智能数控机床与编程 思考题及答案汇总 于杰 第1--8章 绪论---柔性制造应用.docx

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1、第1章思考题1 .简要说明智能制造的三种范式及其主要特征。参考答案：智能制造的演进发展可以归纳为三种基本范式，分别为：数字化制造、数字化网络化制造、数字化网络化智能化制造。数字化制造的主要特征表现为：在产品方面，数字技术在产品中得到广泛应用；在制造方面，大量应用数字化装备；生产过程方面，集成和优化运行成为突出特点。数字化网络化制造的主要特征表现为：在产品方面，在数字技术应用的基础上，网络技术得到普遍应用，产品设计、研发等环节实现协同与共享；在制造方面，在实现厂内集成基础上，进一步实现制造的供应链、价值链集成和端到端集成，制造系统的数据流、信息流实现连通；在服务方面，设计、制造、物流、销售与维护

2、等产品全生命周期业务与用户、企业等主体通过网络平台实现连接和交互，制造模式从以产品为中心走向以用户为中心。2 .智能制造的应用意义有哪些？参考答案：智能制造面向产品全生命周期，以新一代信息技术为基础，以制造系统为载体，通过动态适应制造环境的变化，实现质量、成本及交货期等目标优化，在不同类型的工业生产中，利于优化制造系统结构，提高生产效率与制造质量。智能制造是装备行业、终端用户和科研院所改革创新、研发新产品、突破新技术的有效支撑，将在国民经济市场需求和国家战略发展需求中发挥重要作用。3 .举例说明数控系统的数字化技术、网络化技术、智能化技术在应用中的体现。参考答案：数控系统的数字化技术主要体现于

3、利用高速高精、多轴多通道等数控系统高级功能保证零件加工的精度和效率。网络化数控系统可以把孤岛式的加工单元集成到同一个系统中，可实现各种加工设备、子系统、应用软件等的集成，通过互联和互操作实现资源的集中利用。网络化数控技术不仅可以提高数控设备的生产效率及加工质量，还可以对设备进行远程监控和诊断，并通过制造资源共享，缩短产品研发制造周期，提高企业快速响应市场变化的能力。数控系统的智能化应用水平和效果还处于初级阶段，利用人工智能、物联网、大数据等新一代信息技术，实现了智能化监控与诊断、智能化误差补偿和智能化信息管理等功能。通过开发功能强大的软硬件设备与平台，有助于实现数控加工全生命周期的智能化技术支

4、持与服务。4 .智能数控机床相比传统数控机床有哪些不同？参考答案：对比传统数控机床，智能数控机床是能够对制造过程作出决定的机床。智能数控机床借助温度、加速度和位移等传感器监测机床和环境的变化，实时进行调节和控制，优化切削用量，抑制或消除振动，补偿热变形，是基于模型的闭环加工系统。智能数控机床能够处理各类信息，对各类信息进行储存、分析、处理、判断、调节、优化、控制，可自行分析众多与机床、加工状态、环境有关的信息及其他因素，并能够自行采取应对措施来保证最优化加工。智能数控机床能够监控、诊断和修正在生产过程中出现的各类偏差，并且能为生产的优化提供方案。智能数控机床通过自动抑制振动、减少热变形、防止干

5、涉、自动调节润滑油量、减少噪声等，可提高机床的加工精度、效率，大大减少人在管理机床方面的工作量。5 .智能数控机床的主要特征有哪些？参考答案：智能数控机床的特征主要表现在智能化加工技术、智能化状态监控与维护技术、智能化驱动技术、智能化误差补偿技术和网络通讯技术等几个方面。6 .举例说明智能机床的智能化表现。参考答案：智能化表现包括：1）操作智能化2）在线加工仿真3）智能诊断4）智能车间管理第2章思考题1 .智能数控系统需要满足哪些基本需求？参考答案：（1）系统需满足开放性要求；（2）系统需满足实时性要求；（3）系统需满足数据接口及信息传递要求；（4）系统需满足人工智能与加工知识模型融合要求。2

6、 .数控系统的智能化涵盖哪些功能特征？参考答案：数控系统的智能化涵盖四个方面的功能特征：自主感知与连接、自主学习与建模、自主优化与决策、自主控制与执行。3 .智能数控系统主要的两种数据访问方式是什么？参考答案：智能数控系统主要通过两种数据访问方式，满足数控系统的实时控制及外部数据访问需求。4 .i5智能数控系统的智能化功能有哪些？参考答案：具有丰富的人机界面功能、三维图形辅助编程、加工仿真模拟等功能。第3章思考题1.数控机床HCPS1.O模型有哪些特点？参考答案：1）制造系统的自动化程度、工作效率、质量与稳定性以及解决复杂问题的能力等各方面均得以显著提升；2）人类的都分脑力劳动也可由信息系统完

7、成，知识的传播利用以及传承效率都得以有效提高。2. “互联网+”数控机床HCPS1.5模型的主要特征是什么？参考答案：1）互联网和云平台成为信息系统的重要组成部分，既连接信息系统各部分，又连接物理系统各部分，还连接人，使得信息系统成为系统集成的工具；2）信息互通与协同集成优化成为信息系统的重要内容；3） HCPS1.5中的人已经延伸成为由网络连接起来的共同进行价值创造的群体，包括企业内部、供应链、销售服务链和客户，使制造业的产业模式从以产品为中心向以客户为中心转变，产业形态从生产型制造向生产服务型制造转变。3 .为什么说“互联网+”机床具有一定的智能化水平？参考答案：与传统数控机床相比，“互联

8、网十”机床增加了传感器，增强了对加工状态的感知能力；应用工业互联网进行设备的连接互通，实现机床状态数据的采集和汇聚；对采集的数据进行分析与处理，实现对机床加工过程的实时或非实时的反馈控制。所以说“互联网+”机床具有一定的智能化水平4 .智能机床HCPS2.0模型主要特征有哪些？参考答案：利用自主感知与连接获取机床、加工、工况、环境有关的信息，通过自主学习与建模生成知识，并能应用这些知识进行自主优化与决策，完成自主控制与执行，实现加工制造过程的优质、高效、安全、可靠和低耗的多目标优化运行。5 .智能数控机床的三类基本功能分别有哪些？参考答案：智能数控机床三类基本功能：执行阶段的智能、准备阶段的智

9、能和维护阶段的智能。6 .本章介绍的智能数控机床结构配置创新案例，分别体现了哪些结构配置原则？参考答案：1）轻量化原则2）重心驱动原则3）对称原则4）短悬臂原则5）近路程原则6）力闭环原则7什么是电主轴？相比普通主轴，电主轴有哪些优良性能？参考答案：电主轴是将电动机的转子和主轴做成一体。中空的、直径较大的电动机转子轴，同时也是机床的主轴。8 .主轴轴承系统常用的配置方式有哪些？参考答案：主轴轴承系统常用的配置方式有：圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承加双列轴向球轴承、角接触球轴承加圆柱滚子轴承、角接触球轴承、角接触球轴承、是角接触球轴承加圆柱滚子轴承9 .主轴轴承系统常用的预紧方法有哪些？参考答案：预

10、紧方法主要包括两种：刚性的定位预紧和弹性的定压预紧。10 .刀具自动夹紧机构是如何工作的？参考答案：松开刀具时滑套向右移动，夹紧扇形块松开，中间拉杆在弹簧作用下向左移动，从而使夹紧爪（深黄色）向内缩，即可取出或放入刀柄。当滑套右腔充油，滑套向左移动，则扇形块内缩，锥面使拉紧杆向右移动。此时，杆端的夹紧锥斜面使夹紧爪外胀，压紧HSK刀柄的内表面，形成封闭的夹紧力作用线，使主轴内孔与刀柄的锥面和端面同时压紧。11 .主轴工况监控的主要方法有哪些？参考答案：主轴的工况监控主要方法有：振动/颤振检测、温度检测和变形检测。12 .主轴主动补偿是如何实现的？参考答案：主轴主动补偿是通过刀具变形主动补偿、主

11、动阻尼、主动安全来实现的。13 .智能数控机床的进给驱动有哪些形式？参考答案：按照运动的形式，可以分为直线进给驱动和回转进给驱动两大类；按照驱动动力和执行部件之间是否有机械传动环节，可分为间接驱动和直接驱动。14 .数控机床常用的直线进给机构有哪些？参考答案：普遍应用的直线进给机构有：丝杠螺母副、齿轮齿条副、蜗杆齿条副和直线电动机。15 .智能数控机床圆周进给采用的蜗轮蜗杆副机构有什么特点？参考答案：蜗轮蜗杆副是传统的分度和圆周进给机构，广泛用于像铳床和齿轮加工机床,用于数控回转工作台的蜗轮蜗杆传动副中的蜗杆通常需要经过热处理，以减少高转速和高加减速带来的磨损。蜗轮蜗杆传动存在背隙,影响了回转

12、工作台的精度。消除蜗轮蜗杆副背隙的常用方法包括双螺距蜗杆驱动和双蜗杆驱动。第4章思考题1 .简述数控机床的主要误差。参考答案：数控机床的主要误差有：在无负荷或精加工条件下机床的几何/运动误差；由机床内部热源和环境温度变化而造成的热误差；由切削力和惯性力引起的动态误差；与夹具和装夹有关的误差。2 .简述数控机床的热误差测量方法。参考答案：误差测量包括温度测量和热变形测量。温度测量是在机床上布置一定数量的测温点，通过数据处理和计算，找到与机床热变形相关性好的测温点进行温度测量，最终用于热误差建模。热变形测量是测量关键点的响应（位移变形），具体测量方法的选择取决于热误差的来源和机床的类型。参考答案：

13、热误差补偿的实施方法主要有：基于FDEM（FEM+FDM）模型的热误差补偿；基于神经网络的热误差补偿；基于传递函数的热误差补偿；基于控制系统内部数据的热误差补偿。4 .举例说明数控机床的高性能热误差补偿功能。参考答案：数控机床的高性能热误差补偿功能有：（1）马扎克的智能热补偿功能（FrS）；（2）大隈的热误差测量与补偿功能；（3）西门子数控系统基于P1.C的热变形误差补偿功能。5 .数控机床的几何误差来源有哪些？参考答案：数控机床的几何误差来源有四类：（1）导向机构（导轨）的几何误差，导轨的制造精度和配合间隙，导致被其约束的运动部件产生几何误差；（2）部件的运动误差，如丝杠的螺距误差、传动机构

14、的反向间隙等，导致运动部件产生位置误差和定位误差；（3）结构件的连接误差，如立柱在滑座上的固定形式、螺栓分布等，影响结构件之间的垂直度误差；（4）加工空间误差，刀具中心点的实际空间位置与理论位置的差异，即工件的加工误差。6 .数控机床的几何误差的补偿方式有哪些？参考答案：几何误差补偿分为实时补偿和非实时补偿两种方式。7 .举例说明高性能数控系统的几何误差补偿功能。参考答案：高性能数控系统的几何误差补偿功能有：（1）西门子840D系统几何误差补偿一VCS；（2）发那科的三维误差补偿和三维机床位置补偿；（3）大隈OKUMA的几何误差测量与补偿功能。8 .简述数控机床的力误差补偿方法。参考答案：利用

15、数控系统中存储的各轴的负载状态信息，在无需添加额外测量装置的情况下，通过TCP/IP网络获取各轴的负载信息。根据对主轴负载信息的分析，将进给倍率的调节控制信息通过网络发送到PMC端，实现对进给速度的调节。结合FANUC二次开发工具FOCAS程序库，通过以太网访问数控系统，获得各轴相应的负载信息，不用添加传感器等设备，更加方便、快捷、有效。9 .简述数控机床的振动测试方法。参考答案：数控机床的振动测试方法：首先需要采取一定的方法对机床施加动态变化的力进行激励，使机床产生振动。首选的激振点是刀具中心点，以模拟切削过程。激振的方法可以使用力锤敲击，也可以采用电动、电磁、电液和压电晶体等激振器加以激励。与此同时，需要借助测力元件（应变片或压电晶体等）将激振力的大小和变化转换成电信号，作为多通道数据采集和分析系统的输入。机床部件在激振力的作用下，将产生一定响应（微小的位移和相位变化）。利用电容或电感拾振器、加速度计等将此位移和相位变化转换成电信号，输入数据采集和分析系统。在数据采集和分析系统中，经过信号放大和A/D转换以及借助快速傅里叶函数变换等分析软件获得机床动态性能的频率响应函数、相位特性、相干性和相幅特性。10 .数控机床主轴振动的形成原因有