數(shù)控技術 李斌、李曦版 數(shù)控技術 課后答案,復習資料

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1、1. 數(shù)控技術：數(shù)控技術，也成數(shù)字控制技術，是指用數(shù)字，字母和特定符號對某一工作過 程，如加工、測量、裝配等進行自動控制的技術。 2. 數(shù)控機床：應用數(shù)控技術對機床加工過程進行控制的機床。 3. 加工中心：帶刀庫、能自動換刀的數(shù)控機床（多為鏜銑床） 4. 點位直線控制系統(tǒng):是指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或機床工作臺從一個點準確地移動到另 一個點，而且要控制切削進給的速度，還要控制運動按規(guī)定點路徑到達終點，保證在兩點 之間的運動軌跡是一條直線的控制系統(tǒng)。移動部件在移動過程中進行切削。目前應用這類 控制系統(tǒng)的有數(shù)控車床和數(shù)控銑床 5. （輪廓）連續(xù)控制系統(tǒng):連續(xù)控制系統(tǒng)也稱輪廓控制系統(tǒng)，是指數(shù)控

2、系統(tǒng)能夠對兩個或兩 個以上的坐標軸同事進行嚴格連續(xù)控制系統(tǒng)。它不僅能控制移動部件從一點準確地移動到 另一點，而且還能控制整個加工過程每一點的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形 狀。目前我國應用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控齒輪加工機床和數(shù)控加工 中心。 6. 開環(huán)伺服系統(tǒng)：開環(huán)進給伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床中最簡單的伺服系統(tǒng)，執(zhí)行元件一般為步 進電機，開環(huán)控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合 式伺服步進電動機。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給指令脈沖，經(jīng)驅動電路功率放大后，驅動步 進電動機旋轉一個角度，再經(jīng)傳動機構帶動工作臺移動。這類系統(tǒng)信息流是單向的，即進 給脈沖

3、發(fā)出去以后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制。 7. 閉環(huán)伺服系統(tǒng)：由伺服電動機、比較線路、伺服放大線路、速度檢測器和安裝在工作臺 上的位置檢測器組成。這種系統(tǒng)將檢測裝置裝在移動部件上，對工作臺實際位移量進行自 動檢測并與指令值進行比較，用差值進行控制。 8. 半閉環(huán)伺服系統(tǒng): 將檢測裝置裝在伺服電機軸或傳動裝置末端，間接測量移動部件位移 來進行位置反饋的進給系統(tǒng)。這類伺服系統(tǒng)的位置檢測點是從驅動電機（常用交直流伺服 電機）或絲杠端引出，通過檢測電機和絲杠旋轉角度來間接檢測工作臺的位移量，而不是 直接檢測工作臺的實際位置。 9.數(shù)控機床由哪幾部分組成？試用框圖表示其各部分之間的關

4、系，并簡述它們的基本功能。 圖 P2 測量裝置：是指位置和速度測量裝置，它是實現(xiàn)速度閉環(huán)控制（主軸、進給）和位置閉環(huán) 控制（進給）的必要裝置。主軸伺服系統(tǒng)：實現(xiàn)零件加工的切削運動，其控制量為速度。 10?數(shù)控機床的分類：P5 11.數(shù)控機床按控制系統(tǒng)的特點（加工功能）分為幾類？它們各適用于什么場合？ 點位控制數(shù)控機床（用于加工平面內的孔系，只要有數(shù)控鉆床、印刷電路板鉆孔機、數(shù)控 鏜床數(shù)控沖床、三坐標測量機等）、直線控制數(shù)控機床（早期兩坐標數(shù)控車床可用于加工臺 階軸、簡易的三坐標軸蘇航空銑床可用于平面的銑削加工、現(xiàn)代組合機床采用數(shù)控進給伺 服控制系統(tǒng)，驅動動力頭可帶著多軸箱管軸向進給進

5、行鉆、鏜銷加工。）輪廓控制數(shù)控機床 （數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面形狀零件的數(shù)控機床。） 12?試從控制精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性及經(jīng)濟性三方面，比較開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)劣。 開環(huán)系統(tǒng)：步進電機驅動，無位置檢測裝置，結構簡單，成本低，精度低，易于維修 半閉環(huán)系統(tǒng)：直、交流的伺服電機驅動，角位移檢測裝置，中等精度 閉環(huán)系統(tǒng)：直、交流的伺服電機驅動，線位移檢測裝置，精度較高 13. NC機床適用于加工哪些類型零件P10,不適用于哪些類型的零件，為什么？ 適用的：1、輪廓形狀復雜的零件2、表面粗糙度好的回轉體零件 3、精度要求高的零件4、 超精密、超低表面粗糙度的零件 5、帶

6、一些特殊類型螺紋的零件 不適用的：①需要長時間占機人工調整的粗加工內容②必須按照專用工裝協(xié)調的加工內容 ③毛坯上的加工余量不充分或不穩(wěn)定的加工部分④一面加工一面不加工，其加工面又不能 作為定位面的部分⑤簡單的粗加工面⑥必需使用細長銑刀加工的部位 不適用于生產(chǎn)批量 大的零件（當然不排除其中個別工序用數(shù)控機床加工）；裝夾困難或完全靠找正定位來保證 加工精度的零件；加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調整零件坐標 位置的；必須用特定的工藝裝備協(xié)調加工的零件。 切削三要素：切削速度、進給速度、切削深度 手工編程的步驟 圖 P17 工藝規(guī)程：為了達到圖樣零件的各項要求而采用的加工方法

7、，它包括機床、刀具的選用， 工件和刀具的裝夾方法，加工順序及每道工序所選用的切削參數(shù)（F、S、T等）以及應達 到的幾何尺寸和光潔度要求等內容。 數(shù)控加工工藝設計的主要內容：選擇并確定數(shù)控加工的內容，對零件圖紙進行數(shù)控工藝分 析，零件圖形的數(shù)字處理及編程尺寸設定值的確定，數(shù)控教工工藝方案制定，公布進給路 線的確定，選擇數(shù)控機床的類型，刀具夾具量具的選擇和設計，切削參數(shù)的確定，加工程 序的編寫，校驗和修改，首件試加工與現(xiàn)場問題處理。數(shù)控加工工藝技術文件的定形與歸 檔。 工件原點：在零件圖樣上選定某一點為原點（這個點稱為工件原點，通常是對刀點）。 何謂對刀點？確定對刀點時應考慮哪些因素？ 對

8、刀點是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。對刀點可以設置在被加工零件上， 也可以設置在夾具上與零件定位基準有一定尺寸聯(lián)系的某一位置 對刀點的選擇原則如 下： （1）所選的對刀點應使程序編制簡單； （2）對刀點應選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置； （3）對刀點應選在加工時檢驗方便、可靠的位置； （4）對刀點的選擇應有利于提高加工精度。 加工路線的確定：P23 （1）選擇最短加工路線（2）盡可能避免徑向切入和切出。（3）應保 證零件的加工精度和表面粗糙度要求。 程序編制中的誤差P24第一類：在直接加工零件的過程中產(chǎn)生的誤差。第二類：編程時 產(chǎn)生的誤差。算法誤差Ab計算誤

9、差Ac圓整誤差（Ac處理方法有：逢奇偶四舍五 入法、小數(shù)累進法等） 數(shù)控加工方法: 1. 平面孔系零件的加工方法：平面孔系零件孔數(shù)較多或孔位精度要求較高，一般采用數(shù)控 鉆床與鏜床加工，只要求有點位控制。 2. 旋轉體零件的加工方法：旋轉體類零件常用數(shù)控車床或 數(shù)控磨床來加工，特別是車削零件的毛坯多為棒料或鍛坯，加工余量較大且不均勻，因此 在編程中，粗車的加工路線是需要重點考慮的問題。 3.平面輪廓零件的加工方法：平面輪廓零件常用銑床加工。 4.立體輪廓表面的加工方法：（1）“行切法”加工（2）三軸聯(lián)動加工（3）四軸聯(lián)動加工（4） 五軸聯(lián)動加工 何謂機床坐標系?何謂工件坐標系？如

10、何根據(jù)X、Z軸的正向判定Y的正向？ 機床坐標系：以機床原點為坐標系原點的坐標系，是機床固有的坐標系，它具有唯一性。 當機床完成回零操作后，該坐標系就建立好了，數(shù)控機床上的各點相對于該坐標系的位置 是唯一固定的。但應注意，機床的有效工作區(qū)域通常都遠遠大于實際被加工工件的范圍， 故機床坐標系一般不作為編程坐標系，因此還需建立工件坐標系。 工件坐標系：工件坐標系是為了編程的方便和提高加工程序的通用性而設立的，通常編程 人員在編程時可以不考慮工件在機床的安裝位置，而只需在零件圖樣上選定某一定點為原 點（這個點成為工件原點，通常是對刀點），并建立一個坐標系，這個坐標系就是工件坐標 系。 利用已確

11、定的 X、Z 坐標軸的正方向，用右手定則或右手螺旋法則，便可確定坐標軸的正方 向。 基點：零件的輪廓是由許多不同的幾何要素所組成，如直線、圓弧、二次曲線等，各幾何 要素之間的連接點稱為基點。 刀位點：是指刀具的定位基準點。 絕對坐標：將刀具運動位置的坐標值表示為相對于坐標原點的距離，這種坐標的表示法稱 之為絕對坐標表示法。如圖 1 所示。大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)都以 G90 指令表示使用絕對坐標編 程 相對坐標：將刀具運動位置的坐標值表示為相對于前一位置坐標的增量，即為目標點絕對 坐標值與當前點絕對坐標值的差值，這種坐標的表示法稱之為相對坐標表示法。大多數(shù)的 數(shù)控系統(tǒng)都以 G91 指令表示使用

12、相對坐標編程，有的數(shù)控系統(tǒng)用 X、Y、Z 表示絕對坐標代 碼，用 U、V、W 表示相對坐標代碼。在一個加工程序中可以混合使用這二種坐標表示法編 程。 何謂刀具半徑補償，刀具半徑補償?shù)膭幼鞣譃槟娜齻€階段？ 在零件輪廓加工中,由于刀具總有一定的半徑,刀具中心的運動軌跡與所需要加工零件的實 際輪廓并不重合,而是偏移一個刀具半徑值 , 這種根據(jù)按零件輪廓編制的程序和預先設定 的偏置參數(shù)，數(shù)控裝置能實時自動生成刀具中心軌跡的功能稱為刀具半徑補償功能。 1. 刀補建立：刀具從起點接近工件，在編程軌跡基礎上，刀具中心向左（G41）或向右（G42） 偏離一個偏置量的距離。不能進行零件的加工。 2. 刀

13、補進行：刀具中心軌跡與編程軌跡始終偏離一個偏置量的距離。 3. 刀補撤消：刀具撤離工件，使刀具中心軌跡終點與編程軌跡終點（如起刀點）重合。不 能進行加工。 什么是數(shù)控加工的走刀路線（加工路線）？確定走刀路線時，要考慮些什么問題？ 走刀路線就是描述加工過程中刀具相對于工件的運動軌跡，它不但包括了工步的內容，也 反映出工步順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。 加工路線的選擇： （1）選擇最短加工路線。（2）盡可能避免徑向切入和切出。（3）應保證零件的加工精度和 表面粗糙度要求。 數(shù)控編程的內容和步驟 數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全部工作過程。編程工作主要包括：（1） 分析零

14、件圖樣和制定工藝方案（2）數(shù)學處理（3）編寫零件加工程序以及制備控制介質（4） 程序檢驗和首件試切削 CNC裝置硬件的基本組成：P83包括CNC裝置和驅動控制兩部分。CNC裝置主要由計算機主 板，系統(tǒng)總線，存儲器，PLC模塊，位置控制板，鍵盤/顯示器接口及其他接口電路組成, 是構成CNC的基礎。 刀具補償功能，主軸功能P86 CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點：P95多任務并行處理 CNC裝置軟件結構模式：前后臺型結構模式P99 進給伺服驅動系統(tǒng)P147位置和速度為控制量 進給伺服驅動系統(tǒng)的組成：控制調節(jié)器， 功率驅動裝置，檢測反饋裝置，伺服電機。 數(shù)控機床對進給伺服驅動的要求：1.精度要高

15、2.響應速度要快3.調速范圍要寬4.工作穩(wěn) 定性要好5.低速轉矩要大 位置檢測裝置的分類P150增量式檢測裝置（脈沖編碼器，旋轉變壓器，感應同步器，光 柵，磁柵，激光干涉儀）和絕對式檢測裝置 模擬式檢測裝置有測速發(fā)電機，旋轉變壓器， 感應同步器和磁尺等。 編碼器分辨率計算P153 數(shù)控機床的進給運動的特點P208主軸轉速計算P209 主軸轉速不僅取決于切削速度，還取決于工件或刀具的直徑。 功率，扭矩特性則是選擇數(shù)控機床的重要指標。 簡述數(shù)控機床主傳動的特點，數(shù)控機床對主軸驅動的要求是什么？相對普通機床有哪些特 點？ 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)的特點是：①機床有足夠高的轉速和大的功率，以適應

16、高效率加工的 需要；②主軸轉速的變換迅速可靠，一般能自動變速；③主軸應有足夠高的剛度和回轉精 度；④主軸轉速范圍應很廣，如對鋁合金材料的高速切削，幾乎沒有上限的限制，主軸最 高轉速取決于主傳動系統(tǒng)中傳動元件的允許極限（如主軸軸承允許的極限轉速），而最低轉 速則根據(jù)加工不銹鋼等難加工材料的要求來確定變速范圍寬； 數(shù)控機床對主軸驅動的要求是什么？ P212 1.旋轉精度要求2.剛度要求3.溫升要求4.可靠 性要求5.精度保持性要求 相對普通機床有哪些特點：主軸變速迅速可靠；主軸組件的耐磨性高；轉速高、功率大。 主軸準停的意義：在數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床及以鏜銑為主的加工中心，由于特殊加工或自動 換

17、刀，要求主軸每次停在一個固定的準確的位置上，所以在主軸上必須設有準停裝置。 數(shù)控機床主軸變速的方式？特點？應用場合？ P211主要抄書。 1. 帶有簡單變速機構的主傳動特點：通過少數(shù)幾對齒輪降速，擴大輸出扭矩，以滿足主軸 低速時對輸出扭矩特性的要求。應用：大、中型數(shù)控機床采用這種變速方式。 2. 通過皮帶傳動的主傳動特點：電動機本身的調速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以 避免齒輪傳動引起的振動與噪聲。它適用于高速、低扭矩特性要求的主軸。其調速范圍比 恒功率調速范圍與恒扭矩調速范圍之比）受電機調速范圍比的約束。常用的是三角帶和 同步齒形帶。應用：這種傳動主要應用在轉速較高、變速范圍不

18、大的機床。 3. 用電動機直接驅動主軸特點：這是上述兩種方式的混合傳動，具有上述兩種性能。高速 時電動機通過皮帶輪直接驅動主軸旋轉，低速時，另一個電動機通過兩級齒輪傳動驅動主 軸旋轉，齒輪起到降速和擴大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴大了變速范圍。 克服了低速時轉矩不夠且電動機功率不能充分利用的問題。但兩個電機不能同時工作，也 是一種浪費。 4. 由調速電動機直接驅動的主傳動特點：調速電機與主軸用聯(lián)軸器同軸聯(lián)接，這種方式大 大簡化了主傳動系統(tǒng)的結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電機發(fā) 熱對主軸精度影響較大。 5. 內裝式電主軸即主軸與電機轉子合二為一。 特點：

19、優(yōu)點是主軸部件結構更緊湊，重量輕，慣量小，可提高啟動、停止的響應特性，并 利于控制振動和噪聲。缺點同樣是熱變形問題。 數(shù)控機床的主軸軸承配置有哪些類型？各適用于什么場合？ P215 主軸的C軸功能控制有何意義？具有C軸功能控制的數(shù)控機床，只需通過編程，便可以方 便的加工螺紋，以及其他多種特殊表面。如果配置動力刀架，則其工藝范圍將更大，同時 將擴大車床的工藝范圍，實現(xiàn)多工序復合。 研衣印開壯唱睫比n的電離速機床*是宴理 州商運扔工的舸據(jù)乘件和關世固乳中JH￥? 的金設計和封雄喜連.大功率的主軸單元利進洽 單丘.而里消切屮間傳助環(huán)芳，實現(xiàn)動力源對札 床工作部件廠主軸.工柞白科僅板尊［妁直按

20、件動. 轄莉fit的艮廈為霧“逵就是績謝折T：?苦勸"? 呼傳功不但樁丈地播代了機庫的棲渤與結 梅■更武荃的是部著覽握髙了抓庫的動態(tài)靈世息、 加工滑度和工乍茁拿性.這是亠種為需足亀鬲連 擁工婆蟲i*i產(chǎn)業(yè)的新取爆功方式.基紂年代機床 謝計理論和聘進技術的一個:皚為突我"有人把遠 韓零齒動的機屋珂懂-下「代紙機床f 機床進給系統(tǒng)采用直線步進電機直接驅動與原旋轉電機傳動方式的最大區(qū)別是取消了從電 機到工作臺(拖板)之間的一切機械中間傳動環(huán)節(jié)。即把機床進給傳動鏈的長度縮短為零。 故這種傳動方式即稱“直接驅動”(Direct Drive),慣稱為“直線驅動”，也又稱為“零 傳動”。 (1)高速

21、響應性 一般來講機械傳動件比電氣元器件的動態(tài)響應時間要大幾個數(shù)量級。由于系統(tǒng)中取消 了一些響應時間常數(shù)較大的如絲杠等機械傳動件,使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應性能大大 提高,使反應異常靈敏快捷。 (2) 高精度性 由于取消了絲杠等機械傳動機構,因而減少了插補時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差 通過直線位置檢測反饋控制,可大大提高機床的定位精度。 (3) 傳動剛度高、推力平穩(wěn) “直接驅動”提高了其傳動剛度。同時直線電機的布局,可根據(jù)機床導軌的形面結構 及其工作臺運動時的受力情況來布置。通常設計成均布對稱,使其運動推力平穩(wěn)。 (4) 速度快、加減速過程短 直線電機最早主要用于磁浮列車(時速可

22、達500km/h),現(xiàn)在用于機床進給驅動中，要 滿足其超高速切削的最大進給速度(要求達60?100m/min或更高)當然是沒問題的。也由于 “零傳動”的高速響應性,使其加減速過程大大縮短,從而實現(xiàn)起動時瞬間達到高速,高 速運行時又能瞬間準停。加速度一般可達到2?10g(g=9.8m/s2)。 (5) 行程長度不受限制 在導軌上通過串聯(lián)直線步進電機的定件，就可無限延長動件的行程長度。 (6) 運行時噪聲低 由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，而其導軌副又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導 軌(無機械接觸)，使運動噪聲大大下降。 (7) 效率高 由于無中間傳動環(huán)節(jié)，也就取消了其機械摩擦時的能量損耗。 要解決的問題：內裝式電機的散熱問題，主軸軸承的正確選用