数控技术双数

中国石油大学（北京）远程教育学院期末考试《数控技术》学习中心：___姓名：__学号：_B卷：学号尾号为双号的答B卷1、简答题1）、什么是插补？脉冲增量插补和数据采样插补有何区别？（教材p22）答：所谓插补是指数据密化的过程。在对数控系统输入有限坐标点（例如起点、终点）的情况下，计算机根据线段的特征（直线、圆弧、椭圆等），运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，即所谓数据密化，从而自动地对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，以满足加工精度的要求。根据插补运算所采用的基本原理和计算方法的不同，通常将目前应用的插补算法分为脉冲增量插补和数据采样插补两大类。脉冲增量插补，适用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。其特点是：每次插补结束后产生一个行程增量，并以脉冲的方式输出到坐标轴上的步进电机。单个脉冲使坐标轴产生的移动量叫脉冲当量，一般用δ来表示。其中逐点比较插补法和数字积分插补法得到了广泛的应用，下面介绍逐点比较插补法的原理。数据采样插补的特点是插补运算分两步进行，首先为粗插补，即在给定起点和终点的曲线用若干微小直线段来逼近给定曲线，每一微小直线段的长度ΔL相等。每一微小直线段的长度ΔL与进给速度F和插补周期T成正比，即ΔL=FT。第二步为精插补，它在粗插补计算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化”工作。这一步相当于对直线的脉冲增量插补。2）、数控机床的位置控制系统有什么作用？比较鉴相式和鉴幅式位控系统在控制原理和结构组成上的不同。（教材p86-p89）答：位置控制系统的作用：控制机床刀具或工作台精确移动，达到改变工件形状，加工出合格产品的目的。数控机床的位置控制系统是用来实现数控机床的主要功能的，没有位置控制系统，数控机床就变成普通机床，鉴相式伺服系统是数控机床中使用较多的一种位置控制系统，它是采用相位比较方式实现闭环（及半闭环）控制的伺服系统。鉴相式伺服系统具有工作可靠、抗干扰性强、精度高等优点，但由于增加了位置检测、反馈、比较等元件，与步进式伺服系统相比，它的结构比较复杂，调试也比较困难。鉴相式伺服系统的组成图3.20所示是鉴相式伺服系统方框图，它主要由基准信号发生器、脉冲调相器、检测元件及信号处理线路、鉴相器、驱动线路和执行元件等组成。鉴相式伺服系统的工作原理鉴相式伺服系统利用相位比较的原理进行工作。当数控机床的数控装置要求工作台沿一个方向进给时，插补器或插补软件便产生一系列进给脉冲。该进给脉冲作为指令脉冲，其数量代表了工作台的指令进给量，其频率代表了工作台的进给速度，其方向代表了工作台的进给方向。鉴幅式伺服系统是以位置检测信号的幅值大小来反映机械位移的数值，并以此作为位置反馈信号与指令信号进行比较构成的闭环控制系统。它与鉴相式伺服系统的主要区别有两点：一是它的测量元件是以鉴幅式工作状态进行工作的，因此，可用于鉴幅式伺服系统的测量元件有旋转变压器和感应同步器；二是比较器所比较的是数字脉冲量，而与之对应的鉴相式伺服系统的鉴相器所比较的是相位信号，故在鉴幅式伺服系统中，不需要基准信号，两数字脉冲量可直接在比较器中进行脉冲数量的比较。鉴幅式伺服系统的组成该系统由测量元件及信号处理线路、数模转换器、比较器、放大环节和执行元件五部分组成鉴幅式伺服系统的工作原理进入比较器的信号有两路，一路来自数控装置插补器或插补软件的进给脉冲，它代表了数控装置要求机床工作台移动的位移；另一路来自测量元件及信号处理线路，也是以数字脉冲形式出现，它代表了工作台实际移动的距离。鉴幅系统工作前，数控装置和测量元件及信号处理线路都没有脉冲输出，比较器的输出为零，这时，执行元件不带动工作台移动。出现进给脉冲信号之后，比较器的输出不再为零，执行元件开始带动工作台移动，同时以鉴幅式工作的测量元件又将工作台的位移检测出来，经信号处理线路转换成相应的数字脉冲信号，该数字脉冲信号作为反馈信号进入比较器与进给脉冲进行比较。若两者相等，比较器的输出为零，说明工作台实际移动的距离等于指令信号要求工作台移动的距离，执行元件停止带动工作台移动；若两者不相等，说明工作台实际移动的距离不等于指令信号要求工作台移动的距离，执行元件继续带动工作台移动，直到比较器输出为零时为止。3）、数控机床的自动换刀装置有哪些形式？比较它们在应用领域、换刀时间、容纳刀具数、刀具选择方式上的不同。（教材p93-p96）答：1、自动回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。根据不同的机床要求，可设计成四方刀架、六角刀架、盘形回转刀架等，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。2、转塔头式换刀装置转塔头式换刀装置是带有旋转刀具的数控机床上常用的一种换刀装置，这种换刀装置的转塔头上装有多个主轴，每个主轴上装一把刀具，加工中，通过转塔头自动转位实现自动换刀。3、带刀库的自动换刀装置回转刀架、转塔头式换刀装置容纳的刀具数量不能太多，不能满足复杂零件的加工需要，因此，目前多工序数控机床（加工中心）多采用带刀库的自动换刀装置。这种自动换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换装置及刀具在主轴上的自动松夹机构等四部分组成。4）、数控编程的内容有哪些？请分别予以说明。（教材p50-p51）答：（1）分析零件图样，确定工艺过程包括确定加工方案，选择合适机床，刀具及夹具，确定合理的进给路线及切削用量。（2） 数学处理包括建立工件的几何模型计算加工过程中刀具相对工件的运动轨迹，总之数学处理的最终目的是为了获得编程所需要的所有相关位置坐标数据。（3） 编写程序单按照数控装置规定的指令和程序格式编写工件的加工程序单。2、论述题通过自主调研，以“虚拟制造”为主题，阐明其概念、研究背景、研究内容及研究难点。答:（一）虚拟制造概念虚拟制造((VirtualManufacturing，简称VM)当前一般的定义是:虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能训一算机及高速网络的支持下，在训一算机上群组协同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。由此可见，虚拟制造通过计算机虚拟制造环境来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方而可能存在的问题，从而提高了人们的预测和决策水平，它为工程师们提供了从产品概论的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段。（二）虚拟制造研究背景在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的新形势下，世界市场由过去传统的相对稳定逐步演变成动态多变的特征，由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争；同行业之间、跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈，因此，制造业的经营战略发生了很大变化，TQCS成为现代制造企业适应市场需求、提高竞争力的关键因素。即以最快的上市速度(T—TimetoMarket)、最好的质量(Q—Quality)、最低的成本(C—Cost)、最优的服务(S—Service)来满足不同顾客的需求。

与此同时，信息技术取得了迅速发展，特别是计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们意想不到的进步。进入九十年代以来，技术更新的速度明显加快，新兴知识转化成生产力推动力量的时间间隔越来越短。如何利用新技术所提供的机遇，抓住用户需求，以最短的时间开发出用户能够接受的产品，已成为市场竞争的焦点。

多年来的实践证明，将信息技术应用于制造业，进行传统制造业的改造，是现代制造业发展的必由之路。自70年代以来，CAD技术是众多计算机应用技术中推广应用最为深入和最为广泛的专业应用领域之一，特别在制造业中的影响力更为突出。80年代初，以信息集成为核心的计算机集成制造系统（CIMS，ComputerIntegratedManufacturingSystem）开始得到实施；80年代末，以过程集成为核心的并行工程（CE，ConcurrentEngineering）技术进一步提高了制造水平；进入90年代，先进制造技术进一步向更高水平发展，出现了虚拟制造、精益生产（LP，LeanProduction）、敏捷制造（AM，AgileManufacturing）、虚拟企业（VE，VirtualEnterprise）等新概念。

尽管各种新的制造概念的侧重点不同，但都无一例外地强调了充分利用现代信息技术的成果。但是，当人们试图利用信息技术工具解决制造系统的问题时，必然会遇到制造系统和信息系统之间的“语义鸿沟”（Semanticgap）。也就是说，必须解决如何用信息工具描述制造系统、处理制造活动，如何在信息世界完整地再现真实的制造系统等等。

虚拟制造是沟通信息系统与制造系统的桥梁，为沟通信息技术与制造系统间的“语义鸿沟”提供了有效的工具和环境，它能够提供给我们有效的制造系统及制造活动信息化方法，使制造系统的产品及其制造过程数字化，以便计算机系统处理。

因此，在这些诸多新概念中，“虚拟制造”引起了人们的广泛关注，不仅在科技界，而且在企业界，已经成为研究和应用的热点之一。（三）虚拟制造的研究内容及难点虚拟制造技术的研究内容是极为广泛的，除了虚拟现实技术涉及的共同性技术外，虚拟制造领域本身的主要研究内容有:虚拟制造的理论体系;设计信息和生产过程的三维可视化;虚拟环境下系统全局最优决策理论和技术;虚拟制造系统的开放式体系结构;虚拟产品的装配仿真;虚拟环境中及虚拟制造过程中的人机协同作业等。在我国，由于受三维建模技术、仿真技术等因素的约束，对虚拟制造的研究起步较晚，但近几年发展迅速，一批科研院校和研究所纷纷加入到虚拟制造的研究队伍中来。国内最早的虚拟制造研究机构之一的清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室在综合目前国内外关于虚拟制造的研究成果的基础上，提出了一个虚拟制造体系结构，即基于产品数据管