《数控机床》作业参考答案

《数控机床》作业参考答案（一）第一章数控机床简介一、填空题1、控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置2、数字控制3、并联4、自适应控制（AC）二、单选题1、C2、D3、A4、D5、B三、判断题1、×2、√3、×4、√5、√四、简答题1、简述数控机床的发展趋势。

答：（1）高速度与高精度化：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①数控系统采用位数、频率更高的微处理器；②采用全数字交流伺服系统，大大提高了系统的定位精度、进给速度；③机床静、动摩擦的非线性补偿技术；④应用高速大功率电主轴；⑤配置高速、功能强的内装式可编程控制器；⑥采用高性能和可靠的新型功能部件—电滚珠丝杠；（2）多功能化：数控机床采用一机多能；数控机床具有前台加工、后台编辑的前后台功能；数控机床除具有通讯口、DNC功能外，还具有网络功能；（3）智能化：数控机床引进自适应控制技术；采用故障自诊断、自修复功能；具有刀具寿命自动检测和自动换刀功能；数控机床引进模式识别技术；（4）高的可靠性：为实现这一指标，主要采取以下的措施：①提高系统的硬件质量；②采用硬件结构模块化、标准化、通用化方式；③增强故障自诊断、自恢复和保护功能。

2、简述数控机床各组成部分的作用。

答：数控机床一般由以下几个部分组成：（1）控制介质：控制介质是将零件加工信息传送到数控装置中去的信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。

常见的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡、磁盘、磁带等。

（2）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，主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各种输入/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，是数控系统的核心，一般称它为数控装置（CNC装置）。

（3）伺服系统：是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电机、伺服驱动控制器组成。

伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。

（4）反馈装置：该装置由测量部件和响应的测量电路组成，其作用是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，构成半闭环、闭环控制系统。

（5）机床本体：机床本体是数控机床的机械结构实体，是用于完成各种切割加工的机械部分，包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。

（6）辅助装置：包括自动换刀装置ATC、工件夹紧放松机构、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、过载和保护装置等。

3、简要说明数控机床的主要工作过程。

答：（1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据；（2）用规定的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；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；（3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质；（4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。

由手工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；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元（MCU）；（5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统统发出执行的命令；（6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动机床进给机构严格按照指令的要求进行位移，自动完成相应零件的加工。

《数控机床》作业参考答案（二）第二章数控机床的机械结构一、填空题1、进给传动系统2、电主轴3、制动4、消除间隙的5、卸荷装置6、焊接7、直接驱动的回转工作台8、位置检测9、顺序10、柔性制造单元（FMC）二、单选题1、C2、C3、C4、A5、B6、A7、B三、判断题1、√2、√3、×4、√5、×6、√7、×四、简答题1、数控机床的机械结构应具有良好的特性，主要包括哪些方面？答：1）高的静、动刚度及良好的抗振性能：提高数控机床结构刚度的措施有：(1) 提高数控机床构件的静刚度和固有频率；(2) 改善数控机床结构的阻尼特性；(3) 采用新材料和钢板焊接结构。

2）良好的热稳定性：减少热变形主要以下几个方面着手：（1）改善机床布局和结构：采用a）热对称结构；b）倾斜床身和斜滑板结构；c）热平衡措施等。

（2）控制温度：a）对热源采取液冷、风冷等方法来控制温升；b）对切削部位采取强冷措施等。

（3）热位移补偿。

3）高的灵敏度：导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等，以减少摩擦力，使其在低速时无爬行现象；消除进给传动系统中的间隙，提高机床的定位及重复定位精度；对于工作台、刀架等部件的移动，采用交流或直流伺服电动机驱动，经丝杠传动的方式，以提高其定位精度和运动平稳度；采用电主轴、直线电机、直线滚动导轨等新产品。

4）高效化装置、高人性化操作：采用多主轴、多刀架及自动换刀等装置，以实现压缩辅助时间，提高生产效率的目的；使机床具有明快、干净、协调的人机界面，并提高机床各个部分的互锁能力，以方便操作者的观察与操作。

2、数控机床的主轴变速方式有哪几种？试述其特点及应用场合。

答：数控机床的主轴变速方式有：1）带有变速齿轮的主传动特点：通过少数几对齿轮降速，扩大输出扭矩，以满足主轴低速时对输出扭矩特性的要求。

应用：大、中型数控机床采用这种变速方式。

2）通过带传动的主传动特点：电动机本身的调速就能够满足要求，不用齿轮变速，可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。

它适用于高速、低转矩特性要求的主轴。

常用的是三角带和同步齿形带。

应用：这种传动主要应用在转速较高、变速范围不大的机床。

3）用两个电动机分别驱动主轴特点：这是上述两种方式的混合传动，具有上述两种性能。

高速时电动机通过皮带轮直接驱动主轴旋转，低速时，另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转，齿轮起到降速和扩大变速范围的作用，这样就使恒功率区增大，扩大了变速范围。

克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的问题。

但两个电机不能同时工作，也是一种浪费。

4）由调速电动机直接驱动的主传动特点：调速电机与主轴用联轴器同轴联接，这种方式大大简化了主传动系统的结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电机发热对主轴精度影响较大。

5）内装式电主轴: 即主轴与电机转子合二为一。

特点：优点是主轴部件结构更紧凑，重量轻，惯量小，可提高启动、停止的响应特性，并利于控制振动和噪声。

缺点同样是热变形问题。

3、试述滚珠丝杠螺母副的特点有哪些？它是如何工作的？常用间隙调整方法有哪些？答：1）滚珠丝杠螺母副的特点：①摩擦损失小，传动效率高，滚珠丝杠螺母副的传动效率可高达92%~96%；②灵敏度高，传动平稳，不易产生低速爬行现象，随动精度和定位精度高；③磨损小，寿命长，精度保持性好；④给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，进而反向可以消除空程死区，从而提高反向传动精度和轴向刚度；⑤运动具有可逆性，及旋转运动与直线运动可相互转换，因此不能自锁，丝杠立式使用时，应增加制动装置；⑥制造工艺复杂，成本高。

2）工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。

而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。

回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。

3）常用间隙调整方法：滚珠丝杠螺母副消除间隙的基本原理是使两个螺母产生轴向位移，常用的方法是用双螺母消除丝杠与螺母间隙。

双螺母丝杠消除间隙方法有：(a) 垫片调隙式；(b) 螺纹调隙式；(c) 齿差调隙式。

4、自动排屑装置有哪几种类型？各适合于什么场合？答：常见的自动排屑装置有：（1）平板链式排屑装置；（2）刮板式排屑装置；（3）螺旋式排屑装置。

（1）平板链式排屑装置：该装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，加工中的切屑落到链带上被带出机床。

这种装置能排除各种形状的切屑，适应性强，各类机床都能采用。

在车床上使用时多与机床冷却液箱合为一体，以简化机床结构。

（2）刮板式排屑装置：该装置的传动原理与平板链式基本相同，只是链板不同，它带有刮板链板。

这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。

因负载大，故需采用较大功率的驱动电机。

（3）螺旋式排屑装置：该装置是利用电机经减速装置驱动安装在沟槽中的一根长螺旋杆进行工作的。

螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即由螺旋杆推动连续向前运动，最终排入切屑收集箱。

这种装置占据空间小，适于安装在机床与立柱间空隙狭小的位置上。

螺旋式排屑结构简单，排屑性能良好，但只适合沿水平或小角度倾斜的直线方向排运切屑，不能大角度倾斜、提升或转向排屑。

5、数控机床的工作台有哪些形式？各自的特点是什么？答：1）直线工作台：即指一般的工作台，形状多为矩形，能完成直线进给运动。

2）回转工作台：回转工作台是数控铣床、镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要部件，能按照数控系统的指令作回转分度运动或连续回转进给运动，以使数控机床完成指定的加工工序。

方形回转工作台多用于卧式铣床，圆形回转工作台可作任意角度的回转和分度。

3）摆动工作台：能完成摆动进给运动。

四轴、五轴联动的加工中心的摆动进给运动可以由摆动工作台来实现。

4）直接驱动的回转工作台：直接驱动的回转工作台是伺服驱动电动机与回转工作台的集成，它具有减少传动环节、简化机床的结构等优点。

6、数控机床对自动换刀装置有什么样的要求？自动换刀装置有哪些种类？答：1）自动换刀装置应具备换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储备量，占地面积小，安全可靠等特性。

2）目前常见的数控机床的自动换刀装置有以下几种：①回转刀架换刀：数控机床使用的回转刀架是最简单的自动换刀装置，有四方刀架、六角刀架，即在其上装有四把、六把或更多的刀具。

②更换主轴头换刀：在带有旋转刀具的数控机床中，更换主轴头是一种简单换刀方式。

主轴头通常有卧式和立式两种，而且常用转塔的转位来更换主轴头，以实现自动换刀。

③带刀库的自动换刀系统：带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成。

带刀库的自动换刀装置数控机床主轴箱内只有一个主轴，设计主轴部件就有可能充分增强它的刚度，因而能满足精密加工的要求。

另外，刀库可以存放数量很大的刀具，因而能够进行复杂零件的多工序加工，所以带刀库的自动换刀装置特别适用于数控钻床、数控铣床和数控镗床。

根据刀库所需要的容量和取刀的方式，刀库可以分为：(a) 单盘式刀库单盘式刀库的结构简单，刀库的容量通常为15～30把，取刀比较方便，因此应用最为广泛。

(b) 鼓轮弹仓式(又称刺猬式)刀库，其结构十分紧凑，在相同的空间内，它的刀库容量较大，但选刀和取刀的动作较复杂。

(c) 链式刀库，其结构有较大的灵活性，存放刀具的数量也较多，选刀和取刀动作十分简单。

(d) 多盘式和格子式刀库，它们虽然也具有结构紧凑的特点，但选刀和取刀动作复杂，应用较少。