華南理工機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù)作業(yè)

1、機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù)作業(yè)一、簡答題1、數(shù)控機(jī)床的工作流程包括哪些內(nèi)容？答：工作流程包括：數(shù)據(jù)加工程序的編制；輸入；譯碼；刀具補(bǔ)償；插補(bǔ)；位置控制和機(jī)床加工。2、 數(shù)控加工工藝處理有哪些內(nèi)容？答：1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。2） 對被加工零件的圖樣進(jìn)行工藝分析，明確加工內(nèi)容和技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上確定零件的加工方案、劃分和安排加工工序。3） 設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序。如工步的劃分，零件的定位，夾具與刀具的選擇，切削用量的確定等。4） 選擇對刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的位置，確定加工路線，考慮刀具的補(bǔ)償。5） 分配數(shù)控加工中的容差。6）數(shù)控加工工藝技術(shù)零件的定型與歸檔3、數(shù)控機(jī)床編制程序的一般步驟是什么？答：1）

2、圖紙工藝分析；2） 計(jì)算運(yùn)動軌跡；3） 編制程序及初步校驗(yàn)；4） 制備控制介質(zhì)；5） 程序的校驗(yàn)和試切4、 何謂插補(bǔ)？常用的插補(bǔ)算法有幾種？答：插補(bǔ)就是指數(shù)控裝置根據(jù)編程時(shí)的有限數(shù)據(jù)，按照一定的算法產(chǎn)生基本線行）（直線、圓弧等），以此為基礎(chǔ)完成所需輪廓軌跡的插補(bǔ)擬合工作。插補(bǔ)算法有：基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)5、 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用是什么？進(jìn)給伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求有哪些?答：進(jìn)給伺服系統(tǒng)能根據(jù)指令信號精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動速度與位置，以及幾個執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動所合成的運(yùn)動軌跡。要求：1） 傳動精度與定位精度高；2） 傳動剛度高和抗震性好；3） 調(diào)速范圍要寬且要有良好的穩(wěn)定性（在調(diào)速范圍內(nèi)）

3、；4） 低摩擦和低慣量；5） 響應(yīng)速度快；6） 消除傳動間隙7） 速度穩(wěn)定性好。6、 滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式有哪幾種?各有何特點(diǎn)?答：內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。優(yōu)點(diǎn)：滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。缺點(diǎn)：反向器加工困難、裝配調(diào)整不方便。外循環(huán)：滾珠在循環(huán)反向時(shí)離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外坐循環(huán)運(yùn)動。（1）螺旋槽式；工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造。但擋珠器剛性差、易磨損。（2）插管式；結(jié)構(gòu)簡單、易于制造；但徑向尺寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。（3）端蓋式；結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準(zhǔn)確制作而影響其性能，故應(yīng)

4、用較少。常以單螺母形式用做升降傳動機(jī)構(gòu)。7、 簡述光電式脈沖編碼器的特點(diǎn)。答：1）非接觸測量，無接觸磨損，碼盤壽命長，精度保證性好；2） 允許測量轉(zhuǎn)速高，精度較高；3） 光電轉(zhuǎn)換，抗干擾能力強(qiáng)；4） 體積小，便于安裝，適合于機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；5） 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，光源壽命短；6） 碼盤基片為玻璃，抗沖擊和抗震動能力差。8、 簡述閉環(huán)控制系統(tǒng)位置控制原理？答：閉環(huán)控制系統(tǒng)分為相位比較伺服系統(tǒng)，幅值比較伺服系統(tǒng)，數(shù)字/脈沖比較伺服系統(tǒng)以及全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)。1） 相位比較伺服系統(tǒng)常使用感應(yīng)同步器和旋轉(zhuǎn)變壓器作為檢測元件，并以相位方式工作。當(dāng)數(shù)控裝置要求工作臺沿某一方向進(jìn)給時(shí)，插補(bǔ)器或插補(bǔ)軟件便產(chǎn)生一

5、系列進(jìn)給脈沖送入伺服系統(tǒng)。其數(shù)量代表工作臺的指令進(jìn)給量，其頻率代表工作臺的進(jìn)給速度，其方向代表工作臺的進(jìn)給方向。工作臺反向進(jìn)給原理與正向進(jìn)給時(shí)相同。2） 幅值比較伺服系統(tǒng)工作原理是位置檢測裝置將測量出的實(shí)際位置轉(zhuǎn)換成測量信號幅值的大小，再通過測量信號處理電路，將幅值的大小轉(zhuǎn)換成反饋脈沖頻率的高低。一路反饋脈沖信號進(jìn)入比較器，與指令脈沖信號進(jìn)行比較，從而得到位置偏差，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、伺服放大后作為驅(qū)動伺服電機(jī)的信號，伺服電機(jī)帶動工作臺移動，直到比較器輸出信號為零時(shí)停止；另一路反饋脈沖信號進(jìn)入勵磁電路，控制產(chǎn)生幅值工作方式的勵磁信號。3） 數(shù)字/脈沖比較伺服系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)要求工作臺向一個

6、方向進(jìn)給時(shí)，經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算得到一系列進(jìn)給脈沖作為指令脈沖PC,其數(shù)量代表了工作臺的指令進(jìn)給量，頻率代表了工作臺的進(jìn)給速度，方向代表了工作臺的進(jìn)給方向。4） 全數(shù)字控制伺服系統(tǒng)的工作原理：全數(shù)字?jǐn)?shù)控是計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控的各種功能，完成各種參數(shù)的控制。在數(shù)控伺服系統(tǒng)中，主要表現(xiàn)在位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的數(shù)字控制。9、 數(shù)控機(jī)床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)有哪些要求？答：數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動應(yīng)該滿足以下幾個方面的要求：1） 精度高；2） 穩(wěn)定性好；3） 快速響應(yīng)并無超調(diào)；4） 調(diào)速范圍寬；5） 低速大轉(zhuǎn)矩10、 簡述電火花加工原理。答：電火花加工就是利用電極間隙脈沖放電產(chǎn)生局部瞬間高溫，對金屬材料實(shí)現(xiàn)熔化、氣化，從而腐

7、蝕多余金屬材料，達(dá)到一定形狀、尺寸及表面質(zhì)量零件的工藝方法。11 簡述永磁直流伺服電機(jī)的性能特點(diǎn)。答：永磁直流伺服電機(jī)能在較大過載轉(zhuǎn)矩下長時(shí)間工作以及電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量打，能直接與絲桿相連而不需中間傳動裝置。此外，它還有一個特點(diǎn)是可在低速下運(yùn)轉(zhuǎn)，如能在1r/min甚至在0.1r/min下平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。它的缺點(diǎn)是有電刷，限制了轉(zhuǎn)速的提高，一般額定轉(zhuǎn)速為1000r/min-1500r/min，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。12、 簡述數(shù)控編程中鉆孔時(shí)固定循環(huán)指令的循環(huán)動作有哪些？ 答：1）X軸和Y軸的快速定位；2） 刀具快速從初始點(diǎn)進(jìn)給到R點(diǎn)；3） 以切削進(jìn)給的方式執(zhí)行孔加工的動作；4） 在孔底相應(yīng)的動作；5

8、） 返回到R點(diǎn)；6） 快速返回到初始點(diǎn)。二、論述題1、數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)分類及其特點(diǎn)？答：數(shù)控裝置是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，其硬件結(jié)構(gòu)1） 按CNC裝置中各印制電路板的插接方式不同，可以分為大板式結(jié)構(gòu)和功能模塊式結(jié)構(gòu)；大板式結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，但其硬件功能不易變動，柔性低。2） 按制造方式不同可分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計(jì)算機(jī)型結(jié)構(gòu)。專用型結(jié)構(gòu)布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，專用性強(qiáng)，但彼此之間愛不能進(jìn)行交換和替代，沒有通用性強(qiáng)。個人計(jì)算機(jī)型結(jié)構(gòu)抗干擾和惡劣環(huán)境的能力強(qiáng)，與一般PC機(jī)完全兼容。3）按CNC裝置中微處理器的個數(shù)不同分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。單微處理器結(jié)構(gòu)只有一個微處理器，結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，采

9、用集中控制，分時(shí)處理的工作方式完成數(shù)控加工中的各個任務(wù)。多微處理器結(jié)構(gòu)性價(jià)比高，可靠性高，硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。2、試述CNC系統(tǒng)兩種典型的軟件結(jié)構(gòu)？答：1）前后臺型軟件結(jié)構(gòu)；適用于集中控制的單微處理器的CNC裝置，前臺程序微實(shí)時(shí)中斷程序，承擔(dān)了幾乎所有的中斷功能，后臺程序主要完成準(zhǔn)備工作和管理工作。2） 多重中斷型軟件結(jié)構(gòu)；是根據(jù)數(shù)控功能能上的相互獨(dú)立性按實(shí)時(shí)性的高低將它們分別歸入不同級別的中斷服務(wù)程序中，從而組成一個嵌套的多重中斷型結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的管理功能只能通過各級中斷服務(wù)程序之間的通訊實(shí)現(xiàn)3） 功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)；多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個微處理器分管各自的任務(wù)，形成特定的功能模塊，相應(yīng)的軟件

10、也模塊化，形成功能模塊化結(jié)構(gòu)，因此在相應(yīng)的硬件功能模塊中，使CNC裝置的處理速度更快，結(jié)構(gòu)也更加緊湊。3、 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)關(guān)系到機(jī)床的加工性能，為了保證其定位精度和動態(tài)性能，對進(jìn)給傳動裝置提出了哪些要求？答：1)數(shù)控機(jī)床主傳動要有較寬的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)效率、加工精度和表面質(zhì)量。2）數(shù)控機(jī)床主軸的變速是依指令自動運(yùn)行的，要求能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速，并減少中間傳遞環(huán)節(jié)，簡化主軸箱。3）要求主軸在整個范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速度范圍內(nèi)提供主軸電動機(jī)的最大功率，即恒功率范圍要寬。4）要求主軸在正反轉(zhuǎn)動時(shí)均可進(jìn)行自動加減速控制

11、，即要求具有四象限驅(qū)動能力，并且加減速時(shí)間。5）為滿足加工中心自動換刀（ATC）以及某些加工工藝的需要，要求主軸具有高精度的準(zhǔn)停控制。6）在車削中心上，還要求主軸具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸（C軸）的控制功能。4、 我國標(biāo)準(zhǔn)如何規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸和運(yùn)動方向？答：1）坐標(biāo)和運(yùn)動方向命名的原則：永遠(yuǎn)假定刀具相對于靜止的工件坐標(biāo)系而運(yùn)動；2） 標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系（機(jī)床坐標(biāo)系）的規(guī)定 ：右手直角迪卡兒坐標(biāo)系如圖所示。大拇指的方向?yàn)閄軸的正方向，食指為Y軸的正方向。 3） 運(yùn)動方向的確定：（1） 正方向：是增大工件和刀具之間的距離的方向。（2） 移動坐標(biāo)方向的確定：a. Z坐標(biāo) ：由傳遞切削力的主軸所決定，與主軸軸線平行的坐

12、標(biāo)軸即為Z坐標(biāo) 。b. X坐標(biāo) ：規(guī)定X坐標(biāo)為水平方向，且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。 c. Y坐標(biāo)：Y坐標(biāo)軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸，其運(yùn)動的正方向根據(jù)X和Z坐標(biāo)的正方向，按照右手直角迪卡兒坐標(biāo)系來判斷。 （3）旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)方向的確定：a.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動A、B、C ：右手螺旋b.主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方向：主軸的順（逆）時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動方向（正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），是按照右（左）旋螺紋旋入工件的方向4）絕對坐標(biāo)系與增量（相對）坐標(biāo)系（1）絕對坐標(biāo)系 刀具（或機(jī)床）運(yùn)動軌跡的坐標(biāo)值是以相對于固定的坐標(biāo)原點(diǎn)O給出的，即稱為絕對坐標(biāo)。該坐標(biāo)系為絕對坐標(biāo)系。（2） 增量（相對）坐標(biāo)系 刀具（或機(jī)床）運(yùn)動軌跡的坐標(biāo)值是相對于前一位置（起

13、點(diǎn)）來計(jì)算的，即稱為增量（或相對）坐標(biāo)，該坐標(biāo)系稱為增量坐標(biāo)系。5、 數(shù)控機(jī)床主傳動的配置形式有哪幾種？特點(diǎn)是什么？答：數(shù)控機(jī)床主傳動的配置形式有：1） 帶有變速齒輪的主傳動；是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的傳動變速方式。2） 通過帶傳動的主傳動；主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可克服齒輪傳動引起的振動與噪聲，但只能適用于低扭矩特性要求的主軸。3） 由伺服電動機(jī)直接驅(qū)動的主傳動；這種主傳動方式大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，主軸轉(zhuǎn)速高，但主軸輸出扭矩較小，電機(jī)發(fā)熱對主軸的精度影響較大。6、 刀具半徑補(bǔ)償指令應(yīng)用注意哪些事項(xiàng)？答：（1）刀具半徑補(bǔ)償模式的建立與取消程序段，只能在

14、 GO0 或 GO1移動指令模式下才有效，必須是在補(bǔ)償平面內(nèi)不為零的直線移動，僅第三軸的移動不能建立和取消補(bǔ)償。當(dāng)然，現(xiàn)在有部分系統(tǒng)也支持 G02、G03模式，但為防止出現(xiàn)差錯 ，在半徑補(bǔ)償建立與取消程序段最好不使用 G02、G03指令。(2)為保證刀補(bǔ)建立與刀補(bǔ)取消時(shí)刀具與工件的安全，通常采用 C01運(yùn)動方式來建立或取消刀補(bǔ)。如果采用 G00方式來建立或取消刀補(bǔ)，則要采取先建立刀補(bǔ)再下刀和先退刀再取消刀補(bǔ)的加工方法。(3)補(bǔ)正值的正負(fù)號改變時(shí)，G41及 G42的補(bǔ)正方向會改變，如 G41指令給予正值時(shí)，其補(bǔ)正向左，若給予負(fù)值時(shí)，其補(bǔ)正會向右(同理于 G42)，故一般鍵入正值(即銑刀半徑值 )

15、較合理。(4)為了便于坐標(biāo)計(jì)算，可采用切向切人方式或法向切人方式來建立或取消刀補(bǔ)。對于不便于沿工件輪廓線方向切向或法向切入切出時(shí)，可根據(jù)情況增加一個輔助程序段。(5)便用刀具補(bǔ)償?shù)臅r(shí)機(jī)，最好是刀具切人工件前完成，取消在切出后完成。(6)在刀具補(bǔ)償模式下，一般不允許連續(xù)兩段以上的非補(bǔ)償平面內(nèi)移動指令，否則刀具會出現(xiàn)過切等危險(xiǎn)動作。(7)在補(bǔ)正狀態(tài)下，銑刀的直線移動量及內(nèi)側(cè)圓弧切削的半徑值要大于等于銑刀半徑，否則補(bǔ)正向量產(chǎn)生干涉，發(fā)生過切。(8)刀具半徑補(bǔ)償建立與取消程序段的起始位置與終點(diǎn)位置最好與補(bǔ)償方向在同一側(cè)，以防止在刀具半徑補(bǔ)償建立與取消過程中刀具產(chǎn)生過切現(xiàn)象，三、編程題（編寫程序按FAN

16、UC系統(tǒng)）1、試編寫如圖所示零件的精加工程序。要求自定走刀路線和寫出基點(diǎn)坐標(biāo)值。主軸轉(zhuǎn)速S=500（r/min），F(xiàn)=160（mm/min），刀補(bǔ)可以自行擬定。7020R30R104060120450xy起刀點(diǎn)加工路線：A快進(jìn)至BCDEFGHB快速返回起刀A 起刀點(diǎn)： A（0，0） 基點(diǎn)坐標(biāo)： B（40，20），C（40，60），D（70，90），E（110，90），F(xiàn)（120，80），G（120，40），H（100，20）。 加工程序（參考）：  O2007  N010 G92 X0 

17、;Y0 ；/設(shè)定工件坐標(biāo)系 N020 G00 G41 D01 X40 Y20 S500 M03 M08 ；/B N030 G01 X40 Y60  F160.0 ；/C N040 G03 X70 Z90 I0 J30 ；/D      N050 G01 X110 Y90 ；/E&

18、#160;N060 G02 X120 Y80 I0 J-10 ；/F         N070 G01 X120 Y40 ；/GN080     X100 Y20  ；/H N090     X40 Y20 ；/B  N100 G

19、00 G40 X0 Y0 M05 M09  M02 ；/2、如圖所示板類零件，其厚度為10mm，需進(jìn)行外輪廓的銑削精加工，精加工余量為0.2mm。選擇的立銑刀直徑為20。試列表寫出該零件輪廓的精加工程序，并加以注釋，刀具的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和刀補(bǔ)自行擬定。O0001 程序代號 N01 G00 G90 X120 Y60 Z50 絕對值輸入，快速進(jìn)給到X120 Y60 Z50 N02 X100 

20、Y40 M03 M08 S500 快速進(jìn)給到X100 Y40切削液開，主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速500r/min  N03 Z-11  快速向下進(jìn)給到Z-11 N04 G01 G41 X70 Y10 D012 F100 直線插補(bǔ)到X70 Y10，刀具半徑左補(bǔ)償D012=10mm, 進(jìn)給速度100mm/s N05 Y-10  直線插補(bǔ)到X70 Y-10 N06 G02 X

21、40 Y-40 R30 順圓插補(bǔ)到X40 Y-40，半徑為30mm N07 G01 X-70 直線插補(bǔ)到X-70 Y-40 N08 Y40 直線插補(bǔ)到X-70 Y40 N09 X40  直線插補(bǔ)到X40 Y40 N10 G03 X70 Y10 R30 逆圓插補(bǔ)到X70 Y10, 半徑為30mm N11 G01 X85&

22、#160; 直線插補(bǔ)到X85 Y10  N12 G00 G40 X100 Y40 快速進(jìn)給到X100 Y40，取消刀具半徑補(bǔ)償 N13 X120 Y60 Z50 快速進(jìn)給到 X120 Y60 Z50  N14 M30 程序結(jié)束，系統(tǒng)復(fù)位3、在下圖中，當(dāng)不考慮刀具的實(shí)際尺寸加工下面輪廓形狀時(shí)，試編寫精加工程序。轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度自定。O4321； G00 X40 Z0 M03 S50

23、0 T0101；G01 X0 F10；  G00 X38 Z1； G01 X50 Z-25；      Z-62； G03 X66 Z70 R8； G01     Z-80； G00 X70；      X100 Z100 M05； M02；四、計(jì)算題1、 設(shè)在第一象限插補(bǔ)直線段OA，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O(0,0)，終點(diǎn)為A（6，4）。試用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行插補(bǔ)，要求：列表填寫插補(bǔ)計(jì)算過程；畫出插補(bǔ)軌跡圖。圖插補(bǔ)軌跡解：刀具沿x、y 軸應(yīng)走