数控技术答案

第一章 作业答案

1. 数控机床由哪几部分组成，试用框图表示各部分之间的关系, 并简述其主要组成部分的基本功能。

机床组成框图 数控机床由CNC系统，机床主机及辅助装置三部分组成 1）CNC系统 （1）输入。指零件加工程序及各种参数的输入。 （2）插补。插补既是根据给定的数学函数，诸如线性函数、圆函数或高次函数，在理想的轨迹或轮廓上的已知点之间，确定一些中间点的方法。通常在给定直线或圆弧的起点和终点间进行数据密化。 （3）伺服控制。见计算机送出的位置进给脉冲或进给速度指令，经变换和放大后转化为伺服电机的转动，从而带动工作台移动。 2）机床主机及辅助装置 其基本功能是机床加工部分，且通过各种辅助装置保证加工要求。

2. 什么是开环、闭环、半闭环数控机床？它们之间有什么区别？ 1） 开环控制（Open loop Control）数控机床 这类数控机床不带位置检测反馈装置。CNC装置输出的指令脉冲经驱动电路的功率放大，驱动步进电机转动，再经传动机构带动工作台移动。

2） 闭环控制（Close loop Control）数控机床 这类数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置，并与CNC装置的指令位置进行比较，用插值进行控制。

3） 半闭环控制（Semi-close loop Control）数控机床 将检测元件安装在电机的端头或者丝杠的端头，则为半闭环控制机床。

这三种控制方式的数控机床主要区别在于有无反馈和在哪里反馈。

输入设备 程序 输出设备 计算机数字

控制装置

（CNC装置）

可编程控制器 PLC

主轴控制单元

速度控制单元 主轴电机

机床 进给电机 位置检测器 CNC系统

指令脉冲 驱动器 步进电动机 机床工作台

位置比较电路 速度控制电路 伺服电动机 机床工作台 指令值 位置反馈 速度反馈 + -

位置比较电路 速度控制电路 伺服电动机 机床工作台

指令值

速度反馈 角位置反馈

+ - 3. 简述数控加工原理？ 在数控机床上加工零件时，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化。先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具参数，再按数控机床规定采用的代码和程序格式，将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数(主轴转速、切削进给量、背吃刀量)以及辅助操作(换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关)等编制成数控加工程序，然后将程序输入到数控装置中，经数控装置分析处理后，发出指令控制机床进行自动加工。加工过程中数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。

4. 数控技术的主要发展方向是什么？ 要求同学课后查阅资料，无标准答案 5. 纵观数控系统国内外的发展，谈谈你对我国发展数控技术，振兴数控行业的想法。 要求同学课后查阅资料，无标准答案

第二章 作业答案 1. 何谓对刀点？何谓刀位点？何谓换刀点？ 对刀点是指在数控机床上加工零件时，刀具相对于零件运动的起点。所谓刀位点，就是刀具定位的基准点。所谓换刀点是指为具有自动换刀装置的数控机床在加工中需要自动换刀而设置的换刀的位置。

2. 何谓自动编程系统，常用的自动编程系统有哪些？ 所谓自动编程系统即计算机辅助编程系统。自动编程的主要类型有：数控语言编程（如APT语言）、图形交互式编程（如CAD/CAM软件）、语音式自动编程和实物模型式自动编程等。

3. 何谓后置处理程序？简述其主要内容？ 一个应用广泛的数控自动编程系统，应尽可能多的适用各种CNC系统，所以应当包括大量的后置处理程序。后置处理程序就是编程系统将前置处理的结果处理成具体的数控机床所需要的输入信息，即形成了零件加工的数控程序。其主要内容包括初始化前置处理结果，输入刀位数据文件，调用代码，输出打印。

4. 数控机床上加工零件的误差主要有几类？ 数控机床上加工零件的误差分类： （1）加工过程的误差：它是加工误差的主体，主要包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床—刀具—夹具—毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。 （2）编程误差：包括采用近似计算方法逼近列表曲线、曲面轮廓时所产生的逼近误差、采用直线段或圆弧段插补逼近零件轮廓曲线时产生的插补误差和数据处理中为满足分辨率（最小设定单位）的要求，进行数据圆整（四舍五入）产生的圆整误差。

5. 编制图示零件外轮廓的精加工程序。板厚为8mm，选用铣刀T1的直径为10mm，主轴转速为500 r/min，进给速度为250mm/min。

A B C D E F X O

O1

g 1） 坐标定义(OXYZ) Z方向零点在零件上表面 2）节点坐标计算(ABCDEFO1) A(-17.32,-10), B(17.32,-10), C(34.42, 14.65), D(34.64,20), E(-34.64,20), F(-34.42,14.65)，O1(-30.31,17.5)

3）起刀点、刀具半径、安全高度、主轴转速、进给速度定义  起刀点：I(-10,-40) 加工路径HBCDEFAH  刀具半径：5mm，所选铣刀为 T10，刀补参数存于D10  安全高度： 35mm  主轴转速：400 rpm  进给速度：250 rpm 4）编制加工程序（精铣轮廓） % MPF 001; N01 G54 G90 G00 X0 Y0; N02 Z35; N03 X-10 Y-40 S400 M03 M08; N04 G01 Z-9 F20; N05 G42 D01 Y-30 F250; N06 G02 X0 Y-20 I10 J0; N07 G03 X17.32 Y-10 I0 J20; N08 G01 X34.42 Y14.65; N09 G03 X34.64 Y20 I-4.11 J2.85; N10 G03 X-34.64 Y20 I-34.64 J-20; N11 G03 X-34.42 Y14.65 I4.33 J-2.5; N12 G01 X-17.32 Y-10 N13 G03 X0 Y-20 I17.32 J10; N14 G01 Y-30; N15 G40 Y-40; N16 G00 Z35; N17 X0 Y0; N18 M30 ; 第三章 作业答案

1. CNC系统由哪几部分组成？各有什么作用？ 答： CNC系统由程序、输入、输出设备、CNC装置及主轴、进给驱动装置组成。其核心部分是CNC装置。

A B C D E F X O

O1

g H

I

Y 41.3060cos212211OAOOOAOOAO

37.85/60sinsin1111AOOAOOOAOOFAg

30517.553018022111AOFAAOOFAOFAg

46.930/5tan11FAO

FAO数控机床是按照预先编写好的零件加工程序进行自动加工的。零件加工程序是CNC系统的重要组成部分。输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、打印、显示等。主轴驱动装置用于控制主轴的旋转运动，实现在宽范围内连续可调，并在每种速度下都能提供切削所需要的功率。进给驱动装置用于控制进给轴的直线或旋转运动，实现加工中刀具相对工件运动的速度、方向、位置和合成轨迹。

2. CNC装置由哪几部分组成？各有什么作用？ 答：CNC装置由三部分组成： 1）计算机。高档CNC装置采用多微处理器结构，各微处理器协同工作，共同完成数控功能。 2）可编程程序控制器。用以接收来自零件加工程序的开关功能信息、机床操作面板上的开关量信号及机床侧的开关量信号，进行逻辑处理，完成输出控制功能，实现各功能及操作方式的联锁。 3）接口。用以连接CNC装置的各个部分，实现各个部分之间的信息传递。

3. CNC系统的基本控制流程及内容？ 答：CNC系统的主要任务是对刀具和工件的相对运动进行控制，完成各种曲线轮廓的加工。不论进行哪种曲线的加工，CNC系统的基本工作过程是一样的，即先读取零件加工程序（输入）；再按照程序段译码，将零件加工程序转换为CNC装置能够接受的代码，并以一定的数据格式存放在指定的内存储器中；接下来进行预处理，包括刀具补偿处理（将轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹）和速度处理（各运动坐标分速度的计算及限速处理）；然后进行插补计算和位置控制。

4. CNC装置的硬件结构有哪几种形式？各有何特点？ 答：单微处理器CNC装置硬件结构分为两种形式: 1）大板式结构。特点是结构紧凑，体积小，可靠性高，具有很高的性价比，有利于机床的一体化设计，但是硬件功能不能轻易变动，不利于组织生产。 2）总线模块化的开放系统结构。特点是将微处理机、存储器、输入输出控制分别做成硬件模块，相应的软件也是模块结构。功能模块之间有明确定义的接口，接口是固定的，易于成为工厂标准或行业标准，彼此可以进行信息交换。可以积木式组成CNC系统，使设计简单，有良好的适应性和扩展性，试制周期短，调整维护方便，效率高。 多微处理器CNC装置硬件结构分为： 1）共享中线结构。特点是配置灵活，结构简单，容易实现，造价低，缺点是传输效率低，总线故障会影响全局。 2）共享存储器结构。特点是访问的冲突问题得到了解决。缺点是当微处理器数量增多时，往往会由于争用共享而造成信息传输的阻塞，降低系统效率，功能扩展比较困难。

5. 多微处理器CNC装置的包括哪些功能模块？其功能分别是什么？ 答：1）CNC管理模块 这是实现管理和组织整个CNC系统工作的功能模块，如系统的初始化、中断管理、总线仲裁、系统出错的识别和处理、系统软硬件的诊断等功能由该模块完成。 2）存储器模块 该模块存放程序和数据，为主存储器。每个CPU控制模块中还有局部存储器。主存储器模块是各功能模块间数据传送的共享存储器。 3）CNC插补模块 该模块完成零件持续的译码、刀具半径补偿、坐标位移量的计算和进给速度处理等插补前的预处理。然后进行插补计算、为各坐标轴提供位置给定值。 4）位置控制模块 插补后的坐标位置给定值与位置检测器测得的位置实际值进行比较，并自动加减速、回到基准点、伺服系统滞后量的监视和漂移补偿，最后得到速度控制的模拟电压，去驱动进给伺服电机。这些工作都由位置控制模块完成。 5）操作控制数据输入、输出和显示模块零件程序、参数和数据，各种操作命令的输入、输出，显示所需要的各种接口电路。 6）PC模块 零件程序中的开关功能和由机床来的信号等在这个模块中作逻辑处理，实现