數控技術雙數

中國石油大學（北京）遠程教育學院期末考試《數控技術》學習中心：___姓名：__學號：_B卷：學號尾號為雙號的答B(yǎng)卷1、簡答題1）、什么是插補？脈沖增量插補和數據采樣插補有何區(qū)別？（教材p22）答：所謂插補是指數據密化的過程。在對數控系統輸入有限坐標點（例如起點、終點）的情況下，計算機根據線段的特征（直線、圓弧、橢圓等），運用一定的算法，自動地在有限坐標點之間生成一系列的坐標數據，即所謂數據密化，從而自動地對各坐標軸進行脈沖分配，完成整個線段的軌跡運行，以滿足加工精度的要求。根據插補運算所采用的基本原理和計算方法的不同，通常將目前應用的插補算法分為脈沖增量插補和數據采樣插補兩大類。脈沖增量插補，適用于以步進電機為驅動裝置的開環(huán)數控系統。其特點是：每次插補結束后產生一個行程增量，并以脈沖的方式輸出到坐標軸上的步進電機。單個脈沖使坐標軸產生的移動量叫脈沖當量，一般用δ來表示。其中逐點比較插補法和數字積分插補法得到了廣泛的應用，下面介紹逐點比較插補法的原理。數據采樣插補的特點是插補運算分兩步進行，首先為粗插補，即在給定起點和終點的曲線用若干微小直線段來逼近給定曲線，每一微小直線段的長度ΔL相等。每一微小直線段的長度ΔL與進給速度F和插補周期T成正比，即ΔL=FT。第二步為精插補，它在粗插補計算出的每一微小直線段的基礎上再作“數據點的密化”工作。這一步相當于對直線的脈沖增量插補。2）、數控機床的位置控制系統有什么作用？比較鑒相式和鑒幅式位控系統在控制原理和結構組成上的不同。（教材p86-p89）答：位置控制系統的作用：控制機床刀具或工作臺精確移動，達到改變工件形狀，加工出合格產品的目的。數控機床的位置控制系統是用來實現數控機床的主要功能的，沒有位置控制系統，數控機床就變成普通機床，鑒相式伺服系統是數控機床中使用較多的一種位置控制系統，它是采用相位比較方式實現閉環(huán)（及半閉環(huán)）控制的伺服系統。鑒相式伺服系統具有工作可靠、抗干擾性強、精度高等優(yōu)點，但由于增加了位置檢測、反饋、比較等元件，與步進式伺服系統相比，它的結構比較復雜，調試也比較困難。鑒相式伺服系統的組成圖3.20所示是鑒相式伺服系統方框圖，它主要由基準信號發(fā)生器、脈沖調相器、檢測元件及信號處理線路、鑒相器、驅動線路和執(zhí)行元件等組成。鑒相式伺服系統的工作原理鑒相式伺服系統利用相位比較的原理進行工作。當數控機床的數控裝置要求工作臺沿一個方向進給時，插補器或插補軟件便產生一系列進給脈沖。該進給脈沖作為指令脈沖，其數量代表了工作臺的指令進給量，其頻率代表了工作臺的進給速度，其方向代表了工作臺的進給方向。鑒幅式伺服系統是以位置檢測信號的幅值大小來反映機械位移的數值，并以此作為位置反饋信號與指令信號進行比較構成的閉環(huán)控制系統。它與鑒相式伺服系統的主要區(qū)別有兩點：一是它的測量元件是以鑒幅式工作狀態(tài)進行工作的，因此，可用于鑒幅式伺服系統的測量元件有旋轉變壓器和感應同步器；二是比較器所比較的是數字脈沖量，而與之對應的鑒相式伺服系統的鑒相器所比較的是相位信號，故在鑒幅式伺服系統中，不需要基準信號，兩數字脈沖量可直接在比較器中進行脈沖數量的比較。鑒幅式伺服系統的組成該系統由測量元件及信號處理線路、數模轉換器、比較器、放大環(huán)節(jié)和執(zhí)行元件五部分組成鑒幅式伺服系統的工作原理進入比較器的信號有兩路，一路來自數控裝置插補器或插補軟件的進給脈沖，它代表了數控裝置要求機床工作臺移動的位移；另一路來自測量元件及信號處理線路，也是以數字脈沖形式出現，它代表了工作臺實際移動的距離。鑒幅系統工作前，數控裝置和測量元件及信號處理線路都沒有脈沖輸出，比較器的輸出為零，這時，執(zhí)行元件不帶動工作臺移動。出現進給脈沖信號之后，比較器的輸出不再為零，執(zhí)行元件開始帶動工作臺移動，同時以鑒幅式工作的測量元件又將工作臺的位移檢測出來，經信號處理線路轉換成相應的數字脈沖信號，該數字脈沖信號作為反饋信號進入比較器與進給脈沖進行比較。若兩者相等，比較器的輸出為零，說明工作臺實際移動的距離等于指令信號要求工作臺移動的距離，執(zhí)行元件停止帶動工作臺移動；若兩者不相等，說明工作臺實際移動的距離不等于指令信號要求工作臺移動的距離，執(zhí)行元件繼續(xù)帶動工作臺移動，直到比較器輸出為零時為止。3）、數控機床的自動換刀裝置有哪些形式？比較它們在應用領域、換刀時間、容納刀具數、刀具選擇方式上的不同。（教材p93-p96）答：1、自動回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用于數控車床。根據不同的機床要求，可設計成四方刀架、六角刀架、盤形回轉刀架等，即在其上裝有四把、六把或更多的刀具。2、轉塔頭式換刀裝置轉塔頭式換刀裝置是帶有旋轉刀具的數控機床上常用的一種換刀裝置，這種換刀裝置的轉塔頭上裝有多個主軸，每個主軸上裝一把刀具，加工中，通過轉塔頭自動轉位實現自動換刀。3、帶刀庫的自動換刀裝置回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足復雜零件的加工需要，因此，目前多工序數控機床（加工中心）多采用帶刀庫的自動換刀裝置。這種自動換刀裝置由刀庫、選刀機構、刀具交換裝置及刀具在主軸上的自動松夾機構等四部分組成。4）、數控編程的內容有哪些？請分別予以說明。（教材p50-p51）答：（1）分析零件圖樣，確定工藝過程包括確定加工方案，選擇合適機床，刀具及夾具，確定合理的進給路線及切削用量。（2） 數學處理包括建立工件的幾何模型計算加工過程中刀具相對工件的運動軌跡，總之數學處理的最終目的是為了獲得編程所需要的所有相關位置坐標數據。（3） 編寫程序單按照數控裝置規(guī)定的指令和程序格式編寫工件的加工程序單。2、論述題通過自主調研，以“虛擬制造”為主題，闡明其概念、研究背景、研究內容及研究難點。答:（一）虛擬制造概念虛擬制造((VirtualManufacturing，簡稱VM)當前一般的定義是:虛擬制造是實際制造過程在計算機上的映射，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在高性能訓一算機及高速網絡的支持下，在訓一算機上群組協同工作，實現產品設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗，以及企業(yè)各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。由此可見，虛擬制造通過計算機虛擬制造環(huán)境來模擬和預估產品功能、性能及可加工性等各方而可能存在的問題，從而提高了人們的預測和決策水平，它為工程師們提供了從產品概論的形成、設計到制造全過程的三維可視及交互的環(huán)境，使得制造技術走出主要依賴于經驗的狹小天地，發(fā)展到了全方位預報的新階段。（二）虛擬制造研究背景在經濟全球化、貿易自由化和社會信息化的新形勢下，世界市場由過去傳統的相對穩(wěn)定逐步演變成動態(tài)多變的特征，由過去的局部競爭演變成全球范圍內的競爭；同行業(yè)之間、跨行業(yè)之間的相互滲透、相互競爭日益激烈，因此，制造業(yè)的經營戰(zhàn)略發(fā)生了很大變化，TQCS成為現代制造企業(yè)適應市場需求、提高競爭力的關鍵因素。即以最快的上市速度(T—TimetoMarket)、最好的質量(Q—Quality)、最低的成本(C—Cost)、最優(yōu)的服務(S—Service)來滿足不同顧客的需求。

與此同時，信息技術取得了迅速發(fā)展，特別是計算機技術、計算機網絡技術、信息處理技術等取得了人們意想不到的進步。進入九十年代以來，技術更新的速度明顯加快，新興知識轉化成生產力推動力量的時間間隔越來越短。如何利用新技術所提供的機遇，抓住用戶需求，以最短的時間開發(fā)出用戶能夠接受的產品，已成為市場競爭的焦點。

多年來的實踐證明，將信息技術應用于制造業(yè)，進行傳統制造業(yè)的改造，是現代制造業(yè)發(fā)展的必由之路。自70年代以來，CAD技術是眾多計算機應用技術中推廣應用最為深入和最為廣泛的專業(yè)應用領域之一，特別在制造業(yè)中的影響力更為突出。80年代初，以信息集成為核心的計算機集成制造系統（CIMS，ComputerIntegratedManufacturingSystem）開始得到實施；80年代末，以過程集成為核心的并行工程（CE，ConcurrentEngineering）技術進一步提高了制造水平；進入90年代，先進制造技術進一步向更高水平發(fā)展，出現了虛擬制造、精益生產（LP，LeanProduction）、敏捷制造（AM，AgileManufacturing）、虛擬企業(yè)（VE，VirtualEnterprise）等新概念。

盡管各種新的制造概念的側重點不同，但都無一例外地強調了充分利用現代信息技術的成果。但是，當人們試圖利用信息技術工具解決制造系統的問題時，必然會遇到制造系統和信息系統之間的“語義鴻溝”（Semanticgap）。也就是說，必須解決如何用信息工具描述制造系統、處理制造活動，如何在信息世界完整地再現真實的制造系統等等。

虛擬制造是溝通信息系統與制造系統的橋梁，為溝通信息技術與制造系統間的“語義鴻溝”提供了有效的工具和環(huán)境，它能夠提供給我們有效的制造系統及制造活動信息化方法，使制造系統的產品及其制造過程數字化，以便計算機系統處理。

因此，在這些諸多新概念中，“虛擬制造”引起了人們的廣泛關注，不僅在科技界，而且在企業(yè)界，已經成為研究和應用的熱點之一。（三）虛擬制造的研究內容及難點虛擬制造技術的研究內容是極為廣泛的，除了虛擬現實技術涉及的共同性技術外，虛擬制造領域本身的主要研究內容有:虛擬制造的理論體系;設計信息和生產過程的三維可視化;虛擬環(huán)境下系統全局最優(yōu)決策理論和技術;虛擬制造系統的開放式體系結構;虛擬產品的裝配仿真;虛擬環(huán)境中及虛擬制造過程中的人機協同作業(yè)等。在我國，由于受三維建模技術、仿真技術等因素的約束，對虛擬制造的研究起步較晚，但近幾年發(fā)展迅速，一批科研院校和研究所紛紛加入到虛擬制造的研究隊伍中來。國內最早的虛擬制造研究機構之一的清華大學CIMS工程研究中心虛擬制造研究室在綜合目前國內外關于虛擬制造的研究成果的基礎上，提出了一個虛擬制造體系結構，即基于產品數據管