南京工业大学数控技术复习题

1、南京工业大学数控技术复习题 1联动轴数:数控装置可以按照一定的规律同时控制其运动的坐标轴数。联动轴数越多说明加工复杂空间曲面的能力越强,同时编程也越复杂。2点位控制数控机床:数控装置只要求能够精确控制坐标点到另一坐标点的位置精度。 不管运动轨迹,而且运动过程中不进行任何加工。3相对坐标系:以上一个程序的终点作为参照的坐标系。4机床坐标系:是机床上固定的坐标系,具有固定的坐标原点和坐标方向,原点位置在 机床出厂时就已经确定。机床内部的位置计算就是在机床坐标系上进行的。5脉冲当量:每个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。用符号 表示,单位 mm/p 6并行处理:软件系统在同一时刻或同一时间段内完成

2、两个或两个以上任务处理的方 法。7机床机构静刚度:在切削力和其他力作用下,机床抵抗变形的能力。8开环伺服系统:不需要对实际位移和速度进行测量,不需要将所测得的实际位移和速 度反馈给输入端与输入指令位移和速度进行比较的系统。9中断型结构:这种结构将除了初始化程序之外,整个系统软件的各个任务模块分配给 不同级别的中端服务程序,然后由中断管理系统对各级中断服务程序进行管理。 10步进电机矩频特性:当电机带着一定负载时,运行频率与负载转矩的大小有关。 11插补:根据给定的进给速度和轮廓线性,在轮廓上已知点之间确定一些中间点。 12工件远点:为编程方便在工件上、工装夹具上选定的某个点或与之相关的点,也可

3、 以是对刀点。13数字是测量:是指将被测量以数字形式表示出来,一般是脉冲信号,可以直接把它 送到数控装置进行比较处理。14轮廓控制数控机床:这类机床的数控装置可以同时控制两个或者两个以上坐标轴, 对位移和速度进行严格控制,具有两轮廓加工功能。15绝对坐标系:以坐标点原点作为基准的坐标系。16手工编程:人工完成程序编制的全部工作,包括用通用计算机进行数值计算。 17重复精度:是指在相同条件下,操作方法不变,进行规定次数的操作所得到的实际 位置的一致程度。其最大不一致量为重复定位误差。18定位误差:系统稳定后实际位置和指令位置之差。19速度增益:速度环中进行速度调节的参数,其等于速度比上速度误差。

4、20闭环进给伺服系统:将检测元件装在执行部件上,直接测量执行部件的位移和速度 进行反馈的进给系统。21自动换刀装置:储备一定量的道具并完成刀具的自动交换功能的装置。1工件坐标系的选择原则:工件的零点应该与工件尺寸基准重合、便于图中尺寸转换成 坐标值,尽量直接用图上尺寸作为坐标值、工件零点 w 应容易找正,在加工过程中便 于测量。2何谓数控机床?它是由哪几部分组成?各部分作用是什么?数控机床:采用数字控制技术对机床的加工的过程进行自动控制的机床。组成:a. 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。b. 输入装置:将程序载体上的数控代码转换成电脉冲信号传送并存入数控装置内。c

5、. 数控装置及强电控制装置:数控装置是数控机床的核心,它接受输入装置送来的 脉冲信号,经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算或逻辑处理后, 输出各种信号和指令控制机床的各个部件,进行规定的有序动作。强点控制装 置:接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助装置动作等指令,经 过必要的翻译、逻辑判断、功率放大直接驱动相应的工作电器、液压、气动、机 械部件,已完成指令所规定的动作。d .伺服驱动系统及位置检测装置:他根据数控装置发来的位移、速度指令来控制 执行部件的速度,方向,位移。在半闭环或闭环系统中,使用位置检测原件测量 执行部件的实际位置反馈给系统比较判断。e .机床的机械部件

6、:与普通机床相似,但传动机构要求简单,在精度、刚度、抗震 性等方面要求比较高,而且传动和变速系统更便于实现自动化控制。3数控机床有哪几种分类方法?各有什么特点?加工功能不同:点位和直线控制数控机床、轮廓控制数控机床。便于了解加工功能。 伺服系统不同:闭环、半闭环、开环数控机床。了解加工精度。数控装置构成不同:硬线数控机床和计算机数控机床。了解机床的系统功能和工作原 理。4简述数控开环、半闭环、闭环系统的区别?开环:即无位置反馈系统,其驱动原件只要是功率步进电机,实质是数字脉冲到角度 位移的转换,他不用位置检测原件实现定位,而是靠驱动装置本身转过的角度正比于 脉冲个数, 角加速度由进给脉冲的频率

7、决定。 结构简单易于控制,但精度差,低速不 平稳,高速扭矩小。一般用于轻载负载变化不大或经济型数控机床。闭环:是误差控制随动系统,该装置测出实际位移或者实际位置,并将测量值反馈给 CNC 系统,与指令比较求的误差,构成闭环系统。闭环伺服系统是反馈控制,测量装 置精度很高,系统传动链的误差、环内各元件的误差以及运动中造成的误差都可以得 到补偿,大大提高了精度。半闭环系统:是指检测元件不直接安装在进给坐标的最终运动部件上,而是中间经过 机械传动部件的位置转换,即坐标运动的传动链有一部分在闭环以外,在环外的误差 得不到补偿,精度低于闭环伺服系统。5数控机床按伺服系统控制方式分为哪三类?各用在什么场合

8、?答:开环、闭环、半闭环伺服系统。开环用在低转速大转矩加工精度不是很高的场 合,闭环:加工精度很高的场合。半闭环的精度介于闭环和开环之间,用于加工精度 要求较高的场合。6何谓点位控制、直线控制、轮廓控制?三者有何区别?答:点位控制是能在加工平面内,控制刀具相对于工件的定位点的坐标位置,而对定 位移动的轨迹无要求,因为在定位移动过程中是进行切削加工的。直线控制:能控制 刀具或工件以适当的速度,沿平行于坐标轴的方向进行直线移动或加工,或者控制两 个坐标轴以同样的速度运动, 如 45°斜线进行切削加工。 轮廓控制机床:有几个进给 坐标轴数控装置能同时控制 2-5个坐标轴,使刀具或工件按平面

9、直线、曲线、空间曲面 轮廓的规律进行相对运动,加工出形状复杂的零件。a. 点位控制:用于准确定位相应的点。b. 直线控制 :只有两个坐标轴,用于加工台阶轴。c. 轮廓控制:能进行多坐标联动的运算和控制,并具有刀具长度和刀具半径补 偿的功能,是功能最齐全的机床。7编程中如何选择对刀点、换刀点?答:对刀设置原则:a. 便于数值计算和简化编程b. 易于找正和加工过程中便于测量c. 引起的加工误差小换刀点:应设在工件和夹具的外面,以换刀时不碰到工件和其他部件为原则。a. 应选在工件的工艺基准和设计基准上,或与之相关的位置上b. 便于对刀,便于测量c. 便于坐标值的计算。8 M00、 M01、 M02、

10、 M30的区别在哪里?答:M00:程序暂停指令,程序执行到此,进给停止,主轴停转。重新按启动按钮再继 续执行后面程序段。主要用于加工中使机床暂停。M01:程序选择性暂停指令,程序执行时控制面板上“选择停止键”处于 ON 时此功能有效,否则无效。执行后的效果与 M00相同,常 用于关键尺寸的检验或临时暂停。M02:主程序结束指令,执行到此进给停止,主轴停止,冷却液关闭,但程序光标 停在程序末尾。M30:主程序结束指令,功能与 M02相同,不同在于光标返回程序头处,不管 M30后是否有其他程序段。9什么叫工件原点和工件坐标系?答:工件原点:零件被装夹好后,相应的编程原点在机床坐标系上的位置。工作坐

11、标系:是以确定的工件原点为基准所建立的坐标系。10什么叫刀位点?什么是刀具半径补偿和刀具长度补偿?它们有什么作用?答:刀位点:是指刀具的定位的基准点,对刀时应使对刀点和刀位点重合。刀具半径补偿:因为刀具总有一定的刀具半径或刀尖的圆弧半径,所以在零件轮 廓加工过程中刀位点运动轨迹实际上并不是零件的实际轮廓,他们之间相差一个刀具 半径,为了使刀位点的运动轨迹与实际的轮廓重合,就必须便宜一个刀具半径即刀具 半径补偿。刀具长度补偿:为了使刀具顶端到达编程位置而进行的刀具位置补偿。11何谓插补?在数控机床中,刀具能否严格地沿着零件轮廓运动?为什么?答:插补:机床数控系统按照一定的办法确定刀具运动轨迹的过

12、程。不能,在数控机床中刀具的最小位移量是一个脉冲当量,直线、圆弧是简单的、 基本曲线,机床进行轮廓加工的各种工件大部分是由直线和圆弧构成,刀具的运动轨 迹是折线,而不是光滑的曲线,只能用折现轨迹近似所要加工的曲线。12简述数据采样插补法的原理和特点。答:根据数控加工程序所要求的进给速度、按照插补周期的大小,先将零件轮廓曲线 分割为一系列首尾接的微小直线段,然后输出这些微小直线段所对应的位置增量数 据。控制伺服系统实现坐标进给。采用数据采样插补算法时,每调用一次插补程序, 数控系统就计算出本插补周期内各坐标轴的位置增量及各个坐标轴的目标位置。随后 伺服位置控制软件将把插补计算得的坐标位置与采样获

13、得的坐标轴实际位置进行比较 球的位置跟踪误差,然后根据当前位置误差计算出坐标轴的进给速度并输给驱动装 置,从而驱动移动部件向减小误差的方向移动。特点:a. 每次插补运算的结果不再是某坐标轴方向上的一个脉冲,而是与坐标轴位置 增量相对应的几个数字脉冲。此类运算适用于直流伺服电机或交流伺服电机作为驱动 元件的闭环或半闭环数控系统。b. 数据采样插补程序的运行时间不再是限制加工速度的主要因素,加工速度主 要取决于插补精度要求和伺服系统的动态响应特性。13什么叫插补?目前应用较多的插补算法有哪些?答:插补就是根据轮廓的几何形状、几何尺寸以及轮廓加工的精度要求和工艺要求, 在零件轮廓的起点和终点之间插补

14、一系列中间点的过程。有:逐点比较法、数字积分法、时间分割法、最小偏执法。14设欲加工第一象限直线 OE 、起点坐标为 O (0, 0,终点坐标为 E (11, 8,脉 冲当量 =1,试用逐点比较法插补之并画出插补轨迹。15简述在数控机床上加工零件的全过程。答:1. 分析零件图2. 工艺处理3. 数字处理4. 编写程序清单5. 输入数控系统6. 模拟仿真加工7. 对刀8. 实际切削9. 检验工件16数控系统对伺服电动机有哪些要求?答:a 。调速范围宽运行平稳b 。过载能力强,能长时间过载c 。有较小的转动惯量和 大的转矩d 。能够频繁启动、制动和反转。17何谓“左移格式化”?它有什么作用?18试

15、述数字积分法的工作原理。答:数字积分器通常由被积函数寄存器、累加器和与门等组成。工作过程为:每隔 t 时间发一个脉冲,将函数寄存器中的函数值送累加器里累计加 一次,令累加器的容量为一个单位的面积,当累加和超过累加器的容量时,便发出一 个溢出脉冲,累加过程中产生的溢出脉冲的总数等于所求的总面积,也就是所求积分 值。19简述刀具补偿功能。答:刀具补偿功能是数控机床所具有的为方便用户准备编程而设置的功能,它分为两 大类刀具位置偏执补偿、刀具圆弧补偿。刀具位置补偿:对编程时假想的刀具和实际使用的刀具的差值进行补偿,它可分 为刀具形状补偿和刀具磨损补偿。刀具圆弧补偿:是在车锥圆和圆弧时对于刀尖圆弧半径形

16、成实际轮廓和理论轮廓 的差值进行的补偿。根据工件表面相对于刀具位置,刀尖圆弧补偿分为左边刀尖圆弧 补偿和右边刀尖圆弧补偿。20编码器在数控机床中有哪些应用,将编码器安装在丝杠驱动前端和末端有什么区 别。答:编码器在检测角位移时,配以定时器便于测出角速度。编码器在数控机床中用于 工作台或刀架的直线位移的测量,有两种安装方式:一种与伺服电机同轴连接在一起 称为内装式编码器,伺服电机在和滚珠丝杠连接,编码器在进给转动链的前端;另一 种是编码器在滚珠丝杠末端,称为外装式编码器,由于后者包含的进给转动链的误差 比前者多,所以后者的位置控制精度比前者高。21数控机床的导轨有哪些类型?各有何特点?答:滑动导

17、轨:优点:结构简单、制造方便、刚度好、抗震性好。缺点:静摩擦系数大,且动摩擦系数随速度变化而变化,摩擦损失大低速时容易 出现爬行,降低了内部运动件的定位精度。滚动导轨优点:a 。灵敏度高、运行平稳,低速运动时不易出现爬行b 。定位精度高c 。摩擦阻力小,移动方便,磨损小,精度保持性好,寿命长。缺点:抗震性差,对防护要求较高,结构复杂,制造比较困难,成本高。 静压导轨优点:不产生磨损机械效率高。精度保持性好,摩擦因数小,低速不易产生爬 行,抗震性好。缺点:结构复杂,且需要专门的供油系统22用逐点比较法推导第四象限逆圆弧插补的递推公式。23控机床对进给系统有哪些要求(要求详细阐述答:a 。进给速度

18、范围大,能够满足低俗切削和高速切削需要。b 。位移精度高c 。跟随误差小,即响应速度快。d 。工作稳定性要,具有较好的抗干扰能力,运行平稳,加工精度高。24谓工件零点?数控铣削加工中选择工件零点位置时应遵循哪些原则?答:工件零点即工件坐标系的原点。1.应选在零件图的设计基准上。2.应尽量选在精度较高的表面上3.对于几何元素对称的零件,工件零点在对称中心上。4.对于一般零件,工件零点设在工件外轮廓的某一角上。5. Z 轴方向上的零件一般设在工件的上表面或者下表面。25半径补偿的作用是什么?使用刀具半径补偿有哪几步?在什么移动指令下才能建立 和取消刀具半径补偿功能?答:作用:根据零件轮廓和刀具半径

19、的值计算出刀具中心的运动轨迹作为插补运算的 依据。1. 刀具的磨损或者换刀引起的刀具半径变化时,不必重新编程,只需修改相应的 偏置参数即可。2. 由于轮廓加工往往不是一道工序能完成的,在粗加工时要为精加工工序预留加 工余量。加工余量的预留可以通过修改偏置参数实现,而不必粗精加工各编制 一套程序。步骤:1. 刀补建立:刀具从起点到接近工件,并在原来编程轨迹基础上 , 刀具中心向左 (G41或向右(G42偏移一个偏置量。该过程中不能进行零件加工。2. 刀补进行:刀具中心的轨迹与编程轨迹始终偏离一个偏置量。3. 刀补撤销:刀具撤离工件,使刀具中心轨迹终点与编程轨迹终点重合。G41刀具半径左补偿; G

20、42刀具半径右补偿; G40刀具半径补偿取消26数控前后台型结构中,前台和后台各进行哪些内容的处理,其关系是怎样的? 答:前台程序是指实时中端服务程序,实现插补、伺服、机床监控等实时功能,这些 功能与机床的动作直接相关。后台程序是一个循环运行程序,完成管理功能和输入、译码、数据处理等非实时 性任务,也叫做背景程序,管理软件和插补准备在这里完成。关系:后台程序运行中,实时中端服务程序不断插补,与后台程序相配合,共同完 成零件加工任务。27光栅尺有哪些部件组成,莫尔条纹的作用。答:光栅由光源、长光栅、短光栅、光电元件等组成。1.光栅移动一个栅距时,莫尔条纹就相应的准确的移动一个结局,两者一一对 应

21、。2.莫尔条纹具有放大作用。3.莫尔条纹具有平均作用。28开环进给系统中,如何补偿机械传动间隙和滚珠丝杆螺距误差?答:机械硬件、软件补偿方法。传动间隙补偿有偏心轴套补偿、轴向垫片补偿、双片薄齿轮调整等。滚珠丝杠螺距误差:常采用双螺母调整、软件或硬件补偿。预先测得传动间隙每次在进给反向时通过软件或硬件电路额外发对应间隙的位移 指令,进行补偿29何谓加工路线?在数控铣削加工中确定加工路线应注意哪几方面的问题?答:加工路线:在数控铣削过程中刀具的移动轨迹和方向。确定考虑以下几点:1.尽量减少进退刀时间,和其他辅助时间。2.在铣削零件轮廓时,尽量采用顺铣的加工方式。3.选择合理的进退刀方式,尽量避免零

22、件轮廓法相切入和进给中停顿。4.先加工外轮廓在加工内轮廓。30多微处理器 CNC 装置的两种典型结构是什么?各有什么特点?答:1.共享总线结构:结构简单造价低,系统配置灵活容易实现,由于多个主模块争 用总线时会造成信息传送效率下降。2.共享存储结构:采用多端口存储器来实现哥 cpu 之间的连接和信息交换,每个 端口都配有一套数据地址、控制线,以供端口访问。由多端控制逻辑电路解决 访问冲突问题,当 CNC 系统复杂,要求 cpu 数量增多时,由于各个 cpu 争用共 享存储器时造成信息传输阻塞,从而降低系统效率,其扩展功能交困难。 31试述数控机床失动量的来源。答:1。传动系统中机械元件的间隙2

23、。丝杠、传动轴的扭转变形3。丝杠的压缩变形4。其他构件的弹性变形。32主轴准停的作用及种类?答:作用:主轴准停功能又称主轴定位功能,即要求当主轴停止时控制其停于固定位 置,这是自动换刀所必须的功能。主轴准停方法:机械准停和电器准停。其中机械准停是通过 v 型槽轮定位盘实现 的。而电器准停又分磁传感器准停、编码器型主轴准停、和数控系统主轴准停三种。 33叙述该步进电机驱动的原理并绘制电流波形图 答:上图为恒流斩波驱动电路的原理图,其工作原理是:环形分配器输出的正脉冲将 V1, V2导通,由于 U 1电压较高,绕组回路又没串电阻,所以绕组电流迅速上升,当绕 组电流上升到额定值以上的某一数值时,由于

24、采样电阻 Re 的反馈作用,经整形、放大 后送自 V1的基极,使 V1管截止。接着绕组由 U 2低压供电,绕组中的电流立即下降, 但刚降到额定值以下时,由于采样电阻 Re 的反馈作用,使整形电路无信号输出,此时 高压前置放大电路又使 V1导通,电流又上升。如此反复进行,形成一个在额定电流值 上下波动呈锯齿状的绕组电流波形(见图,近似恒流。 34提高机床结构静刚度的方法有哪些方法?答:1。合理设计基础件的截面形状和尺寸,采用合理的筋板结构。2. 采用合理的结构布局,改善机床受力状态。3.补偿有关零件的静力变形4.提高机床各部件的接触刚度5.采用钢板焊接结构。35滚珠丝杠副消除轴向间隙及预紧的结构

25、形式有哪几种?答:3种: 双螺母齿差调隙式双螺母垫片调隙式双螺母螺纹调隙式36. 设幅值比较伺服系统中,由如图所示的旋转变压器转子绕组取得感应电势 e0=Umsin t 。试写出其两个定子绕组的激磁信号 US 、 UC 的函数式,并推导 e0的幅值 Eom 与已知相角 、转子绕组的转角 之间的关系式。37. 设有一光栅,其刻线数为 100线 /mm,若要用它测出 0.5m 的位移,则应采取什么 措施?并叙述这种措施在精密测量中的典型意义?答:二十倍频细分技术。 100线 /mm的光栅的分辨率为 0.01mm ,即 10um ,而要测量 0.5um 的位移,便需要采用二十倍频细分技术。意义:分辨

26、率较低的设备通过细分技术,达到高分辨率的目的,为高精密度测量通过 的有利条件。为高精密光栅的制作提出了解决方法,降低了高精密测量设备的制作成 本和技术难度。38. 步进电动机转子有 80个齿,采用五相五拍驱动方式,丝杠导程为 2mm ,工作台最 大速度为 0.36m/min,求:步距角;脉冲当量;步进电机的最高工作频率。 解:步距角 =9. 01805360360mzk 脉冲当量 005mm . 0/3609. 02/360h =P最高工作频率 Hz vf 1200005. 060/1036. 03=39. 一进给系统,已知驱动电机每转使工作台移动 10mm ,工作台质量(包括工件及夹 具 M

27、 =2000kg ,进给系统运动部件中转换到电机轴上的等效转动惯量(含电机的转动 惯量为 0.02kg ·m2,问:(1若加工时,沿工作台移动方向的切削力 Fx =3000N ,垂直于工作台的切削力 Fz =2000N ,工作台与导轨的摩擦系数 =0.1,求负载(包括切削力及摩擦阻力转化到电 机轴上的等效力矩。(2求空载时要在 0.1秒内,伺服电机从静止等加速到 1000r/min时,电机轴上的启动力 矩。解:(1 N F F M F X 520030001. 02000102000( g (Z =+=+= 2621=n vF T(2 m 9. 20601. 01000202. 0=N J T 40. 有一台数控机床,它采用滚珠丝杠传动工作台,作直线移动,丝杠与步进电机直接 相连,其基本导程为 5毫米,步进电机每转为 400步,工作台的最大进给速度为 1.2米 /分,请计算出微机每秒输出的脉