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省级精品课程《数控加工技术》习题解答

第一章数控加工技术概论

1.1 数控加工技术的概念是什么?其主要发展历程经过哪几个阶段?

答:1）数控加工技术是集传统的机械制造、计算机、现代控制、传感控制、信息处理、光机电技术于一体，在数控机床上进行工件切削加工的一种工艺方法，是根据工件图样和工艺要求等原始条件编制的工件数控加工程序输入数控系统，控制机床刀具与工件的相对运动，从而实现工件的加工。

2）数控加工技术主要发展历程经过了二个阶段6个时代。

第一阶段：数控（NC）阶段，又称为硬件数控阶段，从1952年~1970年。

第一代数控（1952-1959年）：采用电子管构成的硬件数控系统；

第二代数控（1959-1965年）：采用晶体管电路为主的硬件数控系统；

第三代数控（1965年开始）：采用小、中规模集成电路的硬件数控系统；

第二阶段：计算机数控（CNC）阶段：又称为软件数控阶段，从1970年~现在。

第四代数控（1970年开始）：采用大规模集成电路的小型通用电子计算机数控系统；

第五代数控（1974年开始）：采用微型计算机控制的数控系统；

第六代数控（1990年开始）：采用工控PC机的通用CNC系统。

1.2 数控机床的工作原理是什么？数控加工的特点有哪能些？

答：1）将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，并输入数控装置，经过信息处理、分配，控制机床各坐标轴以最小位移量(通常只有0.001mm)为单位进行移动，其合成运动实现了刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。数控机床的加工，实质是应用了“微分”原理。

2)数控加工的特点有：1)自动化程度高，能减轻工人的劳动强度和改善劳动条件；2)零件加工精度高、加工质量稳定；3)加工生产率高；4)良好的经济效益；5)复杂产品加工能力强；6)适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件；7）有利于生产管理的现代化。

1.3 数控机床由哪能几个部分组成?各个部分的基本功能是什么?

答:1)数控机床由控制介质、数控装置、伺服系统、检测系统和机床本体五部分组成。

2）各部分的基本功能是；

（1）控制介质：是信息的载体，通常也称为输入、输出设备。输入设备的主要功能是将工件加工程序、机床参数及刀补值、间补值等数据输入到机床计算机数控装置。输出设备主要是将工件加工过程和机床运行状态等打印或显示输出，以便于工作人员操作。

（2）数控装置是数控机床的控制核心，主要功能是接收输入设备输入的加工信息，完成数据的存储、计算、逻辑判断、输入输出控制等，并向机床各驱动机构发出运动指令，指挥机床各部件协调、准确地执行工件加工程序。

（3）伺服系统：包括驱动装置和执行机构两大部分。伺服系统是指数控机床的电气驱动部分，它接收计算机数控装置发来的各种动作命令，并精确地驱动机床进给轴或主轴运动。（4）位置检测装置：作用主要是对机床的转速及进给实际位置进行检测并反馈回计算机数控装置，进行补偿处理。运动部分通过传感器，将角位移或直线位移转换成电信号，输送给计算机数控装置，与给定位置进行比较，并由计算机数控装置通过计算，继续向伺服机构发出运动指令，对产生的误差进行补偿，使机床工作台精确地移动到要求的位置。

（5）机床本体：是数控机床的主体，是用来完成各种切削加工的机械部分。数控机床的机械结构，除了主运动系统、进给系统以及辅助部分，如液压、气动、冷却和润滑部分等一

般部件外，还有些特殊部件，如刀库、自动换刀装置（Automatic ToolChange，A TC）、自动托盘交换装置等。它与普通机床的差别，主要是机械传动结构及功能性部件。

1.4 数控机床按工艺用途分有哪些类型？

答：有：金属切削类数控机床；金属成型类数控机床；特种加工类数控机床；其它类型数控机床。

1.5 点位控制方式与轮廓控制方式有什么不同？各适用于什么场合？

答：点位控制方式需严格控制点到点的距离，不严格要求路径，运动中不加工。轮廓控制方式它能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行联动控制，不仅能够控制机床移动部件的起点与终点坐标位置，而且能控制整个加工过程中每一点的速度与位移量，将工件加工成要求的轮廓形状。

1.6 简述开环、半闭环、闭环控制数控机床的区别？

答：开环控制数控机床的控制系统没有位置检测反馈装置，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。闭环控制数控机床是在机床最终的运动部件的相应位置上直接安装直线位移检测装置，将直接测量到的位移反馈到数控装置的比较器中，与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动，最终实现运动部件的精确运动和定位。半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移检测装置，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出移动部件的实际位移量，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。

1.7 数控机床的主要性能指标有哪能些？

答：数控机床的性能指标一般包括坐标轴指标（可控轴数、联动轴数）、精度指标（定位精度、重复定位精度、分度精度、分辩率、脉冲当量）、运动性能指标（主轴转速、进给速度、坐标行程、摆角范围、刀库容量、换刀时间）及加工能力指标（每分钟最大金属切除量）等。

1.8什么是直接数字控制系统？

答：直接数字控制（Direct Numerical Control，DNC）又称为分布式数字控制（Distributed Numerical Control，DNC），DNC的基本功能是传送NC程序。它指的是用一台通用计算机直接控制和管理若干台数控机床进行零件加工或装配的系统，所以又称为计算机群控，还具有系统信息收集、系统状态监视及系统控制等功能。

1.9 什么是柔性制造系统？它由哪能些基本部分组成？

答：柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）是由一组数控机床组成，它能随机地加工一组具有不同加工顺序及加工循环的零件，实行自动运送材料及计算机控制，以便动态地平衡资源的供应，从而使系统自动地适应零件生产混合的变化及生产量的变化。一般认为，柔性制造系统由加工系统、物料储运系统和信息控制系统组成。

1.10 计算机集成制造系统由哪能些基本部分组成？

答：计算机集成制造系统（Computer-Integrated Manufacturing System，CIMS），是指用计算机网络和数据库技术，从产品的定货、设计、工艺、制造到销售的全过程集成为一个整体，以保证企业信息的共享性、可靠性和及时性，实现生产的自动化和柔性化。CIMS通常由管理信息分系统、设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统、计算机网络分系

统和数据库分系统六个部分组成。

1.11 数控加工技术的发展趋势是什么？

答：数控加工技术的发展趋势是：运行高速化；加工高精化；功能复合化；控制智能化；驱动并联化；交互网络化。

补充:数控机床的故障:

由于现代数控系统的可靠性越来越高，数控系统本身的故障越来越低，而大部分故障的发生则是非系统本身原因引起的。系统外部的故障主要指由于检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题而引起的。

数控设备的外部故障可以分为软故障和外部硬件损坏引起的硬故障。软故障是指由于操作、调整处理不当引起的，这类故障多发生在设备使用前期或设备使用人员调整时期。对于数控系统来说，另一个易出故障的地方为伺服单元。由于各轴的运动是靠伺服单元控制伺服电机带动滚珠丝杠来实现的。用旋转编码器作速度反馈，用光栅尺作位置反馈。一般易出故障的地方为旋转编码器与伺服单元的驱动模块。也有个别的是由于电源原因而引起的系统混乱。特别是对那些带计算机硬盘保存数据的系统。1.按故障发生的部位分类

⑴主机故障数控机床的主机通常指组成数控机床的机械、润滑、冷却、排屑、液压、气动与防护等部分。主机常见的故障主要有：

1）因机械部件安装、调试、操作使用不当等原因引起的机械传动故障

2）因导轨、主轴等运动部件的干涉、摩擦过大等原因引起的故障

3）因机械零件的损坏、联结不良等原因引起的故障，等等．

主机故障主要表现为传动噪声大、加工精度差、运行阻力大、机械部件动作不进行、机械部件损坏等等。润滑不良、液压、气动系统的管路堵塞和密封不良，是主机发生故障的常见原因。数控机床的定期维护、保养．控制和根除“三漏”现象发生是减少主机部分故障的重要措施．

⑵电气控制系统故障从所使用的元器件类型上．根据通常习惯，电气控制系统故障通常分为“弱电”故障和“强电”故障两大类，

“弱电”部分是指控制系统中以电子元器件、集成电路为主的控制部分。数控机床的弱电部分包括CNC、PLC、MDI/C RT以及伺服驱动单元、输为输出单元等。

“弱电”故障又有硬件故障与软件故障之分．硬件故障是指上述各部分的集成电路芯片、分立电子元件、接插件以及外部连接组件等发生的故障。软件故障是指在硬件正常情况下所出现的动作出锗、数据丢失等故障，常见的有．加工程序出错，系统程序和参数的改变或丢失，计算机运算出错等。

“强电”部分是指控制系统中的主回路或高压、大功率回路中的继电器、接触器、开关、熔断器、电源变压器、电动机、电磁铁、行程开关等电气元器件及其所组成的控制电路。这部分的故障虽然维修、诊断较为方便，但由于它处于高压、大电流工作状态，发生故障的几