1、数控机床及工业机器人练习试卷 3 及答案与解析一、综合题本大题满分 50 分。涉及计算的问题，要求列出算式和计算步骤。需按公式计算的，应列出公式。如果试题没有特殊要求，则计算结果保留两位小数。1 数控机床对伺服机械结构有哪些要求?2 试述数控机床中闭环系统的组成、原理和应用特点。3 要实现数控加工，数控机床必须包括哪些因素?4 请说出 CNC 装置中的必备功能和选择功能的名称。5 试述可编程控制器的基本技术指标。6 数控机床主机机械结构有哪些特点?7 试述步进电动机的主要性能指标。8 数控机床有哪几种分类方法?9 试述数控机床的组成部分。数控机床及工业机器人练习试卷 3 答案与解析一、综合题本
2、大题满分 50 分。涉及计算的问题，要求列出算式和计算步骤。需按公式计算的，应列出公式。如果试题没有特殊要求，则计算结果保留两位小数。1 【正确答案】 数控机床对进给伺服驱动系统的主要要求可归纳如下：(1)高精度。要求伺服系统定位准确，即定位误差特别是重复定位误差要小，并且伺服系统的跟随精度要高，即跟随误差要小。一般定位精度可达 m 级，要求高的达到。(2)快速响应，无超调。加工过程中，为了提高生产率和保证加工质量，要求加(减)速度足够大，以便缩短伺服系统过渡过程时间。(3)调速范围宽。在各种数控机床中，由于加工所用刀具、被加工材料以及零件加工要求的不同，为保证在任何情况下都能得到最佳切削条件
3、，要求进给驱动必须具有足够宽的调速范围(至少达到 1:1000，有些高性能系统已能达到 1:100000)，而且通常是无级调速。(4)低速大转矩。根据机床的加工特点，多在低速下进行重切削，即在低速时进给驱动要有大的转矩输出。另外驱动系统应具有较强的过载能力，而且力矩波动要小，一般允许的波动系数在 3%左右。(5)可靠性高。对环境 (如温度、湿度、粉尘、油污、振动、电磁干扰等)的适应性强、性能稳定、使用寿命长，平均故障间隔时间(MBTF) 长。【知识模块】 数控机床及工业机器人 2 【正确答案】 闭环控制数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测元件安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位
4、置，并与 CNC 装置的指令位置进行比较，用差值进行控制。这类数控机床由于能够减小，乃至于消除由于传动部件制造、装配所带来的误差，因而可以获得很高的加工精度。但是，环内包含的机械传动环节比较多，如丝杆螺母副工作台等。丝杆与螺母间，工作台与导轨间的摩擦特性，各部件的刚性都是可变的，这些都直接影响伺服系统的调节参数，而且有一些参数是非线性的。如果设计、调整得不好，将会造成系统的不稳定。因此，这类数控机床伺服系统的设计和调试都有较大的难度，如果不是精度要求很高的数控机床，一般不采用这种控制方式。【知识模块】 数控机床及工业机器人 3 【正确答案】 要实现数控加工，数控机床必须包括：(1)能够接受零件
5、加工所需要的各种信息，并能进行插补运算和各种必要的处理，实时发出各种控制指令及坐标速度控制指令(或脉冲)的数控装置。(2)能够快速响应并具有足够功率的伺服驱动装置。(3)能够满足加工要求的机床主机、辅助装置及刀具等。【知识模块】 数控机床及工业机器人 4 【正确答案】 CNC 装置的控制功能、准备功能、插补功能、进给功能、选刀及工作台分度功能、主轴功能、辅助功能、字符显示功能、诊断功能等是数控必备的基本功能；补偿功能、固定循环功能、图形显示功能、通信功能、在线自动编程功能属于选择功能、用户可根据需要加以选用。【知识模块】 数控机床及工业机器人 5 【正确答案】 PLC 的基本技术指标：(1)存
6、储器容量。一般用 K 字节(KB)、K 位来表示。这里，1K 1024。在 PLC 中，程序指令按“步”存放。一“ 步”占用一个地址单元，一个地址单元一般占用两个字节，因此，如果一个 PLC 内存容量为 1000 步，可以推知其内存约为2000 字节。(2)扫描速度。一般以执行 1000 步指令所需要的时间来衡量，单位是 ms/K；有时，也以执行一步指令的时间计，单位为 us/步。(3)I/O 点数。I/O 点数是指 PLC 外部输入、输出端子总数。这是 PLC 最重要的一项技术指标。(4)编程语言。不同的 PLC 其编程语言不同，互不兼容，但具有互相转换的可移植性。编程语言的指令条数是衡量
7、PLC 软件功能强弱的主要指标，指令越多，编程功能越强。【知识模块】 数控机床及工业机器人 6 【正确答案】 为了满足数控机床高自动化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，其机械结构应具有以下一些特点：(1)通过机床结构、筋板的合理布局来提高刚度。如数控机床采用大的主轴支承轴径，短的主轴端部受力悬伸段，采用倾斜床身；铣、镗类数控机床主轴箱在框式立柱上采用嵌入式结构；数控机床的立柱构件采用加强筋布局设计；数控机床的床身采用钢板焊接结构等。(2)通过新材料、特殊结构的采用来提高动刚度和抗震能力。如采用聚合物混凝土取代铸铁材料制作机床大件，大件中充填泥芯和混凝土等阻尼材料，在大件表面采用阻尼涂层
8、等来改善构件的阻尼特性等。(3)采用热对称结构及热平衡措施，控制机床发热部件温升(如主轴箱、静压导轨液压油等采取散热、风冷或液冷)，以及专门采用热位移补偿等措施来减少机床热变形。(4)采用高效率、无间隙、低摩擦传动，如采用熟料滑动导轨、滚动导轨、静压导轨、滚珠丝杆副、预加载双齿轮一齿轮及静压蜗杆一蜗母条机构等。(5)采用高性能、宽调速范围的交、直流主轴电动机和伺服电动机，以简化主轴箱、进给变速箱及其传动系统。【知识模块】 数控机床及工业机器人 7 【正确答案】 步进电动机的主要性能指标有：(1)步距精度。空载时，以单脉冲输入，步进电动机的实际步距角与理论步距角之差称为静态步距角误差，以偏差的角
9、度或相对百分数来衡量。(2)最大静转矩。处于静态(即不改变通电状态，转子处于不动的状态)的步进电动机，在转子轴上加一负载转矩后，转子将转过一个角度，在新的位置上静止下来。(3)起动频率。使步进电动机能够由静止定位状态不失步地起动，并进 akx-常运行的控制脉冲最高频率，称为起动频率。在空载情况下，称为空载启动频率。在有负载情况下，不失步起动所允许的最高频率将大大降低。(4)连续运行频率。步进电动机启动后，其转速将跟随控制脉冲频率连续上升而不失步地控制脉冲的最高频率，称为连续运行频率的最高工作频率。步进电动机的连续运行频率随负载的增大而下降，但步进电动机连续运行频率远高于其起动频率。【知识模块】
10、 数控机床及工业机器人 8 【正确答案】 数控机床有以下几种分类方法：(1)按照刀具与工件的相对运动轨迹，可将数控机床分为点位控制数控机床和轮廓控制数控机床。(2)按照伺服系统的控制方式，可将数控机床分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和变闭环控制数控机床。(3)按照加工方式，可将数控机床分为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和其他类数控机床。(4)按照 CNC 装置的功能水平，可将数控机床分为高、中、低档三类数控机床。【知识模块】 数控机床及工业机器人 9 【正确答案】 数控机床由 CNC 系统、机床主机和辅助装置组成。其中，CNC系统由程序、输入输出(I/O)设备
11、、CNC 装置及主轴、速度控制单元组成。数控机床是按照预先编好的零件加工程序进行自动加工的。零件加工程序是CNC 系统的重要组成部分。输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、打印、显示等。简单的输入输出设备只包括键盘、米字管和数码管等。一般的输入输出设备除了人机对话编程键盘和阴极射线管(CRT)显示器或液晶显示器(LCD)外；还包括纸带、磁带输入机或磁盘驱动器、穿孔机和点传机等。高级的输入输出设备还包括自动编程及乃至CAl)/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)系统。CNC 装置是 CNC 系统的核心部件，它由三部分组成，即计算机(包括硬件和软件)、可编程序控制器(PLC)和接口电路
12、。主轴驱动单元与交、直流主轴电动机及其速度检测单元组成主轴驱动装置，用于控制主轴的旋转运动，实现在宽范围内速度可调?并在每种速度下都能提供切削所需要的功率。进给驱动与进给伺服电动机及其检测元件组成进给驱动装置，用于控制机床坐标轴的切削进给运动，提供切削过程中所需要的扭矩，并可以任意调节运动速度。再配以位置控制系统，可实现对工作台(或刀具)位置的精确控制，这就是进给伺服驱动系统。进给伺服驱动系统中的伺服电动机可以是功率步进电机(多用于经济型数控机床)或交、直流伺服电动机部分。辅助装置包括液压、气动装置交换工作台、数控转台、数控分度头、排屑装置、刀具及监控检测装置等。【知识模块】 数控机床及工业机器人
