华工机械设备数控技术作业答案.docx

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华工机械设备数控技术作业答案

《机械设备数控技术》作业

4、一、简答题

5、1、数控机床的工作流程包括哪些内容？

6、答：

（1）准备阶段　　

7、根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息等）。

根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。

8、

（2）编程阶段　　

9、根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序（对加工工艺过程的描述），并填写程序单。

10、（3）准备信息载体　　

11、根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体（穿孔带、磁带、磁盘等）上，通过信息载体将全部加工信息传给数控系统。

若数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统。

12、（4）加工阶段　　

13、当执行程序时，机床数控系统（CNC）将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工。

14、2、数控加工工艺处理有哪些内容？

15、答：

⑴选择并确定进行数控加工的零件及内容；

16、⑵对零件图纸进行数控加工的工艺分析；

17、⑶数控加工的工艺设计；

18、⑷对零件图纸的数学处理；

19、⑸编写加工程序单；

20、⑹按程序单制作控制介质；

21、⑺程序的校验与修改；

22、⑻首件试加工与现场问题处理；

23、⑼数控加工工艺文件的定型与归档

24、3、数控机床编制程序的一般步骤是什么？

25、答：

（1）确定工艺过程根据图样上的工件形状、技术条件及公差要求，对加工工件的加工方案进行分析，合理地确定出加工方法、定位夹紧方法及工艺顺序，正确地选用加工的机床、刀具及切削用量。

做到走刀路线短、走刀次数和换刀次数尽可能少，加工安全可靠。

26、　　

（2）运动轨迹坐标的计算计算出粗、精加工各运动轨迹的坐标值，其中包括运动轨迹的起点和终点，圆弧的圆心等坐标尺寸。

对圆形刀具，有时还要计算刀心运动轨迹坐标值，对非圆形曲线要计算出节点坐标值，并限制在允许误差范围内。

27、　　（3）编写加工程序单按照数控装置规定使用的功能指令代码及程序格式，逐段编写加工程序单，并写上程序编号，后面还要加上此段程序结束符号。

28、　　（4）制备控制介质把编成的程序清单的内容直接制备到纸带、磁带或磁盘上，或者通过手动装置按钮送人到数控装置的存储器中。

29、　　（5）程序的检验和备件的试切把程序送到机床上进行空转检查或空转画图，以此来检查机床运动是否正确。

但这种方法不能查出刀具调整不全或编程计算不准确造成的工件误差的大小，所以还要进行备件试切。

实际切削检查，不仅可以检查出程序或介质的错误，还可以检查出加工精度。

30、何谓插补？

常用的插补算法有几种？

答：

插补就是指数控装置根据编程时的有限数据，按照一定的算法产生基本线行）（直线、圆弧等），以此为基础完成所需轮廓轨迹的插补拟合工作。

插补算法有：

基准脉冲插补和数据采样插补

31、进给伺服系统的作用是什么？

进给伺服系统的技术要求有哪些?

答：

进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。

要求：

1）传动精度与定位精度高；

2）传动刚度高和抗震性好；

3）调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内）；

4）低摩擦和低惯量；

5）响应速度快；

6）消除传动间隙

7）速度稳定性好。

6、滚珠丝杠螺母副的滚珠循环方式有哪几种?

各有何特点?

答：

内循环：

滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。

优点：

滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。

缺点：

反向器加工困难、装配调整不方便。

外循环：

滚珠在循环反向时离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外坐循环运动。

（1）螺旋槽式；工艺简单、径向尺寸小、易于制造。

但挡珠器刚性差、易磨损。

（2）插管式；结构简单、易于制造；但径向尺寸较大，弯管端部用做挡珠器比较容易磨损。

（3）端盖式；结构简单、工艺性好，但滚道吻接和弯曲处圆角不易准确制作而影响其性能，故应用较少。

常以单螺母形式用做升降传动机构。

7、简述光电式脉冲编码器的特点。

答：

1）非接触测量，无接触磨损，码盘寿命长，精度保证性好；

2）允许测量转速高，精度较高；

3）光电转换，抗干扰能力强；

4）体积小，便于安装，适合于机床运行环境；

5）结构复杂，价格高，光源寿命短；

6）码盘基片为玻璃，抗冲击和抗震动能力差。

8、简述闭环控制系统位置控制原理？

答：

闭环控制系统分为相位比较伺服系统，幅值比较伺服系统，数字/脉冲比较伺服系统以及全数字控制伺服系统。

1）相位比较伺服系统常使用感应同步器和旋转变压器作为检测元件，并以相位方式工作。

当数控装置要求工作台沿某一方向进给时，插补器或插补软件便产生一系列进给脉冲送入伺服系统。

其数量代表工作台的指令进给量，其频率代表工作台的进给速度，其方向代表工作台的进给方向。

工作台反向进给原理与正向进给时相同。

2）幅值比较伺服系统工作原理是位置检测装置将测量出的实际位置转换成测量信号幅值的大小，再通过测量信号处理电路，将幅值的大小转换成反馈脉冲频率的高低。

一路反馈脉冲信号进入比较器，与指令脉冲信号进行比较，从而得到位置偏差，经D/A转换、伺服放大后作为驱动伺服电机的信号，伺服电机带动工作台移动，直到比较器输出信号为零时停止；另一路反馈脉冲信号进入励磁电路，控制产生幅值工作方式的励磁信号。

3）数字/脉冲比较伺服系统的工作原理：

当数控系统要求工作台向一个方向进给时，经插补运算得到一系列进给脉冲作为指令脉冲PC,,其数量代表了工作台的指令进给量，频率代表了工作台的进给速度，方向代表了工作台的进给方向。

4）全数字控制伺服系统的工作原理：

全数字数控是计算机软件实现数控的各种功能，完成各种参数的控制。

在数控伺服系统中，主要表现在位置环、速度环和电流环的数字控制。

9、数控机床对伺服驱动系统有哪些要求？

答：

数控机床的伺服驱动应该满足以下几个方面的要求：

1）精度高；

2）稳定性好；

3）快速响应并无超调；

4）调速范围宽；

5）低速大转矩

10、简述电火花加工原理。

答：

电火花加工就是利用电极间隙脉冲放电产生局部瞬间高温，对金属材料实现熔化、气化，从而腐蚀多余金属材料，达到一定形状、尺寸及表面质量零件的工艺方法。

11．简述永磁直流伺服电机的性能特点。

答：

永磁直流伺服电机能在较大过载转矩下长时间工作以及电机的转子惯量打，能直接与丝杆相连而不需中间传动装置。

此外，它还有一个特点是可在低速下运转，如能在1r/min甚至在0.1r/min下平稳地运转。

它的缺点是有电刷，限制了转速的提高，一般额定转速为1000r/min-1500r/min，而且结构复杂，价格较贵。

12、简述数控编程中钻孔时固定循环指令的循环动作有哪些？

答：

1）X轴和Y轴的快速定位；

2）刀具快速从初始点进给到R点；

3）以切削进给的方式执行孔加工的动作；

4）在孔底相应的动作；

5）返回到R点；

6）快速返回到初始点。

二、论述题

1、数控装置硬件结构分类及其特点？

答：

数控装置是整个数控系统的核心，其硬件结构

1）按CNC装置中各印制电路板的插接方式不同，可以分为大板式结构和功能模块式结构；大板式结构紧凑，可靠性高，但其硬件功能不易变动，柔性低。

2）按制造方式不同可分为专用型结构和个人计算机型结构。

专用型结构布局合理，结构紧凑，专用性强，但彼此之间爱不能进行交换和替代，没有通用性强。

个人计算机型结构抗干扰和恶劣环境的能力强，与一般PC机完全兼容。

3）按CNC装置中微处理器的个数不同分为单微处理器结构和多微处理器结构。

单微处理器结构只有一个微处理器，结构简单，容易实现，采用集中控制，分时处理的工作方式完成数控加工中的各个任务。

多微处理器结构性价比高，可靠性高，硬件易于组织规模生产。

2、试述CNC系统两种典型的软件结构？

答：

1）前后台型软件结构；

适用于集中控制的单微处理器的CNC装置，前台程序微实时中断程序，承担了几乎所有的中断功能，后台程序主要完成准备工作和管理工作。

2）多重中断型软件结构；

是根据数控功能能上的相互独立性按实时性的高低将它们分别归入不同级别的中断服务程序中，从而组成一个嵌套的多重中断型结构，系统的管理功能只能通过各级中断服务程序之间的通讯实现

3）功能模块型软件结构；

多采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能模块，相应的软件也模块化，形成功能模块化结构，因此在相应的硬件功能模块中，使CNC装置的处理速度更快，结构也更加紧凑。

3、数控机床的进给传动系统关系到机床的加工性能，为了保证其定位精度和动态性能，对进给传动装置提出了哪些要求？

答：

1）数控机床主传动要有较宽的调速范围，以保证加工时选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产效率、加工精度和表面质量。

2）数控机床主轴的变速是依指令自动运行的，要求能在较宽的转速范围内进行无级调速，并减少中间传递环节，简化主轴箱。

3）要求主轴在整个范围内均能提供切削所需功率，并尽可能在全速度范围内提供主轴电动机的最大功率，即恒功率范围要宽。

4）要求主轴在正反转动时均可进行自动加减速控制，即要求具有四象限驱动能力，并且加减速时间。

5）为满足加工中心自动换刀（ATC）以及某些加工工艺的需要，要求主轴具有高精度的准停控制。

6）在车削中心上，还要求主轴具有旋转进给轴（C轴）的控制功能。

4、我国标准如何规定数控机床坐标轴和运动方向？

答：

1）坐标和运动方向命名的原则：

永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动；

2）标准坐标系（机床坐标系）的规定：

右手直角迪卡儿坐标系如图所示。

大拇指的方向为X轴的正方向，食指为Y轴的正方向。

3）运动方向的确定：

（1）正方向：

是增大工件和刀具之间的距离的方向。

（2）移动坐标方向的确定：

a.Z坐标：

由传递切削力的主轴所决定，与主轴轴线平行的坐标轴即为Z坐标。

b.X坐标：

规定X坐标为水平方向，且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。

c.Y坐标：

Y坐标轴垂直于X、Z坐标轴，其运动的正方向根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角迪卡儿坐标系来判断。

（3）旋转坐标方向的确定：

a.旋转运动A、B、C：

右手螺旋

b.主轴旋转运动方向：

主轴的顺（逆）时针旋转运动方向（正转（反转）），是按照右（左）旋螺纹旋入工件的方向

4）绝对坐标系与增量（相对）坐标系

（1）绝对坐标系

刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是以相对于固定的坐标原点O给出的，即称为绝对坐标。

该坐标系为绝对坐标系。

（2）增量（相对）坐标系

刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是相对于前一位置（起点）来计算的，即称为增量（或相对）坐标，该坐标系称为增量坐标系。

5、数控机床主传动的配置形式有哪几种？

特点是什么？

答：

数控机床主传动的配置形式有：

1）带有变速齿轮的主传动；

是大、中型数控机床采用较多的传动变速方式。

2）通过带传动的主传动；

主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。

3）由伺服电动机直接驱动的主传动；

这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩较小，电机发热对主轴的精度影响较大。

6、刀具半径补偿指令应用注意哪些事项？

答：

（1）刀具半径补偿模式的建立与取消程序段，只能在GO0或GO1移动指令模式下才有效，必须是在补偿平面内不为零的直线移动，仅第三轴的移动不能建立和取消补偿。

当然，现在有部分系统也支持G02、G03模式，但为防止出现差错，在半径补偿建立与取消程序段最好不使用G02、G03指令。

（2）为保证刀补建立与刀补取消时刀具与工件的安全，通常采用C01运动方式来建立或取消刀补。

如果采用G00方式来建立或取消刀补，则要采取先建立刀补再下刀和先退刀再取消刀补的加工方法。

（3）补正值的正负号改变时，G41及G42的补正方向会改变，如G41指令给予正值时，其补正向左，若给予负值时，其补正会向右（同理于G42），故一般键入正值（即铣刀半径值）较合理。

（4）为了便于坐标计算，可采用切向切人方式或法向切人方式来建立或取消刀补。

对于不便于沿工件轮廓线方向切向或法向切入切出时，可根据情况增加一个辅助程序段。

（5）便用刀具补偿的时机，最好是刀具切人工件前完成，取消在切出后完成。

（6）在刀具补偿模式下，一般不允许连续两段以上的非补偿平面内移动指令，否则刀具会出现过切等危险动作。

（7）在补正状态下，铣刀的直线移动量及内侧圆弧切削的半径值要大于等于铣刀半径，否则补正向量产生干涉，发生过切。

（8）刀具半径补偿建立与取消程序段的起始位置与终点位置最好与补偿方向在同一侧，以防止在刀具半径补偿建立与取消过程中刀具产生过切现象，

三、编程题（编写程序按FANUC系统）

1、试编写如图所示零件的精加工程序。

要求自定走刀路线和写出基点坐标值。

主轴转速S=500（r/min），F=160（mm/min），刀补可以自行拟定。

加工路线：

A快进至B—C—D—E—F—G—H—B—快速返回起刀A

 起刀点：

 A（0，0） 

基点坐标：

 B（40，20），C（40，60），D（70，90），E（110，90），F（120，80），G（120，40），H（100，20）。

加工程序（参考）：

 O2007 

N010 G92 X0 Y0 ；//设定工件坐标系 

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 

N060 G02 X120 Y80 I0 J-10 ；//F         

N070 G01 X120 Y40 ；//G

N080     X100 Y20  ；//H 

N090     X40 Y20 ；//B 

N100 G00 G40 X0 Y0 M05 M09  M02 ；//

2、如图所示板类零件，其厚度为10mm，需进行外轮廓的铣削精加工，精加工余量为0.2mm。

选择的立铣刀直径为φ20。

试列表写出该零件轮廓的精加工程序，并加以注释，刀具的转速、进给速度和刀补自行拟定。

O0001 程序代号 

N01 G00 G90 X120 Y60 Z50 绝对值输入，快速进给到X120 Y60 Z50 

N02 X100 Y40 M03 M08 S500 快速进给到X100 Y40切削液开，主轴正转，转速500r/min 

N03 Z-11 快速向下进给到Z-11 

N04 G01 G41 X70 Y10 D012 F100 直线插补到X70 Y10，刀具半径左补偿D012=10mm,进给速度100mm/s 

N05 Y-10 直线插补到X70 Y-10 

N06 G02 X40 Y-40 R30 顺圆插补到X40 Y-40，半径为30mm 

N07 G01 X-70 直线插补到X-70 Y-40 

N08 Y40 直线插补到X-70 Y40 

N09 X40 直线插补到X40 Y40 

N10 G03 X70 Y10 R30 逆圆插补到X70 Y10, 半径为30mm 

N11 G01 X85 直线插补到X85 Y10 

N12 G00 G40 X100 Y40 快速进给到X100 Y40，取消刀具半径补偿 

N13 X120 Y60 Z50 快速进给到X120 Y60 Z50 

N14 M30 程序结束，系统复位

3、在下图中，当不考虑刀具的实际尺寸加工下面轮廓形状时，试编写精加工程序。

转速和进给速度自定。

O4321；

G00 X40 Z0 M03 S500 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、计算题

1、设在第一象限插补直线段OA，起点为坐标原点O（0,0），终点为A（6，4）。

试用逐点比较法进行插补，要求：

①列表填写插补计算过程；②画出插补轨迹图。

图插补轨迹

解：

刀具沿x、y轴应走的总步数为∑N=┃Xe┃+┃Ye┃=6+4=10，插补运算过程见下表，插补轨迹如下图。

表：

逐点比较插补运算过程 

偏差判别 进给方向 新偏差计算 终点判别

F0=0+X F1=F0-Ye=0-4=-4 ∑N=10-1=9 

F1=-4<0 +Y F2=F1+Xe=-4+6=2 ∑N=9-1=8 

F2=2>0 +X F3=F2-Ye=2-4=-2 ∑N=8-1=7 

F3=-2<0 +Y F4=F3+Xe=-2+6=4 ∑N=7-1=6 

F4=4>0 +X F5=F4-Ye=4-4=0 ∑N=6-1=5   

F5=0 +X F6=F5-Ye=0-4=-4 ∑N=5-1=4 

F6=-4<0 +Y F7=F8+Xe=-4+6=2 ∑N=4-1=3 

F7=2 +X F8=F7-Ye=2-4=-2 ∑N=3-1=2 

F8=-2<0 +Y F9=F8+Xe=-2+6=4 ∑N=2-1=1 

F9=4>0 +X F10=F9-Ye=4-4=0 ∑N=1-1=0

2、欲加工第一象限直线AB，起点A（0，0），终点B（4，3）。

试用逐点比较插补法进行插补，要求：

①列表填写插补计算过程；②画出插补轨迹图。

解：

插补计算过程:

插补轨迹图: