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2017-2018第一学期《机械设备数控技术》作业
一、简答题(每小题3分，计36分)
1、数控机床由哪些部分组成？数控机床加工零件的工作流程包括哪些内容？
答：数控机床由哪些部分组成：
(1)、主机：他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。

他是用于完成各种切削加工的机械部件。

(2)、数控装置，是数控机床的核心，包括硬件(印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

(3)、驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电及进给电机等。

他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。

当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。

(4)、辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运动，如冷却、排屑、润滑、照明、监则等。

它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装备等。

(5)、编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。

数控机床加工零件的工作流程包括哪些内容：
(1)、数据加工程序的编制。

(2)、输入。

(3)、泽码。

(4)、刀具补偿。

(5)、插补。

(6)、位置控制和机加工。

2、数控加工工艺的特点表现在哪些方面？
答：(1)、工序的内容复杂，这是由于数控机床比普通机床价格贵，若只加工简单工序在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较复杂的工序，基至在普通机床上难以完成的工序。

(2)、工步的安排更为详尽，这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及加工路线路确定等问题，在编制数控机床加工工艺时却不能忽略。

(3)、依靠程序完成所有工艺过程。

(4)、数控机械加工程序是数控机床的指令性文件。

(5)、数控机床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。

(6)、数控机械加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括了完成工艺过程所必需的工艺参数，如切削用量，进给路线、刀具尺寸编号以及机床的运动过程。

(7)、数控加工效率高，加工精度高，劳动强度低，对不同工件适应能力强。

3、数控加工时工序和工步如何划分及原则？
答：工序的划分
(1)、以零件的夹定位方式划分工序，由于每个零件结构形状不同，各个表面的技术要求也不同，所以在加工中，其定位方式就各有差异。

一般加工零件外形时，以内形定位；在加工零件内形时以外形定位，可根据定位方式的不同来划分工序。

(2)、按粗、精工序划分加工:根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来时行划分工序，即先进行粗加工，再进行精加工。

此时可以使用不同的机床或不同的刀具
进行加工。

通常在一次安装中，不允许将零件的其它表面。

为了减少换刀次数，缩短空行程运行时间，减少不必要的定位误差，可以按照使用相同刀具来集中加工工序的方式来进行零件的加工出能加工到的所有部位，然后再更换另一把刀具加工零件的其它部位，在专用数控机床和加工中心中常常采用这种方式。

工步的划分：工步的划分主要从加工精度和生效率两方面不考虑。

一个工序内往往需要采用不同的切削刀具和切削用量对不同的表面进行工。

为了便于分析和描述复杂的零件，在工序内又细分为工步。

工步划分的原则是：
(1)、同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。

(2)、对于既有铣削平面又有镗孔加工表面的零件，可按先铣削平面后镗孔进行加工，因为按此方式划分工步，可以提提高孔的加工精度。

因为铣削平面时切削力较大，零件易发生变形。

先铣平面后镗孔，可以使其有一段时间恢复变形，并减少由此变形引起对孔的精度的影响。

(3)、按使用刀具来划分工步。

某些机床工作台的回转时间比换刀时间短，可以采用按使用刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。

4、数控铣削时环切法和行切法各有何特点？分别适用于什么场合？
答：(1)、两种加工路线的共同特点是都能切尽内腔中全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复进给的搭接量。

(2)、行切法的加工路线比环切法短，但行切洗法会在每两次进给的起点与终点间留下残留面积，达不到所要求的表面粗糙度；用换切法获得的表面粗糙度要好于行切法，但环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点计算稍微复杂一些。

5、数控机床编制程序的一般步骤是什么？
答：(1)、图纸工艺分析。

(2)、计算运动轨迹。

(3)、编制程序及初步校验。

(4)、制备控制介质。

(5)、程序的校验和试切。

6、简述加工中心（FANUC系统）数控编程中钻孔时固定循环指令的循环动作有哪些？
答：(1)、X轴和Y轴的快速定位
(2)、刀具快速从初始点进给到R点
(3)、以切削进给的方式执行孔加工的动作
(4)、在孔底相应的动作
(5)、返回到R点
(6)、快速返回到初始点
7、何谓插补？常用的插补算法有几种？
答：插补就是指数控装置根据编程时的有限数据，按照一定的算法产生基本线行(直线圆弧等)以此为基础
完成所需轮廓轨迹的插补拟合工作。

插补算法有：基准脉冲插补和数据采样插补。

8、进给伺服系统的作用是什么？进给伺服系统的技术要求有哪些?
答：进给伺服系统能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及几个执行部件按一定规律运动所合成的运动轨迹。

要求：(1)、传动精度与定位精度高
(2)、传动刚度高和抗震性好
(3)、调速范围要宽且要有良好的稳定性(在调速范围内)
(4)、低摩擦和低慢量
(5)、响应速度快
(6)、消除传动间隙
(7)、速度稳定性好。

9、常见的滚珠丝杠螺母副的轴向间隙消除和预紧有哪些方式？
答：(1)、径向调节
(2)、轴向调节
(3)、滚珠丝杆支撑式
10、光栅尺由哪些部件构成？它与数控机床的连接方式如何？其工作原理是什么？
答：光栅尺由标尺光栅和指示光栅构成。

标尺光栅一般安装在机床活动部件上（如工作台上或丝杠上）。

光栅读数头安装在机床固定部件上（如机床底座上），指示光栅装在光栅读数头中。

工作原理是：光读头通过检测莫尔条纹个数，来“读取”光栅刻度，然后再根据驱动电路的作用，计算出光栅尺的位移和速度。

11、简述闭环控制系统位置控制原理？
答：闭环控制系统分为相位比较伺服系统，幅值比较伺服系统，数字/脉冲比较伺服系统以及全数字控制伺服系统。

(1)、相位比较伺服系统常使用感同步器和旋转变压器作为检测元件，并以相应方式工作，当数控装置要求工作台沿某一方向进给时，插补器或插补软件便产生一系列进给脉冲送入伺服系统，其数量代表工作台的指令进给量其频率代表工作台的进给速度，其方向代表工作台的进给方向，工作台反向进给原理与正向进给时相同。

(2)、幅值比较伺服系统工作原理是位置检测量出的实际位置转换成测量信号幅值的大小，再通过测量信号处理电路，将幅值的大小转换成反馈脉冲频率的高低一路反馈脉冲信号进入比较器，与指令脉冲信号进行比较从而得到位置偏差，经D/A转换伺服放大后作为驱动伺服电机的信号，伺服电机带动工作台移动，直到比较器输出信号为零时停止，另一路反馈脉冲信号进入励磁电路，控制产生幅值工作方式的励磁信号。

(3)、数字/脉冲比较伺服系统的工作原理，当数控系统要求工作台向一个方向进给时，经插补运算得到一系列进给脉冲作为指令脉冲PC，其数量代表了工作台的指令进给量，频率代表了工作台的进给速度，方向代表了工作台的进给方向。

(4)、全数字控制伺服系统的工作原理，全数字控是计算机软件实现数控的各种功能，完成各种参数的控制，在数控伺服系统中，主要表现在位置环，速度和电流环的数字控制。

12．简述交流伺服电动机的机械特性？
答：电机的机械特性：当定子电压和频率为定值是，电磁转距T与转速n之间的关系。

交流伺服电机为了便于控制转速，把转子电阻设计的很高，使电机的机械特性变得很软(不是很硬)，即转速低时，电磁转矩较大。

作为伺服机，交流伺服电机除了必须具有线性度很好的机械特性和调节特性，还必须具有伺服性：即控制信号电压强时，电动机转速高；控制信号电压弱时，电动机转速低；若控制信号电压等于零，则电动机不转。

但是普通异步电动机的转速不是转矩的单值函数，而且只能在一定范围内稳定运行，作为驱动用途的电动机，这一特性是合适的。

但作为伺服电动机，则要求机械特性必须是单值函数并尽量具有线性特性，以确保在整个调速范围内稳定运行。

为满足这一要求，通常的做法是，加大转子电阻，使得产生最大的转矩时的转差率。

使电动机在整个调速范围内接近线性。

一般情况下，转子电阻越大，机械特性越接近线性，但堵转转矩和最大输出功率越小，效率越低。

因此，交流伺服电机的效率比一般驱动用途的电机低。

总之交流伺服电机必须有线性度好的机械特性和调节特性外，还必须具有伺服性。

二、论述题(每小题5分，计30分)
1、试述数控装置的软件结构特点和软件结构模式？
答：数控装置的软件结构特点：①多任务并行处理：所谓的并行处理是指计算机在同一时间间隔内完成两种或两种以上的性质相同或不同的工作。

并行处理的最大好处是提高了运算速度②实时中断处理（主要靠硬件完成）
软件结构模式：前后台型软件结构和中断型软件结构。

2、数控机床中PLC实现的功能有哪些？
答：数控机床中PLC实现M、S、T功能；机床外部开关量信号控制功能；输出信号控制功能；伺服控制功能；报警处理功能；其它介质输入装置互联控制。

3、根据数控机床的使用场合和结构特点，对机床的机械结构设计应保证哪些技术要求？
4、数控机床坐标系和运动方向是如何规定？
答：数控机床直线运动的坐标轴X、Y、Z，规定为右手笛卡尔。

X、Y、Z的正方向是使工件尺寸增加的方向，即增大工件和刀具距离的方向，而X轴是水平的，并平行于工件的装夹面，最后Y轴就可按右手笛卡尔坐标
系确定。

通常以平行于主轴的轴线为Z轴，取刀具远离工件的方向为正向，数控车床取横向滑座方向为X轴，取刀具远离工件的方向为正向；立式数控铣床取面对立柱，右手方向为正X方向，卧式数控铣床从主轴后端往刀具方向看，右手方向为正X方向。

三个旋转坐标A、B、C相应表示其轴线平行于X、Y、Z的旋转运动，A、B、C的正向相应地为在X、Y、Z的正方向向上按右旋螺纹前进的方向。

上述规定一律假定工件静止，刀具相对运动。

5、数控机床主传动的配置形式有哪几种？特点是什么？
答：数控机床主传动的配置形式有：
(1)、带有变速齿轮的主传动，是大，中型数控机床采用较多的传动变速方式。

(2)、通过带传动的主转动：主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。

(3)、由伺服电动机直接驱动的主传动：这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩较小，电机发热对主轴的精度影响较大。

6、数控机床对进给伺服系统有哪些要求？
答：数控机床主传动的配置形式有：
(1)、带有变速齿轮的主传动，是大，中型数控机床采用较多的传动变速方式。

(2)、通过带传动的主转动：主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动引起的振动与噪声，但只能适用于低扭矩特性要求的主轴。

(3)、由伺服电动机直接驱动的主传动：这种主传动方式大大简化了主轴箱体与主轴的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，主轴转速高，但主轴输出扭矩较小，电机发热对主轴的精度影响较大。

三、编程题（编写程序按FANUC系统）(每小题6分，计24分)
1、试编写如图所示零件的精铣加工程序，板厚10mm。

要求自定走刀路线和写出基点坐标值。

主轴转速S=500（r/min），F=160（mm/min），采用直径10mm 端铣刀，刀补号可以自行拟定。

2、 编写下图零件的精铣加工程序,编程原点建在工件左下角上表面处。

工件厚度为2mm 。

3、在下图中，当不考虑刀具的实际尺寸加工下面轮廓形状时，试编写精车加工程序。

转速s=800r/min 和进给速度f=0.3mm/r 。

X
Y
4、编写下图零件的精车加工程序。

工件坐标系原点建在工件右端面中心。

转速和进给速度自定。

（以上编程题，语法正确，工艺合理即可满分）
四、计算题(每小题5分，计10分)
1、设在第一象限插补直线段OA，起点为坐标原点O(0,0)，终点为A（3 ，5）。

试用逐点比较法进行插补，要求：①列表填写插补计算过程；②画出插补轨迹图。

3、设在第一象限插补直线段OA，其起点坐标为O（0，0），终点坐标为A（6 ，7），试列表写出其逐点比较法直线插补运算过程，并绘出其插补轨迹。

赠送以下资料
车辆驾驶人员安全技术交底工程名称
交底人（签名）接受人（签名）
交底内容：
1、养护作业前检查：
①工作场地周围有无妨碍工作的障碍物。

②油、机、电及其他保证机械设备正常运转的条件是否完备。

操作机械是否灵活可靠，指示仪表、指示灯显示是否正常，油温水温是否达到正常使用温度，指示标志是否正常工作。

③禁止病车上路作业，按规定停放车辆。

2、机械操作人员：
①必须认真执行安全生产的各项法律、法规、标准、规章制度及安全操作规程和安全技术交底，具体负责各类机械在使用过程中的安全工作，并对机械使用的安全负全部责任。

②服从现场管理人员安排管理，听从指挥。

③工作中不得擅离岗位，不准无证操作，不得操作与操作不相符的机械（专人专机），不得将机械设备交给无特种机械操作证的人员操作。

④禁止酒后驾车无证驾驶，严禁超速超员超载疲劳驾驶等违法行为；
⑤文明驾驶，安全行车，服从交通管制，禁止随意掉头，逆向行驶等违规违法行为。

⑥各种车辆必须严格遵守交通规则，在现场内缓慢行驶，施工车辆禁止与人员争抢道路，必要时派专人指挥，确保交通安全。

⑦车辆运土或卸料、装料时必须采取有效措施，控制杨尘。

车辆维修和清洗到指定地点，防止废油和无水污染道路及土地。

⑧如果出现安全事故必须立即向现场管理人员和项目部如实报告，不得隐瞒。

⑨所有施工人员不得出现打架斗殴现象，一经发现将按有关规定严肃处理。

同时，所有人员有义务保护现场料具。

⑩卸料时，车厢上空和附近应无障碍物，向自然沟渠等地卸料时，必须和坑边保持安全距离，防止塌方翻车。

严禁在斜坡侧向倾卸。

3、施工机械安全防护：施工机械安全防护设施设备齐全。

施工机械停放符合安全要求。

4、工作中观察：指示灯和仪表、工作和操作时机械有无异常响声，指示标志是否正常工作，工作场地有无异常变化。

如发现异常情况，及时停止作业。