《機(jī)床數(shù)控技術(shù)》-許德章 習(xí)題及答案匯總 第1-8章

第一章緒論1-1數(shù)控機(jī)床由哪些部分組成，各有什么作用？答：數(shù)控機(jī)床一般由數(shù)控系統(tǒng)、伺服單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)反饋裝置和機(jī)床本體等組成。其中，數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、控制面板以及通訊接口等組件組成。(1)數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，一般選用專用計(jì)算機(jī)或通用計(jì)算機(jī)。數(shù)控裝置的作用是讀取鍵盤輸入的數(shù)據(jù)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元反饋的位置信息，完成程序編譯和運(yùn)行，輸出控制信號(hào)和指令；與PLC單元協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)床各部件的控制。(2)控制面板。用于顯示機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)和選擇工作模式。提供手動(dòng)進(jìn)給控制、速度調(diào)節(jié)以及輔助指令等功能。(3)伺服與驅(qū)動(dòng)單元。由伺服控制電路、功率放大電路和伺服電動(dòng)機(jī)組成。接收數(shù)控裝置的指令，并驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)部件，實(shí)現(xiàn)刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。(5)檢測(cè)反饋裝置。包括檢測(cè)元件和反饋電路，用于檢測(cè)執(zhí)行元件（如電動(dòng)機(jī)）的轉(zhuǎn)角和運(yùn)動(dòng)部件的位移，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給數(shù)控系統(tǒng)。(6)機(jī)床本體。包括主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)和輔助運(yùn)動(dòng)裝置等。提供機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐和動(dòng)力傳遞功能。1-2數(shù)控系統(tǒng)中的PLC，主要承擔(dān)什么控制功能？答：主要用于開(kāi)關(guān)量信號(hào)的讀取和輸出控制，如移動(dòng)部件行程開(kāi)關(guān)、氣動(dòng)或液壓系統(tǒng)壓力開(kāi)關(guān)（傳感器）、控制面板上的按鈕等信號(hào)讀取、控制面板上的指示燈、電磁閥和電磁鐵等元件開(kāi)閉控制等。1-3數(shù)控機(jī)床的工作流程是什么？答：工作流程如下：(1)編制數(shù)控程序。加工零件前，先要根據(jù)零件圖樣將零件加工的全部工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、幾何參數(shù)及操作步驟等，按規(guī)定的代碼及程序格式進(jìn)行編寫。(2)輸入。主要是把數(shù)控程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控裝置。(3)譯碼。譯碼程序如同翻譯，按一定的語(yǔ)法規(guī)則將上述信息轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，并按一定的規(guī)則存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。(4)刀具補(bǔ)償。數(shù)控加工程序通常是按零件輪廓軌跡編寫的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中控制的是刀具中心軌跡，因此在加工前必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。(5)插補(bǔ)。根據(jù)給定速度和給定輪廓的線型，在輪廓起點(diǎn)與終點(diǎn)之間，確定擬合直線段的中間點(diǎn)，即“數(shù)據(jù)密化”過(guò)程。(6)位置控制和切削加工。位置控制的任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的指令位置與實(shí)際反饋位置相比較，用位置差值控制伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。1-4簡(jiǎn)述在線編程和離線編程的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。答：在線編程是利用數(shù)控系統(tǒng)鍵盤和顯示屏在機(jī)床上直接創(chuàng)建、編寫、修改、調(diào)試和保存數(shù)控加工程序。主要?jiǎng)?chuàng)建簡(jiǎn)單的數(shù)控加工程序或用于在已有數(shù)控加工程序的基礎(chǔ)上稍加修改的場(chǎng)合。離線編程是利用數(shù)控系統(tǒng)離線編程工具或CAD/CAM工具軟件，在臺(tái)式計(jì)算機(jī)或便攜式計(jì)算機(jī)上完成數(shù)控加工程序的創(chuàng)建、編寫、修改、調(diào)試和保存，再借助U盤復(fù)制到數(shù)控系統(tǒng)，或通過(guò)USB/網(wǎng)絡(luò)等途徑將數(shù)控程序下載到數(shù)控系統(tǒng)。1-5數(shù)控機(jī)床有哪些主要特點(diǎn)？答：(1)加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)制造機(jī)械部件的精度、剛度和熱穩(wěn)定性均較高。(2)可加工復(fù)雜異形零件。微小直線段理論上可以擬合任意復(fù)雜的平面曲線，也可完成普通機(jī)床難以加工或根本不能加工的復(fù)雜異形零件，且加工精度一般不受零件及復(fù)雜程度的影響。(3)勞動(dòng)生產(chǎn)率高。數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量范圍比普通機(jī)床大，良好的結(jié)構(gòu)剛性允許數(shù)控機(jī)床采用大的切削用量，從而有效地節(jié)省了機(jī)床占用時(shí)間。(4)加工零件的適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性好。當(dāng)加工零件改變時(shí)，數(shù)控機(jī)床只需要換零件的加工程序，調(diào)整刀具參數(shù)等操作，無(wú)需改變機(jī)械部分和控制部分的硬件，就能加工新的零件。(5)工人勞動(dòng)強(qiáng)度小。加工零件時(shí)，不需要從事繁重的重復(fù)性手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度與緊張程度均大為減輕，勞動(dòng)條件也得到相應(yīng)的改善。(6)生產(chǎn)管理水平高。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械加工自動(dòng)化設(shè)備，以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)建立起來(lái)的柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、智能制造或云制造系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造集成化、自動(dòng)化、信息化和智能化。1-6哪些零件適于采用數(shù)控機(jī)床加工？答：數(shù)控機(jī)床最適宜加工以下類型的零件：(1)中小批量的零件。(2)需要多次改型設(shè)計(jì)的零件。(3)加工精度要求高、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的零件，如箱體類，曲線、曲面類零件。(4)難測(cè)量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開(kāi)敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件，(5)必須在一次裝夾中完成銑、鏜、鉸或攻螺紋等多工序復(fù)合加工的零件。(6)加工和檢測(cè)設(shè)備需要組網(wǎng)，構(gòu)建智能制造系統(tǒng)和云制造系統(tǒng)。1-7什么叫做點(diǎn)位控制、直線控制、輪廓控制數(shù)控機(jī)床？有何特點(diǎn)及應(yīng)用？答：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。刀具在從某一位置移到下一位置的過(guò)程中，不考慮其運(yùn)動(dòng)軌跡，只要求刀具能最終準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不切屑，各坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)無(wú)任何聯(lián)系。直線控制數(shù)控機(jī)床。要保證點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位，還要控制兩個(gè)相關(guān)點(diǎn)之間的位移速度和路線，軌跡一般是平行于各坐標(biāo)軸或與坐標(biāo)軸成一定夾角的直線。輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸，位置及速度不間斷的嚴(yán)格控制，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中切削工件，需具備直線和圓弧插補(bǔ)，刀具補(bǔ)償、機(jī)床軸向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、絲杠的螺距誤差和齒輪的反向間隙誤差補(bǔ)償?shù)裙δ?，可加工出符合圖樣要求的復(fù)雜形狀零件。1-8簡(jiǎn)述開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的區(qū)別。答：開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床沒(méi)有位置檢測(cè)裝置，，無(wú)法反饋實(shí)際位移值給數(shù)控裝置和進(jìn)給伺服單元，控制信號(hào)單向傳送。通常采用功率步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，系統(tǒng)精度受步進(jìn)電機(jī)的步距精度、工作頻率和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)精度影響，難以實(shí)現(xiàn)高精度加工。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、調(diào)試維修方便，適合經(jīng)濟(jì)型、中小型數(shù)控機(jī)床，對(duì)精度和速度要求不高。全閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)配置了位置檢測(cè)裝置，能將實(shí)際位移反饋給數(shù)控裝置，并與位置指令值進(jìn)行比較，通過(guò)控制機(jī)床的移動(dòng)速度消除位置差值。該系統(tǒng)具有高定位精度，但系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)試和維修困難，對(duì)檢測(cè)元件要求高，需要保護(hù)措施，購(gòu)置和使用成本高，適用于大型或精密的數(shù)控設(shè)備。半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床與全閉環(huán)控制相似，但位置檢測(cè)裝置安裝在傳動(dòng)鏈的旋轉(zhuǎn)部件上，無(wú)法直接測(cè)量工作臺(tái)的實(shí)際位移，而是通過(guò)轉(zhuǎn)角換算得到位移量。相較于全閉環(huán)控制系統(tǒng)，精度較低，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，檢測(cè)元件價(jià)格低廉，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，是目前最常用的控制系統(tǒng)之一。1-9列舉我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的主要品牌答：比較典型的有華中數(shù)控系統(tǒng)、華興數(shù)控及北京航天數(shù)控等。型號(hào)有航天Ⅰ型、華中Ⅰ型、華中-2000型等。1-10基于云服務(wù)的數(shù)控機(jī)床，將為數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)帶來(lái)哪些新變化？答：數(shù)控機(jī)床總的發(fā)展趨勢(shì)是高速高效、高精度、高可靠性、復(fù)合化、開(kāi)放式、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、云服務(wù)和云制造。其中云服務(wù)主要包括加工數(shù)據(jù)分析、數(shù)控機(jī)床故障診斷、生產(chǎn)流程優(yōu)化、數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)等內(nèi)容，可提供更多功能，完成設(shè)備從生產(chǎn)到維護(hù)保養(yǎng)，以及改造優(yōu)化的全生命周期管理，打造面向生產(chǎn)制造企業(yè)、機(jī)床廠商、數(shù)控廠商的數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)。延伸了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的價(jià)值鏈，從以賣數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品為主，演化成以增值服務(wù)為主。第二章數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)2-1簡(jiǎn)述數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)。答：(1)工藝內(nèi)容復(fù)雜具體。數(shù)控加工前，先要將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、零件幾何信息及工藝信息、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等編入程序。必須事先進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和內(nèi)容安排。在工藝處理過(guò)程中，必須注意到加工過(guò)程中的每個(gè)細(xì)節(jié)，能夠做到全面考慮零件加工的全過(guò)程，可正確合理的編制零件的加工程序。(2)工序內(nèi)容組合集中。工件一次安裝中可完成多種加工方法和由粗到精的全過(guò)程，以及在工作臺(tái)上裝夾幾個(gè)相同或相似的工件進(jìn)行加工。采用工序集中易于保證表面間位置精度，并能減少工序間運(yùn)輸量，縮短生產(chǎn)周期，簡(jiǎn)化生產(chǎn)計(jì)劃。(3)難加工零件工藝不同于傳統(tǒng)方法。對(duì)于復(fù)雜表面、特殊表面或有特殊要求的表面，如曲線、曲面加工。采用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)自動(dòng)控制方法加工，加工精度高，且不受產(chǎn)品形狀及其復(fù)雜程度的影響，自動(dòng)化加工消除了人為誤差，使同批產(chǎn)品加工質(zhì)量更穩(wěn)定。2-2數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容及步驟有哪些？答：(1)數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇。選擇適合在數(shù)控機(jī)床上加工的零件和工藝內(nèi)容。(2)數(shù)控加工方法的選擇。根據(jù)零件類別和加工表面特征，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有裝備情況和加工能力，選擇加工方法。(3)數(shù)控加工工藝性分析。進(jìn)行零件圖樣和結(jié)構(gòu)工藝性分析，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，確定零件的加工方案。(4)數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)。包括工序的劃分與內(nèi)容的確定、加工順序的安排、數(shù)控加工工序與傳統(tǒng)加工工序的銜接等。(5)數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)。包括工步的劃分與走刀路線的確定、零件的裝夾方案與夾具的選擇、刀具的選擇、切削用量的確定等。(6)數(shù)控加工工藝文件編制。包括數(shù)控編程任務(wù)書、數(shù)控機(jī)床調(diào)整單、數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工走刀路線圖、數(shù)控加工刀具卡片、數(shù)控加工程序單等。2-3數(shù)控加工工藝文件有哪些，在指導(dǎo)數(shù)控加工過(guò)程中各有何作用？答：(1)數(shù)控編程任務(wù)書。闡明了工藝人員對(duì)數(shù)控加工工序的技術(shù)要求和工序說(shuō)明，以及數(shù)控加工前應(yīng)保證的加工余量。(2)數(shù)控機(jī)床調(diào)整單。表示所用夾具名稱和編號(hào)，工件定位和夾緊方法，工件原點(diǎn)設(shè)置位置和坐標(biāo)方向，并記有機(jī)床控制面板上“開(kāi)關(guān)”的位置和應(yīng)輸入的數(shù)據(jù)等。(3)數(shù)控加工工序卡片。作為主要指導(dǎo)性工藝文件，與傳統(tǒng)加工工序卡片區(qū)別在于工序簡(jiǎn)圖中應(yīng)注明工件原點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)，要進(jìn)行簡(jiǎn)要編程說(shuō)明及切削參數(shù)的選擇。(4)數(shù)控加工走刀路線圖。主要反映加工過(guò)程中刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。(5)數(shù)控加工刀具卡片。是組裝刀具和調(diào)整刀具的依據(jù)，主要包括刀具編號(hào)、刀具結(jié)構(gòu)、尾柄規(guī)格、組合件名稱代號(hào)、刀片型號(hào)和材料等信息。(6)數(shù)控加工程序單。編程人員根據(jù)工藝分析情況，經(jīng)過(guò)數(shù)值計(jì)算，按照機(jī)床指令代碼編制的用于控制機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)程序代碼；是記錄數(shù)控加工工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)的清單。2-4數(shù)控加工工序的劃分方法有哪些，加工順序的安排原則有哪些？答：為提高生產(chǎn)率，減少換刀次數(shù)與空行程，加工路線應(yīng)盡量短。根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn)，工序的劃分方法有：按零件裝夾方式劃分、按所用刀具劃分、按零件加工表面劃分、按加工部位劃分以及按精、精加工劃分。加工順序的安排遵循的原則的：先粗后精、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉和基面先行。2-5簡(jiǎn)述刀位點(diǎn)、對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)的概念及它們之間的區(qū)別。答：刀位點(diǎn)是刀具上用來(lái)表示其在機(jī)床上的位置，是對(duì)刀與加工的基準(zhǔn)點(diǎn)。對(duì)刀點(diǎn)是確定刀具與工件相對(duì)位置的基準(zhǔn)點(diǎn)，往往選擇工件原點(diǎn)為對(duì)刀點(diǎn)。換刀點(diǎn)機(jī)床上刀架或工作臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀的位置，需要注意的是換刀點(diǎn)要設(shè)在工件外面，換刀時(shí)不能與工件、機(jī)床或夾具發(fā)生碰撞。2-6數(shù)控銑削進(jìn)給路線的確定總體上有哪些原則？答：走刀路線是刀具在整個(gè)加工工序中的運(yùn)動(dòng)軌跡，不但包括了工步的內(nèi)容，也反映出工步順序，是編寫程序的依據(jù)之一，總體上有以下原則：（1）應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。（2）應(yīng)盡量縮短走刀路線，減少刀具空程移動(dòng)時(shí)間。（3）最終輪廓盡量一次進(jìn)給完成。（4）選擇使工件在加工后變形小的路線。（5）應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，程序段數(shù)量少，以減少編程工作量。2-7編制如圖2-1a所示軸類零件的數(shù)控車削加工工藝（毛坯為45號(hào)鋼棒料）。答：(1)零件工藝性分析：該零件由外圓柱面和圓弧等組成，零件尺寸標(biāo)注完整符合數(shù)控加工尺寸標(biāo)注要求，零件材料為45鋼切削加工性能好，無(wú)熱處理和硬度要求。(2)確定裝夾方案：確定坯件軸線和左端大端面為定位基準(zhǔn)，左端采用三爪卡盤定心加緊。(3)確定加工順序及進(jìn)給路線：遵循由粗到精，由近到遠(yuǎn)（由右到左）的原則，從右到左進(jìn)行粗加工-精加工-加工凹圓弧，加工退刀槽，車削螺紋，倒角。(4)走刀路線的確定。沿徑向進(jìn)刀、軸向走刀路線加工。設(shè)置起刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)，采用x、z坐標(biāo)軸雙向同時(shí)“回零”，采用矩形循環(huán)走刀路線(5)刀具的選用：選擇材料為硬質(zhì)合金鋼的刀具，刀具包括外圓車刀、切槽刀、左偏刀、右偏刀、外螺紋車刀。確定對(duì)刀點(diǎn)，換刀點(diǎn)，起刀點(diǎn)。(6)確定切削用量：根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書給定的允許范圍內(nèi)選取切削用量，包括背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度或進(jìn)給量。(7)螺紋加工工藝處理：軸向進(jìn)給設(shè)置適當(dāng)?shù)目盏秾?dǎo)入量和空刀退出量，根據(jù)螺距確定走刀次數(shù)和背吃刀量，按機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)說(shuō)明書中規(guī)定的數(shù)值選用主軸轉(zhuǎn)速。(8)數(shù)控加工工藝文件編制。包括數(shù)控編程任務(wù)書、數(shù)控機(jī)床調(diào)整單、數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工走刀路線圖、數(shù)控加工刀具卡片、數(shù)控加工程序單等。2-8加工如圖2-42所示的具有三個(gè)臺(tái)階的槽腔零件，試編制槽腔的數(shù)控銑削加工工藝（其余表面已加工）。圖2-42槽腔零件數(shù)控加工工藝答：(1)零件工藝性分析：該零件為具有三個(gè)臺(tái)階的槽腔零件，零件尺寸標(biāo)注完整符合數(shù)控加工尺寸標(biāo)注要求，零件材料為鋁合金，銑削加工性能好，無(wú)熱處理和硬度要求。(2)確定裝夾方案：確定槽腔底面及外輪廓面為定位基準(zhǔn)，采用定位塊夾緊工件。(3)確定加工順序及進(jìn)給路線：遵循由粗到精，由近到遠(yuǎn)（由右到左）的原則，依次加工3-2-1，3個(gè)凹槽。(4)確定走刀路線：先用行切法切去中間部分余量，之后依照3-2-1區(qū)域采用行切法，最后環(huán)切一刀光整輪廓表面。(5)刀具的選用：選用平底立銑刀，刀具圓角半徑為R1.5。確定對(duì)刀點(diǎn)，換刀點(diǎn)，起刀點(diǎn)。(6)確定切削用量：根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書給定的允許范圍內(nèi)選取切削用量，包括背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度或進(jìn)給量。(7)數(shù)控加工工藝文件編制。包括數(shù)控編程任務(wù)書、數(shù)控機(jī)床調(diào)整單、數(shù)控加工工序卡片、數(shù)控加工走刀路線圖、數(shù)控加工刀具卡片、數(shù)控加工程序單等。第三章數(shù)控加工程序編制3-1什么是數(shù)控編程？數(shù)控編程分為哪幾類？手工編程的步驟是什么？答：數(shù)控編程的定義：從零件圖的分析到制成數(shù)控加工程序單的全部過(guò)程稱為數(shù)控程序編制。類別：通常有手工編程和自動(dòng)編程兩類。手工編程步驟：手工編程的步驟包括分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)學(xué)處理、編制數(shù)控程序、輸入數(shù)控系統(tǒng)、程序檢驗(yàn)、首件試切削。3-2數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸與運(yùn)動(dòng)方向是怎樣規(guī)定的？畫出臥式車床和立式銑床的機(jī)床坐標(biāo)系。答：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系采用右手定則的笛卡兒坐標(biāo)系，XYZ為移動(dòng)坐標(biāo)軸，相互垂直，大拇指指向?yàn)閄軸的正方向，食指指向?yàn)閅軸的正方向，中指指向?yàn)閆軸的正方向；確定坐標(biāo)軸時(shí)，一般先確定Z軸，再確定X軸，最后確定Y軸；規(guī)定平等于機(jī)床主軸軸線的刀具運(yùn)動(dòng)作為Z軸，X軸為水平方向且垂直于Z軸，并平行于工件的裝夾平面。Y軸垂直于X、Z坐標(biāo)軸，當(dāng)X、Z軸確定后可根據(jù)右手直角笛卡兒坐標(biāo)系來(lái)確定。兩種機(jī)床坐標(biāo)系畫法如下：(1)臥式車床的機(jī)床坐標(biāo)系：因?yàn)槠洳恍枰龃怪狈较蜻\(yùn)動(dòng)，所以不需要規(guī)定Y軸。(2)立式銑床的機(jī)床坐標(biāo)系：屬于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，若Z軸是垂直的，則面對(duì)刀具（主軸）向立柱方向看，X軸的正方向指向右邊。3-3機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的含義是什么？請(qǐng)闡述它們之間的關(guān)系。答：含義：機(jī)床坐標(biāo)系是數(shù)控機(jī)床安裝調(diào)試時(shí)便設(shè)定好的固定坐標(biāo)系，并設(shè)有固定的坐標(biāo)原點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)。工件坐標(biāo)系是編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝等建立的坐標(biāo)系，其各軸應(yīng)與所使用的數(shù)控機(jī)床相應(yīng)的坐標(biāo)軸平行，正方向一致。兩者關(guān)系：工件安裝到機(jī)床上后，可通過(guò)對(duì)刀來(lái)測(cè)量工件原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)之間的距離，得到工件原點(diǎn)偏置值，并輸入數(shù)控系統(tǒng)，加工時(shí)偏置值會(huì)自動(dòng)加到工件坐標(biāo)系上。3-4什么是程序段？數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)常用的程序段格式是什么？答：程序段含義：由程序段號(hào)和若干個(gè)指令字組成，以“；”結(jié)束；每個(gè)指令字又由字母、符號(hào)（或缺）和數(shù)字組成，是整個(gè)程序的核心。程序段格式：常用的格式是字-地址可變，每個(gè)指令字前有地址（G、X、F、M...），各字的排列順序沒(méi)有嚴(yán)格要求，指令字的位數(shù)可多可少（但不得大于規(guī)定的最大允許位數(shù)），不需要的字以及與上一程序段相同的續(xù)效字可以不寫。3-5準(zhǔn)備功能G指令的模態(tài)和非模態(tài)有什么區(qū)別？答：模態(tài)指令又稱續(xù)效指令，在某一段程序應(yīng)用后可以一起保持有效狀態(tài)，直到撤銷這些指令；非模態(tài)指令是單段有效指令，僅在編入的程序段中有效。3-6試舉例說(shuō)明絕對(duì)值編程和增量值編程的區(qū)別。答：例如刀具需從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，A點(diǎn)坐標(biāo)為X10，Y25，B點(diǎn)坐標(biāo)為X20，Y30。絕對(duì)坐標(biāo)表示：X20，Y30增量坐標(biāo)表示：X10，Y53-7簡(jiǎn)述數(shù)控車床的刀具補(bǔ)償原理，說(shuō)明其補(bǔ)償值的設(shè)定及實(shí)現(xiàn)方法。答：原理：刀具補(bǔ)償可分為刀具位置補(bǔ)償和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償。(1)刀具位置補(bǔ)償：是刀具幾何位置偏移及磨損補(bǔ)償，又稱刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，用來(lái)補(bǔ)償不同刀具之間的刀尖位置偏移。由于刀具幾何尺寸差異及安裝誤差，以某一刀具設(shè)定的工件系無(wú)法適用于所有刀具，所以要對(duì)每把刀具的軸向和徑向偏移量進(jìn)行修正，將刀具磨損或重新安裝時(shí)可將刀尖位置移至對(duì)刀點(diǎn)。(2)刀尖圓弧半徑補(bǔ)償：車刀刀尖也并非尖點(diǎn)，而是半徑較小的圓弧，這時(shí)使用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能，手工輸入刀尖圓弧半徑及刀尖方位號(hào)，無(wú)需修改已經(jīng)編寫好的程序。補(bǔ)償值的設(shè)定：對(duì)于刀具位置補(bǔ)償有X向和Z向，刀尖圓弧半徑補(bǔ)償有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償量R和刀尖方位號(hào)T。實(shí)現(xiàn)方法：由程序中指定的T代碼和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償代碼共同實(shí)現(xiàn)的。T代碼由字母T和其后的4位數(shù)字組成，前兩位數(shù)字為刀具號(hào)，后兩位數(shù)字為刀具補(bǔ)償號(hào)，都有X、Z、R、T參數(shù)。3-8簡(jiǎn)述數(shù)控銑床的刀具補(bǔ)償?shù)哪康募霸?，圖示說(shuō)明刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程。答：數(shù)控銑床的刀具補(bǔ)償分為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償：(1)目的：使刀具在Z向上的實(shí)際位移量比程序給定值增加或減少一個(gè)偏置量。(2)原理：當(dāng)?shù)毒咴陂L(zhǎng)度方向的尺寸發(fā)生變化時(shí)，如刀具磨損或更換刀具等原因引起的刀具長(zhǎng)度尺寸變化時(shí)，在不調(diào)整程序的情況下，通過(guò)改變偏置量，加工出所要求的零件尺寸。刀具半徑補(bǔ)償：(1)目的：加工平面內(nèi)零件輪廓時(shí)，利用刀具半徑補(bǔ)償可確保合適的零件輪廓。(2)原理：加工路線與零件輪廓曲線有一個(gè)刀具半徑值大小的偏移量，編程時(shí)加入刀具半徑的補(bǔ)償指令，可根據(jù)工件輪廓和刀具半徑自動(dòng)計(jì)算出刀具中心軌跡。如下圖所示，刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程如下：(1)讀入OA，判斷是刀補(bǔ)建立。(2)讀入AB，根據(jù)矢量夾角小于90°過(guò)渡方式為插入型。則計(jì)算a，b，c的坐標(biāo)值，輸出線段Oa、ab、bc，作為刀心軌跡，進(jìn)行插補(bǔ)。(3)讀入BC，根據(jù)矢量夾角小于90°過(guò)渡方式為插入型。則計(jì)算d、e的坐標(biāo)值，輸出線段cd、de，作為刀心軌跡，進(jìn)行插補(bǔ)。(4)讀入CD，根據(jù)矢量夾角大于180°過(guò)渡方式為縮短型。則計(jì)算f的坐標(biāo)值，輸出線段ef，作為刀心軌跡，進(jìn)行插補(bǔ)。(5)讀入DE，判斷是刀補(bǔ)撤消，根據(jù)矢量夾角大于90°而小于180°，過(guò)渡方式為伸長(zhǎng)型。則計(jì)算g、h的坐標(biāo)值，輸出線段fg、gh、hE，作為刀心軌跡，進(jìn)行插補(bǔ)。(6)刀具半徑補(bǔ)償處理結(jié)束。3-9圖示說(shuō)明G90、G94與G92循環(huán)指令走刀路徑。答：在數(shù)控加工中，G90、G94和G92是常用的循環(huán)指令，它們可以指定刀具軌跡的走向和加工方式。下面是對(duì)這些指令的圖示說(shuō)明：G90指令：功能：G90指令是絕對(duì)編程指令，指定了以絕對(duì)坐標(biāo)方式進(jìn)行加工。走刀路徑：根據(jù)絕對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行加工，刀具從一個(gè)絕對(duì)位置移動(dòng)到下一個(gè)絕對(duì)位置。示意圖：以外（內(nèi)）徑直線軸向循環(huán)為例。刀具路徑描述：(1)循環(huán)前應(yīng)先將刀具快速定位至起始點(diǎn)。(2)執(zhí)行G90指令后，刀具先在X軸向快速移動(dòng)至欲進(jìn)刀的X(U)坐標(biāo)位置。(3)接著刀具以所指定的F（進(jìn)給速度）的進(jìn)刀速率，朝所指定的X(U)、Z(W)坐標(biāo)位置進(jìn)刀。(4)進(jìn)刀結(jié)束，刀具自動(dòng)快速退回起始點(diǎn)。(5)到起始點(diǎn)后，刀具繼續(xù)以每次所改變的X(U)值一次次重復(fù)路徑。(6)車削到所指定的尺寸，刀具最后停在起點(diǎn)，等待下一次的循環(huán)。G94指令：功能：G94指令是單位時(shí)間進(jìn)給率（每分鐘進(jìn)給）編程指令。走刀路徑：按照給定的進(jìn)給速率進(jìn)行加工，刀具在單位時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離一樣，進(jìn)給速率不受刀具的曲線變化影響。示意圖：以徑向直線軸向循環(huán)。刀具路徑描述：(1)循環(huán)前將刀具快速定位至起始點(diǎn)。(2)執(zhí)行G94后，刀具在Z軸向快速移動(dòng)至欲進(jìn)刀的Z/W坐標(biāo)。(3)以指定的F（進(jìn)給速度），朝所指定的X/U、Z/W坐標(biāo)進(jìn)刀。(4)進(jìn)刀結(jié)束，自動(dòng)快速退回起始點(diǎn)。(5)到起始點(diǎn)后，刀具繼續(xù)以每次改變的Z/W值一次次重復(fù)路徑。(6)車削到所指定尺寸，刀具停在起點(diǎn)，等待下一次的循環(huán)。G92指令：功能：G92指令是設(shè)置工件原點(diǎn)或坐標(biāo)系原點(diǎn)的指令。走刀路徑：在設(shè)定的位置上重新設(shè)置工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，然后以該原點(diǎn)為參考點(diǎn)進(jìn)行加工。示意圖：以直線平行螺紋車削循環(huán)。刀具路徑描述：(1)循環(huán)前將刀具快速定位至起始點(diǎn)。(2)執(zhí)行G92后，刀具先在X軸向快速移動(dòng)至欲進(jìn)刀的X/U坐標(biāo)。(3)刀具以所指定的F（進(jìn)給速度）朝指定的X/U、Z/W坐標(biāo)位置進(jìn)刀。(4)進(jìn)刀結(jié)束，刀具自動(dòng)快速退回起始點(diǎn)。(5)到起始點(diǎn)后，刀具繼續(xù)以每次改變的X/U值（其改變差值為每次進(jìn)刀量）一次次重復(fù)車削路徑。(6)車削到所指定的尺寸，刀具最后停在起點(diǎn)，等待下一次的循環(huán)。3-10孔加工固定循環(huán)的基本組成動(dòng)作有哪些？并用圖示說(shuō)明。答：孔加工固定循環(huán)是由多個(gè)簡(jiǎn)單動(dòng)作組合而成的，一個(gè)固定循環(huán)一般由以下六個(gè)動(dòng)作順序組成，如下圖所示。動(dòng)作1：XY平面內(nèi)快速定位到初始點(diǎn)B。動(dòng)作2：快速移動(dòng)到加工表面上方參考點(diǎn)R。動(dòng)作3：孔加工。動(dòng)作4：孔底動(dòng)作，包括暫停、主軸準(zhǔn)停、刀具偏移等。動(dòng)作5：退回到參考點(diǎn)R。動(dòng)作6：快速返回初始點(diǎn)B。其中，第5、6個(gè)動(dòng)作只能選擇1個(gè)。3-11指出G92、G50與G54～G59指令的區(qū)別。答：G50或G92指令用來(lái)設(shè)定工件坐標(biāo)系。車床使用G50指令，而銑床使用G92指令。G50/G92是非模態(tài)指令，但由該指令建立的工件坐標(biāo)系卻是模態(tài)的，在機(jī)床重開(kāi)機(jī)時(shí)消失。G54～G59指令用來(lái)選取工件坐標(biāo)系。共六個(gè)指令，可設(shè)定六個(gè)不同的工件坐標(biāo)系，適用于多種不同零件間隔重復(fù)批量生產(chǎn)而程序不變，或一個(gè)工作臺(tái)上同時(shí)加工幾個(gè)工件的工件坐標(biāo)系設(shè)定。G54～G59是模態(tài)指令，在機(jī)床重開(kāi)機(jī)時(shí)仍然存在。3-12何謂圖形交互式自動(dòng)編程？簡(jiǎn)述其主要過(guò)程。答：圖形交互式自動(dòng)編程是編程人員根據(jù)屏幕菜單提示的內(nèi)容，以人機(jī)對(duì)話的方式進(jìn)行加工工藝的確定、加工模型的建立、刀具軌跡的生成、后置處理，直至輸出數(shù)控程序的方法。主要過(guò)程：(1)幾何造型。利用CAD系統(tǒng)的圖形編輯功能進(jìn)行圖形構(gòu)建、編輯修改、曲線、曲面和實(shí)體造型等，準(zhǔn)確繪制零件被加工部位的幾何圖形。(2)刀具軌跡生成。調(diào)用刀具軌跡生成功能，從圖形中提取編程所需的信息，進(jìn)行分析判斷，計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)值并轉(zhuǎn)換為刀具位置數(shù)據(jù)，在屏幕上顯示出零件圖形和刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。(3)軌跡仿真校驗(yàn)。正式加工前必須認(rèn)真檢查和校核數(shù)控加工程序，防止數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤，工作發(fā)生碰撞造成危險(xiǎn)事故。(4)后置處理。將檢驗(yàn)正確的刀具軌跡轉(zhuǎn)換成可以控制機(jī)床移動(dòng)和動(dòng)作的數(shù)控加工程序，即NC代碼。3-13自動(dòng)編程為何要進(jìn)行后置處理？不同的數(shù)控系統(tǒng)，后置處理為何不同？答：后置處理是將檢驗(yàn)正確的刀具軌跡轉(zhuǎn)換成可以控制機(jī)床移動(dòng)和動(dòng)作的數(shù)控加工程序。各種機(jī)床配置的數(shù)控系統(tǒng)不同，其加工程序指令代碼及程序格式也不相同，所以數(shù)控系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)后置處理文件來(lái)處理刀具軌跡，生成與特定機(jī)床相匹配的數(shù)控加工程序。3-14簡(jiǎn)述數(shù)控車床試切方式對(duì)刀的過(guò)程。答：(1)對(duì)刀前先手動(dòng)執(zhí)行機(jī)床回參考點(diǎn)的操作。(2)試切外圓。手動(dòng)（手輪或JOG方式）操縱機(jī)床加工外圓試切一刀，保持刀具X方向位置不變，沿Z軸正向退刀，待主軸停轉(zhuǎn)后測(cè)量工件的直徑D，或記下X方向的機(jī)械坐標(biāo)值。(3)在操作面板上，按“OFFSET”鍵，再按“形狀”軟鍵將光標(biāo)移至與刀號(hào)相應(yīng)的刀補(bǔ)號(hào)位置，按“INPUT”鍵輸入測(cè)量直徑即可。(4)試切端面。用同樣的方法將工件的右端面試切一刀，保持刀具Z坐標(biāo)位置不變，沒(méi)X軸正向退刀，記錄此時(shí)端面的機(jī)械坐標(biāo)值，然后將此輸入數(shù)控系統(tǒng)中特定位置。(5)在操作面板上，按“OFFSET”鍵，再按“形狀”軟鍵將光標(biāo)移至與刀號(hào)相應(yīng)的刀補(bǔ)號(hào)位置，按“INPUT”鍵輸入即可。3-15簡(jiǎn)述數(shù)控銑床G54~G59設(shè)置工件零點(diǎn)方式對(duì)刀的過(guò)程。答：對(duì)刀步驟如下：(1)在“回零”方式下使刀具返回機(jī)床參考點(diǎn)。(2)在主軸上安裝偏心式尋邊器，在MDI方式下輸入M03S600，執(zhí)行該指令使主軸中速正轉(zhuǎn)。(3)用尋邊器先輕微接觸工件左側(cè)面，打開(kāi)POS界面，將當(dāng)前的相對(duì)坐標(biāo)值x1清零，再接觸工件右側(cè)面，記錄相對(duì)坐標(biāo)x2，然后將尋邊器移動(dòng)到相對(duì)坐標(biāo)x2/2處;同理，將刀具的Y方向相對(duì)坐標(biāo)移動(dòng)到y(tǒng)2/2處。打開(kāi)工件坐標(biāo)系設(shè)定界面，將光標(biāo)移動(dòng)到G54中的X坐標(biāo)位置，在屏幕左下方輸入X0，按“測(cè)量”鍵，完成刀具基準(zhǔn)點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)的測(cè)量。同樣的方法測(cè)量出刀具基準(zhǔn)點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中Y坐標(biāo)。(4)停止主軸，將尋邊器卸下，換上直徑為10mm，長(zhǎng)度為100mm的標(biāo)準(zhǔn)芯軸，并在芯軸與工件上表面之間加入厚度為1mm的塞尺，采用手輪方式移動(dòng)芯軸輕微接觸塞尺上表面，打開(kāi)工件坐標(biāo)系設(shè)定界面，將光標(biāo)移動(dòng)到G54中Z坐標(biāo)位置，在屏幕左下方輸入Z1，按下“測(cè)量”鍵，完成刀具基準(zhǔn)點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)的測(cè)量。數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算出工件原點(diǎn)的機(jī)械坐標(biāo)值。(5)打開(kāi)刀具補(bǔ)正界面，在第一組補(bǔ)正量的（形狀）H處輸入刀具與芯軸的長(zhǎng)度差，在D處輸入刀具的直徑。3-16編制如圖3-67所示軸類零件的數(shù)控加工程序。圖3-67車削加工零件圖解：(1)工藝分析，根據(jù)先粗后精和先主后次的原則確定工藝方案和走刀路線：車右端面→粗車外廓→精車外廓→車M30螺紋。其中精車外廓詳細(xì)走刀路線為：倒角→車螺紋外徑圓柱面→車Ф26圓柱面→車圓錐面→車Ф36圓柱面→車R15圓弧面→車R25圓弧面→車R15圓弧面車→Ф34圓柱面→車圓錐面→車Ф56圓柱面。(2)編制數(shù)控車削加工程序。見(jiàn)下表程序說(shuō)明O0040程序號(hào)N0010G90G97G21G40；設(shè)定初始化指令N0020G00X50.0Z50.0T0101;快速定位到起刀點(diǎn)N0030G00X50.0Z10.0S800M04;選01號(hào)刀具和01號(hào)刀具補(bǔ)償值，預(yù)啟動(dòng)。N0040G50S1800;限制主軸最高轉(zhuǎn)速。N0050G96S100;設(shè)定粗車主軸恒線速度加工100m/minN0060G98F120;設(shè)定進(jìn)給速度120mm/minN0070G41G00X45.0Z2.0M08; 刀尖圓弧半徑左補(bǔ)償N0080G94X-0.5Z-1.0F120; 車工件左端面循環(huán)，F(xiàn)120可以省略。N0090G40G00X50.0Z2.0;取消刀補(bǔ)N0100G42G99G00X45.0Z0.0;刀具半徑右補(bǔ)償，快進(jìn)至粗車循環(huán)起始點(diǎn)N0110G71U2.0R0.5;G71外徑粗車復(fù)合循環(huán)N0120G71P0130Q0250U0.5W0.25F0.15;N0130G01X26.0F0.15;開(kāi)始定義精車軌跡，Z軸不移動(dòng)N0140G97G01X30.0Z-2.0F0.08S1000;倒角2×45°N0150W-18.0;車螺紋外徑Φ30mm圓N0160X26.0Z-20.0;倒角2×45°N0170W-5.0;N0180U10.0W-10.0;N0190W-10.0;N0200G02U-6.0W-9.0R15;N0210G02U20.01W-30.0R25;N0220G02U-16.0W-24.0R15;N0230G01W-5.0;N0240G01X56.01Z-52.0;N0250G01U3.0;徑向退刀，完成精車程序段N0260G00G40X50.0Z50.0T0100M05M09;快速返回?fù)Q刀點(diǎn)，取消刀補(bǔ)N0270X60.0T0202M04;選用02號(hào)刀具和02號(hào)刀具補(bǔ)償值N0280G42G00Z0.0M08;快進(jìn)至循環(huán)起點(diǎn)，刀具半徑右補(bǔ)償N0290G70P130Q0220;精車循環(huán)N0300G00G40X100.0Z100.0T0200M05M09;快速返回?fù)Q刀點(diǎn)，取消刀補(bǔ)N0310G96S60;設(shè)定切槽恒線速度60m/minN0320G99G00X25.0T0303M04;選用03號(hào)刀具和03號(hào)刀具補(bǔ)償值N0330G42G00Z2.0M08;快進(jìn)至螺紋循環(huán)起點(diǎn)，刀具半徑右補(bǔ)償N0340G92X29.2Z-20.0F1.5;螺紋切削第一次循環(huán)，切深0.4mmN0350X28.6螺紋切削第二次循環(huán)，切深0.3mmN0360X28.376螺紋切削第三次循環(huán)，切深0.112mmN0370G00G40X50.0Z50.0T0300M05M09;快速返回?fù)Q刀點(diǎn)，取消刀補(bǔ)N0380M30;程序結(jié)束3-17用直徑為Φ20mm的立銑刀，精銑如圖3-68所示零件輪廓，要求每次最大切削深度不超過(guò)20mm，其中中間兩孔為已加工的工藝孔。試編制數(shù)控加工程序。圖3-68銑削加工零件圖圖3-70數(shù)學(xué)處理用圖解：(1)加工工藝分析。建立工件坐標(biāo)系如圖3-70所示，精銑所示零件輪廓。走刀路線為：起刀點(diǎn)—下刀點(diǎn)—沿adcdefa精銑輪廓—抬刀—返回起刀點(diǎn)。(2)編制數(shù)控銑削加工程序。如下表程序說(shuō)明O0060程序號(hào)（自動(dòng)運(yùn)行前，手工安裝好Φ20mm立銑刀）N0010G90G94G97G21G40G49；設(shè)定初始化指令N0020G54G00X300.0Y200.0Z60.0;設(shè)定工件坐標(biāo)系N0030G43G00Z-20.0H01S550M03;絕對(duì)尺寸方式編程，刀具長(zhǎng)度偏置，下刀。N0040G42X110.0Y125.0D01M08;刀具半徑右補(bǔ)償，快進(jìn)至接近工件。N0050G01X50.0F40;切線方向從a點(diǎn)切入，切削進(jìn)給至b點(diǎn)。N0060G02X-50.0Y125.0R50.0;順圓切削進(jìn)給至c點(diǎn)N0070G01X-100.0Y125.0; 切削進(jìn)給至d點(diǎn)N0080G91Y-150.0; 改為增量尺寸編程方式，切削進(jìn)給至e點(diǎn)。N0090G03X200.0Y0.0R100.0;逆圓切削進(jìn)給至f點(diǎn)N0120Y150.0;切削進(jìn)給至a點(diǎn)，并沿切線方向切出N0130G90G49G00Z40.0M09;改為絕對(duì)尺寸編程方式，抬刀，取消刀具長(zhǎng)度偏置。N0140G40X115.0Y60.0M05;返回起刀點(diǎn)，取消刀具半徑補(bǔ)償。N0150M30;程序結(jié)束。3-18用立式加工中心加工如圖3-69所示端蓋上各孔，采用底面和兩側(cè)面定位、壓板壓緊。試編制數(shù)控加工程序。解：(1)加工工藝分析?？刹捎玫酌婧蛢蓚?cè)面進(jìn)行定位，采用壓板在四角從上往下壓緊。由于零件簡(jiǎn)單，以工件正中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，內(nèi)圓X軸正方向?yàn)锳孔，逆時(shí)針為B,C,D孔，外圓第一象限為E孔，逆時(shí)針為F,G,H孔，依次加工。(2)編制數(shù)控加工程序。采用主程序和子程序結(jié)構(gòu)，主程序主要完成換刀及子程序的調(diào)用，子程序完成具體工藝內(nèi)容。加工程序見(jiàn)下表。主程序說(shuō)明O0080程序號(hào)N0010G94G97G21G40G49G80;設(shè)定初始化指令。N0020G54G91G28Z0.0T01;選擇工件坐標(biāo)系，Z軸返回參考點(diǎn)，選中心鉆T01。N0030G91G28X0.0Y0.0;X、Y軸返回參考點(diǎn)，以避免撞刀。N0040M06;換中心鉆T01。N0050G90G29X0.0Y0.0Z40.0S2000M03M08T02;從參考點(diǎn)返回，啟動(dòng)主軸，開(kāi)冷卻液，選麻花鉆T02。N0060M98P0081;調(diào)鉆中心孔子程序0081。N0070G49;取消刀具長(zhǎng)度偏置N0080G91G28Z0.0M05M09;Z軸返回參考點(diǎn)，主軸停轉(zhuǎn)。N0090G91G28X0.0Y0.0;X、Y軸返回參考點(diǎn)，以避免撞刀。N0120M98P0082;調(diào)鉆孔子程序0082。N0130G49;取消刀具長(zhǎng)度偏置N0140G91G28Z0.0M05M09;Z軸返回參考點(diǎn)，主軸停轉(zhuǎn)。N0150G91G28X0.0Y0.0;X、Y軸返回參考點(diǎn)，以避免撞刀。N0260G91G28Z0.0M05M09;Z軸返回參考點(diǎn)，主軸停轉(zhuǎn)。N0270G91G28X0.0Y0.0;X、Y軸返回參考點(diǎn)，方便卸下工件。N0280M30;程序結(jié)束。鉆中心孔子程序說(shuō)明O0081程序號(hào)N0010G43H01;建立T01刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。N0020G99G81X60.0Y0.0Z-5.0R3.0F10;中心孔A鉆循環(huán)。N0030M98P0085;調(diào)孔位置二級(jí)子程序0083，繼續(xù)鉆孔B～H。N0040G80;取消孔加工固定循環(huán)N0050M99;子程序結(jié)束鉆孔子程序說(shuō)明O0082程序號(hào)N0010G43H02;建立T02刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。N0020G99G73X60.0Y0.0Z-15.0R3.0Q5.0F10;孔A鉆循環(huán)。N0030M98P0085;調(diào)孔位置二級(jí)子程序0083，繼續(xù)鉆孔B～H。N0040G80;取消孔加工固定循環(huán)N0050M99;子程序結(jié)束孔位置二級(jí)子程序說(shuō)明O0083程序號(hào)N0010X0.0Y60.0;孔B位置。N0020X-60.0Y0.0;孔C位置。N0030X0.0Y-60.0;孔D位置。N0040X56.56Y56.56;孔E位置。N0050X56.56Y-56.56;孔F位置。N0060X-56.56Y56.56;孔G位置。N0070X-56.56Y-56.56;孔H位置。N0080M99;子程序結(jié)束。第四章數(shù)控機(jī)床輪廓控制原理何謂插補(bǔ)？常用的插補(bǔ)算法有哪兩類？答：（1）插補(bǔ)就是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)給定要求，通過(guò)算法生成一系列中間點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，完成軌跡運(yùn)行，加工出所要求的輪廓曲線。本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)密化過(guò)程。（2）脈沖增量插補(bǔ)算法，包括逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法；數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)算法。試述逐點(diǎn)比較法的四個(gè)節(jié)拍。答：（1）偏差判別。判別加工點(diǎn)相對(duì)于給定曲線的偏離位置，從而決定進(jìn)給的方向。（2）進(jìn)給。根據(jù)偏差判別結(jié)果，控制刀具向偏差減少的方向進(jìn)給一步，即向給定的輪廓靠攏。（3）偏差計(jì)算。計(jì)算新的加工點(diǎn)相對(duì)于規(guī)定曲線的偏差，作為偏差判別的依據(jù)。（4）終點(diǎn)判別。判斷刀具是否到達(dá)加工終點(diǎn)，若到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)，否則回到第一個(gè)工作節(jié)拍。試用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)直線OE，起點(diǎn)為O（0，0）,終點(diǎn)為E（10，12）,寫出插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程并繪出軌跡。答：刀具沿x和y軸應(yīng)走的總步數(shù)為=x表1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程循環(huán)序號(hào)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別F≥0+xFJ=F<0+yF0FJ=221F+xFJ=212F+yFJ=203F+yFJ=194F+xFJ=185F+yFJ=176F+xFJ=167F+yFJ=158F+xFJ=149F+yFJ=1310F+xFJ=1211F+yFJ=1112F+xFJ=1013F+yFJ=914F+yFJ=815F+xFJ=716F+yFJ=617F+xFJ=518F+yFJ=419F+xFJ=320F+yFJ=221F+xFJ=122F+yFJ=0圖1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡用你熟悉的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫第一象限直線插補(bǔ)軟件。答：可采用Matlab、Python、C++等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言自行編寫，答案不唯一。試用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)圓弧PQ，起點(diǎn)為P（7，0），終點(diǎn)為Q（0，7），寫出插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程并繪出軌跡。答：插補(bǔ)完這段圓弧，刀具沿x和y軸應(yīng)走的總步數(shù)為=xE-表2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程循環(huán)序號(hào)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別F≥0-xFJ=F＜0+yF0FxJ=141F-xFxJ=132F+yFxJ=123F+yFxJ=114F+yFxJ=105F+yFxJ=96F-xFxJ=87F+yF7xJ=78F-xFxJ=69F+yFxJ=510F-xFxJ=411F+yFxJ=312F-xFxJ=213F-xFxJ=114F-xFxJ=0圖2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)軌跡試用DDA法插補(bǔ)第一象限逆圓AE，起點(diǎn)A（5，0），終點(diǎn)E（0，5）寫出插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程并繪出軌跡。答：因圓弧半徑值為5，取累加器、被積函數(shù)寄存器、終點(diǎn)計(jì)數(shù)器均為3位二進(jìn)制寄存器，即N=3。用兩個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器JEx、JEy，把xs表3圓弧插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程累加次數(shù)（△t）X積分器Y積分器X被積函數(shù)寄存器X累加器X累加器溢出脈沖終點(diǎn)計(jì)數(shù)器（JEX）Y被積函數(shù)寄存器Y累加器Y累加器溢出脈沖終點(diǎn)計(jì)數(shù)器（JEY）0000550051000555052000551014311055704412055121352405591263705560273101451111846044701941013411101057033停止累加0011512121259111356011451110155停止累加000圖3圓弧插補(bǔ)軌跡試用DDA法插補(bǔ)直線OA，起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)A的坐標(biāo)為（4，8），寫出插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程并繪出軌跡。答：因終點(diǎn)最大坐標(biāo)值為8，取累加器、被積函數(shù)寄存器、終點(diǎn)計(jì)數(shù)器均為4位二進(jìn)制寄存器，即N=4。則累加次數(shù)n=2^4=16。插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程見(jiàn)表4，插補(bǔ)軌跡見(jiàn)圖4。表4直線插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程插補(bǔ)過(guò)程表累加次數(shù)（△t）X積分器Y積分器終點(diǎn)計(jì)數(shù)器（JE）X被積函數(shù)寄存器X累加器X累加器溢出脈沖Y被積函數(shù)寄存器Y累加器Y累加器溢出脈沖040080001440880124808161234120880344161816145440880564808161674120880784161816189440880910480816110114120880111241618161121344088013144808161141541208801516416181610圖4直線插補(bǔ)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是如何實(shí)現(xiàn)的？答：數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)根據(jù)進(jìn)給速度，將輪廓曲線分割為輪廓步長(zhǎng)。在每一插補(bǔ)周期中，插補(bǔ)程序被調(diào)用一次，為下一周期計(jì)算出各坐標(biāo)軸應(yīng)該行進(jìn)的增長(zhǎng)段，然后再計(jì)算出相應(yīng)插補(bǔ)點(diǎn)位置坐標(biāo)值。何為刀具半徑補(bǔ)償？其執(zhí)行過(guò)程如何？答：（1）在輪廓加工中，刀具總有一定的半徑，刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡并不是待加工零件的實(shí)際輪廓。在進(jìn)行輪廓加工時(shí)，刀具中心需要偏移（外偏或內(nèi)偏）零件的輪廓面一個(gè)半徑。（2）刀具半徑的補(bǔ)償通常是在CNC系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)完成的。CNC系統(tǒng)根據(jù)零件輪廓尺寸和刀具運(yùn)動(dòng)的方向指令，以及實(shí)際加工中所用的刀具半徑值自動(dòng)地完成刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算。B功能刀補(bǔ)與C功能刀補(bǔ)有何區(qū)別？答：（1）補(bǔ)償對(duì)象：B功能刀補(bǔ)主要用于切削刀具的半徑補(bǔ)償；C功能刀補(bǔ)主要用于刀具的切削邊界補(bǔ)償。（2）補(bǔ)償原理：B功能刀補(bǔ)是基于刀具半徑的改變進(jìn)行刀具補(bǔ)償，通過(guò)增加或減少刀具半徑值，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工輪廓的調(diào)整；C功能刀補(bǔ)是基于刀具切削邊界的改變進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)調(diào)整刀具切削邊界與加工輪廓之間的相對(duì)位置來(lái)達(dá)到補(bǔ)償效果。（3）補(bǔ)償范圍：B功能刀補(bǔ)主要適用于曲線等復(fù)雜輪廓的加工；C功能刀補(bǔ)主要適用于直線、圓弧等簡(jiǎn)單輪廓的加工。加減速控制有何作用？有哪些實(shí)現(xiàn)方法？答：（1）輪廓控制系統(tǒng)中，加減速控制刀具以保證加工質(zhì)量以及延長(zhǎng)機(jī)床和刀具的使用壽命；在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，加減速控制可保證在啟動(dòng)或停止時(shí)不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或震蕩。（2）軟件延時(shí)法和中斷控制法。第五章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置5-1計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的定義是怎樣的?定義中包含幾層含義?答：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，用于控制機(jī)床或其他工業(yè)設(shè)備進(jìn)行精確的加工和操作。它將數(shù)字指令和程序與機(jī)床或設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行高精度、高效率的加工和操作。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的定義包含以下幾層含義：計(jì)算機(jī)控制：系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制和管理，包括指令輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出等功能。數(shù)字指令和程序：用戶可以通過(guò)編寫或輸入數(shù)字指令和程序，描述所需的操作步驟和加工路徑，以及相關(guān)的運(yùn)動(dòng)、速度和參數(shù)等信息。機(jī)床或設(shè)備控制：系統(tǒng)將數(shù)字指令和程序轉(zhuǎn)化為機(jī)床或設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精確加工和操作。高精度和高效率：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)具有精密的運(yùn)動(dòng)控制能力，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的加工和操作；同時(shí)，它還可以通過(guò)優(yōu)化程序和運(yùn)動(dòng)軌跡等方式提高加工效率。5-2CNC控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么?它的主要控制任務(wù)是哪些?答：CNC裝置的軟件由管理軟件和控制軟件組成，其特點(diǎn)是在硬件支持下執(zhí)行軟件的全過(guò)程。主要控制任務(wù)有程序的輸入/輸出、刀具補(bǔ)償計(jì)算、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制。5-3CNC裝置的主要功能有哪些?答：主要功能有控制功能、準(zhǔn)備功能、插補(bǔ)功能、固定循環(huán)加工功能、進(jìn)給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、補(bǔ)償功能、顯示功能、通信功能以及自診斷功能。5-4單CPU結(jié)構(gòu)和多CPU結(jié)構(gòu)各有何特點(diǎn)?答：?jiǎn)蜟PU結(jié)構(gòu)是僅有一個(gè)CPU對(duì)系統(tǒng)的資源擁有控制權(quán)和使用權(quán)，其他CPU無(wú)權(quán)控制和使用系統(tǒng)資源，只能接收主CPU的控制命令和數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)請(qǐng)求信號(hào)以獲取所需要的數(shù)據(jù)。多CPU結(jié)構(gòu)是有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶CPU的功能部件對(duì)系統(tǒng)資源有控制權(quán)和使用權(quán)，實(shí)現(xiàn)并行處理，處理速度快，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能。5-5計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)有哪些組成,試用框圖來(lái)說(shuō)明各部分的組成與功能。答：如圖所示，數(shù)控系統(tǒng)由程序、輸入/輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成。各部分的組成與功能如下：程序：通常采用特定的編程語(yǔ)言（如G代碼和M代碼）來(lái)描述運(yùn)動(dòng)軌跡、切削速度、進(jìn)給速度等。輸入/輸出設(shè)備：用于輸入程序和參數(shù)，以及輸出加工結(jié)果。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置：將程序翻譯為機(jī)床或工具機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令，控制加工過(guò)程中各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)、速度和位置?？删幊炭刂破鳎贺?fù)責(zé)邏輯控制、信號(hào)處理和設(shè)備之間的協(xié)調(diào)。主軸驅(qū)動(dòng)裝置：控制主軸的旋轉(zhuǎn)速度和方向，以實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行切削加工。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置：控制工件或刀具在各個(gè)軸上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確的工件位置控制和進(jìn)給速度調(diào)節(jié)。5-6計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的工作流程分幾步?各部分的功能是什么?答：CNC裝置的工作過(guò)程是在硬件支持下執(zhí)行軟件的全過(guò)程。工作流程從輸入、譯碼、刀具補(bǔ)償、進(jìn)給速度處理、插補(bǔ)、位置控制、I/O處理、顯示和診斷。各部分功能如下：輸入：輸入CNC裝置的有零件程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。譯碼：不論系統(tǒng)工作在NC方式還是仔儲(chǔ)器方式，譯碼處理都是將零件程序以一個(gè)程序段為單位進(jìn)行處理，把其中的各種零件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等）、加工速度信息（F代碼）和其他輔助信息（M.S.T代碼等）按照一定的語(yǔ)法規(guī)則解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。刀具補(bǔ)償：刀具補(bǔ)償包括刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。進(jìn)給速度處理：編程所給的刀具移動(dòng)速度，是在各坐標(biāo)的合成方向上的速度。插補(bǔ)：插補(bǔ)信息完成“數(shù)據(jù)密化"的工作，即數(shù)控裝置依據(jù)編程時(shí)的有限數(shù)據(jù)，按照一定方法產(chǎn)生基本線型（直線、圓弧等），并以此為基礎(chǔ)完成所需輪廓軌跡的擬合工作。位置控制：位置控制的主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與工作臺(tái)實(shí)際位置相比較，用其宏值去控制進(jìn)給電機(jī)。輸入輸出（I/O）處理：輸入輸出處理主要是處理CNC裝置和機(jī)床之間來(lái)往信號(hào)的輸入輸出控制。顯示：數(shù)控系統(tǒng)顯示主要是為操作者提供方便，通常應(yīng)有零件程序的顯示、參數(shù)顯示、刀具位置顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、報(bào)警顯示等。診斷：現(xiàn)代CNC裝置都具有聯(lián)機(jī)和脫機(jī)診斷的能力。5-7何為自修復(fù)診斷、通訊診斷?各有什么優(yōu)點(diǎn)?答：自修復(fù)診斷：自修復(fù)診斷是指數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)捕捉故障信號(hào)、分析故障原因并采取相應(yīng)措施來(lái)自動(dòng)修復(fù)故障。它的主要優(yōu)點(diǎn)包括：自動(dòng)化修復(fù)：自修復(fù)診斷能夠自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)故障，無(wú)需人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。時(shí)間效率：自修復(fù)診斷能夠快速識(shí)別和處理故障，可以減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。通訊診斷：通訊診斷是指通過(guò)分析數(shù)控系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的通訊過(guò)程和數(shù)據(jù)傳輸情況，來(lái)判斷是否存在通訊故障或故障原因。它的主要優(yōu)點(diǎn)包括：故障定位：通訊診斷可以幫助確定故障發(fā)生的具體位置，包括硬件故障、軟件故障或網(wǎng)絡(luò)故障等，有助于更快地解決問(wèn)題。維護(hù)便利：通過(guò)通訊診斷，維護(hù)人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)數(shù)控系統(tǒng)，診斷和解決問(wèn)題，提高了維護(hù)的便利性和效率。自修復(fù)診斷和通訊診斷在數(shù)控系統(tǒng)中都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和工作效率。根據(jù)具體情況和需求，可以選擇合適的故障診斷方法來(lái)應(yīng)對(duì)不同的故障情況。5-8常規(guī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件有幾部分組成?答：主要由控制器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、電機(jī)、機(jī)床、輸入設(shè)備以及顯示設(shè)備組成?？刂破髫?fù)責(zé)接收、解釋和執(zhí)行機(jī)床上的數(shù)控程序。驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)將控制器發(fā)出的指令轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，控制電機(jī)和執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)。傳感器用于獲取機(jī)床和工件的相關(guān)信息，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給控制器。電機(jī)是驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵組件。機(jī)床是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。輸入設(shè)備用于操作和輸入數(shù)控程序。顯示設(shè)備用于顯示機(jī)床狀態(tài)，加工過(guò)程和操作界面等信息。5-9常規(guī)的CNC系統(tǒng)軟件有哪幾種結(jié)構(gòu)模式?答：有單任務(wù)結(jié)構(gòu)、多任務(wù)結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。5-10何為常規(guī)與開(kāi)放式的CNC?答：常規(guī)式CNC是指?jìng)鹘y(tǒng)的閉源、專有的數(shù)控系統(tǒng)，通常由硬件和軟件組成，在性能和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較好，但用戶不能很大程度上對(duì)其進(jìn)行定制和擴(kuò)展。開(kāi)放式CNC是一種模塊化的通用數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)控制對(duì)象的不同要求，靈活地變更軟硬件組成，適用不同用戶的需求。5-11數(shù)控機(jī)床常用的輸入方法有幾種?各有何特點(diǎn)?答：常用的輸入方法有I/O接口和MDI（手動(dòng)輸入）。通過(guò)總線接口把微型計(jì)算機(jī)總結(jié)把外部設(shè)備和用戶電路連接起來(lái)，用戶只要按照總線排列的順序制作外部設(shè)備或用戶電路的插線析，即可實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備或用戶電路與系統(tǒng)總線的連接。MDI是則通過(guò)數(shù)控面板上的鍵盤來(lái)進(jìn)行操作的。5-12試述采用串行和并行方式進(jìn)行外部設(shè)備與數(shù)控機(jī)床間的數(shù)據(jù)通信的工作原理與特點(diǎn)。答：(1)串行方式：工作原理：串行方式是將數(shù)據(jù)逐位地按照順序發(fā)送和接收，一次只能傳輸一個(gè)位，數(shù)據(jù)位按照先后順序排列，通過(guò)連接的單個(gè)線路傳輸。在傳輸過(guò)程中，發(fā)送端將數(shù)據(jù)依次發(fā)送到接收端，接收端按照相同的順序接收并組合數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較慢，但傳輸距離較遠(yuǎn)；需要額外的控制線路來(lái)同步發(fā)送和接收端的操作；線路數(shù)量相對(duì)較少，便于布線和連接；適用于長(zhǎng)距離、低速率的數(shù)據(jù)傳輸，例如串口通信。(2)并行方式：工作原理：并行方式是將數(shù)據(jù)同時(shí)按照多個(gè)位并行發(fā)送和接收，每個(gè)位通過(guò)獨(dú)立的線路傳輸。在傳輸過(guò)程中，發(fā)送端將不同位的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到接收端的對(duì)應(yīng)位，接收端直接接收并處理數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較快，但傳輸距離較短；需要較多的并行線路，線路數(shù)量與數(shù)據(jù)位數(shù)相同；對(duì)線路的要求較高，要求各個(gè)線路的延遲和幅度差異較小；適用于短距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，例如內(nèi)部總線通信。5-13開(kāi)放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么?答：主要解決復(fù)雜變化的市場(chǎng)需求與控制系統(tǒng)專一的固定模式之間的矛盾，使數(shù)控系統(tǒng)易變、緊湊、廉價(jià)并具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和二次開(kāi)發(fā)性，以工業(yè)PC作為CNC系統(tǒng)的支撐平臺(tái)，根據(jù)需要裝入自己的控制卡和數(shù)控軟件組成數(shù)控系統(tǒng)。5-14試用框圖來(lái)分析開(kāi)放式CNC軟件結(jié)構(gòu)的組成與優(yōu)缺點(diǎn)。答：開(kāi)放式CNC軟件的整個(gè)系統(tǒng)軟件分為兩大部分：前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)程序是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序，承擔(dān)了全部的實(shí)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床動(dòng)作直接相關(guān)的功能，如插補(bǔ)、位置控制、機(jī)床相關(guān)邏輯和監(jiān)控等。后臺(tái)程序是一個(gè)循環(huán)執(zhí)行程序在這個(gè)程序中，主要處理一些實(shí)時(shí)性要求不高的工作，如輸入、譯碼、數(shù)據(jù)預(yù)處理等插補(bǔ)準(zhǔn)備工作和相關(guān)的管理工作。如下圖所示，在后臺(tái)程序循環(huán)運(yùn)行的過(guò)程中，前臺(tái)程序以實(shí)時(shí)中斷的方式，按照一定的周期不斷插入，二者密切配合，共同完成數(shù)控系統(tǒng)要求的全部功能。開(kāi)放式CNC軟件的優(yōu)缺點(diǎn)如下。優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)放源碼：開(kāi)放式CNC軟件是開(kāi)源的，可以讓更多的人參與進(jìn)來(lái)，不斷改進(jìn)和完善。模塊化設(shè)計(jì)：模塊化設(shè)計(jì)使得開(kāi)放式CNC軟件更容易擴(kuò)展和修改，可以根據(jù)需求添加或刪除模塊。跨平臺(tái)性：開(kāi)放式CNC軟件可在不同平臺(tái)運(yùn)行，包括Windows，Linux等。硬件適應(yīng)性：開(kāi)放式CNC軟件可以適應(yīng)多種硬件，例如伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)等。缺點(diǎn)：技術(shù)門檻高：開(kāi)放式CNC軟件需要一定的計(jì)算機(jī)編程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于沒(méi)有相關(guān)背景的用戶來(lái)說(shuō)，使用難度較大。缺乏可靠性：與商業(yè)CNC系統(tǒng)相比，開(kāi)放式CNC軟件的bug較多，穩(wěn)定性和可靠性也可能不如商業(yè)系統(tǒng)。支持和維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)：開(kāi)放式CNC軟件的支持和維護(hù)主要依靠社區(qū)，如果社區(qū)不活躍或維護(hù)人員離職等情況時(shí)，可能會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。第六章數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)6-1試對(duì)開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行綜合比較，說(shuō)明它們的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。答：開(kāi)環(huán)控制：只有輸出信號(hào)，沒(méi)有反饋信號(hào)來(lái)校正誤差。適用于對(duì)精度不高、負(fù)載變化和干擾影響小的應(yīng)用。閉環(huán)控制：通過(guò)實(shí)時(shí)比較反饋信號(hào)和指令信號(hào)來(lái)校正輸出，具有高精度、穩(wěn)定性好、能抵御負(fù)載變化和干擾的特點(diǎn)。適用于對(duì)精度要求高、穩(wěn)定性和抗干擾能力要求強(qiáng)的應(yīng)用。半閉環(huán)控制：結(jié)合了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制的特點(diǎn)，引入反饋信號(hào)但不直接用于調(diào)整輸出。適用于對(duì)精度要求較高、負(fù)載變化和干擾影響較小的應(yīng)用。6-2伺服系統(tǒng)由哪些部分組成，數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求有哪些？答：數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)一般由4部分組成：驅(qū)動(dòng)控制器、伺服電動(dòng)機(jī)（M）、數(shù)控機(jī)床機(jī)械裝置和反饋檢測(cè)裝置。數(shù)控機(jī)床對(duì)伺服系統(tǒng)的要求為調(diào)速范圍要寬，低速能輸出大轉(zhuǎn)矩；快速響應(yīng)且無(wú)超調(diào)；穩(wěn)定性要好，可靠性要高。6-3簡(jiǎn)述反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，并說(shuō)明開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)如何進(jìn)行移動(dòng)部件的位移量、速度和方向控制的。答：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理為：基于定子產(chǎn)生的電磁力吸引轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)而進(jìn)行轉(zhuǎn)矩輸出。開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)進(jìn)行移動(dòng)部件的位移量、速度和方向控制，通常包含以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

1、位置控制：首先，確定所需的目標(biāo)位置和相對(duì)位移量。通過(guò)控制信號(hào)，將脈沖序列發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器會(huì)將脈沖轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。每個(gè)脈沖都會(huì)使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，從而實(shí)現(xiàn)位置的微小變化。2、速度控制：為了控制部件的移動(dòng)速度，可以通過(guò)調(diào)整脈沖序列的頻率來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。增加脈沖頻率可以增加轉(zhuǎn)動(dòng)速度，減小脈沖頻率則會(huì)降低轉(zhuǎn)動(dòng)速度。3、方向控制：在開(kāi)環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)中，改變正反轉(zhuǎn)方向可以通過(guò)改變脈沖序列的順序來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)脈沖序列的不同排列方式，可以使步進(jìn)電機(jī)以不同的方向旋轉(zhuǎn)。6-4什么是步距角，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角與哪些因素有關(guān)，步距角與脈沖當(dāng)量之間的關(guān)系是什么？答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角，其大小等于錯(cuò)齒的角度。錯(cuò)齒角度的大小取決于轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)和磁極數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)和磁極數(shù)越多，步距角越小，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置精度越高，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。步距角與脈沖當(dāng)量之間的關(guān)系是，脈沖當(dāng)量是控制器輸出的每個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的角度，通常以度或弧度表示?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整脈沖當(dāng)量大小來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的位置控制。具體而言，脈沖當(dāng)量越小，則每個(gè)脈沖所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度越小，步進(jìn)電機(jī)的控制精度和分辨率就會(huì)更高；反之，如果脈沖當(dāng)量越大，則步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)將更快，但控制精度可能會(huì)降低。6-5若數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量δ=0.05mm，快進(jìn)時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率f=2500Hz，請(qǐng)計(jì)算快速進(jìn)給速度。答：快速進(jìn)給速度為6-6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的環(huán)形脈沖分配器和功率放大器分別有哪些形式，各自有何特點(diǎn)？答：環(huán)形脈沖分配器分為硬件式和軟件式兩種。硬件式使用門電路和邏輯電路構(gòu)成，根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計(jì)。軟件式由計(jì)算機(jī)軟件控制。功率放大器分為單電壓功率放大器、高低電壓功率放大器、斬波恒流功率放大器和調(diào)頻調(diào)壓功率放大器。其中，單電壓功率放大器只需一個(gè)電源電壓供給，適用于低功率、低速度、低精度的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用。高低電壓功率放大器具備高壓和低壓兩個(gè)輸出電壓，可根據(jù)需求切換使用。斬波恒流功率放大器能夠保持穩(wěn)定的電流輸出，在高負(fù)載和高速度應(yīng)用中性能良好。調(diào)頻調(diào)壓功率放大器是高級(jí)類型，可以根據(jù)步進(jìn)電機(jī)特性調(diào)整輸出頻率和電壓，實(shí)現(xiàn)最佳驅(qū)動(dòng)效果。6-7提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度的措施有哪些？分別說(shuō)明它們的工作原理。答：要提高步進(jìn)伺服系統(tǒng)精度，可以采取以下措施：使用微步驅(qū)動(dòng)器：將步進(jìn)脈沖細(xì)分為更小的微步，增加分辨率和平滑度。使用閉環(huán)控制系統(tǒng)：引入編碼器反饋裝置，實(shí)時(shí)校正位置，提高控制精度。增加驅(qū)動(dòng)電流和電壓：提高輸出力矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)：加強(qiáng)剛性、減少傳動(dòng)間隙，降低振動(dòng)和變形。優(yōu)化控制算法：選擇和調(diào)整合適的算法，實(shí)現(xiàn)精確的位置和速度控制。6-8直流伺服電動(dòng)機(jī)有哪幾種？試說(shuō)明它們的工作原理。答：永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理：永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)是使用永磁體作為勵(lì)磁源的直流電動(dòng)機(jī)。它的轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)。當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，電流通過(guò)定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與永磁體的磁場(chǎng)相互作用，使得電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。控制器根據(jù)反饋信號(hào)監(jiān)測(cè)和調(diào)整電機(jī)的位置和速度，通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流的大小和方向來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。勵(lì)磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理：勵(lì)磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子上添加一個(gè)勵(lì)磁繞組。這個(gè)勵(lì)磁繞組通過(guò)外部電源提供勵(lì)磁電流，產(chǎn)生一個(gè)額外的磁場(chǎng)。當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，電流通過(guò)定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與勵(lì)磁繞組的磁場(chǎng)疊加，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。控制器根據(jù)反饋信號(hào)監(jiān)測(cè)和調(diào)整電機(jī)的位置和速度，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和驅(qū)動(dòng)電流的大小和方向來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。無(wú)論是永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)還是勵(lì)磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)，它們都利用電流和磁場(chǎng)之間的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通過(guò)控制器根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整電流和磁場(chǎng)的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的精確控制。6-9直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有哪些？說(shuō)明它們的實(shí)現(xiàn)原理，數(shù)控直流伺服系統(tǒng)主要采用哪種方法？答：電樞控制：電樞控制是一種通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法。電樞控制可分為手動(dòng)電壓控制和自動(dòng)電壓控制兩種方式，前者采用手動(dòng)方式調(diào)整電樞電壓來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速；后者根據(jù)控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)自動(dòng)調(diào)整電樞電壓，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。磁通控制：磁通控制是一種通過(guò)改變電機(jī)磁通來(lái)控制轉(zhuǎn)速的方法。它通過(guò)控制電機(jī)勵(lì)磁電流或外加電勢(shì)來(lái)改變電機(jī)磁通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。磁通控制具有良好的靜態(tài)特性，但響應(yīng)速度較慢。脈寬調(diào)制（PWM）控制：PWM控制是最常用的一種調(diào)速方法。它通過(guò)對(duì)電機(jī)供電電壓進(jìn)行快速的開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)輸出功率的精確控制。PWM控制可以提供良好的動(dòng)態(tài)特性和高效率，適用于各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制需求。數(shù)控直流伺服系統(tǒng)主要采用PWM控制方法。PWM控制通過(guò)快速的開(kāi)關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)輸出功率的精確控制，同時(shí)還可以利用反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的精度和穩(wěn)定性。在數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線和機(jī)器人等領(lǐng)域，PWM控制已成為最為廣泛應(yīng)用的直流伺服調(diào)速技術(shù)。6-10直流進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的PWM和晶閘管調(diào)速原理分別是什么？請(qǐng)比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。答：PWM控制的優(yōu)點(diǎn)：高精度、穩(wěn)定性好，適用于高要求場(chǎng)合。響應(yīng)速度快，噪音小。PWM控制的缺點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要專門的控制器。計(jì)算處理需要一定時(shí)間，影響實(shí)時(shí)性能。晶閘管調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，控制方便。晶閘管調(diào)速的缺點(diǎn)：精度較低，控制范圍有限。穩(wěn)定性差，噪音大。根據(jù)具體要求選擇適合的調(diào)速方式。需要高精度、穩(wěn)定性好的轉(zhuǎn)速控制可以采用PWM控制；而在負(fù)載輕、速度要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，可以選擇晶閘管調(diào)速。6-11交流伺服電動(dòng)機(jī)有哪幾種？試說(shuō)明永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理。答：交流伺服電動(dòng)機(jī)主要有感應(yīng)式交流伺服電動(dòng)機(jī)和永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)兩種類型。感應(yīng)式交流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)利用永磁體作為勵(lì)磁源，具有高性能和高精度的特點(diǎn)。它們都可以通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制。6-12交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有哪些？說(shuō)明它們的實(shí)現(xiàn)原理，數(shù)控交流伺服系統(tǒng)主要采用哪種方法？答：交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法包括變頻調(diào)速、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。數(shù)控交流伺服系統(tǒng)主要采用矢量控制方法，通過(guò)計(jì)算電流和電壓指令實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的精確控制。6-13在交流伺服電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中，為什么要將電源電壓和頻率同時(shí)調(diào)整？答：在交流伺服電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與供給電源的頻率和電壓成正比關(guān)系。為了保持恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，需要同時(shí)調(diào)整電源電壓和頻率。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確調(diào)控，提高系統(tǒng)的控制性能和適應(yīng)性。6-14簡(jiǎn)述SPWM調(diào)制原理，分析SPWM變頻器的功率放大電路和SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)工作原理。答：SPWM是正弦PWM調(diào)制，通過(guò)將一條正弦波分成若干個(gè)區(qū)間，并用不同占空比的脈沖來(lái)表示，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)控制脈沖寬度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的精確控制。6-15試說(shuō)明主軸交流伺服系統(tǒng)的矢量控制調(diào)速基本思想并分析矢量變換控制原理。答：主軸交流伺服系統(tǒng)的矢量控制調(diào)速基本思想是通過(guò)對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行合理控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制。其中，矢量變換控制原理是將電流和位置信息轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中進(jìn)行處理，并使用閉環(huán)控制算法實(shí)現(xiàn)精確控制。通過(guò)矢量控制，可以獲得高性能的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩控制效果。6-16試說(shuō)明直線電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)和工作原理，直線電動(dòng)機(jī)有何特點(diǎn)？答：直線電動(dòng)機(jī)是將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的裝置。它有幾種類型，包括傳統(tǒng)型、線性感應(yīng)和線性同步電動(dòng)機(jī)。直線電動(dòng)機(jī)的工作原理是利用電流、磁場(chǎng)和電磁力的相互作用實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。直線電動(dòng)機(jī)具有高速響應(yīng)、高精度、高效能和無(wú)傳動(dòng)裝置等特點(diǎn)，并廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)械系統(tǒng)中。6-17簡(jiǎn)述編碼器和光柵的工作原理？答：編碼器是用于測(cè)量位移或位置的裝置，由光柵和傳感器組成。光柵可以是光學(xué)、磁性或電容類型。工作原理是通過(guò)光柵上的特征和傳感器檢測(cè)光柵變化，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量和運(yùn)動(dòng)控制。6-18思考實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)精確位置控制需要調(diào)控的變量有哪些？需要控制哪些回路？答：實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)精確位置控制需要調(diào)控目標(biāo)位置和實(shí)際位置反饋，并控制位置、速度和加速度回路。控制系統(tǒng)根據(jù)位置誤差信號(hào)調(diào)整輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器移動(dòng)至目標(biāo)位置。6-19思考實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)精確位置控制可用的控制算法有哪些？答：實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)精確位置控制可采用PID、二階系統(tǒng)、最優(yōu)控制、模型預(yù)測(cè)和自適應(yīng)控制等算法。具體算法的選擇取決于系統(tǒng)特性、性能需求和應(yīng)用環(huán)境。6-20對(duì)比直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)和直流主軸伺服系統(tǒng)的調(diào)速原理，分析控制原理的異同。答：直流進(jìn)給伺服系統(tǒng)和直流主軸伺服系統(tǒng)在調(diào)速原理上有一些異同。相同之處是它們都使用閉環(huán)控制和PID控制算法。不同之處在于控制目標(biāo)、反饋信號(hào)和機(jī)械傳動(dòng)方式。6-21對(duì)比交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)和交流主軸伺服系統(tǒng)的調(diào)速原理，分析控制原理的異同。答：交流進(jìn)給伺服系統(tǒng)和交流主軸伺服系統(tǒng)的調(diào)速原理有一些異同。相同之處是它們都使用閉環(huán)控制和PID控制算法。不同之處在于控制目標(biāo)、反饋信號(hào)和機(jī)械傳動(dòng)方式。6-22分析電主軸的特點(diǎn)以及其伺服控制實(shí)現(xiàn)方法。答：電主軸是通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主軸，具有轉(zhuǎn)速可調(diào)、高速性能優(yōu)越、高剛性和穩(wěn)定性、快速響應(yīng)能力的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)電主軸的伺服控制包括傳感器反饋、控制器設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和反饋控制等步驟。第七章數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)7-1數(shù)控機(jī)床在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面有哪些主要特點(diǎn)?答：數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已形成自己的獨(dú)立體系，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：靜、動(dòng)剛度高?？拐裥院脽岱€(wěn)定性好靈敏度高自動(dòng)化程度高、操作方便7-2數(shù)控機(jī)床的主軸軸承配置有哪些方式?各適用于什么場(chǎng)合?答：配置方式主要有三種：前支承采用雙列圓柱滾子軸承和雙列60°角接觸球軸承組合，后支承采用成對(duì)角接觸球軸承。普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床。前支承采用多個(gè)高精度角接觸球軸承。適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。前支承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用單列圓錐滾子軸承。適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機(jī)床。7-3加工中心主軸內(nèi)的刀具自動(dòng)裝卸的工作原理是什么?答：加工中心主軸內(nèi)的刀具自動(dòng)裝卸，是指通過(guò)自動(dòng)換刀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中切換不同類型或規(guī)格的刀具。其工作原理如下：(1)刀庫(kù)儲(chǔ)存：加工中心通常會(huì)配置一個(gè)刀庫(kù)，用于存放多個(gè)刀具。刀具被安置在刀庫(kù)的刀位中，并根據(jù)編程或設(shè)定的順序進(jìn)行編號(hào)。刀庫(kù)可以是直接集成在機(jī)床內(nèi)部的刀塔式刀庫(kù)，也可以是獨(dú)立的刀庫(kù)模塊。(2)自動(dòng)換刀系統(tǒng)：加工中心配備自動(dòng)換刀系統(tǒng)，它由換刀臂、換刀桿和換刀器等組成。自動(dòng)換刀系統(tǒng)的動(dòng)作受控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)，以完成刀具的裝卸操作。(3)換刀操作：根據(jù)加工程序的要求或人機(jī)界面的輸入，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)送換刀信號(hào)，觸發(fā)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的動(dòng)作。換刀臂移動(dòng)到刀庫(kù)區(qū)域，并伸出換刀桿。(4)刀具選?。簱Q刀桿按照預(yù)設(shè)的選擇方式（例如指定刀位序號(hào)、特定刀具尺寸等）將需要的刀具夾取。(5)主軸卸載：一旦刀具被夾取，換刀臂將其移動(dòng)到加工中心主軸處。通過(guò)控制換刀器，卸下當(dāng)前主軸內(nèi)的刀具。(6)主軸裝載：換刀臂將已選取的新刀具放置到主軸內(nèi)，并通過(guò)換刀器進(jìn)行夾緊固定。(7)完成換刀：當(dāng)新刀具固定在主軸內(nèi)后，換刀臂退回到刀庫(kù)區(qū)域，自動(dòng)換刀系統(tǒng)完成一次換刀操作。通過(guò)以上步驟，加工中心可以實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)裝卸?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)加工需求選擇刀具，并指揮自動(dòng)換刀系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行切換操作。這樣可大大提高生產(chǎn)效率，減少了手動(dòng)換刀的時(shí)間和人力成本，并且保證了切削工藝的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。7-4主軸準(zhǔn)停的意義是什么，如何實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停？答：主軸轉(zhuǎn)準(zhǔn)停（也稱為主軸定位）是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，它的意義在于確保機(jī)械系統(tǒng)中的主軸或旋轉(zhuǎn)裝置在需要停止或精確定位時(shí)能夠準(zhǔn)確停止，并保持穩(wěn)定的位置。實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停通常需要以下步驟：(1)傳感器檢測(cè)：使用合適的傳感器（例如編碼器）監(jiān)測(cè)主軸的位置和速度。這些傳感器可以提供關(guān)于主軸當(dāng)前狀態(tài)的反饋信號(hào)。(2)控制系統(tǒng)：將傳感器的反饋信號(hào)輸入到控制系統(tǒng)中。控制系統(tǒng)可以是基于硬件的控制器或軟件算法，負(fù)責(zé)分析和處理傳感器信號(hào)。(3)控制算法：根據(jù)傳感器的反饋信號(hào)，控制算法計(jì)算出控制指令。這些指令將傳遞給驅(qū)動(dòng)器或執(zhí)行器，以調(diào)整主軸的位置和速度。(4)驅(qū)動(dòng)器或執(zhí)行器：根據(jù)控制指令，驅(qū)動(dòng)器或執(zhí)行器對(duì)主軸進(jìn)行調(diào)整，使其準(zhǔn)確停止或精確定位。7-5數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中有哪些機(jī)械環(huán)節(jié)，各有什么要求?答：有齒輪副、滾珠絲杠螺母副。設(shè)計(jì)齒輪副時(shí)要考慮齒輪副的傳動(dòng)級(jí)數(shù)和速比分配，以及齒輪傳動(dòng)間隙的消除。滾珠絲杠螺母副要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線移動(dòng)之間的關(guān)系，在垂直安裝時(shí)必須附加制動(dòng)機(jī)構(gòu)。7-6分別說(shuō)明直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪，以及錐齒輪的傳動(dòng)間隙的消除方法有哪些？答：直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)間隙消除方法有偏心套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法，雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的消除方法是軸向墊片消除調(diào)整法，軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法。錐齒輪傳動(dòng)間隙的消除方法是柔性調(diào)整法。7-7滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)是什么？答：其特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高，所需傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩?。混`敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行，隨動(dòng)精度和定位精度高；磨損小，壽命長(zhǎng)，精度保持好；可通過(guò)預(yù)緊和間隙消除措施提高軸間剛度和反向精度；運(yùn)動(dòng)可具可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，也可以將直線運(yùn)動(dòng)變動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。7-8滾珠絲杠螺母副的滾珠有哪兩類循環(huán)方式？常用的結(jié)構(gòu)型式是什么？答：有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種結(jié)構(gòu)。外循環(huán)又分為插管式和螺旋槽式，常用的是插管式。內(nèi)循環(huán)的結(jié)構(gòu)是在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸輪式反向器，反向器上銑有S型回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道聯(lián)接起來(lái)。滾珠從螺紋滾道進(jìn)入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過(guò)絲杠牙頂進(jìn)入相鄰滾道。7-9試述滾珠絲杠螺母副軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊的基本原理，常用哪幾種結(jié)構(gòu)型式？答：采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。預(yù)緊力不宜過(guò)大，防止空載力矩增加。常用的結(jié)構(gòu)型式有：墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式。7-10滾珠絲杠螺母副在機(jī)床上的支承方式有幾種？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：一端安裝推力軸承的方式：承載能力小，軸向剛度低，適用于行程小的短絲杠。一端安裝推力軸承，另一端安裝深溝球軸承的方式：當(dāng)熱變形造成絲杠伸長(zhǎng)時(shí)，其一端固定，另一端能做微量的軸向浮動(dòng)，適用于絲杠較長(zhǎng)的情況。兩端安裝推力軸承的方式：安裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，可以提高軸向剛度。但這種安裝方式對(duì)絲杠的熱變形比較敏感。兩端安裝推力軸承及深溝球軸承的方式：兩端均采用雙重支承并施加預(yù)緊力，使絲杠具有較大的剛度。還可以使絲杠的變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計(jì)時(shí)要要求提高推力軸承的承載能力和支架的剛度。7-11數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌有哪些類型?各有何特點(diǎn)?答：分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)控機(jī)床上廣泛使用。滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)很小，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，所需功率小，精度好，無(wú)爬行，應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，效率高，能長(zhǎng)期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度；其承載油膜有良好的吸振性，低速下不易產(chǎn)生爬行，因此在機(jī)床上得到日益廣泛的應(yīng)用。一般多用于重