数控机床复习题2013年6月.

1、数控机床与编程复习题1、名词解释1、数控机床 数控机床就是将加工过程所需的各种操作和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量用数字化的代码来表 示，通过数控系统发出各种指令来控制机床的伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。2、计算机数控 随着电子技术和计算机技术的不断发展，数控系统经历了采用电子管、晶体管、集成电路，直接用计算机控 制的数控系统称为计算机数控。3、柔性制造系统柔性制造系统 (FMS) 由加工系统、物料输送系统和信息系统组成，由中央计算机控制的自动化制造系统。4、计算机集成制造系统 计算机集成制造系统，是通过计算机、网络、数据库等硬、软件将企业的产品设计、加工制造、经

2、营管理等 方面的所有活动集成起来，使企业的产品质量大幅度提高，缩短产品开发和生产周期，提高生产效率，降低生产 成本的一种先进制造技术。5、开环伺服系统 无检测反馈装置，用步进电动机驱动的系统称为开环伺服系统。6、闭环伺服系统 检测装置安装在带动刀具或工件移动的部件上， 直接检测移动部件的移动距离， 并将检测数据反馈给数控系 统进行误差补偿。7、半闭环伺服系统 半闭环系统中的检测元件安装在伺服电动机上， 检测移动部件的位移和速度， 因而半闭环系统控制精度不如 闭环系统。8、数控软件 数控软件是一系列能完成数控系统各种功能的程序的集合。9、误差软件补偿 根据数控机床引起加工误差的各个环节的定量关系

3、， 在编程中引入修正量， 调整进给脉冲， 达到减少和消除 部分误差的作用，这就是误差的软件补偿。10、定位精度 定位精度是指机床的移动部件在调整和加工过程中， 根据指令信号， 向目标位置移动一段距离时， 实际位置 与给定位置的接近程度。11、重复定位精度 误差的离散带宽就是移动部件的重复定位精度。12、步进电动机 是一种将电的脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电执行元件。13、细分驱动 在每次输入脉冲切换时， 不是将绕组电流全部通入或切除， 而是只改变相应绕组中额定的一部分， 则电机转 子的每步运动也只有步距角的一部分。这样将一个步距角细分成若干个步的驱动方法称为细分驱动。14、编码器 编

4、码器是用于检测回转件的旋转方向、旋转角度和旋转速度的检测元件。15、光栅 光栅是利用莫尔条纹的原理检测位移或转角的检测元件。16、磁栅 磁栅是利用读取磁头与磁性标尺的相对运动检测位移或转角的检测元件。17、爬行机床的运动部件在低速时运动的不平稳现象称为爬行。18、矢动量 矢动量是工作台或刀架反向移动时的位移损失。19、准停装置 准停装置是使主轴在自动换刀时准确停在某一位置的机构。20、电主轴 电主轴是电动机转子与主轴联成一体的高速主轴。21、同步带 同步带是能实现无相对滑动的齿型传动带。22、滚珠丝杆 滚珠丝杆是在丝杆和螺母之间放入适当数量地滚珠，使丝杆和螺母之间的滑动摩擦变为滚动摩擦的传动装

5、置。23、静压丝杆 静压丝杠是在丝杠和螺母的螺旋面之间通入压力油， 使其间保持一定厚度、 一定刚度的压力油膜， 使丝杠和 螺母之间成为纯液体摩擦的传动副。 34、中空滚珠丝杆为获得较高的进给速度，将丝杠制成空心，通入冷却液强行冷却的滚珠丝杠称为中空滚珠丝。24、直线电机 直线电机是直接产生直线运动的电动机，可作为进给驱动系统。25、液体静压导轨 液体静压导轨是导轨面间有一层静压油膜，其摩擦性质属于纯液体摩擦的导轨。26、液体动压导轨 液体动压导轨是当导轨面之间相对滑动速度达到一定值时，液体的动压效应使导轨面间形成压力油膜的导轨。27、贴塑导轨 贴塑导轨是在动导轨的摩擦表面上贴上一层由塑料等其它

6、化学材料组成的塑料薄膜软带， 以提高导轨的耐磨 性，降低摩擦系数。28、滚动导轨 滚动导轨是两导轨面之间放置滚动体使导轨面的摩擦性质成为滚动摩擦的导轨。29、直线滚动导轨 直线滚动导轨是由一根长导轨轴和一个或几个滚动体滑块组成的导轨。30、手工编程 利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。31、CAD/CAM 编程利用 CAD/CAM 系统进行零件的设计、分析，自动进行加工编程。32、准备功能（ G 代码） 它是建立机床或控制数控系统工作方式的一种命令，它由地址G 及其后的两位数字组成。33、辅助功能（ M 代码） 主要用来表示机床操作时，各种辅助动作及其

7、状态。它由地址M 及其后的两位数字组成。34、F 功能 指定进给速度。由地址 F 和其后面的数字组成。35、S 功能 指定主轴转速或速度，用地址 S 和其后的数字组成。36、T 功能 指令数控系统进行选刀或换刀。用地址 T 和其后的数字来指定刀具号和刀具补偿号。37、模态代码模态代码是指某一 G代码一经指定就一直有效，直到后边程序段中使用同组G代码才能取代它。38、绝对值编程 绝对值编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法。39、增量编程 增量值编程是根据与前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法。40、程序原点 程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀

8、具相对于工件运动的起点。41、参考点 参考点是机床上的一个固定点，是刀具退离的一个固定不变的极限点，其位置由机械挡块来确定。42、子程序 编制程序中，有时会遇到一组程序段在一个程序中多次出现，这个典型的加工程序段可以做成固定程序，并 单独加以命名，这就称为子程序。2、问答题1、是什么原因促使人们研究数控机床？科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。提高生产效率，降低生产成本，改善工人的劳动条件。满足多品种、小批量的自动化生产，迫切需要一种能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床。2、数控机床有何优点？对加工对象改型的适应性强加工精度高加工生产率高减轻操作者的劳动

9、强度便于生产管理的现代化3、简述数控机床和数控系统的发展趋势。高速、高精度化提高数控系统的可靠性 CNC 系统的智能化具有更高的通信功能4 、简述数控机床的应用范围。多品种小批量生产的零件结构比较复杂的零件需要频繁改型的零件需要最短生产周期的急需零件5、数控机床按机械运动的轨迹分类，分为哪几类？若按伺服系统的类型分类，分为哪几类？它们各有何特点？点位控制数控机床，只要求获得精确的坐标定位精度，而不管轨迹运动直线控制数控机床， 不仅要求具有准确定位的功能， 而且要求从一点到另一点之间按直线移动， 并能控制位移 的速度轮廓控制的数控机床，能同时控制两个或两个以上的轴进行插补运算，对位移和速度进行严

10、格的不间断控制 开环伺服系统数控机床，数控系统将零件的程序处理后，输出数字指令信号给伺服系统，驱动机床运动，没有 来自位置传感器的反馈信号闭环伺服系统数控机床， 接受插补器指令的同时， 接受工作台测得的实际位置反馈信号， 根据其差值不断进行 误差修正半闭环伺服系统的数控机床，将测量元件安装于电动机端头或丝杠端头6、什么是经济型数控系统？它比较适合哪些用途？把由单片机和步进电动机组成的数控系统和其它功能简单、价格低的系统称为经济型数控系统。经济型数控系统功能适当，价格低廉，特别适合中小企业对原有机床进行数控化、自动化技术改造，以提高生产效率。7、简要分析影响机床定位精度的因素。机床的定位精度受到

11、机床电气或机械装置以及机床使用过程中的负载变化、振动、热变形等因素的影响，其中主要影响因素有：（1）步进电动机的误差1）步进电动机的步距角误差2）步进电动机的动态误差3）步进电动机的启停误差4）步进电动机失步产生的误差2）滚珠丝杠螺母副的传动误差及传动间隙3）导轨副的误差（2）机械传动部分的误差1）齿轮副或同步带传动副的传动误差及传动间隙4）机械传动部件的受力变形5）机械进给部件的热变形 8、目前伺服系统的常用驱动元件有哪几种？各有何特点？步进电动机，角位移或线位移与脉冲数成正比，能快速地启动、制动和反转；当停止输入控制脉冲后，只要维持控制绕组电流不变， 电机可以保持在某一固定位置上，所以步进

12、电动机具有自整步的能力；步进电动机没有一周累积误差，所以定位精度较高。直流伺服电动机，具有良好的调速特性，但电刷和换向器易磨损需要经常维护；而且换向器换向时会产生火 花，使电动机的最高转速受到限制。交流异步电动机，结构简单，它与同容量的直流电动机相比，重量约轻1/2,价格仅为直流电动机的I /3左右。它的缺点是不能经济地实现范围较广的平滑调速，必须从电网吸收滞后的励磁电流，因而会使电网功率因数变坏。9、试述步进电机的工作原理及其主要特性参数?步距角如图示，先将电脉冲加到 U相励磁绕组，定子U相磁极就产生磁场， 并对转子产生磁拉力， 使转子的1、3两个齿与定子的 U相磁极对齐，而后再将电脉冲通入

13、V相励磁绕组，定子 V和磁极便产生磁场，并对转子产生磁拉力，这时转子2、4两个齿与定子 V相靠得最近，于是转子便沿着逆时针方向转过 30角，使转子2、4两个齿与定子 V相磁极对齐。如果按 U -V- W U的顺序通电，转子则沿着逆时针方向一步步地转动。静态步距角误差 ）最大静转矩空载起动频率连续运行最高工作频率10、数控机床对位置检测装置有何要求？在闭环和半闭环系统中，测量装置是保证机床加工精度的关键，数控机床对位置检测装有以下几点要求。 满足数控机床的精度和速度要求，选择检测装置的分辨率或脉冲当量，要比加工精度高一个数量级。 工作可靠，能抗各种电磁干扰，温、湿度变化对测量精度影响小。测量装置

14、的安装精度要合理，要有较好的防尘、防油雾、防切屑等措施。成本低11、简述光栅的工作原理。光栅是一根精确的测量尺，把指示光栅平行放在标尺光栅侧面，并使它们的刻线相对倾斜一个很小角度0 ,光源放在标尺光栅另一侧面。当光线通过时，在指示光栅上会产生莫尔条纹。当指示光栅移动时，莫尔条纹随着移动， 移动方向几乎与光栅移动方向垂直，指示光栅相对标尺光栅移动一个刻线距离，莫尔条纹也移动一个莫尔条纹间距。利用莫尔条纹的放大原理可方便地测出移动量。12、数控机床对机械机构有何要求？高刚度，机床刚度是指机床抵抗由切削力和其它力引起变形的能力。高抗振性，机床的抗振性指的是抵抗强迫振动和自激振动的能力。高的低速运动平

15、稳性，低速进给运动的平稳性极大地影响到零件的加工精度。高的定位精度，机床的定位精度受到所有电气元件和机械装置精度的综合影响。 热变形对加工精度的影响小，数控机床的热变形，是影响加工精度的重要因素。13、什么是接触刚度？请图示分析。两个接触平面，由于微观不平，真正接触的只是一些高点，因而实际接触面积小于名义接触面积，如图所示。接 触刚度Kj与接触面之间的压强有关，当压强很小时，两个面之间只有少数高点接触，接触刚度较低；压强较大 时，这些高点产生了变形，实际接触面扩大了，接触刚度也提高了。考虑到非线性，接触刚度应准确地定义为：dp PK j 二二d、.Ul714、同步带传动有何特点？传动过程中无相

16、对滑动，因而可保持恒定的传动比，传动精度较高。齿形带传动工作平稳，结构紧凑，无噪音，有良好的减振性能，无需润滑。齿形带无需特别张紧，故作用在轴和轴承等上的载荷较小，传动效率较高。齿形带传动的缺点是制造工艺较复杂，传递功率较小，寿命较低。15、数控机床对进给系统有何要求？高的传动刚度，刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象以及造成反向死区，影响传动准确性。低的摩擦，进给传动系统要求运动平稳，定位准确，快速响应特性好，因此，必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦系数之差。小的惯量，进给系统由于经常需进行起动、停止、变速或反向，若机械传动装置惯量大，会增大负载并使系统 动态性能变差。消除传动间

17、隙，间隙是进给系统降低传动精度、刚度和造成进给系统反向死区的主要原因之一，因此对传动链的各个环节，包括：联轴器、齿轮副、丝杆螺母副、蜗杆蜗轮副及支承部件等均应采取消除间隙的措施16、数控机床为何普遍使用滚珠丝杆？数控机床普遍使用滚珠丝杆是因为：滚珠丝杠传动摩擦系数小，传动精度高；传动效率达85%98%,是普通滑动丝杠传动的 24倍。动、静摩擦系数之差很小，有利于防止爬行和提高进给系统的灵敏度; 采用消除反向间隙并预紧的措施，有助于提高定位精度和刚度。17、WD 4008 2.5X 2/J左一300X 400各组符号的含义是什么?名义直径为40mm ,螺距为8mm ,螺母的滚珠工作圈数为 2.5

18、圈,300mm，丝杠总长度为 400mm。它表示外循环垫片调隙式的双螺母滚珠丝杠副， 双列，J级精度，左旋，丝杠的螺纹部分长度为蜗杆的齿厚从一端向另一端均匀地 蜗轮则相当于同它啮合的齿轮。虽m ( m = t/ n ),但因为同一侧面的齿18、简述双导程蜗杆的工作原理。双导程蜗杆齿的左、 右两侧面具有不同的导程，而同一侧的导程则是相等的,逐渐增厚或减薄。其啮合原理与一般的蜗杆副啮合原理相同，蜗杆的轴截面仍相当于基本齿条,然蜗杆齿左、右侧面具有不同的齿距，即齿的左、右两侧面具有不同的模数 距相同，故没有破坏啮合条件，当轴向移动蜗杆后，也能保证良好的啮合。19、齿轮传动机构消除间隙的方法有哪些？刚

19、性调整法，调整后齿侧间隙不能自动补偿，因此，对齿轮齿厚和周节公差应有严格的要求，否则会影响传动的灵活性。这种调整方法结构较简单，且有较好的传动刚度，但调整较费时。柔性调整法，一般采用调整弹簧力的方法消除齿侧间隙，因而调整之后齿侧间隙仍可自动补偿，在齿轮的齿厚和周节有变化的情况下，也能保持无间隙啮合。但这种调整法结构较复杂，传动刚度低，传动平稳性也差。双齿轮传动调整法，主要用于工作行程很长的大型数控机床。20、滑动导轨有哪几种？各用于什么场合？液体静压导轨，两导轨面间有一层静压油膜，其摩擦性质属于纯液体摩擦，多用于进给运动导轨。液体动压导轨，当导轨面之间相对滑动速度达到一定值时，液体的动压效应使

20、导轨面间形成压力油膜，把导轨面隔开。这种导轨属于纯液体摩擦，多用于主运动导轨。混合摩擦导轨，这种导轨在导向面间有一定的动压效应，但相对滑动速度还不足以形成完全的压力油楔，导轨面大部分仍处于直接接触，介于液体摩擦和干摩擦（边界摩擦）之间的状态，大部分进给运动导轨属于此类型。贴塑导轨，是一种金属对塑料的摩擦形式，它是在动导轨的摩擦表面上贴上一层由塑料等其它化学材料组成的塑料薄膜软带，以提高导轨的耐磨性，降低摩擦系数，而支承导轨则是淬火钢导轨。用于精度要求较高，载荷不 是很大的场合。21、机床坐标系与工作坐标系有何区别？为了确定机床的运动方向，移动的距离，就要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就叫机

21、床坐标系，是不可 变更的。工作坐标系是根据加工零件的编程需要设定的坐标系，是可变更的。22、绝对编程与增量编程有何区别？绝对值编程是根据预先设定的编程原点计算出绝对值坐标尺寸进行编程的一种方法，并用地址X、Y、Z进行编程。增量值编程是根据与前一个位置的坐标值增量来表示位置的一种编程方法，即程序中的终点坐标是相对于起点坐标而言的，并用地址 U、V、W代替X、Y、Z进行编程。步进电动机最大负载能力图。23、图3-2是什么图？并说明其工作原理。电动机所带负载 Tlv Tq,时，U相通电，工作点在 m点，在此点Ta=Tl, 当励磁电流从U相切换到V相，而转子在m点位置时，V相励磁绕组产 生的电磁转矩是

22、 TbTa,转子旋转。前进到 n点时，Tb= Tl,转子到达 新的平衡位置。负载转矩 Tl不可大于U V两相交点的转矩 Tq,否则转子无法转动，产生“失步”现象。24、图4-2是什么图？并说明其工作原理。31增量式光电编码器工作原理图。增量式光电编码器在可转动的圆盘上刻有许多节距相等的辅射 状窄缝，与它相对应的有两组静止不动的窄缝群，这些窄缝群 的节距与圆盘节距相等，窄缝宽度占节距一半。两组静止的窄 缝群位置相互错开1 /4节距，这样就可保证当一组窄缝群全部 遮住圆盘窄缝时，另一组窄缝群刚好遮住圆盘上窄缝的一半。当圆盘转动时从两组检测窄缝上通过的光强度呈正弦规律变化。因 此装在检测窄缝对面的光

23、电接收器上产生电流也呈正弦规律变化，25、图4-9是什么图？并说明其工作原理。由于两组检测窄缝相差 1/4节距，所以A、B两个光电接收器输出 波形在相位上相差 90 。莫尔条纹示意图。当指示光栅移动时， 莫尔条纹移动，移动方向几乎与光栅移动方向垂直，指示光栅相对标尺光栅移动一个刻线距离，莫尔条纹也移动一个莫尔条纹间距。莫尔条纹间距与刻线间距关系如下：PW式中 W莫尔条纹间距； P两尺刻线间距；0 两尺间相对倾斜角（单位为弧度）。0刀架移动时的反向矢动量示意图。图示为某数控车床进给链，车床的横向刀架在切削力的作用 下，向工件作切入进给。当步进电动机接受指令脉冲开始转动时， 拖板并未移动，首先要消除掉机械传动系统中的各种间隙，如齿 轮及丝杠螺母副的传动间隙等，还要克服机械传动系统的弹性变 形，其后，拖板才开始移动，随电动机的转角a产生位移X。当26、图5-27是什么图？并说明其工作原理。拖板反方向移动时，则又要重新克服间隙和弹性变形后拖板才能作反向移动。27、图5-33是什么图？并说明其工作原理。三位液压拨叉工作原理图。当液压缸1通入压力油，而液压缸 5卸压时（图5 33a）,活塞杆.-i2便带