数控技术与装备 第三版 韩建梅主编 第一章课后习题

数控技术与装备课后习题

第三版韩建梅主编

第一章数控技术概述

1.什么是数字控制技术？什么叫数控机床？简述数控机床产生

的背景。

数字控制:（Numerical Control）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）进行编程控制的自动化方法。数字控制技术：（Numerical Control technology）是指用数字量及字符付出指令并实现自动控制的技术，是制造业实现自动化、柔性化和集成化生产的基础技术。

数控机床:（Numerical Control Machine Tools）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。通过数字（代码）指令来自动完成机床各个部件运动。

背景：20世纪40年代航空技术的不断发展对各种飞行器的制造提出了越来越高的要求，1952年美国空军委托帕森斯公司与麻省理工学院，成功研制世界第一台三坐标立式数控铣床，标志着机械制造数字控制时代的开始。

2.数控机床的加工特点有哪些？试述数控机床的使用范围。

特点：加工精度高质量稳定、生产效率高、适应性强、良好的经济效益、自动化程度高劳动强度小、有利于实行现代化生产管理。

使用范围：多品种，中小批量生产零件、形状结构比较复杂的零件、需要频繁改型的零件、需要最短生产周期的零件。

3.数控机床由哪几部分组成？各部分基本功能是什么？

组成：一般由数控系统、伺服系统、主传动系统、强电控制装置、辅助装置和机床本体组成。

功能：

数控系统：机床实现自动加工的和弦，主要由操作系统、主控制系统、可编程控制器、各类I/O接口等组成。主要功能有：多坐标控制和多种函数的插补功能、多程序输入功能，以及编辑和修改功能、信息转换功能、补偿功能、多种加工方法选择功能、显示功能、自诊断功能，通信和联网功能。

伺服系统：是数控系统的执行部分，有伺服电动机、驱动装置及位置检测反馈装置组成，并与机床上执行部分和机械传动部分组成数控机床的进给系统。主要功能是根据数控装置发来的速度和位移指令控制运动部件的进给速度、位移和方向，有闭环、半闭环、开环之分，闭环直接（位置检测装置安装在执行部件上或工件上）测量执行部件的实际进给位移，半闭环间接（位置检测装置安装在伺服电机转轴上），开环没有位置检测装置。

主传动系统：是机床切削加工时传递扭矩的主要部件之一，有齿轮有级调速和电气无级调速两种类型。

主要由主轴驱动控制系统、主轴电动机以及主轴机械传动机构组成。强电控制装置（强电柜）：主要由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和电气保护元件组成，主要作用是接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助装置动作等指令信号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件、完成指令所规定的动作。此外形成开关和监控检测等开关信号也要经过强电控制装置输送到数控装置进行处理。

辅助装置：包括刀具交换装置（ATC)工件交换装置（APC）、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、冷却液装置、排屑装置、过载与限位保护装置。

机床本体：数控机床机械结构实体，由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成。

4.简述数控机床的工作原理。

数控机床是用数字化的信息来实现自动控制的。先将与加工零件有关的信息，即工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数、切削用量及各种辅

助操作等加工信息，用规定的文字、数字和符号组成代码，按一定的格式编写成加工程序，然后将加工程序输入数控装置。经过数控装置的处理、运算，按个坐标轴的移动分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大，用于伺服电动机的驱动，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具、工件以及其他辅助装置按照程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地运动，从而加工出所需要的零件。

5.试述数控机床按其功能的分类情况以及各类机床的特点。

按功能分：低中高三挡。按工艺用途分金属切削类数控机床（数控车床、数控铣床、加工中心）；金属成型类数控机床，采用冲、挤、压、拉成型；特种加工类数控机床（数控线切割机、数控电火花加工机、数控激光切割机、数控火焰切割机、数控三坐标测量机）

6.试述闭环控制数控机床的控制原理，它与开环控制数控机床的差异。

闭环控制系统数控机床配有速度反馈和位置反馈，位置检测装置安装在末端的执行部件上，测得实际的位移和位置，速度检测装置安装在伺服电动机主轴（刚性同轴连接）上，测得实际的转速，得到速度反馈信号，将检测的位置信号和速度信号与伺服驱动装置的位置信号和速度信号比较，利用比较的差额进行过程的矫正，实时对位置、位移和转速等进行反馈控制。与开环控制数控机床相比，精度高、、速度更快、功率更大。但是机械传动的摩擦、刚度和间隙均呈非线性特性，整个机械传动响应时间非常慢，致使闭环控制系统的稳定性矫正带来困难，系统的设计和调整也都相当复杂。

7.什么叫点位控制、点位直线控制、轮廓控制数控机床？试述各自的特点和应用。

1.点位控制数控机床

点位控制只是要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，而对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。

这类机床主要有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。

直线控制数控机床

直线控制数控机床也叫平行控制数控机床，它的特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要控制这两点之间的移动速度和路线，但是它的运动路线只是与机床坐标轴平行或成45°的斜线移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个，在移动的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削，一般只能加工矩形、台阶形零件。

这类机床主要有比较简单的数控车床、数控铣床和数控磨床等。

轮廓控制的数控机床

轮廓控制数控机床也叫连续控制数控机床，它的特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行连续地相关控制，使合成的平面或空间运动轨迹能满足轮廓曲线和曲面加工的要求。这类机床主要有数控车床、数控铣床、加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制系统。根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面几种形式。

二轴联动；二轴半联动；三轴联动；四轴联动；五轴联动。

8.加工中心同一般数控系统的区别是什么？

在数控铣床的基础上配备刀库和自动换刀系统就构成加工中心，加工中心与普通数控机床的主要区别就是：它能在一台机床上完成多道工序内的加工。

9.什么叫柔性制造系统？它有何特征？

所谓柔性即表示有较大的适应性，它是相对刚性而言的。柔性制造系统FMS是利用计算机控制系统和物料输送系统，把若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。它在加工完一种工件后，在不停机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。主要特征有，高柔性，即在不停机调整的情况下，实现多种不同工艺要求的零件加工；高效率；高度自动化即自动更换工件、刀具、夹具实现自动装夹和输送，自动检测加工过程，有很强的系统软件功能。

10.柔性制造系统由哪几部分组成？