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数控技术 李斌、李曦版 数控技术 课后答案,复习资料

1.数控技术:数控技术,也成数字控制技术,是指用数字,字母和特定符号对某一工作过程,如加工、测量、装配等进行自动控制的技术。

2.数控机床:应用数控技术对机床加工过程进行控制的机床。

3.加工中心:带刀库、能自动换刀的数控机床(多为镗铣床)

4.点位直线控制系统:是指数控系统不仅控制刀具或机床工作台从一个点准确地移动到另一个点,而且要控制切削进给的速度,还要控制运动按规定点路径到达终点,保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。移动部件在移动过程中进行切削。目前应用这类控制系统的有数控车床和数控铣床

5.(轮廓)连续控制系统:连续控制系统也称轮廓控制系统,是指数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同事进行严格连续控制系统。它不仅能控制移动部件从一点准确地移动到另一点,而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量,将零件加工成一定的轮廓形状。目前我国应用这类控制系统的有数控车床、数控铣床、数控齿轮加工机床和数控加工中心。

6.开环伺服系统:开环进给伺服系统是数控机床中最简单的伺服系统,执行元件一般为步进电机,开环控制系统没有位置检测元件,伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令脉冲,经驱动电路功率放大后,驱动步进电动机旋转一个角度,再经传动机构带动工作台移动。这类系统信息流是单向的,即进给脉冲发出去以后,实际移动值不再反馈回来,所以称为开环控制。

7.闭环伺服系统:由伺服电动机、比较线路、伺服放大线路、速度检测器和安装在工作台上的位置检测器组成。这种系统将检测装置装在移动部件上,对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较,用差值进行控制。

8.半闭环伺服系统: 将检测装置装在伺服电机轴或传动装置末端,间接测量移动部件位移来进行位置反馈的进给系统。这类伺服系统的位置检测点是从驱动电机(常用交直流伺服电机)或丝杠端引出,通过检测电机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量,而不是直接检测工作台的实际位置。

9.数控机床由哪几部分组成?试用框图表示其各部分之间的关系,并简述它们的基本功能。图P2

测量装置:是指位置和速度测量装置,它是实现速度闭环控制(主轴、进给)和位置闭环控制(进给)的必要装置。主轴伺服系统:实现零件加工的切削运动,其控制量为速度。

10.数控机床的分类:P5

11.数控机床按控制系统的特点(加工功能)分为几类?它们各适用于什么场合?

点位控制数控机床(用于加工平面内的孔系,只要有数控钻床、印刷电路板钻孔机、数控镗床数控冲床、三坐标测量机等)、直线控制数控机床(早期两坐标数控车床可用于加工台阶轴、简易的三坐标轴苏航空铣床可用于平面的铣削加工、现代组合机床采用数控进给伺服控制系统,驱动动力头可带着多轴箱管轴向进给进行钻、镗销加工。)轮廓控制数控机床(数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面形状零件的数控机床。)

12.试从控制精度、系统稳定性及经济性三方面,比较开环、闭环、半闭环系统的优劣。

开环系统:步进电机驱动,无位置检测装置,结构简单,成本低,精度低,易于维修

半闭环系统:直、交流的伺服电机驱动,角位移检测装置,中等精度

闭环系统:直、交流的伺服电机驱动,线位移检测装置,精度较高

13.NC机床适用于加工哪些类型零件P10,不适用于哪些类型的零件,为什么?

适用的:1、轮廓形状复杂的零件2、表面粗糙度好的回转体零件3、精度要求高的零件4、超精密、超低表面粗糙度的零件5、带一些特殊类型螺纹的零件

不适用的:①需要长时间占机人工调整的粗加工内容②必须按照专用工装协调的加工内容③毛坯上的加工余量不充分或不稳定的加工部分④一面加工一面不加工,其加工面又不能作为

定位面的部分⑤简单的粗加工面⑥必需使用细长铣刀加工的部位不适用于生产批量大的零件(当然不排除其中个别工序用数控机床加工);装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件;加工余量很不稳定,且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的;必须用特定的工艺装备协调加工的零件。

切削三要素:切削速度、进给速度、切削深度手工编程的步骤图P17

工艺规程:为了达到图样零件的各项要求而采用的加工方法,它包括机床、刀具的选用,工件和刀具的装夹方法,加工顺序及每道工序所选用的切削参数(F、S、T等)以及应达到的几何尺寸和光洁度要求等内容。

数控加工工艺设计的主要内容:选择并确定数控加工的内容,对零件图纸进行数控工艺分析,零件图形的数字处理及编程尺寸设定值的确定,数控教工工艺方案制定,公布进给路线的确定,选择数控机床的类型,刀具夹具量具的选择和设计,切削参数的确定,加工程序的编写,校验和修改,首件试加工与现场问题处理。数控加工工艺技术文件的定形与归档。

工件原点:在零件图样上选定某一点为原点(这个点称为工件原点,通常是对刀点)。

何谓对刀点?确定对刀点时应考虑哪些因素?

对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上,也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置对刀点的选择原则如下:(1)所选的对刀点应使程序编制简单;

(2)对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置;

(3)对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置;

(4)对刀点的选择应有利于提高加工精度。

加工路线的确定:P23(1)选择最短加工路线(2)尽可能避免径向切入和切出。(3)应保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。

程序编制中的误差P24第一类:在直接加工零件的过程中产生的误差。第二类:编程时产生的误差。Δa算法误差Δb计算误差Δc圆整误差(Δc处理方法有:逢奇偶四舍五入法、小数累进法等)

数控加工方法:

1.平面孔系零件的加工方法:平面孔系零件孔数较多或孔位精度要求较高,一般采用数控钻床与镗床加工,只要求有点位控制。

2.旋转体零件的加工方法:旋转体类零件常用数控车床或

数控磨床来加工,特别是车削零件的毛坯多为棒料或锻坯,加工余量较大且不均匀,因此在编程中,粗车的加工路线是需要重点考虑的问题。

3.平面轮廓零件的加工方法:平面轮廓零件常用铣床加工。

4.立体轮廓表面的加工方法:(1)“行切法”加工(2)三轴联动加工(3)四轴联动加工(4)五轴联动加工

何谓机床坐标系?何谓工件坐标系?如何根据X、Z轴的正向判定Y的正向?

机床坐标系:以机床原点为坐标系原点的坐标系,是机床固有的坐标系,它具有唯一性。当机床完成回零操作后,该坐标系就建立好了,数控机床上的各点相对于该坐标系的位置是唯一固定的。但应注意,机床的有效工作区域通常都远远大于实际被加工工件的范围,故机床坐标系一般不作为编程坐标系,因此还需建立工件坐标系。

工件坐标系:工件坐标系是为了编程的方便和提高加工程序的通用性而设立的,通常编程人员在编程时可以不考虑工件在机床的安装位置,而只需在零件图样上选定某一定点为原点(这个点成为工件原点,通常是对刀点),并建立一个坐标系,这个坐标系就是工件坐标系。利用已确定的X、Z坐标轴的正方向,用右手定则或右手螺旋法则,便可确定坐标轴的正方

向。

基点:零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成,如直线、圆弧、二次曲线等,各几何要素之间的连接点称为基点。

刀位点:是指刀具的定位基准点。

绝对坐标:将刀具运动位置的坐标值表示为相对于坐标原点的距离,这种坐标的表示法称之为绝对坐标表示法。如图1所示。大多数的数控系统都以G90指令表示使用绝对坐标编程相对坐标:将刀具运动位置的坐标值表示为相对于前一位置坐标的增量,即为目标点绝对坐标值与当前点绝对坐标值的差值,这种坐标的表示法称之为相对坐标表示法。大多数的数控系统都以G91指令表示使用相对坐标编程,有的数控系统用X、Y、Z表示绝对坐标代码,用U、V、W表示相对坐标代码。在一个加工程序中可以混合使用这二种坐标表示法编程。何谓刀具半径补偿,刀具半径补偿的动作分为哪三个阶段?

在零件轮廓加工中,由于刀具总有一定的半径,刀具中心的运动轨迹与所需要加工零件的实际轮廓并不重合,而是偏移一个刀具半径值, 这种根据按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数,数控装置能实时自动生成刀具中心轨迹的功能称为刀具半径补偿功能。

1.刀补建立:刀具从起点接近工件,在编程轨迹基础上,刀具中心向左(G41)或向右(G42)偏离一个偏置量的距离。不能进行零件的加工。

2.刀补进行:刀具中心轨迹与编程轨迹始终偏离一个偏置量的距离。

3.刀补撤消:刀具撤离工件,使刀具中心轨迹终点与编程轨迹终点(如起刀点)重合。不能进行加工。

什么是数控加工的走刀路线(加工路线)?确定走刀路线时,要考虑些什么问题?

走刀路线就是描述加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹,它不但包括了工步的内容,也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。

加工路线的选择:

(1)选择最短加工路线。(2)尽可能避免径向切入和切出。(3)应保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。

数控编程的内容和步骤

数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。编程工作主要包括:(1)分析零件图样和制定工艺方案(2)数学处理(3)编写零件加工程序以及制备控制介质(4)程序检验和首件试切削

CNC装置硬件的基本组成:P83 包括CNC装置和驱动控制两部分。CNC装置主要由计算机主板,系统总线,存储器,PLC模块,位置控制板,键盘/显示器接口及其他接口电路组成,是构成CNC的基础。

刀具补偿功能,主轴功能P86

CNC装置的软件系统特点:P95 多任务并行处理

CNC装置软件结构模式:前后台型结构模式P99

进给伺服驱动系统P147 位置和速度为控制量进给伺服驱动系统的组成:控制调节器,功率驱动装置,检测反馈装置,伺服电机。

数控机床对进给伺服驱动的要求:1.精度要高2.响应速度要快3.调速范围要宽4.工作稳定性要好5.低速转矩要大

位置检测装置的分类P150 增量式检测装置(脉冲编码器,旋转变压器,感应同步器,光栅,磁栅,激光干涉仪)和绝对式检测装置模拟式检测装置有测速发电机,旋转变压器,感应同步器和磁尺等。

编码器分辨率计算P153

数控机床的进给运动的特点P208 主轴转速计算P209

主轴转速不仅取决于切削速度,还取决于工件或刀具的直径。

功率,扭矩特性则是选择数控机床的重要指标。

简述数控机床主传动的特点,数控机床对主轴驱动的要求是什么?相对普通机床有哪些特点?

数控车床主传动系统的特点是:①机床有足够高的转速和大的功率,以适应高效率加工的需要;②主轴转速的变换迅速可靠,一般能自动变速;③主轴应有足够高的刚度和回转精度;

④主轴转速范围应很广,如对铝合金材料的高速切削,几乎没有上限的限制,主轴最高转速取决于主传动系统中传动元件的允许极限(如主轴轴承允许的极限转速),而最低转速则根据加工不锈钢等难加工材料的要求来确定变速范围宽;

数控机床对主轴驱动的要求是什么?P212 1.旋转精度要求2.刚度要求3.温升要求4.可靠性要求5.精度保持性要求

相对普通机床有哪些特点:主轴变速迅速可靠;主轴组件的耐磨性高;转速高、功率大。主轴准停的意义:在数控钻床、数控铣床及以镗铣为主的加工中心,由于特殊加工或自动换刀,要求主轴每次停在一个固定的准确的位置上,所以在主轴上必须设有准停装置。

数控机床主轴变速的方式?特点?应用场合?P211 主要抄书。

1. 带有简单变速机构的主传动特点:通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。应用:大、中型数控机床采用这种变速方式。

2. 通过皮带传动的主传动特点:电动机本身的调速就能够满足要求,不用齿轮变速,可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。它适用于高速、低扭矩特性要求的主轴。其调速范围比(恒功率调速范围与恒扭矩调速范围之比)受电机调速范围比的约束。常用的是三角带和同步齿形带。应用:这种传动主要应用在转速较高、变速范围不大的机床。

3. 用电动机直接驱动主轴特点:这是上述两种方式的混合传动,具有上述两种性能。高速时电动机通过皮带轮直接驱动主轴旋转,低速时,另一个电动机通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。

4. 由调速电动机直接驱动的主传动特点: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。

5. 内装式电主轴即主轴与电机转子合二为一。

特点: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。

数控机床的主轴轴承配置有哪些类型?各适用于什么场合?P215

主轴的C轴功能控制有何意义?具有C轴功能控制的数控机床,只需通过编程,便可以方便的加工螺纹,以及其他多种特殊表面。如果配置动力刀架,则其工艺范围将更大,同时将扩大车床的工艺范围,实现多工序复合。

零传动:

机床进给系统采用直线步进电机直接驱动与原旋转电机传动方式的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的一切机械中间传动环节。即把机床进给传动链的长度缩短为零。

故这种传动方式即称“直接驱动”(Direct Drive),惯称为“直线驱动”,也又称为“零传动”。

(1)高速响应性

一般来讲机械传动件比电气元器件的动态响应时间要大几个数量级。由于系统中取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件,使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,使反应异常灵敏快捷。

(2)高精度性

由于取消了丝杠等机械传动机构,因而减少了插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,可大大提高机床的定位精度。

(3)传动刚度高、推力平稳

“直接驱动”提高了其传动刚度。同时直线电机的布局,可根据机床导轨的形面结构及其工作台运动时的受力情况来布置。通常设计成均布对称,使其运动推力平稳。

(4)速度快、加减速过程短

直线电机最早主要用于磁浮列车(时速可达500km/h),现在用于机床进给驱动中,要满足其超高速切削的最大进给速度(要求达60~100m/min或更高)当然是没问题的。也由于“零传动”的高速响应性,使其加减速过程大大缩短,从而实现起动时瞬间达到高速,高速运行时又能瞬间准停。加速度一般可达到2~10g(g=9.8m/s2)。

(5)行程长度不受限制

在导轨上通过串联直线步进电机的定件,就可无限延长动件的行程长度。

(6)运行时噪声低

由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,而其导轨副又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),使运动噪声大大下降。

(7)效率高

由于无中间传动环节,也就取消了其机械摩擦时的能量损耗。

要解决的问题:内装式电机的散热问题,主轴轴承的正确选用