《數(shù)控技術》

1、中國石油大學（北京）遠程教育學院期末考試 數(shù)控技術 學習中心：_姓名：_學號：_ 關于課程考試違規(guī)作弊的說明1、提交文件中涉嫌抄襲內容（包括抄襲網上、書籍、報刊雜志及其他已有論文），帶有明顯外校標記，不符合學院要求或學生本人情況，或存在查明出處的內容或其他可疑字樣者，判為抄襲，成績?yōu)椤?”。 2、兩人或兩人以上答題內容或用語有50%以上相同者判為雷同，成績?yōu)椤?”。3、所提交試卷或材料沒有對老師題目進行作答或提交內容與該課程要求完全不相干者，認定為“白卷”或“錯卷”，成績?yōu)椤?”。一、題型1、簡答題，4題，每題15分，共60分；2、論述題，1題，每題40分，共40分。二、題目A卷：學號尾號為單

2、號的答A卷1、簡答題1）、比較開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控機床在位置檢測裝置、控制精度和應用領域上的不同。2）、什么是刀具半徑補償？B刀補和C刀補有何區(qū)別？3）、逐點比較插補包含幾步？各步有何作用？4）、請分別解釋步進電動機的步距角、靜態(tài)步距誤差、啟動頻率、最高工作頻率、頻矩特性的含義。2、論述題通過自主調研，以“開放式數(shù)控體系”為主題，闡明其概念、研究背景、研究內容及研究難點。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(shù)據(jù)采樣插補有何區(qū)別？在機床運動過程中，為了實現(xiàn)輪廓控制，數(shù)控系統(tǒng)必須根據(jù)零件輪廓的曲線形式和進給速度的要求，實時計算出介于輪廓起點和終點之間的所有折線端

3、點的坐標(a1、 a2、a3、. )，這種實時運算操作就是插補運算。 所謂插補，就是根據(jù)零件輪廓的幾何形狀、幾何尺寸以及輪廓加工的精度要求和工藝要求，在零件輪廓的起點和終點之間插入- -系列中間點(折線端點)的過程，即所謂“數(shù)據(jù)點的密化過程”，其對應的算法稱為插補算法。 1、脈沖增量插補算法通過向各個運動軸分配驅動脈沖來控制機床坐標軸相互協(xié)調運動，從而加工出一定輪廓形狀的算法。2、數(shù)據(jù)采樣插補算法根據(jù)數(shù)控加工程序所要求的進給速度，按照插補周期的大小，先將零件輪廓曲線分割為-系列首尾相接的微小直線段，然后輸出這些微小直線段所對應的位置增量數(shù)據(jù)，控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標軸

4、進給。采用數(shù)據(jù)采樣插補算法時，每調用一次插補程序，數(shù)控系統(tǒng)就計算出本插補，周期內各個坐標軸的位置增量以及各個坐標軸的目標位置。隨后伺服位置控制軟件將把插補計算求得的坐標軸位置與采樣獲得的坐標軸實際位置進行比較求得位置跟蹤誤差，然后根據(jù)當前位置誤差計算出坐標軸的進給速度并輸出給驅動裝置，從而驅動移動部件向減小誤差的方向運動。2）、數(shù)控機床的位置控制系統(tǒng)有什么作用？比較鑒相式和鑒幅式位控系統(tǒng)在控制原理和結構組成上的不同。位置控制系統(tǒng)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(shù)控機床的位置控制系統(tǒng)是用來實現(xiàn)數(shù)控機床的主要功能的，沒有位置控制系統(tǒng)，數(shù)控機床就變成普通

5、機床，需要人工去控制它加工產品了。答:主要介紹嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks在隨動控制中的應用采用偽微分反饋控制算法,使用PCI-171.PC機和PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡作為隨動控制系統(tǒng)中的控制器，光電編碼器作為反饋信號測量單元:功率放大器作為能量提供單元，力矩電機作為執(zhí)行機構。 3）、數(shù)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(shù)、刀具選擇方式上的不同。各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結構取決于機床的形式、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等，主要可以分為以下幾種形式 回轉刀架換刀 數(shù)控機床上使用的回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，根據(jù)加工對象的不同，可以設計成四方刀

6、架和六角刀架等多種形式，分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。回轉刀架的結構上必須具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力，由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，而加工工程中對刀尖位置一般不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠地定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之后，具有盡可能高的重復定位精度 回轉刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，他的動作分為四個步驟：刀架抬起。刀架轉位。刀架壓緊。轉位油缸復位回轉刀架除了采用液壓缸驅動轉位和定位銷定位以外，還可以采用電機/馬氏機構轉位和鼠齒定位，以及其他轉位和定位機構。 更換主軸頭換刀 在帶

7、有旋轉刀具的數(shù)控機床中，更換主軸頭是一種比較簡單的換刀方式，主軸頭通常有臥式和立式兩種，而且常用磚塔的轉位來更換主軸頭，以實現(xiàn)自動換刀，在磚塔的各個主軸頭上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發(fā)出換刀指令時，各主軸頭依次的轉到加工位置，并接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。 由于空間位置的限制，主軸部件的結構不可能設計的十分堅實，因為影響了主軸系統(tǒng)的剛度，為了保證主軸的剛度，主軸的數(shù)目必須加以限制，否則將會使結構尺寸大為增加。磚塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、夾緊以及刀具搬運等一系列復雜的操作，從而提高了換刀的可能性，并

8、顯著的縮短了換刀時間，但由于結構上的原因，磚塔主軸頭通常只適用于工序較少，精度要求不太敢的數(shù)控機床，如數(shù)控鉆床等。 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具交換裝置如機械手等組成，目前他是多工序數(shù)控機床上應用最為廣泛的換刀方法 整個換刀過程較為復雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標準的刀柄上，在機外進行尺寸育調整之后，按一定的方式放入刀庫，換刀時先在到庫中進行選刀，并由刀具交換裝置分別動刀庫和主軸上取出刀具，在進行刀具交換之后，將新道具裝入主軸，把就刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可安裝在主軸箱的側面或上方，也可作為單獨部件安裝的機床以外，并有搬運裝

9、置運動刀具。 帶刀庫的自動換到數(shù)控機床主軸箱與磚塔主軸頭相比較，由于主軸箱內只有一個主軸，設計主軸部件時就有可能充分增強它的剛度，因而能夠滿足精密加工的要求，另外刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具，因為能夠進行復雜零件的多工序加工，這樣就明顯的提高了機床的適應性和加工效率。所以帶刀庫的自動換刀裝置特別適用于數(shù)控鉆、銑、鏜床。但這種換刀方式的整個過程動作較多，換刀時間長，系統(tǒng)較為復雜，降低了工作可靠性。4）、數(shù)控編程的內容有哪些？請分別予以說明。答:在數(shù)控機床上加工零件，首先應根據(jù)零件圖樣進行工藝分析、處理，編制數(shù)控加工工藝，然后再能編制加工程序。整個加工過程是自動的。它包括的內容有機床的切削用量、工步

10、的安排、進給路線、加工余量及刀具的尺寸和型號等。數(shù)控編程包括的主要內容有:1、分析零件圖樣,確定工藝過程。2、數(shù)值處理。3、編寫零件加工程序單。4、制作程序介質并輸入程序信息。5、程序校檢和試切削。數(shù)控編程的方法有兩種:手工編程和自動編程。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。虛擬制造(VM,Virtual Manufacturing)是實際制造在計算機上的本質實現(xiàn),是計算機仿真技術和虛擬現(xiàn)實技術在制造領域的綜合發(fā)展及應用,是企業(yè)以信息集成為基礎的一種新的制造哲理。虛擬制造技術的廣泛應用將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式,將帶來企業(yè)組織、企業(yè)管理及生

11、產方式等多方面的變化,對相關行業(yè)也將產生巨大影響,是下一代制造技術的重要內容之一?？梢哉f虛擬制造技術決定著企業(yè)的未來,也決定著制造業(yè)在競爭中能否立于不敗之地。一、虛擬制造產生的背景在經濟全球化、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(tǒng)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(xiàn)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(TTime to Market)、最好的質量(QQuality)、最低的成本(CCost)、最優(yōu)的服務(SS

12、ervice)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(tǒng)制造業(yè)的改造,是現(xiàn)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

13、統(tǒng)(CIMS,Co mputer Integrated Manufacturing System)開始得到實施;80年代末,以過程集成為核心的并行工程(C E,Concurrent Engineering)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(xiàn)了虛擬制造、精益生產(LP,Lean Production)、敏捷制造(AM,Agile Manufacturing)、虛擬企業(yè)(VE,Virtual Enterprise)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(xiàn)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(tǒng)的問題

14、時,必然會遇到制造系統(tǒng)和信息系統(tǒng)之間的“語義鴻溝”(Semantic gap)。也就是說,必須解決如何用信息工具描述制造系統(tǒng)、處理制造活動,如何在信息世界完整地再現(xiàn)真實的制造系統(tǒng)等等。虛擬制造是溝通信息系統(tǒng)與制造系統(tǒng)的橋梁,為溝通信息技術與制造系統(tǒng)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(tǒng)及制造活動信息化方法,使制造系統(tǒng)的產品及其制造過程數(shù)字化,以便計算機系統(tǒng)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。二、國內研究概況近幾年來,虛擬制造技術也引起我國科技工作者的關注,據(jù)不完全統(tǒng)計,目前全

15、國已有34家科研機構、高等院校和企業(yè)正在開展VM技術方面的研究。國家863/CIMS主題組也將“制造系統(tǒng)的可視化、虛擬建模與仿真”確定為研究重點。國家自然科學基金也有專門的研究課題。國內以清華大學、上海交大為主的高等院校正在開展基礎技術研究,正處于理論體系初步研究階段。其中清華大學CIMS工程研究中心虛擬制造研究室是國內最早開展虛擬制造研究的機構之一,目前該中心正在建立支持產品生產全過程的虛擬制造平臺。國內的研究主要集中在四個方面:1.虛擬制造基礎研究虛擬制造涉及的技術領域極其廣泛,從產品建模、過程建模、可交換數(shù)據(jù)模型到分布式仿真、離散事件仿真、面向對象方法、人工智能、虛擬現(xiàn)實及計算機網絡技術

16、等等。這些技術構成了虛擬制造的技術基礎。當然,有些技術并非虛擬制造所特有,相關研究已經展開和應用。在虛擬制造概念下,這些技術也具有了新的內涵,虛擬制造技術也不是各單項技術的簡單組合,而是在相關理論和已積累知識的基礎上對制造知識的系統(tǒng)化組織,需要進一步深化。清華大學CIMS中心提出了支持虛擬制造的產品元建模方法,為產品生命周期的各階段分析與評價提供了可供操作的模型支持。2.產品虛擬設計技術主要包括虛擬產品開發(fā)平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設計實現(xiàn)等。其中清華大學在國家863/CIMS主題重大關鍵技術攻關項目的支持下,開展了劍桿織機的虛擬產品開發(fā),進行了劍桿織機的三維數(shù)字建模及產品性

17、能分析、加工過程仿真、虛擬裝配技術等技術的研究與應用,并建立了具有相當共性的支持創(chuàng)新設計的虛擬產品開發(fā)環(huán)境,其成果獲得2000年度國家科技進步二等獎;北京機械科學研究院采用C語言和OpenGL進行編程初步實現(xiàn)了立體停車庫的虛擬現(xiàn)實下的參數(shù)化設計,可以直觀地進行車庫的布局、設計、分析和運動模擬。3.產品虛擬加工技術主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。清華大學國家CIMS 中心開發(fā)的加工過程仿真系統(tǒng)作為863/CIMS目標產品已在多個企業(yè)得到成功的應用,北航與一汽用O PTRIS開發(fā)的板料成型軟件已經基本能夠模擬類似車門的中等復雜程度的汽車覆蓋件和其他沖壓成型件

18、的沖壓成型過程;沈陽鑄造研究所開發(fā)的電渣熔鑄工藝模擬軟件包ESRD3D已經應用于水輪發(fā)電機變曲面過流部件生產中,其產品在劉家峽、李家峽、天生橋、太平役等7個電站中使用;合肥工業(yè)大學研制的雙刀架數(shù)控車床加工過程模擬軟件已經在馬鞍山鋼鐵股份有限公司車輪輪箍廠應用,使數(shù)控程序現(xiàn)場調試時間由幾個班縮短到幾小時,并保證一次試切成功;北京機床研究所、機械科學研究院、東北大學、上海交大和長沙鐵道學院等單位也研制出一些這方面的仿真軟件。4.虛擬制造系統(tǒng)主要包括虛擬制造技術的體系結構、技術支持、開發(fā)策略等。其中提出了比較成熟的思想并可能實現(xiàn)的是由上海同濟大學張曙教授提出的分散網絡化生產系統(tǒng)和西安交通大學謝友柏院

19、士組建的異地網絡化研究中心。清華大學CIMS工程中心提出了基于產品數(shù)據(jù)管理(PDM)集成的虛擬制造體系結構。它包括虛擬加工平臺、虛擬生產平臺、虛擬企業(yè)平臺,分別對產品的“可加工性”、“可生產性”和“可合作性”進行決策支持。上海交通大學提出了基于界面層、控制層、應用層、活動層、數(shù)據(jù)層五層協(xié)議的虛擬制造體系結構。三、關于發(fā)展我國虛擬制造技術的建議虛擬制造的概念是基于信息技術對傳統(tǒng)制造業(yè)改造的需要及若干企業(yè)的初步實踐于1993年首先由美國提出的。我國清華大學國家CIMS工程技術研究中心從1996年開始進行跟蹤研究,隨后863計劃立項進行了技術攻關研究,取得了初步進展。我國虛擬制造技術與先進工業(yè)發(fā)達國家的主要差距表現(xiàn)在;(1)虛擬制造研究開發(fā)環(huán)境缺乏總體規(guī)劃,資源分散、利用率低(2)缺乏支持虛擬制造的國產化軟件(3)缺乏既懂專業(yè)又懂計算機、既懂設計又懂工藝的復合型人才(4)企業(yè)需求日趨旺盛,但企業(yè)信息化基礎薄弱(5)投資強度不夠,缺乏能全面支持虛擬制造的大型研究與開發(fā)中心為了加快我國的現(xiàn)代化,就必須加速科學技術現(xiàn)代化。在貫徹江澤民總書記“用信息化帶動工業(yè)化”