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1、 数控技术一 填空：40分共50个空（答40个空及以上可得40分）二 简答：40分三 小计算：20分(一个插补题一个小计算题)第一章1机电一体化技术是微电子技术和计算机技术向机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门多学科领域交叉的新型综合性学科，它是机械工业的发展方向。数控技术是机电一体化技术中的核心技术，机电一体化技术的另外一个重要表现形式是机器人技术。2系统论、信息论和控制论是数控技术的理论基础，微电子技术、计算机技术和精密机械技术就是数控技术的技术基础。3数字控制是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行可编程控制的自动化方法。数控技术采用数字控制的方法
2、对某一工作过程实现自动控制的技术。它集计算机技术、微电子技术、自动控制技术和机械制造技术等多学科、多技术于一体。数控机床是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控系统实现数字控制的装置。它能够自动输入载体上事先给定的数字量，并将其译码后进行必要的信息处理和运算后，控制机床动作并加工零件。CNC系统的核心是CNC装置。4数控机床的优势：自动化程度高；效率高，操作人员少；精度高和质量稳定；废品率低、工装成本低；复杂零件加工；一机多用；便于建立通讯网络，实现企业信息化管理；附加值高5数控技术的发展趋势：1.大功率、高精度2.高速度3.CNC智能化（a.适应控制技术b. 故障自诊断
3、、自修复功能c.刀具寿命自动检测和自动换刀功能d.模式识别技术e.智能化交流伺服驱动技术）4 .具有高速、多功能的内装可编程 机床控制器5. 彩色CRT图形显示、人机对话功能及自我诊断功能6 .采用交流数字伺服系统。6数控机床一般由主机、数控装置、伺服驱动系统、辅助装置、程编机以及其他一些附属设备组成。7数控机床的分类：一、按控制功能分类（点位控制数控系统；直线控制数控系统；轮廓控制数控系统）二、按工艺用途分类（金属切削类数控机床；金属形成类数控机床；特种加工数控机床；其它类型机床：如火焰切割数控机床、数控测量机、机器人等。）三、按伺服驱动的方式分类（开环控制 ；半闭环控制 ；全闭环控制 ）8
4、复习思考题1.什么是机床数控技术?机床数控技术由哪几部分组成?（数控技术是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实现加工控制的机床称为数控机床。数控机床由程序载体，数控装置，伺服驱动装置，机床主体和其他辅助装置组成。）2.数控加工有哪些主要特点?（1.加工精度高，质量稳定2.适合复杂零件加工3.生产效率高4.对产品改型设计的适应性强5.有利于制造技术向综合自动化方向发展6.监控功能强，具有故障诊断的能力7.减轻工人劳动强度，改善劳动条件）3.什么是开环控制、闭环控制、半闭环控制?（记住这是数控机床按伺服系统控制方式分类）4.什么是点位控制、直线控制和轮廓控制?它们的
5、主要特点与区别是什么?（这是数控机床按照运动轨迹分类。特点区别见P6）5.简述数控系统的组成及各部分的主要功能。（CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成）6.数控技术的发展趋势是什么?（1.高速，高精度化2.开放式3.智能化4.复合化5.高可靠性6.多种插补功能7.人机界面的友好）7.简述在数控机床上加工零件的全过程。（见图P1 图1-1）8.为什么说数控机床的网络化是实现新的制造模式(如FMS、CIMS、AM、VE、GM)的基础（网络化可以实现多台数控机床间的数据通信和直接对多台数控机床进
6、行控制，促进了系统集成化和信息综合化，使远程在线编程、远程仿真、远程操作、远程监控及远程故障诊断成为可能。）9数控机床适用范围：形状复杂，小批量第二章1程序编制步骤：2数控程序的编制方法的分类：手工编程和自动编程，自动编程有分为数控语言编程和图形交互式编程。图形交互式编程是目前最常用的方法。3对于几何形状或加工内容比较简单的零件，数值计算也较简单，程序段不多，采用手工编程较容易完成。但对于形状复杂的零件，采用自动编程方法编制数控加工程序。4工艺规划：一、确定工艺路线；二、分配加工余量；三、确定切削用量；四，选择铣削速度；五、其它：进刀方式，主轴速度，切削面的参数，刀具的选择。5基点：各几何元素
7、间的连接点。如直线与圆弧的切点或交点、圆弧与圆弧的切点或交点等。而对于有非圆曲线(如双曲线、椭圆等)组成的平面轮廓零件，必须根据曲线方程的特点以及允许的逼近误差，用许多小直线段或小圆弧段来逼近其轮廓。这种人为的线段分割，其相邻线段的交点称为节点。6对于非圆曲线轮廓零件，根据轨迹的特点有多种节点计算方法：1. 等间距法2. 等误差法3. 列表曲线。7坐标系及运动方向命名的原则：采用右手笛卡尔坐标系，规定X、Y、Z三者的关系及其正方向符合右手法则，围绕X、Y、Z各轴的回转运动A、B、C及其正方向符合右手螺旋法则。8坐标系及运动方向命名(1)Z坐标的运动：由传递切削动力的主轴所规定；(2)X坐标的运
8、动：是水平的，平行于工件的装夹面，是在刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。(3)Y坐标的运动：Y的运动方向，根据X和Z坐标的运动方向，按右手直角笛卡儿坐标系确定。(4)旋转运动A、B和C：正向的A、B和C相应地表示在X、Y和Z坐标正方向上按照右旋螺旋前进的方向。(5)主轴旋转运动的方向：主轴的顺时针旋转运动方向，是按照右旋螺旋进入工件的方向。 例如：9加工程序：由程序号若干个程序段结束指令；1. 程序号：每个程序都以程序号开头，给程序编号以便进行检索。 如%45，其中%为程序号地址码，45为程序编号。 2. 程序段的格式和组成 ：应用字地址程序格式：程序段序号字 功能字、 字字 程序段结束符号
9、程序段内数据字数目和长度(位数)都可变10一般的数控系统对各类字的允许字长都有规定，如某一数控系统的规定如下： N4 G1 X5.3 Y5.3 Z5.3 F4.3 S4 T2 M2N字最多用不含小数点的4位数字，X字最多能用小数点前5位，小数点后3位的数字，而且可以带正、负号，其余类推。数控系统对加工程序中的正号可以省略。11(1)顺序号字N：程序段号。位于程序段开头。 (2)准备功能字G：G功能或G指令（Geometric Instructions）。建立机床或控制系统工作方式的一种命令。它使机床或数控系统建立起某种加工方法。(3)尺寸字X、Y、Z等：尺寸指令。主要用来指令机床刀具运动到达的
10、坐标位置；(4)进给功能字F：主要用于指定进给速度。(5)主轴速度功能字S（spindle）：指定主轴转速r/min ，倍率开关调节主轴速度； (6)刀具功能字T (Tools Function) ：主要用来选择刀具，也可用来选择刀具偏置和补偿。 例如：Tll为1号刀且用1号刀补，T10为1号刀取消刀补。 (7)辅助功能字M：用来指定机床辅助功能及状态的功能。如主轴的起停，冷却液的开关，刀具更换等。12 1.快速点定位指令 G00：刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到下一个目标位置。它只是快速定位，而无运动轨迹要求。 格式：G00 X Y Z 其中X、Y、Z为直线插补的终点坐标。 2.直线
11、插补指令 G01：产生直线或斜线运动。G01在运动过程中进行切削加工，因而必须指定进给速度F。 格式：G01 X Y Z F 其中X、Y、Z为直线插补的终点坐标。G40刀具补偿/刀具偏置注销。使用G40指令则G41、G42无效。二、辅助功能M指令（Miscellaneous Function）规定主轴的起、停、转向，冷却泵的接通和断开，刀库的起、停等机床辅助动作及状态的功能。1. 程序停止指令 M00、M01、 M02、 M30 M00为程序停止（程序暂停，按“程序启动”后继续执行后面的程序）、M01为计划(任选)停止（与M00的作用相同，但必须在操作面板上的“任选停止”按扭按下才有效）、MO
12、2为程序停止、M30为纸带结束，完成了程序段所有指令。现代数控指令中M02结束程序，光标停在程序结束处；M30指令则光标能够自动返回程序开头处，按“程序启动”就可再次运行程序。2. 主轴旋转指令 M03, M04, M05 M03为主轴顺时针方向旋转，开动主轴时按右旋螺纹进入工件方向旋转；M04为主轴逆时针方向旋转，即开动主轴时按右旋螺纹离开工件方向旋转；M05主轴停止，关闭冷却液。3. 换刀M06：手动或自动换刀指令、也可自动关闭冷却液和主轴。4. 冷却液控制M07、M08、M09： M07为2号冷却液，用于雾状冷却液开； M08 为1号冷却液，用于液状冷却液开； M09 为冷却液关，注销M
13、08，M09及M50(3号冷却液开)和M51(4号冷却液开)5. 夹紧、松开M10，M11：分别用于机床滑座、工件、夹具、主轴等的夹紧和松开。6. 主轴定向停止M19：使主轴停止在预定的角度上。7. 镜向M32-M35：方便了对称性工件的编程。 M32为x轴镜向；M33为y轴镜向； M34为z轴镜向；M35注销 M32, M33, M34镜向。13.思考复习题1什么叫数控编程？数控编程分为哪几类？（从零件图的分析到制成控制介质的全部过程，称为数控编程。分为手工编程和自动编程，自动编程包括数控语言编程和图形交互式编程）2手工编程的步骤是什么？（1.分析零件图样和工艺处理2.数学处理3.编写零件加
14、工程序单4.输入数控系统5.程序检验和首件试加工）3数控机床的坐标轴和运动方向是怎么规定的？（见P26）4画出下列机床的机床坐标系。（见P2627）5什么是程序段？什么是程序段格式？数控系统现常用的程序段格式是什么？为什么？（1.每个程序段由程序段号，若干个数据字和程序段结束字符组成。程序段格式是指一个程序段中字，字符和数据的书写规则。最常用的是字-地址可变程序段格式。优点是程序简短，直观以及容易检验，修改。）6解释名词：刀位点；对刀点；换刀点；机床原点；工件零点；参考点。（刀位点是指车刀，镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀，端铣刀刀头底面的中心，球头铣刀的球头中心。对刀点是数控机床上加工零件时，
15、刀具相对于工件运动的起点。换刀点是指刀架转位换刀时的位置。机床原点为机床的零点，它是机床上的一个固定点，由生产厂家在设计机床时确定。工件零点指工件坐标系的原点，由编程人员根据零件的特点选定。参考点不会）8G代码代表准备功能，M代码代表辅助功能9刀具补偿有刀具长度不长指令和刀具半径补偿指令，G43为刀具长度正补偿，G44为刀具长度负补偿，G49为取消刀具补偿，G41为刀具左偏置，G42为刀具右偏置，G40为取消刀补。10Master CAD系统可以自动产生NC程序，还具有较强的绘图功能，即可直接在系统上通过绘制所加工零件图，然后再转换成NC零件加工程序。第三章 插补何为插补：在所需的路径或轮廓上
16、的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点位置坐标值的运动过程称为插补。插补实质：根据有限的信息完成“数据密化”的工作插补算法：脉冲增量插补和数字增量插补逐点比较法是脉冲增量法的典型代表，该算法的工作节拍是：偏差判别、进给、偏差计算、终点判别。数字积分法也称DDA法（Digital Differential Analyzer）数字微分分析法，该法很容易实现2次、3次或高次曲线的插补，并且极易实现多轴的联动。数字增量插补的基本思想是用直线逼近曲线。插补步长计算公式：L = FT/60单位：进给速度F（mm/min），插补周期为T（ms），进给步长L（um）圆弧插补公式：er=(TF)/8
17、r 课本P93插补精度：插补轮廓与给定轮廓的符合程度，可用插补误差来评价。插补误差分类：逼近误差：用直线逼近曲线时产生的误差；计算误差：因计算字长限制产生的误差；圆整误差刀具半径补偿的常用方法：B刀补 有R2 法、比例法，该法对加工轮廓的连接都是以圆弧进行的。不常用。C刀补 主要特点是采用直线作为轮廓之间的过渡，因此，它的尖角性好，并且它可自动预报(在内轮廓加工时) 过切，以避免产生过切。刀补建立：G42。刀补撤销：G42。轨迹过渡方式：缩短型180.，伸长型90180，插入型B，因此取y轴为基准轴。之后的过程中A不变，B逐渐增大。当AB时基准轴转换为x轴。序号脉间A脉间B计算F判别F进给终点
18、判别基准轴0300N=12Y1F0=0F0=0+x,-yN=10Y231F1=0+1-3=-2F10-yN=9Y332F2=-2+2=0F2=0+x,-yN=7Y433F3=0+3-3=0F3=0+x,-yN=5Y534F4=0+3-4=-1F40+x,-yN=2X735F6=2+3-5=0F6=0+x,-yN=0X3-22 L=FT/60=40um3-23 er=(TF)2/8RF=6720mm/min个人所做，或有错误！第四章：一、数控系统的主要功能：1.控制功能：联动轴数和控制轴数2.准备功能：用来指定机床的运动方式3.插补功能：可实现精插补和粗插补4.进给功能：切削进给速度和同步进给速
19、度、进给倍率5.主轴功能：主轴编码方式指定速度、恒线速功能、准停功能（定向停止）6.辅助功能：7.刀具功能：8.补偿功能：刀具的尺寸补偿、各种变形补偿和反向间隙补偿9.字符、图形显示：10.自诊断功能：11.通讯功能：12.人机交互自动编程：二、CNC系统的工作流程：1输入2译码3.刀具补偿4.进给速度处理5.插补6.位置控制7.I/O处理8.显示三、CNC系统的硬件结构：单CPU结构和多CPU结构四、常规的CNC软件结构有哪几种结构模式：1.中断型结构模式2.前后台型结构模式五、CNC系统控制软件的结构特点：1.多任务性2.并行处理3.实时中断处理六、CPU结构CNC系统的基本结构：CPU、
20、总线、I/O接口、存储器、串行接口、CRT/MDI接口、控制单元部件和接口电路等七、控制功能包括：内部控制、对零件加工程序的输入输出控制、对机床加工现场状态信息的记忆控制八、CPU运算任务：完成一系列的数据处理，工作包括：译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补运算和位置控制的给定与反馈值的比较运算九、可靠性问题：可靠性定义：产品在规定条件和规定时间内完成规定功能能力。评价指标：1.平均无故障时间2.失效率3.平均有效度4.平均修复时间包括的内容：电源系统设计、硬件可靠性设计、软件可靠性设计、电磁兼容设计、热设计、结构设计、保护的灵敏度、可维修性设计。第六章 数控机床的伺服驱动系统1、 数控机床伺服
21、系统概念：以数控机床移动部件的位置和速度为控制对象的自动控制系统，也成为随动系统、伺服机构。2、 伺服系统分类：开环系统和闭环系统。开环系统主要以步进电机为控制对象，闭环系统以直流伺服电机或交流伺服电机为控制对象。3、 半闭环系统与闭环系统的区别：半闭环系统的位置检测元件不直接安装在最终运动部件上，而是传动装置的一个环节上（如丝杠或传动轴）。4、 双闭环伺服系统的基本结构：速度换和位置环。速度环：速度调节器、电流调节器、功率驱动放大器。位置环：位置控制、速度控制、位置检测、反馈控制。5、 伺服系统的基本性能：高精度、良好的稳定性、动态响应速度快、调速范围宽，低速时能输出大转矩、高性能电动机。6
22、、伺服系统的分类：按调节理论分：开环伺服系统、闭环伺服系统、半闭环伺服系统。 按使用的驱动原件分：电液伺服系统、电气伺服系统 按反馈比较控制方式分：脉冲、数字比较伺服系统；相位比较伺服系统；幅值比较系统；全数字比较系统。7、步进电动机的组成：环形分配器、步进电动机、驱动电源等。8、步进电机的工作原理：电磁铁的作用原理。9、步矩角：步进电动机每走一步所转过的角度叫步矩角。其大小等于错齿的角度。步矩角越小，控制精度越高。步矩角a=360/mzk（m为相数，z为齿数，单拍时k=1，双拍时k=2）10、环形分配：要使得步进电动机一步一步的正常运行，控制脉冲必须按一定的顺序分别供给电动机各相，称为脉冲分
23、配，或环形分配。11、步进电动机的控制方式：硬件脉冲分配（环形分配器）、软件脉冲分配。硬件脉冲分配可以用门电路及逻辑电路构成。如：TTL集成电路和CMOS集成电路。软件脉冲分配有查表法、比较法、移位寄存器法。最常用的是查表法（环形分配表）。12、步进电动机的功率驱动形式：1、单电压功率放大电路；2、高低压功率放大电路；3、斩波横流功放电路；4、调频调压驱动。13、位置检测装置分类：1、旋转变压器角度测量装置，转子（角位移）+定子（励磁），应用互感原理；2、感应同步器，定尺（感应电动势）+滑尺（加电压），电磁感应原理；3、脉冲编码器（是一种增量检测装置，分为光电式、接触式、电磁感应式，最常用的是
24、光电式编码器）；4、绝对式编码器，没有累计误差，最常用的是光电式二进制循环码编码器；5、光栅，标尺光栅+光学读数头；6、磁栅，磁性标尺+拾磁磁头+检测电路，用拾磁原理。14、检测装置的作用：检测位移和速度，发出发出反馈信号与数控装置的指令信号进行比较，若有偏差，经过放大后控制执行部件，使其向消除偏差的方向运动，直到偏差为0为止。15、角位移测量装置：旋转变压器、旋转式感应同步器、脉冲编码器（增量式角位移测量装置）、绝对值编码器（码盘）、圆光栅、圆磁栅。16、线位移测量装置：直线磁栅、长光栅、直线式感应同步尺。17、角速度测量装置：脉冲编码器18、光栅工作原理：光栅由标尺光栅和光栅读数头两部分组
25、成。指示光栅装在光栅读数头中，当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上相对移动。标尺光栅和指示光栅构成了光栅尺。19、莫尔条纹的作用：放大作用和平均误差作用。20、磁栅工作原理：磁栅工作前要在高精度录磁设备上对磁性标尺进行录磁，用录磁磁头将相等节距(常为20m或50m)周期变化的电信号记录到磁性标尺上，作为测量位移量的基准尺。在检测时，用拾磁磁头读取记录在磁性标尺上的磁信号，拾磁磁头可分为动态磁头和静态磁头。动态磁头(又称速度响应型磁头)只有一组输出绕组，当磁头和磁尺有一定相对速度时才能读取磁化信号，并输出电信号。21、直流电动机伺服系统：定子+转子+电刷。22、直流伺服电动机
26、调速公式：n=(U-IR)/Ke n转速 U电枢电压 I电枢电流R=电枢回路总电阻 Ke由电动机结构决定的电动势常数励磁磁通。23、直流伺服电动机调速方法：1、调节电枢供电电压U（主要用）；2、减弱励磁磁通3、改变电枢回路电阻；24、交流电动机伺服系统：定子+转子；核心是变频器。分为交流永磁式伺服电动机、交流感应式伺服电动机；25、交流电动机原理：由定子绕组产生旋转磁场使转子运转。26、交流电动机调速方法：改变供电频率。（通过变频的方法改变电动机的供电频率，方法：1、直接的交流交流变频；2、间接的交流直流交流变频（常采用）。） 速度控制：标量控制法（开环）、矢量控制法（闭环）第七章 数控机床的
27、机械结构滚珠丝杠的特点：1）传动效率高，摩擦损失小。2）给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可消除空行程死区，定位精度高，刚度好。3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。5）磨损小，使用寿命长。6）制造工艺复杂。7）不能自锁。滚珠丝杠轴向间隙调整通常采用双螺母预紧的方法。常用的双螺母消除轴向间隙的结构型式有以下三种：垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式。除上述三种双螺母加预紧力的方式外，还有 单螺母变导程自预紧及单螺母钢球过盈预紧方式。齿轮传动间隙的消除措施：1。圆柱齿轮传动：偏心轴套调整法、锥度齿轮调整法、双向薄齿轮错齿调整法。2。斜齿轮传动采用错齿调整法，有垫片错齿调整法、轴向压簧错齿调整法。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。在主传动系统方面，特点如下：1）目前数控机床的主传动电动机由新型交流调速电动机和直流调速电动机取代了普通的交流异步电动机或传统的直流调速电动机。2）转速高，功率大。3）变速范围大。4）主轴速度的变换迅速可靠。在进给传动系统方面，特点如下：1）尽量采用低摩擦的传动副。2）选用最佳的降速比。3）缩短传动链以及用预紧的方法提高传动系统的刚度。4）尽量消除传动间隙，减小反向死区误差。祝：大家大学最后一场考试顺利通过！