《数控机床机械装调与维修》期末测试题B及答案

《数控机床机械装调与维修》期末测试题B及答案一、填空题（每空1分，共20分）1.数控机床的机械结构主要由床身、主轴箱、进给传动系统、工作台、刀库及换刀装置、辅助装置等部分组成。2.滚珠丝杠副的预紧方式主要有双螺母垫片预紧、双螺母螺纹预紧和单螺母变位导程预紧三种。3.数控机床主轴常用的轴承配置形式有速度型、刚度型和混合型。4.直线导轨的精度等级通常分为普通级、高级、精密级和超精密级。5.数控机床几何精度检验中，主轴轴线对工作台面的垂直度误差，在XY平面内测量时，指示器应固定在主轴上，测头触及放置在______工作台面上的角尺检验面。6.液压系统常见的故障现象有压力异常、噪声与振动、油温过高、执行元件运动不稳定和泄漏等。7.数控机床反向间隙的补偿参数通常设置在数控系统的______参数中。8.当数控机床主轴在强力切削时出现停转，可能的原因有电机过载、传动皮带过松或断裂、以及主轴驱动单元故障。9.光栅尺作为位置检测元件，其输出信号通常为相位差90度的两路正弦波或方波信号。10.进行数控机床机械维修时，必须遵循的“三不落地”原则是指：工具不落地、零件不落地、油污不落地。二、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列哪项不是数控机床进给传动系统对机械结构的基本要求？A.高传动刚度B.高谐振频率C.低摩擦阻力D.大运动惯量答案：D2.采用“固定-支撑”方式安装的滚珠丝杠，其两端轴承组合形式通常是：A.一端固定，一端自由B.一端固定，一端支撑C.两端固定D.两端支撑答案：B3.数控车床刀架换刀时出现刀位不准，首先应检查：A.数控系统参数B.刀架电动机C.刀架内部的定位销和发信盘D.液压系统压力答案：C4.下列导轨中，摩擦系数最小的是：A.滑动导轨B.滚动导轨C.静压导轨D.贴塑导轨答案：C5.在FANUC数控系统中，用于存储反向间隙补偿值的参数系列是：A.1000系列B.1800系列C.2000系列D.5000系列答案：B6.主轴准停功能主要用于：A.提高主轴转速B.换刀和镗孔退刀C.降低主轴温升D.测量主轴跳动答案：B7.检测数控机床工作台运动的直线度误差，最常用的量具是：A.千分尺B.水平仪C.激光干涉仪D.大理石平尺和指示表答案：D8.数控机床导轨润滑不良，最可能导致的故障现象是：A.加工尺寸不稳定B.主轴发热C.工作台移动时有爬行现象D.系统报警答案：C9.当数控铣床Z轴出现“过载”报警，且排除电气原因后，应重点检查：A.主轴刀具B.滚珠丝杠的润滑和轴承C.工作台夹具D.冷却系统答案：B10.数控机床的几何精度检验应在什么条件下进行？A.机床空载、冷态B.机床满载、热态C.机床空载、热态D.任意状态答案：A三、判断题（每题1分，共10分，正确打√，错误打×）1.数控机床的定位精度主要取决于数控系统的控制性能，与机械传动链精度无关。（×）2.滚珠丝杠副必须进行预紧，目的是消除轴向间隙并提高轴向刚度。（√）3.主轴动平衡不良只会引起主轴振动，对加工表面质量没有影响。（×）4.直线导轨的安装基准面必须经过精加工，并保证其平面度和直线度。（√）5.数控机床的参考点（零点）位置是固定不变的，由机械挡块决定。（×）6.液压卡盘夹紧力不足，可能的原因之一是液压系统压力设定过低。（√）7.光栅尺读数头与标尺光栅之间的间隙发生变化，不会影响位置检测精度。（×）8.数控机床的日常维护包括检查润滑系统、清理切屑和检查外部电缆等。（√）9.反向间隙补偿值一旦设定，在机床寿命周期内无需再调整。（×）10.当机床出现异响时，应立即停机检查，不可带病运行。（√）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述滚珠丝杠副轴向间隙的检测与调整方法。答：检测方法：通常使用千分表进行。将千分表磁力表座固定在机床不动部位，表头触及丝杠轴端或与丝杠连接的工作台。通过系统或手轮驱动丝杠正反向微量转动，观察千分表指针的摆动量，该摆动量即为轴向间隙。调整方法：对于双螺母结构的滚珠丝杠，可通过调整两螺母之间的垫片厚度或旋转预紧螺母来消除间隙。调整时需注意预紧力要适当，过大会导致发热和寿命降低，需参照厂家提供的预紧扭矩值。2.列举数控机床主轴常见的机械故障（至少四种）及其可能原因。答：（1）主轴发热：可能原因包括轴承预紧力过大、润滑不良或轴承损坏。（2）主轴强力切削时停转：可能原因有电机过载、传动皮带打滑或过松、离合器调整过松。（3）主轴振动或噪声大：可能原因有主轴动平衡失效、轴承损坏、齿轮啮合间隙过大或损坏、皮带轮动平衡不好。（4）主轴定位（准停）不准：可能原因有传感器（如编码器、磁传感器）故障、定位块松动或磨损、传动键间隙过大。3.数控机床直线导轨安装的主要技术要求有哪些？答：（1）安装基准面的精度：要求基准面有足够的平面度和直线度，通常要求为0.01mm/m以内。（2）导轨的平行度：两根导轨在水平面和垂直面内均应保持平行。（3）导轨的直线度：单根导轨在全长范围内的直线度误差需严格控制。（4）预紧力与间隙：滚动导轨需根据要求调整滑块与导轨之间的预紧力或间隙，保证运动平稳且无晃动。（5）紧固力矩：按照规定的顺序和扭矩拧紧安装螺钉，防止导轨变形。4.简述数控机床反向间隙的产生原因及对加工的影响。答：产生原因：主要来自进给传动链中各机械部件的配合间隙，如联轴器、齿轮副、滚珠丝杠副、轴承等处的间隙。特别是丝杠螺母副的轴向间隙是主要来源。对加工的影响：在铣削或车削中，当进给方向改变时，由于反向间隙的存在，工作台或刀架不能立即反向运动，会导致实际移动量小于指令值，造成轮廓加工中的“台阶”或“欠切”现象，严重影响加工精度，特别是在加工封闭轮廓（如型腔）时。五、计算与分析题（每题10分，共20分）1.某数控铣床X轴采用螺距P=10mm的滚珠丝杠，伺服电机与丝杠通过减速比为i=（1）计算该轴的理论脉冲当量δ（单位：mm/pulse）。（2）根据测量结果，计算该轴的实际脉冲当量。（3）若要修正此误差，应调整数控系统中的哪个参数？如何计算新的参数值？答：（1）理论脉冲当量计算：电机每转丝杠的转数：n=丝杠每转工作台移动距离：P电机每转工作台移动距离：L理论脉冲当量（2）实际脉冲当量计算：实际移动系统显示移动系统认为的脉冲数M实际脉冲当量（3）应调整数控系统的“电子齿轮比”或“指令倍乘系数”参数。通常系统有一个参数用于设定指令单位与实际位移的关系。设原参数值为A，新参数值应满足：。为简化，通常根据测量误差比例调整：实际距离/显示距离=100/100.02=0.9998。因此，新参数值。即需要将原相关参数值乘以修正系数0.9998。2.一台数控车床，在加工外圆时发现工件有规律的锥度误差（从头架到尾座方向直径逐渐增大）。操作者已排除刀具磨损和编程错误。（1）分析可能导致此故障的机床几何精度原因。（2）设计一个检测方案来验证你的分析。（3）简述如果确认是该项精度超差，基本的调整或维修步骤。答：（1）可能原因：主轴轴线与Z轴（床身导轨）在水平面内不平行，即主轴轴线存在水平面内的偏角。导致车刀在沿Z轴移动时，刀尖与工件回转轴线的距离发生变化，从而车出锥体。（2）检测方案：使用标准检验棒和千分表。将检验棒插入主轴锥孔并夹紧。在刀架上固定千分表，使测头在水平面内触及检验棒侧母线的两端（近主轴端和远主轴端）。移动Z轴（床鞍），记录检验棒两端千分表的读数差值。该差值即反映了主轴轴线与Z轴在水平面内的平行度误差。（3）调整/维修步骤：如果误差超差，需调整主轴箱的安装位置。a.松开主轴箱与床身的连接螺钉。b.根据误差方向（哪一端读数高），微量旋转或平移主轴箱，使其绕垂直轴线作微小转动，以校正水平面内的角度偏差。通常通过顶丝或调整垫片实现。c.在调整过程中，需反复测量，直到误差值在允差范围内（通常为0.01-0.02mm/300mm）。d.最后，按规定扭矩紧固所有连接螺钉，并再次复检精度。六、综合应用题（10分）某立式加工中心，在自动换刀（ATC）过程中频繁出现“换刀时间过长”报警，偶尔发生刀臂卡死现象。手动模式下，刀库旋转选刀正常，但刀臂的换刀动作（如抓刀、拔刀、插刀、复位）时快时慢，伴有轻微抖动。已知该ATC机构采用液压驱动，刀臂旋转由液压马达通过齿轮传动实现。请根据故障现象，系统分析故障可能涉及的机械与液压部分原因，并给出详细的排查流程。答：故障分析：此故障核心在于刀臂驱动部分动作异常。由于刀库选刀正常，可初步排除主控信号和刀库机械问题。刀臂动作时快时慢且抖动，表明驱动动力不稳定或阻力不均。结合采用液压驱动的信息，应从液压系统和刀臂机械传动链两方面排查。可能原因：1.液压系统原因：液压油压力不稳定：可能因溢流阀故障、泵内泄、蓄能器压力不足或失效导致。液压油污染：油液中杂质堵塞节流阀或使液压马达内部磨损，造成流量不均、动作不稳。液压马达故障：内部磨损导致内泄漏增大，输出扭矩和转速不稳定。控制刀臂动作的换向阀或调速阀性能不良，阀芯卡滞或调节失灵。2.机械部分原因：刀臂回转机构阻力过大：齿轮啮合过紧、缺乏润滑、轴承损坏或有异物卡入。刀臂轴弯曲或不同心，导致转动时摩擦力周期性变化。与刀臂动作相关的凸轮、滚子、槽轮等机构磨损或损坏，造成运动不顺畅。机械定位装置（如插销、定位盘）磨损或调整不当，在动作末段产生干涉。详细排查流程：1.安全准备：切断机床电源和液压泵电源，释放液压系统压力。2.初步检查：检查液压油位、油质（是否浑浊、有气泡）。若污染严重，应更换。听诊：在手动操作刀臂动作时，听液压泵、溢流阀、液压马达有无异常声响。3.液压压力测试：连接压力表至刀臂动作的主油路测压点。在手动模式下重复触发刀臂动作，观察压力表读数是否稳定达到设定值，以及在动作过程中压力是否剧烈波动。4.检查蓄能器：检查其预充氮气压力是否符合要求，如失效则更换。5.机械检查：手动（在无压状态下）尝试转动刀臂，感觉是否平滑、有无卡滞点或异常沉重感。打开刀臂机构防护罩，检查齿轮啮合间隙、齿面有无磨损或损坏，检查轴承有无松动或异响。检查所有润滑点是否已加注适量润滑脂。检查刀臂传动链中所有键、销的连接是否牢固。检查凸轮轮廓、滚子表面有无严重磨损或剥落。6.分段隔离：若手动转动刀臂感觉正常，则故障可能集中在液压部分。重点检查液压马达（可考虑与其他同型号马达对换测试）和控制阀组。若手动转动刀臂即感觉阻力大或不均，则故障在机械部分。需拆卸分解，仔细检查内部零件。7.修复与测试：根据排查结果更换或修复损坏部件（如清洗或更换液压阀、更换液压马达、修复齿轮、更换轴承等）。修复后，先手动慢速测试动作，正常后再进行自动换刀循环测试，并观察压力稳定性，确保故障排除。答案与解析一、填空题5.水平。解析：测量主轴轴线对工作台面的垂直度，需在工作台面上放置角尺，在主轴径向方向（XY平面）和轴向方向（YZ平面）分别测量。7.螺距误差补偿。解析：反向间隙补偿值通常与螺距误差补偿值存放在同一参数区域，如FANUC系统的1800系列参数。9.方波。解析：光栅尺输出的原始信号是正弦波，经过整形电路后通常转换为方波信号送入数控系统。二、单项选择题1.D。解析：进给系统要求低运动惯量以提高响应速度。2.B。解析：“固定-支撑”即一端采用固定轴承（承受轴向和径向力），另一端采用支撑轴承（只承受径向力），是常见的中等精度、中等速度的安装方式。3.C。解析：刀位不准首先与机械定位（定位销、盘）和位置反馈（发信盘）直接相关。4.C。解析：静压导轨依靠油膜支撑，为纯液体摩擦，摩擦系数极小。5.B。解析：FANUC0i等系统中，参数1851常用于各轴的反向间隙补偿。6.B。解析：主轴准停（定向）主要功能是使主轴准确停止在固定圆周位置，以便换刀机构抓取刀柄或进行精镗退刀。7.D。解析：大理石平尺精度高、热稳定性好，配合指示表是现场检验直线度的常用方法。8.C。解析：导轨润滑不良会导致摩擦阻力增大且不稳定，易产生低速爬行。9.B。解析：Z轴过载机械原因常与丝杠运动阻力有关，如润滑不良、轴承损坏、丝杠弯曲等。10.A。解析：国家标准规定几何精度检验在机床空载、冷态下进行，以排除热变形和负载变形的影响。三、判断题1.×。解析：定位精度是数控系统与机械传动链精度的综合体现，机械间隙、刚性、变形等直接影响最终定位。3.×。解析：主轴动平衡不良引起的振动会直接传递到刀具和工件，导致加工表面振纹，影响粗糙度。5.×。解析：参考点通常由脉冲编码器的零位脉冲（或栅格）信号与减速挡块配合确定，挡块只起粗定位作用，其位置在一定范围内可调。7.×。解析：光栅读数头与标尺光栅的间隙有严格要求（如0.8-1.2mm），间隙变化会影响莫尔条纹信号质量，导致计数错误。9.×。解析：随着机床使用磨损，传动链间隙可能增大，需定期检测并调整补偿值。四、简答题五、计算与分析题1.解析：本题综合考查脉冲当量概念、系统误差分析与参数调整思路。关键在于理解脉冲当量是系统指令一个脉冲对应的理论位移，实际机械传动中可能存在微小误差，需要通过系统参数进行微调。计算实际脉冲当量时，需利用系统显示位移是基于理论脉冲当量这一前提。参数调整的本质是修正系统指令与实际位移之间的映射关系。2.解析：本题为典型的故障诊断与精度检验应用题。锥度误差是数控车床常