1、 数控原理题目班级：04501 姓名：彭林 学号：47 一、简答题：1.数控机床的系统组成及其功能？答：一、数控加工的过程 利用数控机床完成零件数控加工的过程如图 l-1 所示主要内容包括如下 根据零件加工图样进行工艺分析，确定加 l 方案、工艺参数和位移数据， 用规定的程序代码和格式编写零件加上程序单：或用自动编程软件，进行 CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。 程序的输人或传输。由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作，面板输入；由编程软件生成的程序，通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单儿（MCU）。 将输人传输到数控单元的加 1 程序，进行试运行、刀具路径模拟等
2、 通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。 二、数控机床的组成及其功能 数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成 控制介质 控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中全部信息。 数控系统数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人输出接口等组成。主控制系统主要由 CPU 、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制
3、两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器 PI 尤来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。 伺服系统 伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功
4、率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。 强电控制柜 强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在 PLC 的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用，控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成它与一般普通机床的电气类似，但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件
5、中均必须并接 RC 阻容吸收器；对各种检测信号的输人均要求用屏蔽电缆连接。 2.数控机床的加工对象？答：一、采用数控机床加工的优势及特点 可以加工具有复杂型面的工件 数控机床的刀具运动轨迹是由加工程序决定的，因此只要能编制出程序，无论工件的型面多么复杂都能加工。例如采用 5 轴联动的数控机床，就能加工螺旋桨的复杂空间曲面。 加工精度高，尺寸一致性好 数控机床本身的精度都比较高，一般数控机床的定位精度为士。 01mm ，重复定位精度为士。 o05mm ，在加工过程中操作人员不参与操作，因此工件的加工精度全部由机床保证，消除了操作者的人为误差。因而加工出来的工件精度高、尺寸一致性好、质量稳定。 生
6、产效率高 数控机床的主轴转速、进给速度和快速定位速度高，通过合理选择切削参数，充分发挥刀具的切削性能，减少切削时间，不仅能保证高精度，而且加工过程稳定；不需要在加工过程中进行中间测量，就能连续完成整个加工过程，减少了辅助动作时间和停机时间。因此，数控机床的生产效率高。 可以减轻工人劳动强度实现一人多机操作 一般数控机床加工出第一个合格工件后，工人只需要进行工件的装卡和启动机床，因此减轻了工人的劳动强度。现在的数控机床可靠胜高，保护功能齐全，并且数控系统有自诊断和自停机功能，因此当一个工件的加工时间超出工件的装卡时间时，就能实现一人多机操作。 虽然数控机床一次投资及日常维护保养费用较普通机床高很
7、多，但是如能充分发挥数控机床的优越性能，将会带来很高的经济效益。这些效益不仅表现为生产效率高、加工质量好、废品少，使用数控机床还能带来减少工装和量刃具、缩短生产周期、缩短新产品试制周期等优势，从而为企业带来明显的经济效益。 可以精确计算成本和安排生产进度在数控机床上，加工所需要的时间是可以预计的，并且相同工件所用时，间基本一致，因而工时和工时费用可以精确估计。这有利于精确编制生产进度表，有利于均衡生产和取得更高的预计产量。 数控加工是 CAD / CAM 技术和先进制造技术的基础 二、 数控机床的适用范围根据数控机床加工的特点可以看出，最适合于数控加工的零件包括 多品种、小批量生产的零件或新产
8、品试制中的零件； 几何形状复杂的零件； 加工过程中必须进行多工序加工的零件； 用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件； 必须严格控制公差，对精度要求高的零件； 工艺设计需多次改型的零件； 价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件； 需要最短生产周期的零件； 由此可见，数控机床和普通机床都有各自的应用范围，如图1-12 所示图中横轴是工件的复杂程度，纵轴是每批的生产件数。由图可以看出，数控机床的使用范围很广。5.数控机床技术常用术语？答：1）计算机数值控制 （Computerized Numerical Control, CNC） 用计算机控制加工功能，实现数值控制。2）轴（A
9、xis）机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。3）机床坐标系（ Machine Coordinate Systern ）固定于机床上，以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。4）机床坐标原点（ Machine Coordinate Origin ）机床坐标系的原点。5）工件坐标系（ Workpiece Coordinate System ）固定于工件上的笛卡尔坐标系。6）工件坐标原点（ Wrok-piexe Coordinate Origin）工件坐标系原点。7）机床零点（ Machine zero ）由机床制造商规定的机床原点。8）参考位置（ Reference Position ）机
10、床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点，它可以用机床坐标原点为参考基准。9）绝对尺寸（Absolute Dimension)绝对坐标值（Absolute Coordinates）距一坐标系原点的直线距离或角度。10）增量尺寸（ Incremental Dimension ) 增量坐标值（Incremental Coordinates）在一序列点的增量中，各点距前一点的距离或角度值。11）最小输人增量（Least Input Increment） 在加工程序中可以输人的最小增量单位 12）命令增量（Least command Increment）从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。13
11、）插补 （InterPolation）在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数（例如：直线，圆弧或高阶函数）确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。14）直线插补（Llne Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，两点间的插补沿着直线的点群来逼近，沿此直线控制刀具的运动。15）圆弧插补（Circula : Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。16）顺时针圆弧（Clockwise Arc）刀具参考点围绕轨迹中心，按负角度方向旋转所形成的轨迹方向旋转所形成
12、的轨迹17）逆时针圆弧（Counterclockwise Arc）刀具参考点围绕轨迹中心，按正角度方向旋转所形成的轨迹。18）手工零件编程（Manual Part Prograrnmiog）手工进行零件加工程序的编制。 19）计算机零件编程（Cornputer Part prograrnrnlng）用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。20）绝对编程（Absolute Prograrnming）用表示绝对尺寸的控制字进行编程。21）增量编程（Increment programming）用表示增量尺寸的控制字进行编程。22）宇符（Character）用于表示一组织
13、或控制数据的一组元素符号。23）控制字符（Control Character）出现于特定的信息文本中，表示某一控制功能的字符。 24）地址（Address）一个控制字开始的字符或一组字符，用以辨认其后的数据。25）程序段格式（Block Format）字、字符和数据在一个程序段中的安排。6.当代数控技术的发展特点？答：1广泛地应用微机资源近年来被称为个人计算机（PC）的微型计算机发展很快，大规模集成电路制造技术的高速发速，使得 PC 的硬件结构做得很小。主 CPU 的运行速度越来越高。IPC386 的主频是33MHz，IPC486、586 的主频可达 50120MHz，新近 Intel 奔腾处
14、理器（Pentium），主频已达 450MHz。存储器容量也很大，体积很小，由于是大批量生产，使成本下降，可靠性提高。在软件方面，操作系统的发展，特别是 Windows 的应用，使得 PC 的操作更为简便直观。CAD/CAM 的软件大量地由小型机、工作站向 PC 移植，三维图显示及工艺数据库在 PC 上建立。再加上 PC 的开放性，吸引大量技术人员投入了软件的开发，使得 PC 的软件资源极为丰富。2小型化以满足机电一体化的要求随着微电子技术的发展，大规模集成电路的集成度越来越高，体积越来越小。数控设备厂采用超大规模集成电路并采用表面安装工艺（SMT），实现了三维立体装配，将整个 CNC装置做得
15、很小，以适应机械制造业机电一体化的要求。日本三菱电机株式会社，最近推出的普及型 CNC MELDAS 50 系列及实用型 CNC MELDAS 520A 系列，这两个系列都采用了 32 位 RISC 微处理器，实现超小型化的 CNC 装置，较原来的 M310 及 L3、L3A，体积大为减小（H168mmW76mmD135mm），安装面积减小了一半，功能还有所提高。采用了超薄型显示器（9.5in 的 EL 及 10.4in 的彩色 LCD）。这个系统的微小线段加工能力提升至 64m/min，最大快速进给速度为 240m/min，其同步攻螺纹精度较M310 提高了 3 倍，主轴定位时间缩短了 30
16、%。德国 SIEMENS 公司最新推出的 SINUMERIK 840D 主控组件选用 386DX 或 486DX，具有14 个通道，可实现直线及圆弧插补、螺旋线插补、5 轴螺旋线插补及样条插补、圆柱插补等，共可控制 32 个轴，并有多种校正及补偿功能，体积仅为 50mm316mm207mm。3改善人机接口，方便用户使用为了使操作者能很容易地掌握数控机床的操作，数控设备生产厂努力地改善人机接口，简化编程，尽量采用对话方式，使用户使用方便，如西班牙 FAGOR 公司生产的 FAGOR 8050系列，采用交互式编辑程序指导系统，简化程序的编辑，用简要的表格编辑程序，利用蓝图建立程序。其 8050TC
17、 型数控系统，被称为高档傻瓜式数控系统（FAGOR800 系列 CNC 系统），其操作面板使用了符号键，用户可以根据所需加工零件，选择加工程序，输入图形数据后，即可实现半自动或全自动加工。如果面板上的各种自动操作都没有被选上，则该CNC 系统只显示坐标轴的位置值和主轴转速，操作者可以用摇柄或电子手轮对机床的各个轴进行手动操作，使用极为方便7.数控机床的组成及其功能？答：数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成 控制介质 控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中全部信息。 数控系统数控系统是机床实现
18、自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人输出接口等组成。主控制系统主要由 CPU 、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器 PI 尤来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从
19、而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。 伺服系统 伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作台或刀架运动。 强电控制柜 强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在 PLC 的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用，控制机床辅助装
20、置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成它与一般普通机床的电气类似，但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件中均必须并接 RC 阻容吸收器；对各种检测信号的输人均要求用屏蔽电缆连接。 辅助装置 辅助装置主要包括自动换刀装置 ATC ( Automatlc Tool Changer ）、自动交换工作台机构 APc ( Automatic Pallet changer ）、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、
21、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。 二、论述：1.世界数控技术和机床装备发展趋势浅谈。答： 数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖“数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作
22、过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，如数控机床等。其技术涉及多个领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。一.数控技术及装备的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数字化已是现代发展的大趋势，如：桥式三、五坐标高速数控龙门铣床、龙门移动式五座标 AC
23、 摆角数控龙门铣床、龙门移动式三座标数控龙门铣床等。1.高速化发展新趋势目前高速加工中心进给速度最高可达 80m/min，空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3 小时，在普通铣床加工需 8 小时。由于机构各组件分工的专业化，在专业主轴厂的开发下，主轴高速
24、化日益普及。过去只用于汽车工业高速化的机种（每分钟万转以上的机种），现在已成为必备的机械产品要件。2、精密化加工发展新趋势：由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题。以电脑辅助生产（）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 35m，提高到 11.5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01m)。3、高效能发展新趋势对机床高速及精密化要求的提高导致了对加工工件制造速度的要求提高。同时，由于产品竞激烈，产品生命周期快速缩短，模具的快速加工已成为缩短产品开发时间必须具备的条件。对制造速度
25、的要求致使加工模具的机床朝着高效能专业化机种发展。4.开放化发展新趋势数控机床已逐渐发展成为系统化产品。现在可以用一台电脑控制一条生产线的作业，不但可缩短产品的开发时间，还可以提高产品的加工精度和产品质量。如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性。美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界 3 个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和技术规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在 2000 年也开始进行中国的 ONC 数控系统的规范框架的研究和制定。5.复合化发展新
26、趋势产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术必须不断升级，机床五轴加工、六轴加工已日益普，机床加工的复合化已是不可避免的发展趋势。新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 CNC 系统控制或 CAD/CAM 直接或间接控制。二.世界数控机床产业市场及消费需求1.市场需求发展和格局变化世界装备制造业市场正在向全面信息化的方向迈进，技术发展主要表现为柔性制造系统、
27、计算机集成制造系统的开发与应用，并向制造智能化方向发展。技术发展特征表现为技术的融合化；产品的发展特征表现为高附加值化、智能化和系统化；系统管理的发展特征表现为集成化（包括系统集成、软件集成、技术集成和接口集成）和网络化。市场格局表现为集群化发展趋势，即同种产业或相关产业的企业有机地集聚在一起，通过断创新而赢得竞争优势。在产业集群化中，具有特色的中小企业发挥着重要作用，地理集中的企业、有关机构（大学、商会等）在特定领域内既竞争又合作。以装备制造业为例：英国共有 154 个集群，分布在 18 个地区，覆盖了很宽的部门和技术范围。英国北部的集群倾向于汽车、金属加工等制造业。美国的明尼阿波利斯的医学
28、设备业群，德国的索林根的刀具业群、斯图加特的机床业群、韦热拉的光学仪器群等，都是世界上较为典型的产业集群。我国机床行业正处于高速发展时期，行业总产值和销售收入连续 6 年保持 20%以上的增长，数控机床消费连续 5 年位居世界第一。强劲的市场需求带来了发展机遇，“十一五“期间将是数控机床大发展的时期，国家高度重视和支持发展国产数控机床，制定了数控机床发展规划，出台了相应的扶持政策，到 2010 年国产数控机床占国内市场比重达 50%。近年来，国内机床企业发展迅速。大连机床行业实现整合，成立了大连机床集团并且兼并了英格索尔生产系统公司、西门卖（控股 70%）等国外企业，销售额位居世界机床行业第八。沈阳机床行业通过改制整合，2006 年销售收入快速增长，市场占有率明显提高。北京第一机床厂并购了德国科宝公司，技术水平大幅提升。总之国内数控机床制造商正在拼搏奋起，坚持自主创新精神，实行市场化运行机制，潜心研究、持续改进，我们深信，中国企业完全有能力制造出满足市场需求的高质量标准的数控机床及柔性制造系统。
