《机床数控技术》-许德章 习题及答案 第一章答案

第一章绪论1-1数控机床由哪些部分组成，各有什么作用？答：数控机床一般由数控系统、伺服单元、驱动单元、检测反馈装置和机床本体等组成。其中，数控系统主要由数控装置、控制面板以及通讯接口等组件组成。(1)数控装置。数控装置是数控系统的核心，一般选用专用计算机或通用计算机。数控装置的作用是读取键盘输入的数据和进给驱动单元反馈的位置信息，完成程序编译和运行，输出控制信号和指令；与PLC单元协同工作，实现机床各部件的控制。(2)控制面板。用于显示机床的运行状态和选择工作模式。提供手动进给控制、速度调节以及辅助指令等功能。(3)伺服与驱动单元。由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。接收数控装置的指令，并驱动传动装置和运动部件，实现刀具的运动轨迹。(5)检测反馈装置。包括检测元件和反馈电路，用于检测执行元件（如电动机）的转角和运动部件的位移，并将其转化为电信号反馈给数控系统。(6)机床本体。包括主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台和辅助运动装置等。提供机械结构支撑和动力传递功能。1-2数控系统中的PLC，主要承担什么控制功能？答：主要用于开关量信号的读取和输出控制，如移动部件行程开关、气动或液压系统压力开关（传感器）、控制面板上的按钮等信号读取、控制面板上的指示灯、电磁阀和电磁铁等元件开闭控制等。1-3数控机床的工作流程是什么？答：工作流程如下：(1)编制数控程序。加工零件前，先要根据零件图样将零件加工的全部工艺过程、工艺参数、几何参数及操作步骤等，按规定的代码及程序格式进行编写。(2)输入。主要是把数控程序、控制参数和补偿数据输入到数控装置。(3)译码。译码程序如同翻译，按一定的语法规则将上述信息转化成计算机能够识别的数据格式，并按一定的规则存放在指定的内存专用区域。(4)刀具补偿。数控加工程序通常是按零件轮廓轨迹编写的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心轨迹，因此在加工前必须将零件轮廓变换成刀具中心的轨迹。(5)插补。根据给定速度和给定轮廓的线型，在轮廓起点与终点之间，确定拟合直线段的中间点，即“数据密化”过程。(6)位置控制和切削加工。位置控制的任务是在每个采样周期内，将插补计算出的指令位置与实际反馈位置相比较，用位置差值控制伺服电动机转速。1-4简述在线编程和离线编程的特点和应用场合。答：在线编程是利用数控系统键盘和显示屏在机床上直接创建、编写、修改、调试和保存数控加工程序。主要创建简单的数控加工程序或用于在已有数控加工程序的基础上稍加修改的场合。离线编程是利用数控系统离线编程工具或CAD/CAM工具软件，在台式计算机或便携式计算机上完成数控加工程序的创建、编写、修改、调试和保存，再借助U盘复制到数控系统，或通过USB/网络等途径将数控程序下载到数控系统。1-5数控机床有哪些主要特点？答：(1)加工精度高，产品质量稳定。数控机床设计制造机械部件的精度、刚度和热稳定性均较高。(2)可加工复杂异形零件。微小直线段理论上可以拟合任意复杂的平面曲线，也可完成普通机床难以加工或根本不能加工的复杂异形零件，且加工精度一般不受零件及复杂程度的影响。(3)劳动生产率高。数控机床的主轴转速和进给量范围比普通机床大，良好的结构刚性允许数控机床采用大的切削用量，从而有效地节省了机床占用时间。(4)加工零件的适应性强，灵活性好。当加工零件改变时，数控机床只需要换零件的加工程序，调整刀具参数等操作，无需改变机械部分和控制部分的硬件，就能加工新的零件。(5)工人劳动强度小。加工零件时，不需要从事繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。(6)生产管理水平高。数控机床是机械加工自动化设备，以数控机床为基础建立起来的柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统、智能制造或云制造系统，可实现机械制造集成化、自动化、信息化和智能化。1-6哪些零件适于采用数控机床加工？答：数控机床最适宜加工以下类型的零件：(1)中小批量的零件。(2)需要多次改型设计的零件。(3)加工精度要求高、结构形状复杂的零件，如箱体类，曲线、曲面类零件。(4)难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件，(5)必须在一次装夹中完成铣、镗、铰或攻螺纹等多工序复合加工的零件。(6)加工和检测设备需要组网，构建智能制造系统和云制造系统。1-7什么叫做点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？有何特点及应用？答：点位控制数控机床。刀具在从某一位置移到下一位置的过程中，不考虑其运动轨迹，只要求刀具能最终准确到达目标位置，运动过程中不切屑，各坐标轴之间的运动无任何联系。直线控制数控机床。要保证点与点之间的准确定位，还要控制两个相关点之间的位移速度和路线，轨迹一般是平行于各坐标轴或与坐标轴成一定夹角的直线。轮廓控制数控机床。数控系统能同时控制两个或两个以上的轴，位置及速度不间断的严格控制，运动过程中切削工件，需具备直线和圆弧插补，刀具补偿、机床轴向运动误差补偿、丝杠的螺距误差和齿轮的反向间隙误差补偿等功能，可加工出符合图样要求的复杂形状零件。1-8简述开环、闭环、半闭环控制数控机床的区别。答：开环控制数控机床没有位置检测装置，，无法反馈实际位移值给数控装置和进给伺服单元，控制信号单向传送。通常采用功率步进电机作为执行元件，系统精度受步进电机的步距精度、工作频率和传动机构精度影响，难以实现高精度加工。优点是结构简单、成本低、调试维修方便，适合经济型、中小型数控机床，对精度和速度要求不高。全闭环控制数控系统配置了位置检测装置，能将实际位移反馈给数控装置，并与位置指令值进行比较，通过控制机床的移动速度消除位置差值。该系统具有高定位精度，但系统复杂，调试和维修困难，对检测元件要求高，需要保护措施，购置和使用成本高，适用于大型或精密的数控设备。半闭环控制数控机床与全闭环控制相似，但位置检测装置安装在传动链的旋转部件上，无法直接测量工作台的实际位移，而是通过转角换算得到位移量。相较于全闭环控制系统，精度较低，但结构简单，调整方便，检测元件价格低廉，系统稳定性好，是目前最常用的控制系统之一。1-9列举我国数控系统的主要品牌答：比较典型的有华中数控系统、华兴数控及北京航天数控等。型号有航天Ⅰ型、华中Ⅰ型、华中-2000型等。1-10基于云服务的数控机床，将为数控机床产业带来哪些新变化？答：数控机床总的发展趋势是高速高效、高精度、高可靠性、复合化、开放式、智能化、网络化、云服务和云制造。其中