2016華南理工機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù)作業(yè)資料

1、機(jī)械設(shè)備數(shù)控技術(shù)作業(yè) 一、簡(jiǎn)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 2、 數(shù)控加工工藝處理有哪些內(nèi)容？ 答：1 1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的零件及內(nèi)容。 2 2） 對(duì)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 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 4） 選擇對(duì)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 5） 分配數(shù)控加工中的容差。 6 6） 數(shù)控加工工藝

2、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）圖紙工藝分析； 2） 計(jì)算運(yùn)動(dòng)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(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置，以及幾個(gè) 執(zhí)行部件按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)所合成的運(yùn)動(dòng)軌跡。 要求： 1）

3、 傳動(dòng)精度與定位精度高； 2） 傳動(dòng)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)）； 4）低摩擦和低慣量； 5）響應(yīng)速度快； 6）消除傳動(dòng)間隙 7）速度穩(wěn)定性好。 6 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(dòng)。（1 1）螺旋槽式；工藝簡(jiǎn)單、 徑向尺寸小、易于制造。但擋珠器剛性差、易磨損。（ 2 2）插管式；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造；

4、但徑向尺 寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。（ 3 3）端蓋式；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)用較少。常以單螺母形式用做升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 7 7、 簡(jiǎn)述光電式脈沖編碼器的特點(diǎn)。 答：1）非接觸測(cè)量，無接觸磨損，碼盤壽命長(zhǎng)，精度保證性好； 2）允許測(cè)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(dòng)能力差。 8 簡(jiǎn)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

5、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(cè)元件， 并以相位方式工 作。當(dāng)數(shù)控裝置要求工作臺(tái)沿某一方向進(jìn)給時(shí)，插補(bǔ)器或插補(bǔ)軟件便產(chǎn)生一系列進(jìn)給 脈沖送入伺服系統(tǒng)。其數(shù)量代表工作臺(tái)的指令進(jìn)給量， 其頻率代表工作臺(tái)的進(jìn)給速度， 其方向代表工作臺(tái)的進(jìn)給方向。工作臺(tái)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(cè)裝置將測(cè)量出的實(shí)際位置轉(zhuǎn)換成測(cè)量信號(hào) 幅值的大小，再通過測(cè)量信號(hào)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(hào)進(jìn)入比較器，與指令脈沖信號(hào)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(dòng)伺服電機(jī)的信號(hào)，伺服

6、電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，直到比較器 輸出信號(hào)為零時(shí)停止；另一路反饋脈沖信號(hào)進(jìn)入勵(lì)磁電路，控制產(chǎn)生幅值工作方式的 勵(lì)磁信號(hào)。 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(tái)向一個(gè)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(tái)的指令進(jìn)給 量，頻率代表了工作臺(tái)的進(jìn)給速度，方向代表了工作臺(tái)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(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有哪些要求？ 答：數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)應(yīng)該滿足以下幾個(gè)方面的要求： 1）精

7、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(jiǎn)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(duì)金屬材料實(shí)現(xiàn)熔化、 氣化，從而腐蝕多余金屬材料，達(dá)到一定形狀、尺寸及表面質(zhì)量零件的工藝方法。 11、 簡(jiǎn)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(zhǎng)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(dòng)裝置。此外，它還有一個(gè)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/mi n-1

8、500r/mi n ，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。 12、 簡(jiǎn)述數(shù)控編程中鉆孔時(shí)固定循環(huán)指令的循環(huán)動(dòng)作有哪些？ 答：1） X 軸和丫軸的快速定位； 2）刀具快速?gòu)某跏键c(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(dòng)作； 4）在孔底相應(yīng)的動(dòng)作； 5）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(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，其硬件結(jié)構(gòu) 1 1 ）按 CNCCNC 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(dòng)，柔性低。 2 2）按制造方式不同可分為專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)型結(jié)構(gòu)

9、。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(gè)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 PCPC 機(jī)完全兼 容。 3 3 ）按 CNCCNC 裝置中微處理器的個(gè)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(gè)微處理 器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，采用集中控制，分時(shí)處理的工作方式完成數(shù)控加工中的各個(gè)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 1）前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)； 適用于集中控制的單微處理器的 CNCCNC 裝置，前臺(tái)程序微實(shí)時(shí)中斷程序，承擔(dān)了幾乎所有的中斷功

10、能，后臺(tái)程序主 要完成準(zhǔn)備工作和管理工作。 2 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(jí)別的中斷服務(wù)程序中， 從而組成一個(gè)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(jí)中斷服務(wù)程序之間的通訊實(shí)現(xiàn) 3 3） 功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)； 多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)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 CNCCNC 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(dòng)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(dòng)態(tài)性能， 對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)裝置提出了哪些要求？ 答：1 1

11、）數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)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 2） 數(shù)控機(jī)床主軸的變速是依指令自動(dòng)運(yùn)行的，要求能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，并減少中間傳遞環(huán)節(jié)， 簡(jiǎn)化主軸箱。 3 3） 要求主軸在整個(gè)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(dòng)機(jī)的最大功率，即恒功 率范圍要寬。 4 4） 要求主軸在正反轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)均可進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，即要求具有四象限驅(qū)動(dòng)能力，并且加減速時(shí)間。 5 5） 為滿足加工中心自動(dòng)換刀（ATCATC）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 6） 在車削中心上，還要求主軸具有

12、旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸（ C C 軸）的控制功能。 4 4、 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)如何規(guī)定數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸和運(yùn)動(dòng)方向？ 答：1 1）坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向命名的原則： 永遠(yuǎn)假定刀具相對(duì)于靜止的工件坐標(biāo)系而運(yùn)動(dòng)； 2 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)?X X 軸的正方向，食指為 Y Y 軸的正方向。 3 3） 運(yùn)動(dòng)方向的確定： （1 1） 正方向： 是增大工件和刀具之間的距離的方向。 （2 2） 移動(dòng)坐標(biāo)方向的確定： a.a. Z 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標(biāo)軸即為 Z Z 坐標(biāo)。 b.b. X X 坐標(biāo)：規(guī)定 X X 坐標(biāo)為水平方向，且垂直于 Z

13、 Z 軸并平行于工件的裝夾面。 c.c. Y Y 坐標(biāo)：Y Y 坐標(biāo)軸垂直于 X X、Z Z 坐標(biāo)軸，其運(yùn)動(dòng)的正方向根據(jù) X X 和 Z 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 3） 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)方向的確定： a.a.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) A A、B B、C C :右手螺旋 b.b.主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向：主軸的順（逆）時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方向（正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)），是按照右（左）旋螺 紋旋入工件的方向 4 4）絕對(duì)坐標(biāo)系與增量（相對(duì)）坐標(biāo)系 （1 1） 絕對(duì)坐標(biāo)系 刀具（或機(jī)床）運(yùn)動(dòng)軌跡的坐標(biāo)值是以相對(duì)于固定的坐標(biāo)原點(diǎn) 0 0 給出的，即稱為絕對(duì)坐標(biāo)。 該坐標(biāo) 系為絕對(duì)坐標(biāo)系。 （2 2） 增量（相對(duì)）坐標(biāo)系

14、 刀具（或機(jī)床）運(yùn)動(dòng)軌跡的坐標(biāo)值是相對(duì)于前一位置（起點(diǎn)）來計(jì)算的，即稱為增量（或相對(duì)）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(dòng)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(dòng)的配置形式有： 1） 帶有變速齒輪的主傳動(dòng)； 是大、中型數(shù)控機(jī)床采用較多的傳動(dòng)變速方式。 2） 通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)； 主要應(yīng)用在小型數(shù)控機(jī)床上，可克服齒輪傳動(dòng)引起的振動(dòng)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(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的主傳動(dòng)； 這種主傳動(dòng)方式大大簡(jiǎn)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(duì)主軸的精度影響較大。 6、刀具半徑補(bǔ)償指

15、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 GO0 或 G01 移動(dòng)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(dòng)，僅第三軸的移動(dòng)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 莫式，但為防止出現(xiàn)差錯(cuò) ，在半徑補(bǔ) 償建立與取消程序段最好不使用 G02、G03 旨令。 （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(dòng)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(hào)改變時(shí)，G41 及 G42 的補(bǔ)正方向會(huì)改變，女口 G

16、41 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(huì)向右（同理于 G42），故一般鍵入正值（即銑刀半 徑值）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(duì)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(gè)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(dòng)指令， 否則刀具 會(huì)出現(xiàn)過切等危險(xiǎn)動(dòng)作。 (7) 在補(bǔ)正狀態(tài)下，銑刀的直線移動(dòng)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)

17、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 FANU 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/mir)，刀補(bǔ)可以自行擬定。 加工路線：A A 快進(jìn)至 B B C C D D E E F F G G H H B B 快速返回起刀 A A 起刀點(diǎn)：A A（ 0 0，0 0） 基點(diǎn)坐標(biāo)：B B（4040，2020），C C（4040, 6060），D D（7070，9090），E E（ 110110，90

18、90），F(xiàn) F（ 120120，8080），G G（ 120120，4040），H H（ 100100，2020） 加工程序（參考）： 02007 N010 G92 X0 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 N060 G02 X120 Y80 I0 J-10 ； /F N070 G01 X120 Y40 ； /G N080 X100 Y20 ； /H N09

19、0 X40 Y20 ； /B N100 G00 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。 + S |o, 1 I I r 打 00001 程序代號(hào) N01 G00 G90 X120 Y60 Z50 絕對(duì)值輸入，快速進(jìn)給到 X120 Y60 Z50 N02 X100 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

20、-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 X40 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 直線插補(bǔ)到 X85

21、 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。 U J iB 25 4rk A 巾40 E 0 * 2 圖播補(bǔ)軌謖 04321; 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;