刀 2 无机械手换刀 结构相对简单 但换刀动作麻烦 时间长 并且刀库中的容量相对少 机械手换刀 采用机械手进行刀具交换时 由于刀库及刀具交换方式的不同 换刀机械手也有单 臂 双臂等多种形式 它们能完成抓刀 拔刀 回转 插刀以及返回等全部动作 且为了防止刀具 掉落 各机械手的活动爪都必须要带有自锁机构 16 数控机床回转工作台和分度工作台有何区别 答 回转工作台 它是数控铣床 数控镗床 加工中心等数控机床不可缺少的重要部件 其作用是 按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动 以使数控机床能完成指定的加工工序 14 27 分度工作台 它的分度 转位和定位工作 是按照孔子系统的指令自动地进行 通常分度运动只限 于某些规定的角度 45 60 90 180 等 但实现工作台转位的机构都很难 达到分度精度的要求 所以要有专门的定位元件来保证 1 数控加工的合理性分析 1 零件技术要求能否达到 2 对提高生产率是否有利 3 经济上是否合算 考虑的主要因素是 毛坯材料和类型 零 件尺寸大小 尺寸精度和表面粗糙度要求 零 件轮廓的复杂程度 零件数量 热处理状态等 2 数控加工方案的选择 1 尺寸精度要求 2 刀具形状 3 机床的运动 行程 4 零件的安装方法 5 编程的难易程度 3 定位安装的基本原则 1 力求设计 工艺与编程计算的基准统一 2 尽量减少装夹次数 尽可能在一次定位装夹后 加工出全部待加工面 3 避免采用占机人工调试加工方案 以充分发挥数控机床的效能 4 粗基准的选择原则 选择要求保证工件上某重要表面的加工余量均匀且重要面为基准 为了保证加工面与不加工面间的位置要求 应选不加工面为基准 粗基准要求 平整光滑 有一定面积 定位可靠 夹紧方便 粗基准在同一方向上只能使用一次 对于具有较多加工表面的工件 选择粗基准时 应保证各主要表面都有足够加工余量 15 27 精基准的选择原则 5 保证加工精度和工件安装方便可靠 基准重合原则 选用设计基准作为定位基准 基准统一原则 采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面 自为基准原则 选择加工表面本身作为定位基准 互为基准原则 工件上两个相互位置要求很高的表面加工时 互相作为基准 6 选择夹具的基本原则 1 当零件加工批量不大时 应尽量采用组合夹具 可调式夹具及其他通用夹具 以缩短生产 准备时间 节省生产费用 2 在成批生产时才考虑专用夹具 并力求结构简单 3 零件的装卸要快速 方便 可靠 以缩短机床的停顿时间 4 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工 即夹具要开敞 其定位 夹紧机构元 件不能影响加工中的走刀 如产生碰撞等 为了提高数控加工的效率 在成批生产中还可以采用多 位 多件夹具 7 对刀点是刀具加工零件时 刀具相对零件运动的起点 又称起刀点 也是因此程序运 行的起点 对刀的目的 是确定编程原点在机床坐标系中的位置 对刀点可以定在零件上 也可 以定在零件外 但必须与零件的定位基准有一定的关系 这样才能确定机床坐标系与零件坐标之间 的关系 1 数控机床由哪几部分组成 数控机床的控制机制原理 数控机床的特点 数控加工表面的成形原 理 答 组成部分 1 程序编制及程序载体 2 输入装置 3 数控装置及强电控制装置 4 伺服驱动系 统及位置检测装置 5 机床的机械部件 数控机床的控制原理 用数字化的信息来实现自动控制的 将与加工零件有关的信息 工件 与刀具相对运动轨迹的尺寸参数切削加工的工艺参数 以及各种辅助操作等加工 用规定的文字 数字和符号组成的代码 按一定的格式编写成加工程序单 将加工程序通过控制介质输入到数控装 置中 由数控装置经过分析处理后 发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加 工 P3 数控机床的特点 1 能适应不同零件的自动加工 2 生产效率和加工精度高 加工质量稳定 16 27 3 能高效优质完成复杂型面零件的加工 4 工序集中 一机多用 5 数控机床是一种高技术的设备 成形原理 微小直线段逼近给定的圆弧 2 何为主轴的准停功能 何时需要实现主轴准停 答 主轴准停止 保证主轴每次停车时都能停在一个固定的位置上 以使每次换刀时 都能准确对 准主轴上的端面键 以便传递扭矩 何时实现 当停机时 磁开关闭合 实现准停 3 滚珠丝杠螺母的特点 何为内循环 外循环 有哪些支承方式和预紧措施 预紧的目的是什么 如何选择滚珠丝杠 答 特点 1 传动效率高 2 灵敏度高 3 使用寿命长 4 预紧后可以进一步提高轴向刚度和精度 滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为外循环 始终与丝杠保持接触的称为内循环 支承方式 1 一端固定 一端自由 2 两端固定 3 一端固定 一段浮动 预紧措施 1 利用双螺母来调整间隙实现预紧 2 通过改变垫片的厚度 使滚珠丝杠的左右螺母布 相对旋转 只做轴向位移 3 齿差式预紧结构 预紧目的 1 消除轴向间隙 2 提高轴向刚度和传动精度 选定 1 根据经床的精度要求来选用滚珠丝杠的精度 2 根据机床的载荷来选定丝杠的直径 3 验 算丝杠扭转刚度 压曲刚度 临界转速与工作寿命等 4 数控机床是用的导轨有哪些形式 各有何特点 答 1 贴塑导轨 导轨快速可达 30m min 刚度高 静动摩擦系数值小无滑行 2 滚动导轨 摩擦系数很小 0 0025 0 005 动 静摩擦系数相差很小 运动轻便灵活 所需功率 小 精度好 无爬行 3 静压导轨 精度保持性好 摩擦系数极低 0 0005 使驱动功率大大降低 运动不受速度和负 载限制 低速无爬行 支撑能力大 刚度好 油膜有吸振作用 抗震性好 导轨摩擦发热小 但其 结构较复杂 需要有供油系统 油的清洁度较高 5 点位控制 直线控制 轮廓控制的特点是什么 17 27 答 点位控制 点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的 精确运动 在运动和定位过程中不进行任何加工工序 如数控钻床 数按坐标镗床 数控焊机和数 控弯管机等 直线控制 点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个位置的精 确移动和定位 而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动 轮廓控制 轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个坐标轴同时进行联动控制 它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置 而且要求控制整个加工过程每一点的速度和 位移量 即要求控制运动轨迹 将零件加工成在平面内的直线 曲线或在空间的曲面 1 CNC 装置的作用及优点是什么 它有哪些功能 作用 指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段 主要功能 控制功能 准备功能 插补功能和固定循环功能 进给功能 主轴功能 辅助功能 刀具管理功能 补偿功能 人机对话功能 自诊断功能 通信功能 优点 具有灵活性和通用性 数控功能丰富 可靠性高 使用维护方便 易于实现机电一体化 2 CNC 装置的硬件是如何分类的 其特点是什么 按其中含有 CPU 的多少来分 1 单机处理机结构 装置内的所有处理工作都由一个 CPU 它集 中控制和管理整个系统资源 通过分时处理的方式来实现各种数控功能 它的优点是结构简单 投 资少 易于实现 但系统功能则受 CPU 的字长 数据宽度 寻址能力和运算速度等因素限制 2 CNC 装置中有两个以上的 CPU 也就是 CNC 装置中某些功能模块自身也带有 CPU 按照 这些 CPU 之间相互关系的不同 可将其分为主从结构 多主结构 分布式结构 3 步进电机有哪些特点 计算公式 1 步进电动机受脉冲的控制 没有累积误差 控制输入步进电动机的脉冲数就能控制位移量 改 变通电频率可改变电动机的转速 2 当停止送入脉冲 只要维持控制绕组的电流不变 电动机便停在某一位置上不动 不需要机械 制动 3 改变通电顺序可改变步进电动机的旋转方向 18 27 4 步进电动机的缺点是效率低 拖动负载的能力不大 步距角不能太小 调速范围不大 计算公式 360 mzk m 绕组相数 z 转子齿数 单拍通电 k 1 双拍通电 k 2 4 何谓插补原理 所谓插补就是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求 在轮廓的已知点之间 确定一些中间点 的方法 这种方法称为插补原理 5 进给伺服系统有哪些部分组成 作用是什么 1 由伺服驱动电路 伺服驱动装置 位置检测装置 机械传动机构 执行部件以及电气自动控制 等部分组成 2 作用 控制机床执行部件运动的位移 方向和速度 6 何谓开环 闭环系统 开环 在一个控制系统中系统的输入信号不受输出信号影响的控制系统 其驱动电动机主要是步 进电动机 闭环 系统的输出量对系统的控制作用有直接影响的控制系统 输出量直接或间接地反 馈到输入端 其驱动电动机主要是直流或交流伺服电机 7 闭环系统的控制原理是什么 如何构成闭环系统 它有哪些环节组成 它们分别构成什么控制回 路 1 控制原理就是反馈原理 所谓反馈原理 就是根据系统输出变化的信息来进行控制 即通过比 较系统行为 输出 与期望行为之间的偏差 并消除偏差以获得预期的系统性能 2 由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统 3 组成环节 被控对象 比较 放大 执行 测量 校正 4 位置控制回路 速度控制回路 电流控制回路 8 刀具中心轨迹的过渡方式有几种 它与矢量夹角的关系是什么 三种 缩短型 矢量夹角 180 伸长型 矢量夹角 90 180 插入型 矢量夹角 90 19 27 1 何谓数控编程 数控编程 将零件加工的工艺顺序 运动轨迹与方向 位移量 工艺参数以及辅助动作 按动作顺 序 用数控机床的数控系统所规定的代买和程序格式 编制加工程序单 再将程序单中的内容记录 在磁盘等控制介质上 输送给数控系统 从而控制机床自动加工 2 何谓刀具半径补偿功能 其主要用途是什么 补偿功能 根据编程轨迹和刀具偏置值 由 CNC 装置自动计算出刀具中心的运动轨迹 并控制刀具 沿着这个轨迹运动的功能 作用 为了方便编程 可以用同意程序使用不同直径的的刀具或者是补偿刀具本身的公差和磨损 而 且有的时候使用刀具中心编程会更简单一些 3 G41 G42 G43 G40 的含义是什么 G41 左刀补 G42 右刀补 G43 刀具偏置 正 G44 刀具偏置 负 G40 刀具补偿 刀具偏置注 销 4 编制数控车床 数控铣削程序时 如何确定 G02 G03 的方向 答 沿垂直于圆弧所在平面的坐标轴的负方向观察来判断圆弧的顺 逆方向 5 指出 G90 G17 G18 G19 G92 G54 G59 G00 G01 G02 G03 G04 的含义 答 G90 绝对坐标指令 G91 相对坐标指令 G17 XY 坐标平面内的加工功能 G18 ZX 坐标平面内 的加工功能 G19 YZ 坐标平面内的加工功能 G92 坐标系设定的预置寄存指令 G54 直线 偏移 X G55 直线偏移 Y G56 直线偏移 X G57 直线偏移 XY G58 直线偏移 ZX G59 直线偏移 YZ G00 快速定位指令 G01 直线插补指令 G02 顺时针圆弧插补指令 G03 逆时针圆弧插补指令 G04 暂停 2 2 数控机床加工精度高 产品质量稳定的原因 1 以自动控制代替手工控制 避免了人为操作误差 2 机床进给传动机构采用了滚珠丝杆螺母副传动 减少了传动间隙 提高了传动精度 20 27 3 机床结构特别是传动机构具有很高的刚度 热稳定性和制造精度 4 数控机床应用相应的软件 如丝杆间隙补偿 螺距补偿等来校正和补偿误差 5 数控机床大多采用检测反馈装置实时检测出实际位置或速度 与命令比较 通过相应的软件进 行补偿 修正 提高加工精度 8 8 写出逐点比较法的四个工作节拍并简要解释 答 逐点比较法每插补一次都要完成的四个节拍 1 偏差判别 判别刀具当前位置偏离理论轮廓 轨迹 的情况 2 坐标进给 控制刀具相对于工件轮廓进给一步 靠拢轮廓 以减少偏差 3 偏差计算 计算出进给后动点到达新位置的新偏差值 作为下一步判别依据 4 终点判别 判别刀具是否到达轮廓终点 18 数控车床自动转位刀架 四工位 转塔式 转换刀具的过程步骤 答 1 接受换刀指令 2 松开夹紧机构 3 分度转位 4 粗 精定位 5 锁紧 6 发出动作完成回答信号 19 请写出斗笠式刀库加工中心换刀过程 答 1 主轴准停 刀具定向 并上升到某固定点 如换刀点 2 刀库前进 库门打开 接受主轴上刀具 抓住刀具 3 主轴松开刀具并上移 离开刀具至安全距离 4 刀库转位 实现选刀 21 27 5 主轴下移 抓牢选定的刀具 6 刀库后退 关闭库门 换刀过程结束 2121 数控机床坐标系的命名原则有哪些 答 1 刀具相对于静止工件而运动的原则 即编程时描述的轨迹是刀具的运动轨迹 而不管实际机床的运动形式如何 2 标准的机床坐标系是一个右手直角笛卡儿坐标系 3 机床坐标轴运动正方向规定 增大刀具与工件之间距离的方向为坐标轴正方向 或刀具远离 工件的运动方向为坐标轴正方向 4 机床旋转坐标轴运动的正方向规定 按右手螺旋定则判断 26 三角螺纹车刀车螺纹时 应如何保证牙型正确 装夹螺纹车刀时 应如何保证 答 螺纹车刀刀尖位置一般应对准工件中心 可根据尾座顶尖高度检查 车刀刀尖角的对称中心线 必须与工件轴线垂直 否则 会产生牙型歪斜 1 装夹外螺纹车刀时 可用样板来对刀 刀头伸出不要过长 一般为刀杆厚度的 1 5 倍左右 2 装夹内螺纹车刀时 必须严格按样板找正刀尖角 刀杆伸出长度稍大于螺纹长度 刀装好后应 在孔内移动刀架至终点检查是否有碰撞 22 27 27 三角螺纹车削方法有哪几种 各有什么特点 1 直进法 车螺纹时 螺纹刀刀尖及两侧刀刃都参与切削 每次进刀只作径向进给 随着螺纹深 度的增加 进刀量相应减小 否则容易产生 扎刀 现象 这种切削方法可以得到比较正确的牙型 适用于螺距小于 2mm 和脆性材料的螺纹车削 2 斜进法 螺纹车刀沿着牙型一侧平行的方向斜向进刀 至牙底处 采用这种方法加工螺纹时 螺纹车刀始终只有一个侧刃参加切削 从而使排屑比较顺利 刀尖的受力和受热情况有所改善 在 车削中不易引起 扎刀 现象 3 交错切削法 螺纹车刀分别沿着与左 右牙型一侧平行的方向交错进刀 直至牙底 28 车螺纹前直径尺寸的确定 1 车外螺纹时 由于受车刀挤压会使螺纹大径尺寸胀大 所以车螺纹前大径一般应车得比基本 尺寸小 0 2 0 4mm 约 0 13P 车好螺纹后牙顶处有 0 125P 的宽度 P 为螺距 2 同理 车三角形内螺纹时 内孔直径会缩小 所以车削内螺纹前的孔径要比内螺纹小径略大 些 2929 切削加工工序的顺序安排原则 1 基面先行原则 用作精基准的表面 先加工 因为定位基准的表面越精确 装夹误差越小 如 轴类顶尖孔的加工 2 先粗后精原则 零件各表面的加工顺序按照先粗加工 再半精加工 最后精加工的顺序依次进 行 逐步提高表面的加工精度和减少表面粗糙度 3 先主后次原则 零件的主要工作表面 应先加工 次要表面可穿插进行 次要表面工作量小 与主要表面常有位置精度要求 一般在主要表面半精加工之后精加工之前进行 4 先面后孔原则 应先加工用作定位的平面和孔的端面 再加工孔和其他尺寸 30 内孔车刀安装时英注意哪些 1 刀尖应与工件中心等高或稍高 如果装得低于中心 由于切削抗力的作用 容易将刀柄压低而 产生 扎刀 现象 可造成孔径扩大 2 刀柄伸出刀架不宜过长 一般比被加工孔长 5 6mm 23 27 3 刀柄基本平行于工件轴线 否则在车削到一定深度时刀柄后半部容易碰到工件孔口 31 切削用量选择的原则 1 粗加工时首先选取尽可能大的背吃刀量 其次要根据机床的动力和刚性选取尽可能大的进给量 最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度 2 精加工时首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量 其次根据待加工表面的粗糙度要求 选取较 小的进给量 最后在保证刀具耐用度的前提下 尽可能选取较高的切削速度 32 数控铣削刀具的选择时 不同的铣刀适应的加工对象不同 所以我们要根据轮廓的特征来加以 选择 选取铣刀时 要使刀具的尺寸 结构与被加工工件表面形状和尺寸相适应 加工较大的平面时应选择面铣刀 加工平面零件周边轮廓 凹槽 较小的台阶面应选择立铣刀 加工空间曲面 模具型腔或凸模成型表面选择模具铣刀 加工封闭的键槽选择键槽铣刀 加工变斜角零件的变斜角面应选择鼓形铣刀 加工立体型面和变斜角轮廓外形应选择球头铣刀 鼓形刀 加工各种直的或圆弧形的凹槽 斜角面 特殊孔等应选用成形铣刀 33 请说说数控铣床 X Y Z 坐标轴的确定方法 1 首先判断 Z 轴 不管是立式铣床还是卧式铣床 Z 坐标轴的确定 传递切削动力的主轴轴 线为 坐标轴 即找到主轴的轴线 Z 轴与轴线同轴 正方向按原则 3 判断 则立式数控铣床的 Z 轴的正方向朝上 卧式数控铣床的正方向指向机床后面 如图 6 7 所示 2 其次判断 X 轴 X 坐标轴的确定 坐标轴是水平的 且垂直于 Z 轴 平行于工件的装夹面 下面分两种情况分析 1 如果 坐标是垂直的 主轴是立式的 对单立柱机床规定 当人站在机床面前 工作位置 面 向刀具主轴朝立柱看 坐标方向指向右方 如图 6 所示 24 27 2 如果 坐标是水平的 主轴是卧式的 规定 当从主要刀具主轴后端向工件看时 坐标方向 指向右方 3 Y 轴的确定 根据右手直角笛卡尔坐标系判断 34 数控铣床坐标系原点一般设置在哪里 数控铣床的参考点呢 通过什么操作可建立机床坐标系 数控铣床坐标系原点一般设置在 X Y Z 坐标轴正方向的极限位置 数控铣床的参考点的位置是设置在 X Z 轴的极限位置 通过 回零 操作即可找到机床坐标系原点 建立机床坐标系 35 数控铣床对刀的目的 数控铣床对刀操作的目的 是确定编程原点在机床坐标系中的坐标值 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