数控技术复习参考南昌航空大学.docx
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数控技术复习参考南昌航空大学
复习资料
1.闭环控制系统比开环控制系统及半闭环控制系统(B)。
A.稳定性好B.精度高C.故障率低D.价格低
2.脉冲当量是(D)。
A.每个脉冲信号使伺服电动机转过的角度
B.每个脉冲信号使丝杠转过的角度
C.数控装置输出的脉冲数量
D.每个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量
3.CNC系统软件存放在(B)。
A.单片机B.程序存储器C.数据存储器D.穿孔纸带
4.在中断型软件结构中,各种中断程序被安排成优先级别不同的中断服务程序,下列程序中被安排在最高级别的程序是(B)。
A.译码、刀具中心轨迹计算B.CRT显示
C.插补运算D.伺服系统位置控制
5.G04代码表示(A)。
A.进給停止B.顺园插补C.逆园插补D.撤销刀具半径补偿
6.能够实现加工中心换刀时主轴准停功能的检测装置是(D)。
A.光栅尺B.感应同步器C.磁栅D.主轴脉冲编码器
7.直线式感应同步器是通过鉴别(B)上感应电动势的相位或幅值,来测量滑尺相对于定尺的位移量。
A.滑尺绕组B.定尺绕组C.励磁绕组D.输入绕组
8.光栅利用(A),使得它能测得比栅距还小的位移量。
A.莫尔条纹的作用B.数显表
C.细分技术D.高分辨指示光栅
9.当交流伺服电机正在旋转时,如果控制信号消失,则电机将会(D)。
A.以原转速继续转动B.转速逐渐加大
C.转速逐渐减小D.立即停止转动
10.加工中心主轴准停装置的作用是(A)。
A.保证刀具的自动装卸B.测量主轴的转速
C.测量主轴的温升D.使切削过程得到恒线速
1.简要说明数控系统进行
译码、
刀具补偿、
进给速度处理和
插补的工作内容。
答:
1.译码
译码是以零件程序的一个程序段为单位进行处理,把其中零件的轮廓信息(起点、终点、直线或圆弧等),F、S、T、M等信息按一定的语法规则解释(编译)成计算机能够识别的数据形式,并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区域。
编译过程中还要进行语法检查,发现错误立即报警。
2.刀具补偿
刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。
为了方便编程人员编制零件加工程序,编程时零件程序是以零件轮廓轨迹来编程的,与刀具尺寸无关。
程序输入和刀具参数输入分别进行。
刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹按系统存储的刀具尺寸数据自动转换成刀具中心(刀位点)相对于工件的移动轨迹
刀具补偿包括B机能和C机能刀具补偿功能。
在较高档次的CNC中一般应用C机能刀具补偿,C机能刀具补偿能够进行程序段之间的自动转接和过切削判断等功能。
3.进给速度处理
数控加工程序给定的刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合成运动方向上的速度,即F代码的指令值。
速度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运动方向上的速度分解成各进给运动坐标方向的分速度,为插补时计算各进给坐标的行程量做准备;另外对于机床允许的最低和最高速度限制也在这里处理。
有的数控机床的CNC软件的自动加速和减速也放在这里。
4.插补
零件加工程序程序段中的指令行程信息是有限的。
如对于加工直线的程序段仅给定起、终点坐标;对于加工圆弧的程序段除了给定其起、终点坐标外,还给定其圆心坐标或圆弧半径。
要进行轨迹加工,CNC必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进行“数据点密化”的工作,这就是插补。
插补在每个规定的周期(插补周期)内进行一次,即在每个周期内,按指令进给速度计算出一个微小的直线数据段,通常经过若干个插补周期后,插补完一个程序段的加工,也就完成了从程序段起点到终点的“数据密化”工作。
2.试说明基准脉冲插补法和数据采样法的特点?
答:
目前应用的插补方法分为两大类:
基准脉冲插补法和数据采样插补法。
(1)基准脉冲插补法又称为脉冲增量插补法或行程标量插补法。
这种插补方法的特点是每次插补结束后,数控装置向每个运动坐标轴输出基准脉冲序列,驱动各坐标轴的电机转动。
每个脉冲代表机床移动部件的最小位移,脉冲的频率代表移动部件运动的速度,而脉冲的数量代表机床移动部件的位移量。
这种插补方法有:
逐点比较法、数字积分法、比较积分法和最小偏差法。
(2)数据采样法又称为数据增量插补法或时间标量插补法。
这类插补方法的特点是插补输出的不是单个脉冲,而是标准二进制字。
插补运算分两步运行:
第一步为粗插补,在给定的起点和终点的线段上插入拖干个点,即用若干条微小直线段来逼近给定线段,粗插补在每个插补周期中计算一次;第二步为:
精插补,它是在粗插补计算出的每一微小直线段上再做“数据点的密化”工作,。
一般将粗插补运算称为软插补,用软件实现,而精插补可以用软件,也可以用硬件实现。
数据采样插补法常用的有:
扩展数字积分法、直线函数法、双数字积分法等。
3.试说明葛莱编码盘的优点,并将葛莱码1010换算为
自然二进制、
十进制。
相邻十进制数之间只有一位二进制码不同。
采集器器采到了格雷码:
1010
就要将它变为自然二进制:
0与第四位1进行异或结果为1
上面结果1与第三位0异或结果为1
上面结果1与第二位1异或结果为0
上面结果0与第一位0异或结果为0
因此最终结果为:
1100这就是二进制码即十进制12
格雷码-〉二进制码(解码):
从左边第二位起,将每位与左边一位解码后的值异或,作为该位解码后的值(最左边一位依然不变).
4.试论述数控机床的进给伺服系统是由哪几部分组成,它们分别的作用如何?
伺服系统常用的驱动元件是什么?
三、综合应用题(每小题10分共30分)
1.图为第二象限顺圆弧的加工,试用逐点比较法进行插补运算(列表按工作节拍计算各值),并在图中画出插补轨迹。
如图可知,插补运算在第二象限,顺时针方向进行
圆弧AB的方程为:
设加工时刀具位于P(Xi,Yi)点,取偏差函数为:
因为在第二象限,所以:
当P点在圆弧上时,Fi=0;
当P点在圆弧外时,Fi>0;
当P点在圆弧内时,Fi<0。
当P点在圆弧外,即Fi>0时,向-X方向分配一个进给脉冲,即向X轴正方向走一步;
当P点在圆弧内,即Fi<0时,向+Y方向分配一个进给脉冲,即向Y轴正方向走一步;
当P点在圆弧上,即Fi=0时,为使加工继续进行,规定按P点在圆弧外情况处理。
若Fi≥0,向X轴负方向走一步,则P点新的位置坐标及偏差为
若Fi<0,向Y轴正方向走一步,则P点新的位置坐标及偏差为
插补循环或进给的总步数
每进行一次插补循环,就对E进行一次减1运算,当E等于0时,表明到达终点,插补结束。
插补计算如下图所示第二象限顺时针圆弧,起点A(-4,0),终点B(0,4),圆心O(0,0)。
2.图示为某数控工作台X方向的传动系统简图,已知电机为三相反应式步进电机,转子的齿数为80,采用三相六拍的工作方式,最高运行频率为6500Hz,丝杠螺距P=12mm,齿轮的齿数Z1=20,Z2=50,试求该系统能否满足vmax=3.5m/min的快移要求?
解:
依步进电动机的步距角公式得
依脉冲当量定义:
能满足快移要求
3.用数控铣床加工右图所示的轮廓ABCDEA。
试编写FANUC-6M系统数控加工程序。
要求:
(1)在给定机床坐标系和编程坐标系关系下用绝对坐标方式编写加工程序;
(2)设起刀点设为(-10,-10,50),零件厚度为8mm,Z=0为零件上表面。
(3)加工路径为①-②-③-④-⑤-⑥-⑦,
主轴转速900r/min,进给速度150mm/min.
1.绝对坐标程序
O0105
N10G92X-10.0Y-10.0Z50.0;
N20G90G00Z-8.0S900M03;
N30G41G01X10.0Y10.0F150D01M08;
N40Y20.0;
N50X30.0Y30.0;
N60G03X40.0Y20.0I10.0J0;
N70G02X30.0Y10.0I-10.0J0;
N80G01X10.0;
N90G00G40X-10.0Y-10.0Z50.0M09;
N100M30;
填空题
1、 数控机床坐标系采用的是 右手笛卡尔直角 坐标系。
2、 数控机床坐标系的正方向规定为 增大刀刀具与工件距离的方向 。
3、 数控机床坐标系中Z轴的方向指的是 与主轴平行 的方向,其正方向是 刀具远离工件的方向 。
4、 数控机床中旋转坐标有 A 轴、 B 轴、 C 轴,其正方向的判断是用 右手螺旋定则 。
5、 数控车床中X轴的方向是 工件的径向 ,其正方向是 远离工件的方向 。
6、 数控机床坐标系一般可分为 机床坐标系 和 工件坐标系 两大类。
7、 数控机床坐标系按坐标值的读法不同可分为 绝对坐标系 和 增量坐标系 。
8、 在绝对坐标系中所有刀具运动轨迹的坐标值都以 坐标原点 为计算基准,而增量坐标系中所有运动轨迹的坐标值都相对 前一位置 进行计算的。
9、 数控系统的插补是指根据给定的 数学函数 ,在理想的轨迹和轮廓上的已知点之间进行 数据密化处理 的过程。
10、大多数数控系统都具有的插补功能有 直线插补和圆弧插补 。
11、插补的精度是以 脉冲当量 的数值来衡量的。
12、所谓脉冲当量是指 数控装置发出一个脉冲信号机床执行部件的位移量。
13、数控机床插补过程中的四个节拍是:
偏差差别 、 坐标进给 、 偏差计算 、 终点差别 。
14、插补过程中终点判别的具体方法有:
单向一、计数 、 双向计数 、 分别计数 。
15、数控编程是从 零件图样 到获得 数控机床所能识别的数控加工程序 的全过程。
16、数控编程的步骤有 工艺分析、数值计算、编写程序单、程序输入、程序检验和首件加工。
17、数控机床程序段的格式有 固定程序段格式 和 可变程序段格式 。
18、数控机床的编程方法有 手动编程 和 自动编程 。
19、以下指令的含义:
G00 快速点定位 ;G01 直线插补 ;G02 顺时针圆弧插补 ;G03 逆时针圆弧插补 。
20、准备功能G代码有 模态代码 和 非模态代码 两大类。
三、简答题
1、绝对坐标系和增量坐标系的区别是什么?
举例说明。
答:
在绝对坐标系中所有刀具运动轨迹的坐标值都以坐标原点为计算基准,而增量坐标系中所有运动轨迹的坐标值都相对前一位置进行计算的。
2、插补的定义。
答:
数控系统的插补是指根据给定的数学函数,在理想的轨迹和轮廓上的已知点之间进行数据密化处理的过程。
3、试述逐点比较法的工作节拍。
答:
位置判别、坐标进给、偏差计算、终点判别
4、加工起点A(0,0)、终点B(3,2)第一象限的直线,试分析插补轨迹(按脉冲当量为1计)。
5、 简述数控编程的步骤。
答;数控编程的步骤有工艺分析、数值计算、编写程序单、程序输入、程序检验和首件加工。
6、脉冲当量的定义,一般取值是多少?
与机床加工精度有何关系?
答:
所谓脉冲当量是指数控装置发出一个脉冲信号机床执行部件的位移量。
一般取0.01或0.001mm,脉冲当量越小,机床精度越高。
7、一个完整的加工程序由哪几部分组成?
其开始部分和结束部分常用什么符号及代码表示?
答:
一个完整的程序是由程序号、程序内容、结束符号三部分组成。
程序的开始部分为程序号,常用的有O、P、%等符号。
程序的结束部分主要采用M02和M30指令。
8、数控车床的坐标轴是怎样规定的?
试按右手笛卡尔坐标系确定数控车床中Z轴和X轴的位置及方向。
答:
数控车床的坐标轴是用右手笛卡尔直角坐标系确定的。
Z轴的方向是主轴轴线的方向,其正方向是刀具远离工件的方向。
X轴的方向是垂直主轴轴线的方向,其正方向是刀具远离工件的方向。
9、制定加工方案的要求是什么?
答:
制定加工方案的要求有:
1) 程序段最少2)进给路线最短3)灵活选用不同形式的加工路线
第1章绪论
1.数控加工的特点及主要加工对象
数控加工的特点:
1)可以加工具有复杂型面的工件
2)加工精度高,质量稳定
3)生产率高
4)改善劳动条件
5)有利于生产管理现代化
数控加工的主要对象:
1)多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件
2)几何形状复杂的零件
3)精度及表面粗糙度要求高的零件
4)加工过程中需要进行多工序加工的零件
5)用普通机床加工时,需要昂贵的工装设备(如工具、夹具和模具)的零件
2.数控系统由哪几部分组成
数控系统一般由介质、输入装置、数控装置、伺服系统、执行部件和测量反馈装置组成。
3.数控系统的分类:
1)按数控装置分类可分为硬件式数控系统(NC)和软件式数控系统(CNC系统
2)按运动方式分类可分为点位控制系统、点位直线控制系统以及轮廓控制系统。
要求了解概念,并能分辨各种具体加工的运动控制方式。
3)按控制方式分类可分为开环控制系统、半闭环控制系统和全闭环控制系统。
要求掌握各自的特点。
4.重要的名词:
NC、CNC、DNC、FMC、FMS、CIMS、MDI
NC:
数控技术
CNC:
计算机数控
DNC:
分布式数控
FMC:
柔性制造单元
FMS:
柔性制造系统
CIMS:
计算机集成制造系统
MDI:
手动输入方式
CAD:
计算机辅助设计
CAE:
计算机辅助工程
CAM:
计算机辅助制造
第2章数控加工工序
1.数控工艺的三个特点:
工艺详细、工序集中、多坐标联动自动控制加工。
2.切削用量三要素。
对刀点、刀位点、换刀点、走刀路线。
1)被加工材料、切削刀具、切削用量。
2)对刀点是数控加工时道具相对零件运动的起点,又称起刀点。
刀位点是指刀具的定位基准点。
对刀时,刀位点应与对刀点一致。
换刀点则是加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点,换刀点应设在工件的外部。
走刀路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹。
确定走刀路线时应注意以下几点:
①需求最短加工路线
②最终轮廓一次走刀完成
3.数控加工对刀具材料的要求,常用的刀具材料。
1)刀具应具备如下的切削性能:
①高的硬度个耐磨性
②足够的强度和韧性
③良好的耐热性和导热性
④良好的工艺性
⑤良好的经济性
2)目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。
第3章数控机床的程序的编制
1.数控编程的方法
常用的编程方法有手工编程、数控语言编程和交互式图形变成。
2.数控机床的机床坐标系和工件坐标系的概念,各坐标轴及其方向的规定。
1)机床坐标系是机床上固定的坐标系。
工件坐标系是固定于工件上的笛卡尔坐标系。
2)①Z轴:
规定与机床主轴线平行的坐标轴为Z轴,刀具远离工件的方向为Z轴的正向。
②X轴:
对大部分铣床来讲,X轴为最长的运动轴,它垂直于轴,平行于工件装夹表面。
+X的方向位
于操作者观看工作台时的右方。
③Y轴:
对大部分铣床来讲,Y轴为较短的运动轴,它垂直于轴。
在Z、X轴确定后,通过右手定则可
以确定Y轴。
④回转轴:
绕X轴回转的坐标轴为A轴;绕Y轴回转的坐标轴为B轴;绕Z轴回转的坐标轴为C轴;
方向的确定采用右手螺旋原则,大拇指所指的方向是+X、+Y或+Z的方向。
⑤附加坐标轴:
平行于X轴的坐标轴为U;平行于Y轴的坐标轴为V;平行于Z轴的坐标系为W;方
向和X、Y、Z轴的方向一致。
3.数控编程的指令代码,程序结构及格式、子程序及其调用。
1)和坐标系相关:
G90、G91;G92、G54-G59;G17、G18、G19。
G90:
绝对坐标编程
G91:
相对坐标编程
G92:
设定工件坐标系
G54~G59:
选择工件坐标系1~6
G17:
XY平面选择
G18:
XZ平面选择
G19:
YZ平面选择
2)与刀具运动相关的:
G00、G01、G02、G03。
G00:
快速定位运动
G01:
直线插补运动
G02:
顺时针圆弧插补
G03:
逆时针圆弧插补
3)与刀具补偿相关:
长度补偿G43、G44、G49,半径补偿G41、G42、G40。
G43:
刀具长度正向补偿
G44:
刀具长度负向补偿
G49:
取消G43/G44
G41:
刀具左补偿
G42:
刀具右补偿
G40:
取消G41/G42
4)固定循环指令的六个动作,三个平面,G98与G99的区别。
①六个动作
动作1:
X、Y平面快速定位。
动作2:
快速运动到R点平面。
动作3:
孔加工。
动作4:
孔底操作。
动作5:
回到R平面点。
动作6:
快速返回初始点。
②三个平面
初始平面、R点平面和孔底平面
③指令G98是指加工完成后,大局返回到初始平面。
指令G99是指加工完成后,刀具返回到R点平面。
5)辅助功能代码:
M00、M01、M02、M03、M04、M05、M06、M08、M09、M30、M98、M99。
M00:
程序停止
M01:
程序选择停止
M02:
程序结束
M03:
主轴顺时针旋转
M04:
主轴逆时针旋转
M05:
主轴停止
M06:
换刀
M08:
冷却液打开
M09:
冷却液关闭
M30:
程序结束并返回
M98:
子程序调用
M99:
子程序调用结束
6)进给速度F,主轴转速S、坐标地址字X、Y、Z、U、V、W等。
地址F代码:
进给率设定。
地址S代码:
主轴转速。
地址X代码:
X轴直线运动。
地址Y代码:
Y轴直线运动。
地址Z代码:
Z轴直线运动。
地址U代码:
辅助直线轴,平行于X轴。
地址V代码:
辅助直线轴,平行于Y轴。
地址W代码:
辅助直线轴,平行于Z轴。
4.手工编程:
要求熟练利用指令代码进行铣销加工的编程,并能解释各程序段
第4章数控机床的工作原理
1.插补的概念,基准脉冲插补的特点及其适用场合,数据采用插补的特点及其适用场合。
1)插补是机床数控系统依照一定方法却似哪个刀具轨迹的过程
2)基准脉冲插补在插补计算过程中不断向各个坐标发出相互协调的进给脉冲,驱动各坐标轴的电动机
运动。
基准脉冲插补适用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统、闭环系统中粗精度二级插补的精插补
以及特定的经济型数控系统。
3)数据采样插补法实际上是一种时间分割法,也就是根据程编的进给速度,将工件的轮廓曲线分割为
一定时间(一个插补周期)的进给量(一条微小直线)。
即用一系列微小直线段来逼近轮廓轨迹。
数据采样插补法适用于闭环和半闭环控制系统。
2.逐点比较法进行直线和圆弧插补(要求列表计算、并能画出插补轨迹)。
3.数据采样插补的插补周期的选取应该考虑的各因缘:
与插补精度的关系、与插补运算时间的关系、与数据采样周期的关系、与位移寄存器容量的关系、与系统固有频率的关系。
第5章计算机数控装置
1.数控装置的作用,CNC系统的组成框图。
数控装置是数控系统的核心,其主要功能只正确识别和驾驶数控加工程序,对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理,完成各种输入、输出任务。
2.单微处理器结构和多微处理器结构的特点。
单微处理器结构只有一个微处理器
多微处理器结构有两个或两个以上的微处理器
多微处理器的两种典型结构。
共享总线结构和共享存储器结构。
3.CNC系统软件的存放:
EPROM内存。
加工程序的存放:
带后备电池的RAM
4.常规CNC系统软件的结构模式:
中断型结构模式、前后台型结构模式。
第6章位置检测装置
1.位置检测装置的作用,数控机床对位置检测元件的主要要求
1)位置检测装置的作用是检测位移和速度,发送反馈信号,构成闭环控制。
2)数控级船队位置检测元件的主要要求:
①高可靠性和高抗干扰性。
②满足精度与速度要求。
③使用维护方便,适合机床运行环境。
④成本低。
2.了解旋转变压器的工作原理,鉴相型应用及鉴幅型应用
1)旋转变压器是根据互感原理工作的。
2)鉴相型应用:
在此状态下,旋转变压器的定子两相正交绕组即正序绕组S和余弦绕组C中分别加
上幅值相等、频率相同而相位相差90°的正弦交流电压。
鉴幅型应用:
这种应用中,定子两相绕组的激磁电压为频率相同、相位相同而幅值分别按正弦、余
弦规律变化的交变电压。
3.脉冲编码器的两种类型:
增量式和绝对式。
绝对式编码器采用二进制编码盘时,其分辨率的计算。
4.了解光栅的工作原理。
莫尔条纹的特点:
1)光栅每移动一个栅距d,莫尔条纹移动一个节距W;
2)莫尔条纹的放大作用W/d=1/θ,式中θ单位为rad(弧度);
3)莫尔条纹的对光栅的局部误差具有误差平均作用。
直线光栅检测装置的线路:
利用细光技术提高分辨率。
第7章数控机床的伺服系统
1.伺服系统的组成及其作用
伺服系统由控制器、功率驱动装置、检测反馈装置和伺服电机(M)。
检测反馈装置用来检测与位置和速度有关的旋转轴的转角和转速。
2.反应式步进电机的工作原理:
基于电磁力的吸引和排斥而产生转矩。
步距角的计算、与机械传动装置一起构成的进行伺服系统中脉冲当量的计算,脉冲频率与进给速度的关系。
α=360°/mkz
提高步进伺服系统精度的措施:
1)传动间隙补偿。
2)螺距误差补偿。
3)细分线路
3.简单了解直流电机与交流电机的工作原理及调速方法。
1)直流电机调速方法:
①改变电枢外加电压U
②改变磁通量Φ
③改变电枢电路的电阻R
2)交流电机调速方法:
①改变磁极对数p
②改变转差率s
③变频调速
数控技术:
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。
数控(NC)系统,是指为实现数控技术相关功能而专门设计的软、硬模块等有机集成的系统,是数控技术的载体。
机床数控技术:
用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种技术。
数控技术在制造装备中的的应用:
简化机械结构
缩短制造周期
提高制造精度
提升装备性能
数控机床:
机床本体:
主运动部件、进给运动部件、支承件(立柱、床身等)、 特殊装置、辅助装置
数控系统:
数控装置、伺服驱动装置、测量反馈装置
外围技术:
工具系统、编程工具、管理工具
计算机数控装置:
计算机系统、位置控制板、PLC接口板,通讯接口板、
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