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电大数控技术与应用考试小抄1数控机床？:数控机床是一个装有数字控制系统的机床，该系统能够处理加工程序,控制机床自动完成各种加工运动和辅助运动。 2数字控制？简称数控 （NC，Numerical Control）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。特点：灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产技术-数控技术应运而生 3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。 4数控技术的特点？优点：（1）提高了加工精度和同一批工件尺寸的重复精度，保证了加工质量的稳定性（2）增加了设备的柔性，可以适应不同品种、规格和尺寸以及不同批量的工件加工（3）操作人员的劳动强度大为减轻（4）具有较高的经济效益（5）能加工普通机床所不能加工的复杂型面（6）可向更高级的制造系统发展（7）具有较高的生产效率 不足之处：（1）提高了起始阶段的投资（2）增加了电子设备的维护（3）对操作人员的技术水平要求较高 5计算机数控系统？（Computer Numerical Control，CNC ）是以计算机为核心的数控系统。优点：柔性好，功能强，可靠性高，易于实现机电一体化，经济性好。 6数控机床的组成部分？程序载体、输入装置、CNC装置、伺服系统和机床的机械部件 程序载体：以一定格式和代码存储工件加工程序的载体。可以是穿孔纸带，盒式磁带和软磁盘等。 输入装置：将程序载体内有关加工的信息读入CNC装置内 CNC装置：主要由信息的输入、处理和输出三部分组成。把程序载体上的加工信息编译成计算机能够识别的信息，按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出部分发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。 伺服系统：由伺服电动机以及驱动控制装置和伺服软件构成。根据CNC装置传来的速度和位置指令驱动机床的进给运动部件，完成指令规定的运动。每一坐标方向的进给运动部件配置一套伺服系统。 位置反馈系统：将机床运动部件的实际位置信息反馈给CNC装置。分为伺服电动机的转动角位移反馈和数控机床执行机构（工作台）的直线位移反馈。 机床的机械部件：数控机床的机械部件，包括主运动系统以及辅助部分（如液压、气动、冷却和润滑部分），还有一些特殊部件，如刀库、自动换刀装置（ATC）和自动托盘交换装置等。 7数控系统？一种能够控制机器运动的装置，由工件加工程序、输入和输出设备、CNC装置、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成的一个系统。 8步距角？当输入一个脉冲给步进电机的驱动单元后，步进电机就相应地转过一个步距角。 9脉冲当量（最小设定单位）？步进电机每转过一个步距角，工作台相应地移动一个位移量。 10开环控制系统原理？程序载体将控制信息输入CNC装置后，解读器将它编译成计算机能识别的机器码存入存储器中，按照控制软件的要求，经过运算器后，在规定时间内发指令脉冲到电动机驱动装置，使电动机转动规定的角度，经过机床的传动部件，驱动工作台到达制定的位置。多轴控制时，运算器还需要脉冲分配，使各电动机协调转动。开环控制系统伺服电机多采用功率步进电动机。开环控制系统没有反馈装置，不能防止步进电动机丢步所产生的位移误差，制造较大功率的步进电机困难。开环控制系统仅用于运动速度较低和加工精度不很高的机床。 11闭环控制系统原理？在机床工作台运动方向上增加测量工作台实际位移量的位置传感器，传感器将实际位置信息反映给CNC装置的比较器，如有误差，由计算机发出指令至输出电路，使电动机转动，直至误差消失为止。闭环控制系统与开环控制系统的主要区别：伺服系统的机械执行机构的最后环节上装有反馈系统，将机床工作台的实际位置反馈给CNC装置。闭环控制系统的伺服电动机采用交流或直流伺服电动机 12半闭环控制系统？半闭环控制系统的电动机轴上装有表示其角位移的编码器，但是不能纠正机床传动部件带来的误差，所以称为半闭环控制系统。 半闭环控制系统特点：结构较为简单；控制较为方便；能达到较高精度。13连续控制系统的工作特点：连续控制系统的插补功能是由插补器来实现的。插补器根据插入的插补指令进行数学计算，对各个坐标轴进行脉冲分配，然后发指令给伺服电动机驱动单元，使机床工作台沿各坐标轴完成规定的运动，刀具就能加工出工件轮廓来。 14多功能与经济性数控系统（1）多功能机床数控系统：功能比较齐全，适用于功率较大、动作较复杂、定位精度较高的大、中型数控机床。大多由专业厂家生产。可靠性高，但价格较贵。（2）经济型数控系统：为了提高生产率和稳定加工质量，在普通机床基础上，对机械部分做必要的改造，配上功能较为简单的数控系统，使之具备某些必要的数控功能。一般采用控制较简单、成本较低的功率步进电机伺服系统。 特点：结构简单，造价低廉。在工厂技术改造中发挥很大作用。 15适应控制（Adaptive Control，AC）？为了提高切削效率和加工精度，机床的数控系统最好能在加工条件下改变机床的切削用量，以适应在一瞬间实际发生的加工情况。适应控制工作过程：适应控制与闭环控制的主要区别在于有一个适应控制器，通过装在机床上各个部位的传感器，将检测到的加工参数（如切削负载、刀具磨损量等）变化信息送到适应控制器，与预先存储的有关信息进行比较，然后发出指令给机床，自动调整机床的有关参数。 16直接数控系统？DNC系统的特点：（1）可实现非实时分配数控数据，可和车间的编程机结合起来，便于实现车间的监控和管理。（2）DNC系统采用了局域网络（LAN）技术进行通信，是一种“开放式”系统，可以向上级机和下级设备扩展延伸。（3）DNC系统与数据采集系统相结合，可以采集机床工作状态，在线检测数据，对加工质量和机床状态进行实时控制。（4）DNC系统既可独立使用，也可作为工厂的计算机集成制造系统的一个层次。 17数控技术的应用？（1）数控车床：轴类和盘类回转体的加工；（2）数控铣床：较复杂的平面、曲面和壳体类工件的加工，如各种模板、样板、凸轮和箱体等；（3）数控钻床：钻孔为主的工序加工；（4）数控磨床：数控外圆磨床、数控平面磨床和数控坐标磨床等；（5）数控齿轮机床：加工渐开线齿轮、摆线齿轮以及特殊要求齿状工件。主要有数控插齿机、数控滚齿机和数控磨齿机等。 18加工中心？能在一次装夹中进行自动换刀、进行诸如镗孔、钻孔、攻螺纹等加工，以保证加工表面的相对位置。特点：配置高档的数控系统，联动轴较多，具有各种补偿功能减少加工误差，具备自动编程系统。 19 数控技术在电加工机床中的应用？电加工机床是利用电极间脉冲放电时产生的电火花的腐蚀作用来加工工件的，电火花放电时，火花通道中瞬时产生大量的热，足以使电极表面的金属局部熔化（甚至气化）蒸发而被除掉，使被加工工件获得各种形状，达到加工尺寸精度、表面粗糙度和生产率的要求。主要用来加工模具和难加工材料等。主要有两类：数控电火花成形机床、数控线切割机床。 20数控机床和数控系统的发展？（1）高速化和高精度化，机械方面：主轴高速化，采用陶瓷球的轴承等；数控系统方面：提高计算机运算速度，采用插补专用芯片，补偿机械系统带来的误差；伺服系统方面：采用数字伺服系统，采用现代控制理论提高跟随精度（2）提高数控机床的可靠性：大规模和超大规模集成电路；故障诊断系统（3）CNC系统的智能化：人工智能技术（4）具有更高的通信功能（5）数控系统的开放化：使得伺服电机控制单元的信息标准化，用户能自由地选择伺服电机的生产厂家、规格型号和参数。降低了系统的生产成本，且便于维护。 21普通机床加工与数控机床加工区别？普通机床加工：根据工艺规程和工艺过程卡选择加工表面，但切削用量、走刀路线、工步的选择等由操作者自行决定 数控机床加工：按照事先编好的程序自动进行加工，操作者无法临时改变加工过程。 22程序编制的方法？（1）手工编程：编制程序的过程全部由人工完成的方法。适用于点位加工或几何形状简单的工件，不需要经过复杂的计算，程序段不多，数控带不长。 （2）自动编程：程序员根据工件图纸和加工要求，使用规定的数控语言，编写简短的工件源程序，输入计算机，由计算机自动地计算刀具运动轨迹，编写工件程序单，制作数控带等。适用于形状复杂、工序较长的工件，需要进行繁琐的计算，程序段很多，出错也难以校核。自动编程与手工编程比较，具有编程时间短、出错机会少和编程效率高等优点。 23编程内容与步骤？（1）分析工件图纸：分析工件的材料、形状、尺寸和精度、表面质量、毛坯情况和热处理要求，确定工件是否适合数控加工 （2）确定工艺过程：确定工件的加工工艺（定位方式、夹具）和加工路线（对刀点、走刀路线，并确定加工余量、切削用量。（3）数值计算：根据工件图纸和走刀路线，计算刀具中心运动轨迹。（4）编写程序单：根据工艺过程、数值计算结果和辅助操作要求，按照数控系统规定的程序指令及格式填写程序单。（5）制作和效验程序单：根据程序单，用穿孔机在纸带上打出代码孔，制成数控带。（6）首件试切：通过光电阅读机把数控带输入数控系统，校验后进行首件试切。 24数控带？带有数控机床控制信息的穿孔带。它是宽度为1 in，每排最多有8个代码孔，每排孔的数量和位置代表控制信息代码。代码孔B3和B4之间有一排小孔用于纸带的进给。数控带上一排孔位中每个位置上有孔或无孔，就代表光电阅读机上每个光敏二极管上高电平或低电平。每排孔代表一位二进制数。 25数控带格式？工件加工程序输入数控装置的信息分三类：（1）工件和刀具相对位置关系信息，如位置、方向、位移量等（2）工件和刀具位置改变的比率，如进给速度、转速等（3）辅助功能信息，如操作方式、公制和英制的选择、工具选择、切削液的使用等。 26 程序段格式？（1）字：以某个顺序安排的字符集合。数控带上信息是以字为单位进行处理的。程序段是代表控制信息的字的集合。各个程序段之间必须用结束符LF或CR隔开。（2）数控带格式：在程序段中，字的特定排列方式。最广泛的是文字地址程序段格式。（3）文字地址程序段格式：每一坐标轴和各种功能都以字母和数字合成的字来表示。27文字地址字符的说明？（1）程序段序号N：表示程序段的顺序，用来检索程序段或者显示当前执行的程序段。（2）准备功能字G：准备功能指令包括字母G和后续2位数字。数字表示不同的机床操作或动作。（3）尺寸字X、Y、Z等：尺寸字用来给定机床各坐标轴位移的方向和数值。紧跟坐标轴代码后面的是正负号，然后是数值。（4）进给功能字F：规定机床的进给速度。（5）主轴功能字S：指定主轴转速，通常在更换刀具时指定。（6）刀具交换功能字T：更换刀具时，指定刀具或显示待更换刀具的刀号。（7）辅助功能字M：辅助功能指令包括M地址后续的2位数字。用来使机床产生辅助动作。（8）程序段结束（EOB）：每一程序段结束时，写上指令LF表示本程序段到此结束。 28坐标轴的命名及方向？在加工过程中无论是刀具移动，工件静止，还是工件移动，刀具静止，一般都假定工件相对静止不动，而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。（1） Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。（2）X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。（3）Y轴的确定：X、Z轴的正方向确定后，Y轴可按右手直角笛卡尔直角坐标系来判定。（4）机床原点是机床坐标系的零点, 是机床上固定的点，一般不允许用户改变 29自动编程系统工作原理？（1）工件源代码：用数控语言编写（2）输入编译：由编译程序把工件源代码译成计算机能识别和处理的形式（3） 数学处理：计算刀具和工件的相对运动轨迹（4）后置处理：主信息处理是计算刀具相对于工件的运动轨迹的一般解，后置信息处理是将主信息处理结果再转换成数控机床所需要的信息。使得主信息处理通用化，后置信息处理专用化。（5）信息的输出：将后置处理程序信息输入穿孔机制成数控带。 30 CNC系统的组成和计算机的功用？CNC系统是一种位置（轨迹）控制系统，以多执行部件(各运动轴)的位移量为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。CNC系统的组成：数控计算机、程序输入/输出装置和机床控制装置。从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成 31数控计算机？是CNC系统的核心。包括微处理器、内存储器、输入/输出(I/O)接口以及时钟、译码等辅助电路等。（1）微处理器：执行存储器中的程序，完成计算，产生各类控制信号（2）输入/输出接口电路：提供微处理器与外界的连接，完成数据格式和信息形式的转换，分为两类：通用的I/O接口（常规输入输出，实现程序的输入与输出及人机交互界面）；设备机床控制I/O接口（连接专用的控制与检测装置，实现机床的位置和工作状态的控制与检测）（3）程序输入/输出装置：键盘、机床操作面板、显示装置（发光二极管构成的数码管，或阴极射线管CRT显示器）、外围存储设备（磁带机或磁盘机）、穿孔纸带光电阅读机、纸带穿孔机等。 32机床控制装置？位置控制装置和机床状态检测控制装置两部分。 位置控制装置：伺服机构和执行元件组成。执行元件有交流或直流伺服电机，步进电机。伺服包括速度控制和位置控制。闭环控制中，速度环包括在伺服电动机驱动器中，位置反馈则送入计算机。 机床状态检测和控制：状态检测部件通过传感器监视机床工作状态。 33CNC系统中的计算机？（1）计算机的作用：接受外部的工件加工程序和各种控制命令，识别这些程序和进行相应的运算处理，控制机械部分的动作，完成程序和命令所要求的功能。（2）计算机的工作过程：工件程序的输入、编辑和存储：完成无效码删除、代码效验和代码转换等，工件加工程序的译码处理：将工件加工程序以一个程序段为单位进行译码处理，将其中的各种工件轮廓信息，加工速度信息（F代码）和其他辅助信息（M、S、T代码）等按照一定的语法规则解释成计算机能识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区间，供下一步插补运算和伺服控制等使用。译码过程中完成对程序段的语法检查，如发现语法错误便立即报警。 机床状态的检测：计算机扫描操作面板的操作开关和按钮，产生相应的控制输出，插补计算：插补的任务是在一条已知起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”，从而确定各坐标轴在规定的位移范围内进给运行规律，获得所要求的轨迹。为了达到足够高的分辨率和足够快的进给速度，计算机应有很高的运算速度。在计算机速度满足不了要求时，要借助于专用硬件协同完成插补。软件完成粗插补，即按插补周期将工件轮廓分为若干段，计算出相应的进给量，交给硬件插补器，由硬件插补器对粗插补的线段进一步细插补，输出密化的脉冲。 刀具补偿：包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC装置的工件加工程序是以工件轮廓轨迹来编程，刀具补偿的作用是把工件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。刀具补偿还包括程序段之间的自动转接和过切削判别。 伺服控制：使电动机精确地按插补计算的结果运转。分为开环控制和闭环控制两种。 故障诊断：联机和脱机诊断能力。联机诊断是指数控计算机中的自诊断能力。脱机诊断是指系统运转条件下的诊断。 34计算机的硬件结构？（1）单微处理机结构:整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种NC功能。 主从结构，系统中只有一个CPU(称为主CPU)对系统的资源有控制和使用权，其它带CPU的功能部件，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。即它是处于以从属地位的，故称之为主从结构。（2）多微处理机结构定义：在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理机，CPU之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过总线仲裁器(由硬件和软件组成)来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。 特点：能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可断继续工作。 结构形式：共享总线结构型、共享存储器结构型。35可编程控制器定义（简称PLC）？ （1）可编程控制器（简称PLC）是以微处理器技术为基础，综合了计算机、自动化和通信技术的一种新型工业控制装置。 （2）可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，采用可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数操作等面向用户的指令， 并通过数字式或模拟式输入/输出方式控制各种类型的机器或生产过程。（3）可编程控制器具有很强的逻辑运算能力，而且PLC的输入/输出接口适应了工业过程的需要，具有功率放大的功能，可直接带负载运行，这就是PLC在工业控制上优于普通微型计算机的地方。 36 PLC在数控机床中的功用？作用：完成各种辅助功能。机床主轴的起停、正反转控制及主轴转速的控制、倍率的选择。机床冷却、润滑系统的接通和断开。机床刀库的起停和刀具的选择、更换。机床卡盘的夹紧、松开。机床自动门的打开、闭合。机床尾座和套筒的起停、前进、后退控制。机床排屑等辅助装置的控制。 37 PLC的工作原理?一种专用的工业控制机，具有独立的CPU、存储器和输入输出模块，以运行程序的方法实现控制。分为系统程序和用户程序:（1）用户程序：描述了PLC输入和输出之间的逻辑关系（2）系统程序：一种解释程序，解释用户程序，并根据输入的状态产生输出。PLC运行时所执行的系统程序实际上是个周而复始的扫描循环：从输入端口中输入外部状态，存入输入数据区；依次执行用户程序存储器中的每一条指令；将输出信号从输出端口输出。 38PLC与CNC系统的连接？内置式、通用型 （1）内置式：内置式PLC从属于CNC装置，PLC与NC间的信号传送在CNC装置内部实现。 内置式PLC特点：1）实际上是CNC装置带有PLC功能；2）一般单独制成一块附加板，插装到CNC主板插座上，不单独配备I/O接口；3）采用内置式PLC结构，CNC系统可以具有某些高级控制功能，如梯形图编辑和传送功能等；4）结构紧凑，可靠性好，安装和操作方便等优点。 （2）通用型PLC：通用型PLC独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定控制任务的装置。 39机床控制I/O部件的实现？与普通的IO接口相比，机床控制IO部件的特点：（1）能够在计算机与输入/输出装置进行必要的信息形式的转换。如电平转换、功率匹配，脉冲发生、AD、DA（2）能够输入并可靠地传送控制机床动作的相应控制信息，同时应具备阻断或抑制干扰信号进入计算机的能力，防止误动作，增加可靠性。（3）机床控制IO部件通常由一般的IO接口加上光电隔离和信息转换电路构成 40光电隔离电路？光电隔离电路的作用和工作原理： 作用：为了防止机床强电系统和其他外界干扰通过IO控制回路进入计算机，在控制计算机中，经常采用光电隔离的输入和输出电路。工作原理：光电耦合器输入端为一个发光二极管，输出端为光敏器件如光敏三极管或光敏二极管。当输入电路无电流，发光二极管不导通也不发光，输出端就不导通；当输入回路有电流，发光二极管导通发光，激励输出端的光敏器件，产生相应的输出电流。输入和输出端无直接连接，通过光传递信息。 光隔离电路作用：隔断光电耦合器入出两侧电路的电气联系。入出两侧电路各有独立的电源，不共地。强电一侧电源中的干扰或IO口长传输线上的干扰很难进入计算机一侧。光电耦合器将电压传送变为电流传送，为低阻器件。电流传送比电压传送抗干扰能力强，方便地完成信号电平转换。 41提高数控计算机可靠性的措施？可靠性：是产品的一种属性，指在规定条件下正确执行预期功能在时间上的度量。通常用平均故障间隔时间MTBF表示。平均故障间隔时间:（平均无故障工作时间）MTBF=可能工作的总时间/总的故障次数。提高系统可靠性在硬件和软件两个方面采取措施：（1）硬件可靠性措施：设计中的考虑：各项参数留有较大余地；工艺上的考虑：对元器件严格筛选；隔离；屏蔽 （2）软件可靠性措施：软件正确性保证；软件容错；故障诊断；关键信息的保护和恢复 。软硬结合的可靠性措施：硬件监视电路（Watch Dog电路）解决程序“飞掉”造成死机的问题。 42数控系统的模块化设计？数控系统标准化方法：把控制系统根据功能划分具有一种或几种独立功能的单元，用具有这些相应功能的硬件插件（或模块）像搭积木一样组成一个模块网络，配上相应的系统控制软件，协调各模块之间的运作，从而达到整个数控系统的功能。计算机总线：作为连接计算机系统各模块的中间媒介，定义连接方式、工作时序和电气规范等。 数控系统模块化设计优点：提高了设计效率，缩短系统设计周期；通用性强，易于改进和扩展系统功能；有利于提高可靠性；便于调试和维修；降低了生产成本。 模块化设计问题：增加插接环节，使接插不良的机会增加；模块上有些用户不需要的功能增加成本。 43总线标准？数据线：根数决定了数据传送通道的宽度；地址线：根数决定了系统最大的寻址范围；控制线：包括时钟、读写控制、中断、总线仲裁等；电源线：规定系统使用电源种类和数量以及地线的分布情况；备用线：留给用户扩充总线功能时使用。 总线仲裁：防止各个CPU模块或外部设备与主CPU争夺总线使用权，需设置仲裁电路。这种电路与判别中断优先权电路类似。 44CNC系统中的插补运算？插补：零件轮廓线型已知点，进给速度、刀具参数、进给方向等，计算出中间点坐标值 ，脉冲当量：刀具或工件能移动的最小位移量。插补器：数控装置中完成插补运算工作的装置或程序。 现代CNC数控系统：软件插补或软、硬件插补结合的方法，由软件完成粗插补，硬件完成精插补。粗插补用软件方法，将加工轨迹分割为线段，精插补用硬件插补器，将粗插补分割的线段进一步密化数据点。 基准脉冲插补：特点：每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，驱动进给电机运动。每个脉冲代表了最小位移，脉冲序列的频率代表了坐标运动速度，而脉冲的数量表示移动量。每个脉冲使坐标轴产生1个脉冲当量增量；脉冲数量代表位移量；脉冲序列频率代表运动速度。基准脉冲插补方法很多：逐点比较法、数字积分法 45逐点比较法？开环数控机床，实现直线、圆弧、其他二次曲线（椭圆、抛物线、双曲线等）插补。 46 数据采样插补：特点：数控装置产生的是标准二进制字。插补运算分两步完成：第一步粗插补；第二步精插补。基本原理：是一种时间分割法，根据进给速度，将加工轮廓曲线分割为一定时间内（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逼近轮廓轨迹。在每个插补周期，调用插补程序一次，为下一插补周期计算出各坐标轴应该行进的增长段，并计算插补点的坐标值。实现步骤：粗插补（用若干微小直线段逼近曲线）和精插补（脉冲增量插补）。解决两个问题：选择插补周期；计算一个周期内各坐标轴的进给量。插补周期的选择：（1）插补周期与插补运算时间的关系。（2）插补周期与位置反馈采样周期的关系。（3）插补周期与精度、速度的关系。 47 CNC系统的控制软件？软件与硬件在实现各种功能的特点和关系（1）关系：从理论上讲，硬件能完成的功能也可以用软件来完成。从实现功能的角度看，软件与硬件在逻辑上是等价的。（2）特点：硬件处理速度快，但灵活性差，实现复杂控制的功能困难；软件设计灵活，适应性强，但处理速度相对较慢。 CNC控制软件组成：系统总控程序系统的初始化，命令处理循环； 工件加工程序的输入和输出管理加工程序输入途径：光电阅读机和MDI；工件加工程序编辑对存储在工件程序存储器中的工件加工程序进行编辑和修改，包括插入、删除、查找、移动等；机床手动调整的控制在手动调整状态下通过机床操作面板控制机床动作，包括各坐标轴运动、主轴运动、刀架转位和冷却泵开停等；工件加工程序的解释和执行根据工件加工程序实现工件的轮廓加工；插补运算根据插补数学模型而编制的一种运算处理程序。决定所要求的进给长度上数控机床各个坐标轴进给的规律；伺服系统根据插补程序的结果，进行适当计算机，而后直接输出去控制执行元件的动作；系统自检检测CNC各个硬件部件功能的正确性，指示可能存在的故障位置和性质。 48CNC控制软件的结构？结构模式：指系统软件的组织管理方式，即系统任务的划分方式、任务调度机制、任务间的信息交换机制以及系统集成方法等。 结构模式的功能：组织和协调各个任务的执行，使之满足一定的时序配合要求和逻辑关系，以满足CNC系统的各种控制要求。 49前后台型？该模式将CNC系统软件划分成两部分：前台程序: 主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。后台程序(背景程序): 完成显示、零件加工程序的编辑管理、系统的输入/输出、插补预处理（译码、刀补处理、速度预处理)等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，其在运行过程中，不断地定时被前台中断程序所打断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。前后台型结构模式的特点：任务调度机制: 优先抢占调度和循环调度。前台程序的调度是优先抢占式的；前台和后台程序内部各子任务采用的是顺序调度。信息交换:缓冲区。前台和后台程序之间以及内部各子任务之间的。实时性差。在前台和后台程序内无优先级等级、 也无抢占机制。该结构仅适用于控制功能较简单的系统。早期的CNC系统大都采用这种结构。 50中断驱动型：这种结构是将除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由中断管理系统（由硬件和软件组成）对各级中断服务程序实施调度管理。整个软件就是一个大的中断管理系统。 中断型结构模式的特点：任务调度机制：抢占式优先调度。信息交换：缓冲区。实时性好。由于中断级别较多（最多可达8级），强实时性任务可安排在优先级较高的中断服务程序中。模块间的关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和扩充。 51数控机床的主要工艺特点？自动化程度高、柔性好，能实现单件、小批生产的加工自动化；加工精度高、质量稳定；生产效率高，适合于加工表面多，相互位置精度要求高的工件。 52对数控机床机械结构提出的要求?（1）高刚度：机床的刚度是指机床在载荷的作用下抵抗变形的能力。（2）高抗振性：机床的抗振性是指机床工作时，抵抗由交变载荷以及冲击载荷所引起振动的能力。常用动刚度作为衡量抗振性的指标。（3） 减少机床的热变形（4）提高进给运行的动态性能和定位精度：要求进给运动平稳、无振动、动态响应性能好、在低速进给时无爬行和有高的灵敏度，各坐标轴有高的定位精度。53高刚度：影响机床刚度的主要因素：各构件、部件本身的刚度以及相互间的接触刚度。 提高静刚度的措施：基础大件采用封闭整体箱形结构；合理布置加强筋；提高部件之间的接触刚度。 54动刚度？机床动刚度低，则抗振性差，工作时易振动。提高动刚度的措施：1）改善机床的阻尼特性（如填充阻 尼材料）2）床身表面喷涂阻尼涂层3）充分利用结合面的摩擦阻尼4）采用新材料，提高抗震性 55减少机床的热变形？控制热变形的措施：对机床热源进行强制冷却，采用热对称结构。 56数控机床的主要组成部分？主传动系统及主轴部件使刀具（或工件）产生主切削运动；进给传动系统使工件（或刀具）产生进给运动并实现定位；基础件床身、立柱、滑座、工作台等；其他辅助装置如液压、气动、润滑、切削液等系统及装置。 57主传动系统及主轴部件？机床主传动系统将电动机的扭矩或功率传递给主轴部件，使安装在主轴内的工件或刀具实现主切削运动，产生主切削力。主传动系统和主轴部件一般都设计成一个主轴箱。 功能要求：主轴的转速范围较宽，能实现自动变换，有足够的输出扭矩；主轴回转轴心线的位置准确、稳定，即应有高的回转精度，并有足够的刚度和抗振性；有刀具的自动夹紧装置以及主轴准停装置。 58主轴准停功能 ？（1）每次机械手自动装取刀具时，必须保证刀柄上的键槽对准主轴的端面键 ；（2）为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称主轴定向装置；（3）在加工精密的坐标孔时，由于每次都能在主轴的固定圆周位置换刀，故能保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而减少被加工孔的尺寸分散度 。 59进给传动系统？（1）由数控系统发出的速度和位移指令信号进过伺服驱动装置和进给传动系统，可以使工作台或刀架实现要求的进给运动和精确的定位，自动完成切削过程。（2）采用齿轮传动不仅为了减速，达到所需的脉冲当量，还有满足结构要求和增大转矩的作用。（3）去掉齿轮减速机构可使系统更简单、减少产生定位误差的环节，同时传动惯量减少，伺服特性有所改善。 60自动换刀装置？功能：储备一定数量的刀具，并完成在加工过程中的自动更换刀具。 要求：应当有足够的刀具存储量，较快的换刀速度以及工作稳定可靠等。 组成：刀库和机械手两部分组成。 原理：当需要某一把刀具进行切削加工时，将该刀具自动从刀库交换到主轴上。切削完毕后又将用过的刀具自动从主轴放回刀库。 61选刀方式？按数控装置的刀具选择指令，从刀库中挑选各工序所需要的刀具的操作，称为自动换刀。目前，在刀库中选择刀具通常有顺序选择和任意选择两种方式。 （1）顺序选刀：优点是刀库驱动控制比较简单，缺点是加工工件变动时，必须重新排列刀库中的刀具顺序，每把刀具不能重复使用，刀库存储量加大。 62数控机床的导轨？定义：支承运动部件并保证运动部件在外力的作用下，能准确地沿着一定得方向运动。 功用：支承和导向 ，导轨性能的好坏直接影响机床的加工精度、承载能力和使用性能。 63导轨应满足的基本要求？（1）导向精度：机床的运动部件沿导轨移动时的直线性和它与有关基面之间相互位置的准确性。影响导向精度的主要因素：导轨的结构形式，导轨的制作精度和装配质量，以及导轨和基础件的刚度等。 （2）精度保持性：导轨在长期使用中保持导向精度的能力。导轨的耐磨性是保持精度的决定性因素，它与导轨的摩擦性质、导轨的材料等有关。（3）低速运动平稳性：在低速运动或微量移动时，运动平稳，无爬行现象。与导轨的结构类型、材料、润滑条件等有关。（4）结构简单、工业性好：要便于加工、装配、调整和维修。 64导轨的分类和特点？按接触面间的摩擦性质的不同，可分为三大类：（1）滑动导轨：结构简单、制造方便、刚度好、抗振性强等优点，在一般机床上应用最为广泛。（2）滚动导轨：在导轨工作面间放入滚珠、滚柱或滚针等滚动体，使导轨面间成为滚动摩擦，可以大大降低摩擦系数，提高运动灵敏度。 优点：动静摩擦系数小，几乎不受运动速度变化的影响，运动轻便灵活，所需驱动功率小，摩擦发热少，磨损小，精度保持好，低速运动时不易出现爬行现象，定位精度高，很适合于要求移动部件运动均匀，灵敏以及实现精密定位的场合。 缺点：结构较复杂，制造较困难，成本较高，对赃物较敏感，必须有良好防护装置。 （3）静压导轨：定义：在导轨工作面间通入具有一定压强的润滑油，使运动件浮起。导轨间充满润滑油形成的油膜，始终处于纯液体摩擦状态。优点：静压导轨面处于纯液体摩擦状态，摩擦系统极低，驱动功率大为降低，低速运动时无爬行现象，导轨面不易磨损，精度保持性好。抗振性好，运行平稳 。 缺点：结构复杂，需要一套过滤效果良好的供油系统，制造和调试都很困难，成本高，主要用于大型、重型数控机床上。 65滚动导轨的结构形式？（1）滚动导轨：结构紧凑、制造容易、成本较低，由于点接触，刚度低、承载能力较小，只适用于载荷较小和切削力矩和颠覆力矩都较小的数控机床。（2）滚柱导轨：承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷较大的机床，但对导轨面平行度要求较高。（3）滚针导轨：滚针比滚柱的长径比大，结构紧凑，承载能力比滚珠导轨大，但摩擦系数也更大一些，适用于尺寸受限制的场合。 66滚动导轨的预紧？滚动导轨预紧可显著提高刚度。但过大的预紧力会使牵引力显著增加。预紧方法有以下两种：（1）采用过盈配合（2）采用调整元件。 67滚动体尺寸和数目的选择？（1）滚动体直径愈大，滚动摩擦阻力及接触应力就愈小。滚动体直径过小，不仅摩擦阻力加大，而且会产生滑动现象。在结构不受限制时应尽量选用较大的直径。滚珠与滚柱直径不应小于68mm。 （2）滚柱长度应适当，过短会增加导轨面的压强；过长则会使滚柱的锥度误差影响增加，引起载荷分布不均匀。滚柱的长径比最好不超过1.52.0 （3）滚动体的数目选择适当。过少则导轨的制作误差将明显地影响动导轨的位置精度。过多则接触应力很小，会出现载荷在滚动体上分布不均匀现象，部分滚动体受不到载荷而不起作用，使得刚度反而下降。每个导轨每排滚子的数量最少为1216个。 68滚动导轨的长度？（1）滚动体与保持架的长度滚动体长度：动导轨在全长上始终与滚动体相接触，滚动导轨的刚度较好，但是导轨有l/2的保持架中的滚子始终露在外面，必须加强导轨的防护。（2）动导轨比滚动体与保持架长l/2：动导轨仅在部分长度上与滚动体接触，接触刚度较差，只适用于载荷均匀分布或集中作用于动导轨中部的场合，但对导轨的防护有利。（3）采用滚动导轨块，动导轨的行程只受支承导轨的长度限制。 69对进给系统的机械传动机构的要求？为了保证进给系统的定位精度和动态响应特性，对其机械传动装置提出以下要求：（1）高传动刚度：主要取决于丝杆螺母副（直线运动）或涡轮蜗杆副（回转运动）及其支承部件的刚度。（2）高谐振：提高进给系统的抗振性（3）低摩擦：要求运动平稳、定位准确、快速响应特性好（4）低惯量：经常起动、停止、变速或反向，若机械传动装置惯量大，会增大负载并使系统动态响应性能变差。（5）无间隙：机械间隙时造成进给系统反向死区的另一个主要原因。 70滚柱丝杆螺母副？工作原理：在丝杆和螺母间放入滚珠，使丝杆和螺母间变为滚动摩擦，大大减小摩擦阻力；特点：丝杠（螺母）旋转，滚珠在封闭滚道内沿滚道滚动、迫使螺母（丝杠）轴向移动，从而实现将旋转运动变换成直线运动。与普通丝杆螺母副相比，滚柱丝杆螺母副。 优点：传动效率高，摩擦损失小；运动平稳无爬行；传动精度高，反向时无空程；磨损小，精度保持性好，使用寿命长；具有运动的可逆性。 滚柱丝杆的缺点：结构复杂，元件的加工精度和表面质量要求高，制造成本高；不能自锁，必须增加制动装置。 结构类型：（1）外循环：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触。外循环特点：结构简单；工艺性好；承载能力较高；径向尺寸较大。内循环：始终与丝杠保持接触。安装反向器接通相邻滚道，使滚珠成单圈循环。特点：结构紧凑；刚性好；滚柱流通性好；摩擦损失小；制造较困难；适用于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用于重载传动中。 71滚柱丝杆副的预紧？通过改变两个螺母的相对位置，使每个螺母中的滚柱分别接触丝杆滚道的左右两个侧面来实现的。通过预紧可以消除滚柱丝杆螺母副的轴向间隙和提高轴向刚度。常用的预紧方式：双螺母垫片预紧 调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移，该形式结构简单，调整方便，应用广，但仅适用于一般精度机构；双螺母螺纹式预紧通过圆螺母调整，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧螺母锁紧，结构紧凑，调整方便。但调整精度较差，且易于松动；单螺母变导程自预紧将螺母的内螺纹滚道在中部的一圈上产生一个L0的导程突变量，从而使左右端的滚珠在装配后产生轴向错位来实现预紧。 72滚柱丝杆副的支承方式？（1）一端固定、一端自由：固定端采用两个向心推力球轴承使支承在径向和轴向均有限制。安装方式结构简单，但轴向刚度较小，只适用于丝杆较短以及垂直安装的滚柱丝杆。（2）两端简支：两端安装的轴承均为向心球轴承。轴向刚度小，只适用于对刚度和位移精度要求不高的场合。对丝杆热变形较为敏感（3）一端固定，一端简支：一端装两个向心推力球轴承固定，另一端装向心球轴承支承。结构稍为复杂，但轴向刚度大，适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。（4）两端固定：两端均安装两个向心推力球轴承固定，并经调整预紧，因而轴向刚度很大。丝杆热变形可转化为轴承的预紧力。适用于对刚度和位移精度要求高的场合，但结构复杂。 73齿轮传动副的消隙措施？（1）刚性调整法：调整后不能自动补偿，对齿轮齿厚和周节公差应有严格要求；方法结构较简单，较好传动刚度，但调整较费时（2）柔性调整法：采用调整弹簧弹力消除齿侧间隙，调整之后齿侧间隙仍可自动补偿。调整结构较复杂，传动刚度低，传动平稳性差 74 蜗杆涡轮传动的消隙措施？（1）采用双导程蜗杆结构（2）有阿基米德蜗杆或法向直廓蜗杆。（3）与普通蜗杆区别：左右两侧面具有不同的齿距（导程），其同一侧的齿距仍是相等的。（4）调整准确、方便可靠，但蜗杆的加工较为复杂。 75传感器？（1）传感器件：将一种物理量转换为另一种物理量的装置（2）位置传感器件：将位移量转换成电信号输出，是数控机床位置伺服系统的重要组成部分。（3）如果没有位置传感器件，就无法实现闭环数字控制，因此它直接影响数控机床的各种精度指标。 传感器的作用：检测位移（线位移或角位移）和速度，发送反馈信号至数控装置，构成伺服系统闭环或半闭环控制，使工作台按指令路径精确地移动。 76角位移传感器？检测装置测量的回转运动只是中间值，再由它推算出与之关联的移动部件的直线位移。优点：使用可靠方便，无长度限制，缺点：检测信号中加入了直线运动转变为旋转运动的传动链误差，影响检测精度。为提高定位精度，常需要对机床的传动误差进行补偿。 77直线位移传感器？直线位移传感器可以与工作台一起移动，并且只有工作台移动时它才移动，用于测量工作台的位移。特点：直线位移传感器比角位移传感器的测量精度高，但直线位移传感器比较长，价格比较昂贵，一般装在工作台的侧面。特别选择传感器的材料，采取一些保护措施以避免油雾、冷却液和切屑等的污染。 78精度和分辨率？精度和分辨率是描述传感器性能的重要指标；传感器测量精度：可以一致的、重复测出的最小单位；分辨率：传感器能辨别的一个物理量等分后的最小单位；无论直线或角位移传感器，都指其测量工作台位移的精度，而不是传感器分辨率；测量的精度并非工件的加工精度，工件的加工精度受很多因素的影响。 79光栅位移传感器？基于莫尔条纹和光电效应将位移信号转变为电信号。功能主要由光栅光学系统、相应的机械结构以及初级信号处理与驱动电路来完成。包括主光栅和光栅读数头两部分。优点：高分辨率、大量程、抗干扰能力强、宜于实现动态测量、自动测量及数字显示等特点。缺点：成本比感应同步器、磁栅高，制造量程大于1m的光栅尺尚有困难 80光栅传感器的结构？由长光栅和光栅读数头构成，其中光栅读数头由光源、指示光栅及光学系统、光电元件等组成。光栅副：由栅距相等的主光栅和指示光栅组成。光电接收元件：将由光栅副形成的莫尔条纹的明暗强弱变化转换为电量输出，一般采用光电池或光敏三极管。直线光栅通常包括一长和一短两块配套使用，其中长的称为标尺光栅或长光栅，一般固定在机床移动部件上，要求与行程等长。短的为指示光栅或短光栅，装在机床固定部件上。两光栅尺是刻有均匀密集线纹的透明玻璃片，线纹密度为25、50、100、250条/mm等。线纹之间距离相等，该间距称为栅距，测量时它们相互平行放置，并保持0.050.1mm的间隙。 81光栅传感器的信号处理技术？标尺光栅移动，莫尔条纹交替由亮带到暗带、暗带到亮带，光强度分布近似余弦曲线，光电元件变为同频率电压信号，经光栅位移数字变换电路放大、整形、微分输出脉冲。每产生一个脉冲，代表移动了一个栅距，对脉冲计数可得工作台的移动距离。 82如何提高光栅检测装置的精度? 增加线纹密度，但制造较困难，成本高。采用倍频的方法来提高光栅的分辨精度。在莫尔条纹的宽度内，放置四个光电元件，每隔1/4光栅栅距产生一个脉冲，一个脉冲代表移动了1/4栅距的位移，分辨精度可提高四倍，这就是四倍频方案。 83光栅传感器的安装及注意事项？（1）一般将主尺安装在机床或设备的动板（工作台）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上；也可将读数头固定在动板上，而主尺安装在床身上。（2）光栅传感器对安装基面的要求较高，平行度要求0.1mm（3）安装方向（4）使用注意事项 84脉冲发生器？旋转式测量元件，装在被测轴上；二进制、二进制循环码（格雷码）、余三码和二一十进制码等编码器；输出信号的形式：绝对值式编码器、脉冲增量式编码器；内部结构和检测方式：接触式、光电式、电磁式。 安装方式：1、和伺服电机同轴联接，编码器在进给传动链前端；安装方便。2、连在滚珠丝杠末端，包含的传动链误差比前者多，位置控制精度较高。 85感应同步器和旋转变压器均为电磁式检测装置，模拟式测量，二者工作原理相同。种类：直线式、旋转式（圆盘式）。直线式：定尺、滑尺，测直线位移，全闭环伺服系统。旋转式：定子、转子，测角位移，半闭环伺服系统。工作原理与直线式相同，不同的是定子（相当于定尺）、转子（相当于滑尺）及绕组形状不同，结构上分：圆形、扇形。 86感应同步器数字位置测量系统？主要性能指标：（1）精度：整个测量范围内作静态测量时的显示值与被测实际位置的最大可能偏离量，用正负误差来表示。（2）分辨率：系统反应的最小位置变化量。分辨率通常小于等于精度。它与脉冲当量或最低位显示数字一致。（3）跟踪速度：增量型测量系统存在最大跟踪速度。当机械运动速度大于最大跟踪速度时，增量脉冲根不上机械位置增量，就会发生丢节距而不能正常工作地情况（4）稳定性和可靠性（5）抗干扰能力 87机床动力源根据用途可分为三种类型？（1）提供切削速度的主轴驱动动力源：为主轴提供能量和较高的速度；（2）进给驱动动力源：功率要小得多，进给速度比切削运动慢很多，但是进给驱动动力源的控制精度和响应速度必须很高；（3）辅助运动驱动动力源：只需要进行开/关控制。 88伺服驱动系统的作用？接受CNC装置发出的位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、步进电机等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。 89数控机床对进给伺服系统的要求有？1高精度（输出量能复现输入量的精确程度）2稳定性好（抗干扰能力）3响应速度快（系统跟踪精度）4电