数控原理与编程期末复习资料.doc

一、 基础知识点
1、 标准机床坐标系中X、 Y、 Z坐标轴的相互关系用右手直角笛卡尔坐标系决定, 增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向。
2、 数控机床电气控制系统由数控装置、 进给伺服系统、 主轴伺服系统、 机床强电控制系统等组成。
3、 CIMS是指计算机集成制造系统。
4、 在闭环系统中, 机床的定位精度主要取决于测量元件的精度。
5、 光栅尺是一种能准确的直接测量位移的元件。
6、 数控系统是数控机床的核心。
7、 FANUC 0i数控系统参数设置时, 必须选择在MDI方式下。
8、 数控机床按控制运动轨迹可分为点位控制、 直线控制和轮廓控制等几种。
9、 闭环控制系统比开环控制系统及半闭环控制系统精度高。
10、 步进电机经过控制脉冲频率控制速度; 经过控制脉冲数量控制位移量; 经过改变步进电机输入脉冲信号的循环方向来实现电机的正反转。步进电动机的最大缺点是容易失步, 特别是在大负载和速度较高的情况下, 更容易发生。
11、 闭环控制数控机床采用交流或直流电动机并有检测机床末端执行部件位移的反馈装置。
12、 数控机床高速主轴单元采用电主轴和气动主轴。
13、 为提高数控机床的静刚度和固有频率, 机床的基础大件采用封闭箱型结构。
14、 步进电机主要用于经济型数控机床的进给驱动。
15、 一般CNC系统经过输入装置输入的零件加工程序存放在RAM中。
16、 世界第一台数控机床是一台3坐标数控铣床。
17、 滚珠丝杠螺母副消除间隙的目的是提高反向传动精度。
18、 MDI键盘、 纸带阅读机、 磁带机都是CNC系统的输入设备。
19、 PLC采用循环扫描工作方式, 数控机床上采用的PLC有内装型和独立型两种类型。
20、 数控机床导轨分为滑动导轨、 滚动导轨和静压导轨。
21、 脉冲当量是数控机床数控轴的位移量最小设定单位。
22、 PWM是脉冲宽度调制的缩写, PWM调速单元是指大功率晶体管斩波器速度控制单元。
23、 CNC装置常见的通信接口有串口、 以太网两种。
24、 直线式感应同步器的定尺绕组节距为4mm, 那么滑尺绕组的节距应该为4mm才能保证检测精度。
25、 数控机床常见的位置检测装置有旋转编码器、 光栅尺等。
26、 为防止干扰信号及高压串入, 数控机床的输入输出接口要进行必要的电隔离, 为此常见的器件及电路是继电器和光电隔离电路。
27、 一般需要对工件的多个侧面进行加工, 则主轴应布局成卧式的。
28、 数控机床按插补算法分脉冲增量插补和数据采样插补。
29、 数控机床按伺服系统分开环控制数控系统、 闭环控制数控系统、 半闭环伺服系统等三类。
30、 车削中心是以卧式加工中心为主体, 并配置有刀库、 换刀装置、 分度装置、 铣削动力头和机械手等, 以实现多工序复合加工的机床。在工件一次装夹后, 它可完成回转类零件的车、 铣、 钻、 铰、 攻螺纹等多种加工工序。
31、 CPU是CNC装置的核心, 它由运算器和控制器两个部分组成, 运算器是对数据进行算术和逻辑运算的部件, 控制器是统一指挥和控制数控系统各部件的中央机构。
32、 专家系统是一种应用大量的专家知识和推理方法求解复杂问题的一种方法, 因此一般专家系统主要包括两大部分, 即知识库和推理机。
33、 感应同步器、 旋转变压器、 电磁式编码盘都是基于电磁感应原理的检测装置是。
34、 数控机床每次接通电源后在运行前首先应做的是机床各坐标轴回参考点。
35、 脉冲分配器是控制脉冲按规定的通电方式分配脉冲的功能元件。
36、 一般数控系统除了直线插补外, 还有圆弧插补。
37、 半闭环控制系统的传感器装在电机轴或丝杠轴端。
38、 数控机床的性能很大程度上取决于伺服系统的性能。
39、 测量与反馈装置的作用是为了提高机床的定位精度、 加工精度。
40、 经济型数控系统一般采用8或16位CPU, 而且一般是单微处理器系统。
41、 感应同步器、 光栅、 磁栅都属于直线型检测装置。
42、 步进电机驱动控制采用加/减速方式,有利于改进步进电机低频特性。
43、 在数控编程时, 使用补偿指令后, 就能够按工件的轮廓尺寸进行编程, 而不需按照刀具的中心线运动轨迹来编程。
44、 CNC装置的硬件结构可分为大板式结构和模块式结构两大类。
45、 在所需的路径或轮廓上的两个已知点间, 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。
46、 所谓开环的数控伺服系统是指只有从指令位置输入到位置输出的前向通道。
47、 CNC系统中, 实时性要求最高的任务是插补和位置控制。
48、 步进电动机多相通电能够减小步距角。
49、 脉冲编码器分为光电式、 接触式和电磁感应式三种。
50、 数控系统对机床的控制可分为二大部分: 一部分是坐标轴运动的位置控制; 另一部分是数控机床加工过程的顺序控制。
二、 判断正误并简述理由
1、 FANUC 0i-TC数控系统用于数控铣床。( × ) 参考: FANUC 0i-TC数控系统用于数控车床。
2、 滚珠丝杠螺母副一般用于中小型数控机床的旋转进给运动系统。( × ) 略
3、 脉冲当量标志着数控机床位移精度的分辨率。( √ ) 参考:脉冲当量又称作最小设定单位, 是每一脉冲信号机床运动部件的位移量。
4、 NC和CNC的区别在于CNC采用计算机完全代替了硬件电子电路。( × )参考:NC系统主要是硬件插补, CNC系统主要是软件插补。
5、 数控机床中MDI是机床诊断智能化的英文缩写。( × ) 参考:MDI是手动数据输入的英文缩写。
6、 数控机床采用热对称结构能够减少热变形对加工件的精度影响。( √ ) 略
7、 点位控制数控机床除了控制点到点的准确位置外, 对其点到点之间的运动轨迹也有一定的要求。( × )参考:点位控制数控机床对点到点之间的运动轨迹没有严格要求。
8、 点位控制数控机床除了控制点到点的准确位置外, 对其点到点之间的运动轨迹也有一定的要求。( × )
9、 从减小伺服驱动系统的外形尺寸和提高可靠性的角度来看, 采用直流伺服驱动比交流伺服驱动更合理。( × ) 参考:交流伺服驱动技术已领先于直流伺服驱动, 外形尺寸更小、 可靠性更高。
10、 进给传动系统负责接受数控系统发出的脉冲指令, 并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期运动。( √) 略
11、 光栅一般由一长一短两块光栅尺配套使用, 其中长的一块称为指示光栅, 要求与行程等长, 短的一块称为标尺光栅。( × ) 参考:长的一块称为主光栅或标尺光栅, 短的一块称为指示光栅。
12、 主轴准停装置的作用是当主轴停止时, 控制其停于固定的位置, 这是自动换刀所必须的功能。( √ ) 略
13、 CNC系统中, 由硬件完成的功能原则上不能够由软件完成。( × ) 参考:随着软件技术的发展, 许多以前由硬件完成的功能现在由软件完成。
14、 数控装置是数控机床电气控制系统的控制中心。( √ ) 参考:数控机床的核心是数控系统。
15、 步进电机的步距角越大, 控制精度越高。( × ) 参考:步进电机的步距角越大, 控制精度越低。
16、 由存储单元在加工前存放最大允许加工范围, 而当加工到约定尺寸时数控系统能够自动停止, 这种功能称为软件行程限位。( √ ) 参考:这是软限位的基本功能。
17、 采用顺序选刀方式, 加工过程当中相同的刀具可重复使用。( × ) 略
18、 位置检测装置的精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。。( √ ) 略
19、 数控机床中的PLC用于位置闭环伺服控制。( × ) 参考:PLC常见于数控机床外围辅助电气的控制。
20、 一般一台数控机床的联动轴数一般会大于或等于可控轴数。( × ) 略
21、 数控铣床立柱采用热对称结构能够减少热变形对加工件的精度影响。( √ ) 略
22、 常见的位移执行机构有步进电机、 直流伺服电机和交流伺服电机。( √ ) 参考:这三种电机是现在常见的位移执行电机。
23、 在先进的数控系统中, 显示介面能够用WINDOWS。( √ ) 参考:数控系统基于计算机技术而发展, 使用WINDOWS系统并非难事。
24、 伺服系统的执行机构常采用直流或交流伺服电动机。( √ ) 参考:伺服电机性价比高于步进电机, 是现在常采用的执行件。
25、 数控机床能否充分发挥作用, 起到应有的经济效益, 是与生产管理、 技术水平、 人员配套、 基础元部件的及时供应等有密切关系的。( √ ) 略
26、 五面加工中心具有立式和卧式加工中心的功能, 经过回转工作台的旋转和主轴头的旋转, 能在工件一次装夹后, 完成除安装面以外的所有五个面的加工。( √ ) 略
27、 开环进给伺服系统的数控机床, 其定位精度主要取决于伺服驱动元件和机床传动机构精度、 刚度和动态特性。( √ ) 参考:因为缺少位置反馈装置。
28、 伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。( √ ) 参考:伺服系统接受指令, 控制驱动装置的输出, 由执行机构执行。
29、 主轴准停功能又称主轴定位功能。即当主轴停止时, 控制其停于固定的位置, 但这并不是自动换刀所必须的功能。( × ) 略
30、 数控机床与其它机床一样, 当被加工的工件改变时, 需要重新调整机床。( × ) 略
三、 问答
1、 简述数控机床的特点有哪些?
要点: 高精度、 高效率、 高速度、 高刚性、 高柔性、 高自动化。
2、 常见数控机床的工作台有哪些形式?
要点: 直线工作台、 回转工作台、 摆动工作台、 直接驱动的回转工作台。
3、 数控系统为什么要进行加/减速控制, 有哪些实现方式?
要点: 在CNC系统中, 为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、 失步、 超程或振荡, 必须对送到伺服驱动装置的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。即在机床加速起动时, 保证加在驱动电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大; 当机床减速停止时, 保证加在驱动电动机上的进结脉冲频率或电压逐渐减小。
加减速实现的方式有线性加减速( 匀加减速) 、 指数加减速和sin曲线( S) 加减速。
4、 什么是续效( 模态) 代码? 什么是非续效( 模态) 代码? 举例说明。
要点: G代码分为模态代码( 又称续效代码) 和非模态代码。代码表中按代码的功能进行了分组, 标有相同字母( 或数字) 的为一组, 其中00组( 或没标字母) 的G代码为非模态代码, 其余为模态代码。非模态代码只在本程序段有效, 模态代码可在连续多个程序段中有效, 直到被相同组别的代码取代。
除G代码以外, T、 S、 F、 M( 部分) 也具有续效功能。
5、 简述数控机床机械结构的主要特点。
要点: 数控机床机械结构的主要特点如下: (1)高的静、 动刚度; (2)良好的抗振性能; (3)良好的热稳定性; (4)高的灵敏度; (5)高效化装置、 高效化操作。
6、 应用刀具半径补偿指令应注意哪些问题?
要点: 刀补建立和刀补撤消程序段必须用G01或G00; 刀补进行过程中不可有其它轴运动; 刀具补偿值必须由H偏置代号指定, 用CRT/MDI方式输入; 若H代码为负, 则G41与G42可相互取代。
7、 数控机床加工程序的编制方法有哪些? 它们分别适用什么场合?
要点: 手工编程和自动编程两种。对于几何形状不太复杂的零件, 所需要的加工程序不长, 计算比较简单, 出错机会少, 或者形状简单的点位加工及平面轮廓加工采用手工编程。对于一些复杂零件, 特别是具有非圆曲线的表面, 或者数控系统不具备刀具半径自动补偿功能, 采用自动编程。
8、 何谓对刀点? 对刀点的选取对编程有何影响?
要点: 对刀点是指数控加工时, 刀具相对工件运动的起点。这个起点也是编程时程序的起点。对刀点选取合理, 便于数学处理和编程简单; 在机床上容易找正; 加工过程中便于检查及引起的加工误差小。
9、 数控系统对报警是如何处理的?
要点: 一般来说, 操作者应根据报警说明仔细检查系统及机床的情况, 然后排除故障出现的原因所在, 并按照所说明的方法进行应答。
所有的”报警和信息”都是以符号来指出判据, 并以文本的形式在数控系统的操作面板上显示。报警文本储存在数控系统中。机床的”报警和信息”能够经过可编程序控制器的程序以文本形式显示, 并能够按照状态信息和故障信息进行区分。当相关的条件一被删除, 其对应的状态就被清除。而故障信息总是首先要得到响应。
四、 综合
1、 下图所示为一台车削中心, 写出箭头所指部分的名称。该台车削中心采用倾斜床身, 说明这种布局的优点有哪些?

图1 车削中心
⑴ 防护门 ⑵ 主轴 ⑶ 刀架 ⑷ 控制面板 ⑸ 排削装置
采用倾斜床身的优点: 1) 机床外形美观, 占地面积小; 2) 易于排屑和冷却液的排流; 3) 便于操作者操作和观察; 4) 易于安装上下料机械手, 实现全面自动化; 5) 可采用封闭截面整体结构, 以提高床身的刚度。
2、 编制图2所示零件的数控加工程序。
要求: 1、 毛坯直径: 42mm 2、 数控系统: FANUC 0i MATE—TB
3、 对所用刀具做出说明 4、 完成粗、 精车。

图2
编程参考: T1号刀90度刀 T2号刀R4的球头形的刀
O1234
N10 G50 X200. Z150. N160 G70 P70 Q150
N20 M03 S500 N170 G00 X200. Z150.
N30 T0101 N180 T0100
N40 G00 X44. Z5. N190 T0202
N50 G73 U9.5 W0 R10. N200 G0 X30. Z-38.
N60 G73 P70 Q150 U1.0 W0 F0.2 N210 G73 U5. W0 R10.
N70 G1 X12. Z2. F0.5 N220 G73 P250 Q40 U0.2 W0 F0.2
N80 G1 X20. Z-2. F0.1 N230 G1 X24. F0.5
N90 Z-26. N240 G2 Z-48. R5. F0.1
N100 X24. Z-28. N250 G1 X26. F0.5
N110 Z-48． N260 G70 P230 Q250
N120 G1 X30. Z-83. N270 G0 X200. Z150.
N130 G3 X35. Z-103. N280 T0202
N140 G1 Z-108. N290 M05
N150 X44. F0.5 N300 M02

3、 图3所示为数控机床的主传动系统的变速传动方式, 请分别说明其传动方式的名称和特点。(20分)

参考: 传动方式的名称分别为: (a)变速齿轮; (b)带传动; (c)两个电机分别驱动; (d)由主轴电机直接驱动; (e)内装式电主轴。
各种传动的特点如下: ( a) 带有变速齿轮的主传动:大、 中型数控机床采用这种变速方式。经过少数几对齿轮降速, 扩大输出扭矩, 以满足主轴低速时对输出扭矩特性的要求。(b) 经过带传动的主传动:这种传动主要应用在转速较高、 变速范围不大的机床。电动机本身的调速就能够满足要求, 不用齿轮变速, 能够避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、 低转矩特性要求的主轴。常见的是三角带和同步齿形带。(c) 用两个电动机分别驱动主轴:这是上述两种方式的混合传动, 具有上述两种性能。高速时电动机经过皮带轮直接驱动主轴旋转, 低速时, 另一个电动机经过两级齿轮传动驱动主轴旋转, 齿轮起到降速和扩大变速范围的作用, 这样就使恒功率区增大, 扩大了变速范围。克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的问题。但两个电机不能同时工作, 也是一种浪费。(d) 由主轴电机直接驱动: 调速电机与主轴用联轴器同轴联接, 这种方式大大简化了主传动系统的结构, 有效地提高了主轴部件的刚度, 但主轴输出扭矩小, 电机发热对主轴精度影响较大。(e) 内装式电主轴: 即主轴与电机转子合二为一。其优点是主轴部件结构更紧凑, 重量轻, 惯量小, 可提高启动、 停止的响应特性, 并利于控制振动和噪声。缺点同样是热变形问题, 因此, 温度控制和冷却是使用内装式电主轴的关键问题。
4、 图4所示零件, 采用毛坯棒料加工, 由于毛坯余量较大, 在进行外圆精车前应采用外圆粗车指令G71去除大部分毛坯余量, 粗车后留0.3 mm余量( 单边) 。刀具及其加工参数如表4-1所示, 编写零件的切削加工程序。
表4-1 主要切削参数
切削用量
刀具及加工表面
主轴转速S / r·min-1
进给速度 f / mm·r-1
T01 外圆粗车
630
0.15
T02 外圆精车
315
0.15
T03 切 槽
315
0.16
T04 车螺纹
200
1.5

( a) 零件图 ( b) 刀具编号
图4 车削加工编程零件
参考程序:
O1008
N010 G55 GOO X80. Z80.
N020 T0101 S630 M03
N030 GO0 X64. Z0.
N040 G01 XO. ZO. 粗车端面
N050 G01 X64. Z3. 刀具到循环起点位置
N060 G71 P070 Q170 U0.6 W0.3 D2.5 F0.15
N070 T0202 S315 F0.15
N080 G00 X0 加工轮廓起始行, 到倒角延长线
N090 G01 X30. Z-1.
N100 Z-25.
N110 GO1 X40 .
N120 GO1 X40. Z-40.
N130 G02 U10. W-5. R5. 精加工轮廓
N140 G03 U10. W-5. R5.
N150 GO1 W-5.
N160 G01 U2.
N170 G01 W-20.
N180 G70 P070 Q170 T0202 S315 精加工循环
N190 G00 X80. Z80. T0200 M09
N200 T0303
N210 S315 M03
N220 G00 X42. Z-20. M03
N230 GO1 X20. F0.16
N240 G00 X42.
N250 X80. Z80. T0300 M09 切槽加工结束
N260 T0404 螺纹加工开始
N270 S200 M03
N280 G00 X42. Z3. M08
N290 G92 X29.2 Z-20.
N300 X28.6
N310 X28.2
N320 X28.04
N330 G00 X80. Z80. T0300 M09 螺纹加工结束
N340 M05
N350 M02