数控装备设计 各章习题答案

第1章 习题

1、数控机床产生于哪年？哪个国家？ 2、什么是点位控制、直线控制和轮廓控制？ 3、数控机床主要应用范围有哪些？ 4、数控技术的发展趋势是什么？ 5、何谓机床零传动？

6、区别数控机床的控制轴数及联动轴数。

习题答案：

1、1952年，美国

2、点位控制特点：只要求保证点与点之间的准确定位, 而对点与点之间刀具所移动的轨迹不加控制. 在移动过程中, 刀具不进行切削, 采用机床设定的最高进给速度进行定位运动, 接近终点需要低速趋近。如:钻床、冲床

直线控制特点：除了控制点与点之间的准确定位外, 还要保证刀具在被控制的两点之间的运动轨迹是一条直线，且在运动过程中，刀具按给定的进给速度进行切削。如:车床、铣床、磨床

轮廓控制特点：能同时对两个或两个以上坐标轴进行联动控制, 不仅要控制起点、终点坐标的准确性, 而且对每瞬时的位移和速度进行严格的不间断的控制, 这种数控机床可以加工曲线和曲面. 如:具有两坐标或两坐标以上联动的数控铣床、车床、磨床和加工中心。

3、多品种小批量生产的零件；几何形状复杂的零件；需要频繁改型的零件；价格昂贵、不允许报废的零件；需要最短生产周期的急需零件。 4、高生产率、高精度、智能化、网络化。

5、缩短机床传动链的长度，取消从电动机到工作部件之间的一切中间环节，使传动链的长度等于零，称为机床的“零传动”。

6、控制轴数:机床数控装置能够控制的坐标轴数目。

联动轴数:机床数控装置同时控制的坐标轴数目：如2轴、2.5轴、3轴、4轴、5轴控制等。

讨论题：

1、数控加工有哪些主要特点？ 2、数控机床的工作原理是什么？

3、数控机床由哪几部分组成？各部分的基本功能是什么？ 4、什么是开环控制、闭环控制、半闭环控制？ 5、数控机床的精度与运动指标有哪些?

第2章 习题

1、如习题1图所示，直线OA 起点坐标（0，0），终点坐标（5，3），试用逐点比较法对直线OA 进行插补计算，并画出插补轨迹。

2、什么是插补？

3、在直线接直线的转接中，若刀具补偿方向为左刀补，两向量夹角为300°，则转接类型为__________________。

Y

O

4、何谓逐点比较法, 其每走一步需要完成的内容有哪些?

5、何谓C 功能刀具半径补偿 ，有几种转接过渡方式，请画出图示从A 到E 点编程轨迹采用C 刀补法在左刀补情况下的刀具中心运动轨迹（AB 为刀补建立阶段，DE 为刀补取消阶段），并说出各编程轨迹交点处刀具中心运动轨迹分别属哪类转接型式？ B

A

习题答案：1、见插补轨迹图与表1。

Y

，3）

D

C

E

O

表1

插补轨迹

X

脉冲个偏差判别 进给方向 偏差计算 数

0F 1=F 0−Y e =0−3=−3

F 2=F 1+X e =−3+5=2F 1=−3

F 3=F 2−Y e =2−3=−13 +X F 2=2>0

F 4=F 3+X e =−1+5=44 F 3=−1

F 5=F 4−Y e =4−3=15 F 4=4>0+X

6 F 5=1>0+X F 6=F 5−Y e =1−3=−2

7

F 6=−2

+Y

F 7=F 6+X e =−2+5=3

终点判定 E=E-1=7≠0

未到终点 E=E-1=6≠0未到终点 E=E-1=5≠0未到终点 E=E-1=64≠0未到终点 E=E-1=3≠0未到终点 E=E-1=2≠0未到终点 E=E-1=1≠0未到终点

8

F 8=3>0

+X

F 8=F 7−Y e =3−3=0

到终点

2、已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标、曲线类型和走向，由数控系统实时地算出各个中间点的坐标。即需要“插入、补充”运动轨迹各个中间点的坐标，这个过程称为“插补”（Interpolation ）。 3、伸长型转接

4、一次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲，每走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹相比较判断一下偏差，然后决定下一步的走向，如果加工点走到图形外面去了，那么下一步就往图形里面走；如果加工点在图形里面，则下一步就向图形外面走，以缩小差距。这样就能得到一个非常接近规定图形的轨迹。每进给一步都要完成偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别四个步骤。

5、C 刀具补偿：采用直线或圆弧过渡，直接求出刀具中心轨迹交点的刀具半径补偿方法。转接过渡方式：缩短型、伸长型

、插入型 B 点处：伸长型 C 点处：缩短型 D 点处：插入型

A

讨论题：

自行推导G41/G41伸长型交点C 的坐标1、计算。

2、试述脉冲增量插补和数据采样插补的特点。

3、要插补所示直线轨迹OA ，起点坐标为O(0,0)，终点坐标为A(5,3),若被积函数寄存器Jvx 、 Jvy 和累加器JRx 、 JRy以及终点计数器Re 均为三位二进制寄存器。请写出插补过程、画出DDA 直线插补轨迹。

x

4、什么是B 刀具半径补偿？C 刀具半径补偿？

5、何谓数值积分法, 它进行直线插补和圆弧插补时有何不同?

第3章 习题：

1、数控机床对伺服系统有哪些基本要求？ 2、判断题：

1）给步进电机输入一个脉冲信号，其转子转过的角度称为步距角。（ )

2）伺服系统可分为三种类型，其中的全闭环系统因设计和调整较简单，故被广泛应用。（ ）

3、三相步进电动机常用的工作方式：______________________、______________________和_____________________________。 4、结合下图说明步进电动机工作原理。

习题答案： 1、（1）高精度。为保证移动部件的定位精度和轮廓加工精度，要求它有足够高的定位精度。 （2）快速响应。快速响应是伺服系统的动态性能，反映了系统的跟踪精度。

（3）调速范围宽。目前数控机床一般要求进给伺服系统的调速范围0～30m/min，若考虑

到有的系统安装减速齿轮副，伺服电动机要有更宽的调速范围。

（4）低速大转矩。机床在低速切削时，切削深度和进给都较大，要求电动机输出的转矩较大。

（5）惯量匹配。移动部件加减速时都有较大惯量，要求系统的快速响应性能要好，因而电动机的惯量与移动部件的惯量要匹配。

（6）较强的过载能力。要求电动机加减速时有很快的响应速度，使电动机可能在过载条件下工作，这就要求电动机有较强的抗过载能力。 2、1）正确 2）错误

3、单三拍(工作方式) 双三拍(工作方式) 六拍(工作方式)

4、如图所示步进电机有A 、B 、C 三相，每相有两个磁极，转子有四个磁极。当A 相绕组通以直流电时，定子A 相磁极产生磁场，并对转子产生磁拉力，使转子的1、3极与定子的A 相磁极对齐。后再将B 相绕组通以直流电时，B 相磁极产生磁通，这时转子2、4极与定子B 相磁极对齐。如果按A →B →C →A 的通电顺序，转子则沿逆时针方向一步步转动起来，每步转过30°，这个角度叫做步距角。

讨论题：

1、步进电机的主要特征是什么？基本工作状态是怎样的？ 2、测量装置的作用是什么？

3、增量测量和绝对测量有何区别？

4、简述直流电动机的调速原理和调速方式? 5、简述旋转变压器工作原理, 它有几种型式?

第4章 习题：

1、某些指令一旦写入程序中，在后续程序段中会一直有效，直到出现同组指令，才会被取消或取代，这种指令被称作___________。

2、数控机床坐标系确定顺序是：先确定____________轴，再确定____________轴，最后是____________轴。

3、__________为顺时针圆弧插补指令，__________为逆时针圆弧插补指令。 4、判断题：

1）从G00到G99的100种G 代码，每种代码都具有具体的含义。（ ）

2）程序段的执行是按程序号的数值大小顺序来执行的，程序号数值小的先执行，程序号数值大的后执行。（ ）

3）刀补建立的过程必须含有G00或G01指令才能有效。（ ）

习题答案：1、续效指令或模态指令

2、Z X Y 3、G02，G03

4、1）错误 2）正确 3）正确

讨论题

1、 比较编程原点、机床原点。

2、编程中采用刀具半径补偿、刀具长度补偿的优越性是什么？

3、将下列程序连续运行两次，作图表示两次运行中的加工坐标系、程序轨迹。 G92 X0 Y0

G90 G03 X50 Y0 I25 J0 F60 G02 X75 Y25 I0 J25 M02

4、数控机床程序编制的方法有哪些种类？各有何特点？ 5、何谓M 代码? 它的作用是什么?

6、按绝对坐标 编程和按相对坐标编程有什么不同? 区别是什么?

第5章 习题

1、试述基点和节点的定义。

2、 走刀路线选择时应注意哪些问题？ 3、 选择题：

1） 由于数控机床的高度柔性，工序可以比较（ ）

A 、集中 B 、分散 C 、复杂

2）数控铣削加工内腔时，其槽侧圆角越（ ），对铣削越有利。

A 、大 B 、小 C 、圆

3）数控铣削加工内腔时，其槽底圆角越（ ），对铣削越有利。

A 、大 B 、小 C 、圆

4、数控车床车刀与工件相对位置如图所示，程序中用指令：G92 X150 Z100（X

为直径值，下同）建立的加工坐标系原点和用指令：G92 X150 Z20建立的加工

1

坐标系原点是否相同？位于图中哪一点？

习题答案：

1、基点：与系统插补功能一致的各几何要素的连接点。由于目前数控系统都具有直线、圆弧插补功能，因此，直线、圆弧构成的平面轮廓其交、切点即为基点。 节点：系统轮廓与插补功能不一致时，逼近线段与被加工曲线的交点。

2、1) 应保证被加工工件的精度和表面粗糙度，且效率高；

2) 在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作；

3) 应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率； 4) 使所需要的刀具规格少，并减少换刀次数。

1) 应保证被加工工件的精度和表面粗糙度，且效率高；

2) 在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作；

3) 应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率； 4) 使所需要的刀具规格少，并减少换刀次数。 3、1）A 2）A 3）B

4、不相同。程序中用指令：G92 X150 Z100建立的坐标系原点在O 点，而后一个指令建立的坐标系在O1点。

讨论题

1、区别比较刀位点、换刀点、对刀点概念及选择原则。 2、常用的数控铣加工刀具有哪些种类，它们的用途是什么？ 3、何谓行切法？

4、选择夹具的基本原则有哪些？

5、在数控加工程序的编制过程中，主要存在哪些误差？它们是如何产生的？

6、对非圆曲线的逼近处理有哪些方法？对于可用方程表达的二次曲线常用哪二种方法，它们有何特点？

第6章 习题：

1、 选择题：

。 1） 曲面加工为了获得较好的表面粗糙度，通常使用（ ）

A 、三刃立铣刀 B 、键槽铣刀 C 、球头铣刀 2）（ ）结构的刀具是目前使用最广泛的数控用刀具。

A 、整体焊接 B 、机夹可转位 C 、机夹焊接 3）粗加工时，应该尽可能优先考虑（ ）。 A 、加工精度 B 、生产率 C 、加工成本

2、数控铣床编程有哪些特点？

3、何谓加工中心? 与普通数控机床的差别是什么? 4、用户宏程序的作用是什么？

习题答案：1、1）C 2）B 3）B 2、

（1）能有效应用刀具补偿功能，简化编程，扩大程序工艺范围；

（2）一些加工动作（特别是孔加工）已典型化，数控铣床常具备不同形式的循环功能，可进行多次重复循环切削，简化编程；

（3）对形状对称、形状相同大小成比例的零件轮廓，可利用镜像加工、比例缩放功能编程；

（4）工艺处理、数学处理较复杂。

3、具有刀库和自动换刀系统的数控机床称之为加工中心。主要差别就是有无换刀系统和刀

库。

4、可以在程序中使用变量，而且变量间可以进行运算和实现变量赋值，从而使宏程序更具通用性。

讨论题：

1、比较用户宏程序与子程序的相似与不同之处。 2、 数控车床编程有哪些特点？

3、 编制如图所示图的数控加工程序。

设XOY 坐标平面上，A 点坐标为(20，5) ，B 点坐标为(30，5) ，C 点坐标为(40，15) ，D 点坐标为(40，25) ，E 点坐标为(10，25) ， F 点坐标为(10，15) ，圆弧半径都为10，试写出按绝对坐标和相对坐标编写的加工该图形的程序段，刀具半径为右补偿。注：代码与格式统一采用OpensoftCNC 系统规定的代码与格式。

讨论题3

Y

O X

4、用R ＝5mm 的立铣刀，加工如图所示轮廓，若精加工余量△＝0.3mm ，利用

刀补功能编写能进行粗精铣的加工程序，并设置参数。

5、编制如图所示零件（铸件）的数控加工程序（在OpensoftCNC 中），并设置

参数。

，并设置参6、编制如图所示零件（棒料）的数控加工程序（在OpensoftCNC 中）数。