技術(shù)

一、選擇（每題2分，共20分）
1. CIMS是指　( B )。
A 自動化工廠 B 計算機(jī)集成制造系統(tǒng) C 柔性制造系統(tǒng) D 數(shù)控加工中心
2．?dāng)?shù)控機(jī)床的“回零”操作是指回到（ C ）。
A 對刀點 B 換刀點 C 機(jī)床的參考點 D編程原點
3．編寫程序的最小數(shù)值是由 （ C ）決定。
A 加工精度 B 滾珠絲杠精度 C 脈沖當(dāng)量 D 位置精度
4 加工（ B ）零件，宜采用數(shù)控加工設(shè)備。
A． 大批量 B 多品種中小批量 C 單件
5 通常數(shù)控系統(tǒng)除了直線插補(bǔ)外，還有（ B ）。
A．正弦插補(bǔ) B 圓弧插補(bǔ) C 拋物線插補(bǔ)
6 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)減少摩擦阻力和動靜摩擦之差，是為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的（ C ）。
A．傳動精度 B． 運動精度和剛度 C．快速響應(yīng)性能和運動精度 D． 傳動精度和剛度
7 為了保證數(shù)控機(jī)床能滿足不同的工藝要求，并能夠獲得最佳切削速度，主傳動系統(tǒng)的要求是（ C ）。
A．無級調(diào)速 B．變速范圍寬 C．分段無級變速 D．變速范圍寬且能無級變速
8 數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的最小設(shè)定單位就是（ C ）。
A． 數(shù)控機(jī)床的運動精度 B． 機(jī)床的加工精度 C． 脈沖當(dāng)量 D． 數(shù)控機(jī)床的傳動精度
9 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否通過改變電機(jī)的（ A ）而實現(xiàn)。
A． 脈沖頻率 B． 脈沖速度 C． 通電順序
10 開環(huán)控制系統(tǒng)用于（ A ）數(shù)控機(jī)床上。
A． 經(jīng)濟(jì)型 B． 中、高檔 C． 精密
二、填空題（每空2分，共20分）
1、數(shù)控機(jī)床的控制可分為二大部分：一部分是坐標(biāo)軸運動的位置控制；另一部分是數(shù)控機(jī)床加工過程的順序控制。
2、將反饋元件安裝在伺服電機(jī)軸上或滾珠絲杠上間接計算移動執(zhí)行元件位移進(jìn)行反饋的伺服系統(tǒng)，稱為 半閉 環(huán)伺服系統(tǒng)。
3、 數(shù)控機(jī)床主軸的變速形式有有級變速、 分段無級調(diào)速 、調(diào)速電動機(jī)直接驅(qū)動三種。
4、主軸電氣準(zhǔn)停的方法通常有：磁傳感器準(zhǔn)停 、編碼器型主軸準(zhǔn)停 和數(shù)控系統(tǒng)準(zhǔn)停 三種。
5、滾珠絲杠預(yù)緊的目的是 減小或消除反向間隙 。
6、數(shù)控機(jī)床PLC的形式有兩種：內(nèi)裝型PLC 和 獨立型PLC 。
三、判斷題（每題2分，共20分）
1、( √ )數(shù)控機(jī)床的速度和精度等技術(shù)指標(biāo)主要由伺服系統(tǒng)的性能決定。
2、( √ )閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)定位精度高，但調(diào)試?yán)щy。
3、( × )NC和CNC的區(qū)別在于CNC采用計算機(jī)完全代替了硬件電子電路。
4、( √ )脈沖當(dāng)量標(biāo)志著，數(shù)控機(jī)床位移精度的分辨率。
5、( √ )在先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)中，顯示介面可以用WINDOWS。

四、簡答題（每題8分，共40分）
1．位置檢測裝置有哪些種類？它們可分別安裝在機(jī)床的哪些部位？
2．試述步進(jìn)電動機(jī)步距角、步距誤差、靜態(tài)矩角特性、啟動頻率、連續(xù)運轉(zhuǎn)頻率的概念。
3．?dāng)?shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服的性能有何要求？
4．?dāng)?shù)控機(jī)床對主軸驅(qū)動的要求是什么？
5．二檔主軸分段無級變速是如何實現(xiàn)的
答：1、1)旋轉(zhuǎn)編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式測量裝置，通常安裝在被測軸上，隨被測軸一起轉(zhuǎn)動，可將被測軸的角位移轉(zhuǎn)換成增量脈沖形式或絕對式的代碼形式。
2)光柵尺或稱光柵，是一種高精度的直線位移傳感器，在數(shù)控機(jī)床上用于測量工作臺的位移，屬直接測量，并組成位置閉環(huán)伺服系統(tǒng)。
3) 旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器屬于電磁式測量傳感器，可用于角位移測量。旋轉(zhuǎn)變壓器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用幾乎已經(jīng)可以被新型旋轉(zhuǎn)編碼器所替代
4）感應(yīng)同步器是一種電磁式的檢測傳感器，主要部件包括定尺和滑尺，感應(yīng)同步器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用也已經(jīng)被新型光柵尺和圓光柵所替代。
5）磁柵位置檢測裝置是由磁性標(biāo)尺、磁頭和檢測電路組成，按其結(jié)構(gòu)可分為直線磁柵和圓型磁柵，分別用于直線位移和角度位移的測量。磁柵安裝調(diào)整方便，對使用環(huán)境的條件要求較低，對周圍電磁場的抗干擾能力較強(qiáng)，在油污、粉塵較多的場合下使用有較好的穩(wěn)定性，但目前在數(shù)控機(jī)床上也很少使用。
2、(1)步距誤差
    一轉(zhuǎn)內(nèi)各實際步距角與理論值之間誤差。誤差的最大值，稱為步距誤差。步進(jìn)電動機(jī)的步距誤差通常在10’以內(nèi)。
(2)最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩
    當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)不改變通電狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子處在不動狀態(tài)。如果在電動機(jī)軸上外加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按一定方向轉(zhuǎn)過一個角度，此時轉(zhuǎn)子所受的電磁轉(zhuǎn)矩T稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，角度稱為失調(diào)角。描述靜態(tài)時T與的關(guān)系稱矩角特性，如圖3-3a所示。該特性上的電磁轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，當(dāng)外加轉(zhuǎn)矩除去時，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，仍能回到穩(wěn)定平衡點位置。
(3)啟動頻率
    空載時，步進(jìn)電動機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然啟動，并進(jìn)入不丟步的正常運行的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。加給步進(jìn)電動機(jī)的指令脈沖頻率如大于啟動頻率，就不能正常工作。步進(jìn)電動機(jī)在負(fù)載（尤其是慣性負(fù)載）下的啟動頻率比空載要低，而且，隨著負(fù)載加大（在允許范圍內(nèi)），啟動頻率會進(jìn)一步降低。
(4)連續(xù)運行頻率
    步進(jìn)電動機(jī)啟動以后，其運行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，稱為連續(xù)運行頻率，其值遠(yuǎn)大于起動頻率。它也隨電動機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動電源也有很大關(guān)系。
(5)矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩
    矩頻特性T=F（f）是描述步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系的，如圖3-3b所示。該特性上每一個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。使用時要考慮動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降的特點。
(6)加減速特性
    步進(jìn)電動機(jī)的加減速特性是描述步進(jìn)電動機(jī)由靜止到工作頻率或由工作頻率到靜止的加、減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的頻率變化與時間的關(guān)系。步進(jìn)電動機(jī)的升速和降速特性用加速時間常數(shù)Ta和減速時間常數(shù)Td來描述
3、(1)精度高。伺服系統(tǒng)要具有較好的靜態(tài)特性和較高的伺服剛度，從而達(dá)到較高的定位精度，以保證機(jī)床具有較小的定位誤差與重復(fù)定位誤差,同時伺服系統(tǒng)還要具有較好的動態(tài)性能，以保證機(jī)床具有較高的輪廓跟隨精度。
(2)快速響應(yīng)，無超調(diào)。為了提高生產(chǎn)率和保證加工質(zhì)量，在啟、制動時，要求加、減加速度足夠大，以縮短伺服系統(tǒng)的過渡過程時間，減小輪廓過渡誤差。
(3)調(diào)速范圍寬。在數(shù)控機(jī)床中，由于所用刀具、被加工材料、主軸轉(zhuǎn)速以及進(jìn)給速度等加工：工藝要求各有不同,為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，要求進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)必須具有足夠?qū)挼臒o級調(diào)速范圍.
4、（1）數(shù)控機(jī)床主傳動要有較寬的調(diào)速范圍，以保證加工時選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。特別對多道工序自動換刀的數(shù)控機(jī)床（數(shù)控加工中心），為適應(yīng)各種刀具、工序和各種材料的要求，對主軸的調(diào)速范圍要求更高。
（2）要求主軸在整個范圍內(nèi)均能提供切削所需功率，并盡可能在全速度范圍內(nèi)提供主軸電動機(jī)的最大功率，即恒功率范圍要寬。由于主軸電動機(jī)與驅(qū)動的限制，其在低速段均為恒轉(zhuǎn)矩輸出，為滿足數(shù)控機(jī)床低速強(qiáng)力切削的需要常采用分段無級變速的方法，即在低速段采用機(jī)械減速裝置，以提高輸出轉(zhuǎn)矩。
（3）要求主軸在正、反向轉(zhuǎn)動時均可進(jìn)行自動加減速控制，即要求具有四象限驅(qū)動能力，并且加、減速時間要短。
（4）為滿足加工中心自動換刀(ATC)以及某些加工工藝的需要，要求主軸具有高精度的準(zhǔn)?？刂?。
（5）在車削中心上，還要求主軸具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸(C軸)的控制功能。
5、數(shù)控系統(tǒng)具有使用M41~M42代碼進(jìn)行齒輪自動變速的功能。首先需要在數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)區(qū)設(shè)置M41-M42二檔對應(yīng)的最高主軸轉(zhuǎn)速，這樣數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)前S指令值，判斷應(yīng)處的檔，并自動輸出相應(yīng)的M41~M42指令給可編程控制器(PLC)控制更換相應(yīng)的齒輪檔，數(shù)控裝置輸出相應(yīng)的模擬電壓。M41對應(yīng)的主軸最高轉(zhuǎn)速為1000r／min，M42對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)速為3500r／min，主軸電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速為3500r／min。
    當(dāng)S指令在0~1000r／min范圍時，M41對應(yīng)的齒輪應(yīng)嚙合，S指令在1001~3500r／min范圍時，M42對應(yīng)的齒輪應(yīng)嚙合。不同機(jī)床主軸變速所用的方式不同，控制的具體實現(xiàn)可由可編程控制器來完成。目前常采用液壓撥叉或電磁離合器來帶動不同齒輪的嚙合。顯然，該例中M42對應(yīng)的齒輪傳動比為1：1，而M41對應(yīng)的傳動比為1：3.5，此時主軸輸出的最大轉(zhuǎn)矩為主軸電動機(jī)最大輸出力矩的3.5倍。
五、計算題（每題10，共10分）
1、一采用三相六拍驅(qū)動方式的步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子有80個齒，經(jīng)絲杠螺母副驅(qū)動工作臺作直線運動，絲杠的導(dǎo)程為5mm，工作臺移動的最大速度為30mm/s，求：
(1)步進(jìn)電機(jī)的步距角；
(2)工作臺的脈沖當(dāng)量；
(3)步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率。