智能数控机床与编程 思考题及答案 第4章

第4章思考题1.简述数控机床的主要误差。参考答案：数控机床的主要误差有：在无负荷或精加工条件下机床的几何/运动误差；由机床内部热源和环境温度变化而造成的热误差；由切削力和惯性力引起的动态误差；与夹具和装夹有关的误差。2.简述数控机床的热误差测量方法。参考答案：误差测量包括温度测量和热变形测量。温度测量是在机床上布置一定数量的测温点，通过数据处理和计算，找到与机床热变形相关性好的测温点进行温度测量，最终用于热误差建模。热变形测量是测量关键点的响应（位移变形），具体测量方法的选择取决于热误差的来源和机床的类型。3.简述数控机床的热误差补偿方法。参考答案：热误差补偿的实施方法主要有：基于FDEM（FEM+FDM）模型的热误差补偿；基于神经网络的热误差补偿；基于传递函数的热误差补偿；基于控制系统内部数据的热误差补偿。4.举例说明数控机床的高性能热误差补偿功能。参考答案：数控机床的高性能热误差补偿功能有：（1）马扎克的智能热补偿功能（ITS）；（2)大隈的热误差测量与补偿功能；（3）西门子数控系统基于PLC的热变形误差补偿功能。5.数控机床的几何误差来源有哪些？参考答案：数控机床的几何误差来源有四类：（1）导向机构（导轨）的几何误差，导轨的制造精度和配合间隙，导致被其约束的运动部件产生几何误差；（2）部件的运动误差，如丝杠的螺距误差、传动机构的反向间隙等，导致运动部件产生位置误差和定位误差；（3）结构件的连接误差，如立柱在滑座上的固定形式、螺栓分布等，影响结构件之间的垂直度误差；（4）加工空间误差，刀具中心点的实际空间位置与理论位置的差异，即工件的加工误差。6.数控机床的几何误差的补偿方式有哪些？参考答案：几何误差补偿分为实时补偿和非实时补偿两种方式。7.举例说明高性能数控系统的几何误差补偿功能。参考答案：高性能数控系统的几何误差补偿功能有：（1）西门子840D系统几何误差补偿－VCS；（2）发那科的三维误差补偿和三维机床位置补偿；（3）大隈OKUMA的几何误差测量与补偿功能。8.简述数控机床的力误差补偿方法。参考答案：利用数控系统中存储的各轴的负载状态信息，在无需添加额外测量装置的情况下，通过TCP/IP网络获取各轴的负载信息。根据对主轴负载信息的分析，将进给倍率的调节控制信息通过网络发送到PMC端，实现对进给速度的调节。结合FANUC二次开发工具FOCAS程序库，通过以太网访问数控系统，获得各轴相应的负载信息，不用添加传感器等设备，更加方便、快捷、有效。9.简述数控机床的振动测试方法。参考答案：数控机床的振动测试方法：首先需要采取一定的方法对机床施加动态变化的力进行激励，使机床产生振动。首选的激振点是刀具中心点，以模拟切削过程。激振的方法可以使用力锤敲击，也可以采用电动、电磁、电液和压电晶体等激振器加以激励。与此同时，需要借助测力元件（应变片或压电晶体等）将激振力的大小和变化转换成电信号，作为多通道数据采集和分析系统的输入。机床部件在激振力的作用下，将产生一定响应（微小的位移和相位变化）。利用电容或电感拾振器、加速度计等将此位移和相位变化转换成电信号，输入数据采集和分析系统。在数据采集和分析系统中，经过信号放大和A/D转换以及借助快速傅里叶函数变换等分析软件获得机床动态性能的频率响应函数、相位特性、相干性和相幅特性。10.数控机床主轴振动的形成原因有哪些？参考答案：数控机床配套使用的高速电主轴发生振动的原因有很多，主要有三类原因：（1)电主轴的共振；（2）电主轴的电磁振荡；（3）电主轴的机械振动。11.简述数控机床常用的主轴振动抑制措施。参考答案：数控机床常用的主轴振动抑制措施：（1）变速切削技术；（2）主轴轴承预紧力控制；（3）主轴系统自平衡控制。12.数控机床进给轴振动的形成原因有哪些？参考答案：导致数控机床进给轴产生振动的原因有很多，大致可分为四类：（1）机械传动方面的故障；（2）数控机床电气元件的故障；（3）数控系统参数设置不当；（4）机床共振。13.简述数控机床常用的进给轴振动抑制措施。参考答案：数控机床常用的进给轴振动抑制措施有：（1）在机械传动方面，可通过改善机械传动部件结构进行抑制；（2）在电气元件方面，可通过选用新型直线电机、采用电气电柜的电磁屏蔽等措施来避免对进给轴运动产生影响；（3）在伺服系统参数方面，可对伺服控制系统进行伺服优化，或者通过控制系统校正，抑制进给轴的振动。14.简述刀具切削振颤的两种控制方法（被动控制和主动控制）。参考答案：被动控制具体实施方法有：（1）刀具振动控制；（2）工件振动控制；（3）调整工艺参数。主动控制可以在机床系统的固有频率处增加额外的阻尼，增大整体刚度和阻尼，从而使整个系统稳定。15.数控机床内部感知数据有哪些？参考答案：数控机床内部感知数据包括：零件加工的插补实时数据（插补位置、跟随误差等）、伺服和电机反馈的内部电控数据，以及从G代码中提取的加工工艺数据（如切宽、切深、材料去除率等）。16.数控机床外部数据的感知手段有哪些？参考答案：传感器可将从数控机床获取的变量转换为可测量的信号，并提供给测控系统，是获取数控机床外部数据的有效手段，主要有：（1）温度传感器；（2）振动传感器；（3）声发射传威器；（4）RFID传感器；（5）条码/二维码传感器。17.数控机床主要的数据传输方式有哪些？参考答案：数据传输是数据从感知到应用的必需环节，主要表现为以通信技术为主的各种网络，依赖于物理设备的硬件互联和通信网络的协议互通，主要有：（1）数控机床的RS-232/422/485互联；（2）数控机床的USB互联；（3）数控机床的RJ-45互联；（4）窄带物联网；（5）5G移动网络。18.简述数控机床的大数据处理方式。参考答案：数控机床大数据的处理方式一般有两种：云端数据处理和边缘数据处理。云端数据处理是指各种底层设备（如数控机床、机器人、AGV小车等）通过网络连接将数据上传至云端，并在云端对数据进行存储和分析；边缘数据处理是指各种底层设备通过网络连接直接把数据存储于边缘端，以低延迟的方式对数据进行就近处理，从而及时向控制设备反馈处理结果。19.常用的数控系统互联通讯协议有哪些？参考答案：数控机床互联通讯协议可分为三个层次：感知层、通信层、语义层。感知层互联通讯协议解决的是数控系统对以传感器件为代表的各类数据的采集与管理，主要以各类现场总线协议为主，常见的现场总线协议包括Profibus、EtherCAT、TwinCAT、CANope、ControlNet、Ethernet、PROFINET、Modbus、RS232/RS485、CC-Link等40余种。通信层互联通讯协议负责实现从数控系统到应用系统之间的数据传输主要以各类以太网协议为主，常用的以太网协议包括CoAP（ConstrainedApplicationProtocol）、MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport）、DDS（DataDistributionServiceforReal-TimeSystems）、AMQP（AdvancedMessageQueuingProtocol）、OPC、UA等。语义层互联通讯协议具备面向应用集成的对机床模型含义的数据解释能力，主要指包含模型设计和数据字典的协议。当前，常用的语义层协议包MTConnect、umati以及NC-Link等。20.简述NC-Link协议的特点。参考答案：主要具备以下特点：（1）独特的数控装备信息模型；（2）支持自定义的组合数据；（3）轻量级数据交换格式；（4）对异构设备或平台高度兼容；（5）独特的安全性设计。21.简要说明NC-Link协议的体系架构。参考答案：NC-Link标准的体系结构包括：设备层、NC-Link层、应用层。22.NC-Link协议的接口交互流程是怎样的？参考答案：NC-Link协议的接口交互流程：①从适配器到应用系统的模型文件交互流程：适配器向应用系统发布设备注册指令，完成设备向代理器的注册→适配器向应用系统发布设备当前模型版本号，应用系统判断设备当前模型版本号与历史版本号（若存在）是否一致→若版本号不一致（或不存在），应用系统向适配器请求订阅当前模型文件→适配器向应用系统发布设备当前模型文件→应用系统接收设备当前模型文件并解析。②从适配器到应用系统的采样数据交互流程：应用系统向适配器订阅采样数据→适配器定时向应用系统发布采样数据→应用系统接收到采样数据，必要时根据设备当前模型文件的解析结果解析采样数据。③从适配器到应用系统的数据查询流程：应用系统向适配器订阅指定数据查询响应