数控技术在线考试命题4.27.doc

中国石油大学（北京）远程教育学院 期 末 考 核数控技术 请在下面所给题目一、二中任选一题作答一、（设计题40分、简述题60分，计100分）1、设计题40分：运用逐点比较原理，设计第一象限椭圆（椭圆中心在坐标原点）的插补流程。O1235;G 40 T0101 M03 S600; GOO X34 Z2.0;G73 U14 W0 R7;G73 P10 Q20 U1 W0.05 F0.25; N10 G00 X0.;G42 G01 Z0. F0.1;#1=15;(Z初始值) WHILE #1 GE 0 DO1;#2=10*SQRT15*15-#1*#1/15; G01 X2*#2 Z#1-15 F0.1;#1=#1-0.1; END 1;G01 W-5; X28;Z-30;N20 G40 X33; M03 S800; G70 P10 Q20;G00 X150 Z150; M30;2、简述题（每个题30分，总计60分）1）、计算机数控装置一般包括哪些控制功能？这些控制功能的作用是什么？提示：速度控制、译码、位置控制、插补、刀具补偿准备功能 准备功能（G功能）是指定机床动作方式的功能，由指令G和它后面的两位数字表示。ISO标准中，G代码有100种，从G00G99，主要有基本移动（G00，G01，G02，G03），程序暂停（G04）等。 插补功能 插补功能指CNC装置可以实现插补加工线型的能力，如直线插补、圆弧插补和其它一些线型的插补，甚至多次曲线和多坐标插补的能力。 进给功能 进给功能包括切削进给、同步进给、快速进给、进给倍率等。它反映了刀具的进给速度，一般用F代码后的数字直接指定各轴的进给速度，如F200表示进给速度为200mm/min。最大进给速度反映了CNC系统运算速度的大小，最新型的CNC系统允许采用100m/s的速度进行加工。 刀具功能 刀具功能用来选择刀具，用T代码和它后面的2位或4位数字表示。 2）、数控机床进给伺服系统的执行元件有哪些？其调速原理是什么？永磁式直流伺服电动机（调压调速）、永磁式交流同步伺服电动机（变频调速）二、论述题（100分）：任选1个主题，通过自主调研，阐明所选主题的概念、介绍主题相关研究内容、总结主题研究领域的重点与难点，字数不少于5000字，并提供参考文献（中文5篇以上，英文1篇以上），备选主题：1、并联数控加工；2、开放式数控体系；3、虚拟制造；4、绿色制造；5、高速数控加工；6、数控加工智能控制；7、计算机集成制造 浅谈虚拟制造在当今经济全球化、贸易自由化和社会信息化的形势下，制造业的经营战略发生了很大变化，在3060年代企业追求的是规模效益，如：美国福特汽车公司、通用汽车公司相继采用刚性流水线进行大批量生产；70年代更加重视降低生产成本，如：日本丰田公司采用准时化生产；80年代提高产品质量成为主要目标；进入90年代新产品开发及交货期成为竞争的焦点。由此产生了多种多样的制造哲理，如：精益生产、并行工程、敏捷制造和虚拟制造等，它们各有侧重，从不同角度研究如何增强企业的竞争力。而虚拟制造技术是制造技术与仿真技术相结合的产物。虚拟现实技术虚拟现实（Virtual Reality）技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造（Virtual Manufacturing）技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。重大作用虚拟制造也可以对想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。虚拟制造技术的应用将会对未来制造业的发展产生深远影响，它的重大作用主要表现为：运用软件对制造系统中的五大要素（人、组织管理、物流、信息流、能量流）进行 模拟驾驶室全面仿真，使之达到了前所未有的高度集成，为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间，同时也推动了相关技术的不断发展和进步。可加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好地指导实际生产，即对生产过程、制造系统整体进行优化配置，推动生产力的巨大跃升。在虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中，可以全面改进企业的组织管理工作，而且对正确作出决策有不可估量的影响。例如：可以对生产计划、交货期、生产产量等作出预测，及时发现问题并改进现实制造过程。虚拟制造技术的应用将加快企业人才的培养速度。我们都知道模拟驾驶室对驾驶员、飞行员的培养起到了良好作用，虚拟制造也会产生类似的作用。例如：可以对生产人员进行操作训练、异常工艺的应急处理等。代表性的全新概念虚拟制造”是近几年由美国首先提出的一种全新概念。什么是虚拟制造?它包括哪些内容虚拟制造在复杂曲面五轴联动加工中的应用容？这些至今仍然是人们讨论的问题。很多人曾为虚拟制造进行定义，比较有代表性有：佛罗里达大学Gloria J.Wiens的定义是：虚拟制造是这样一个概念，即与实际一样在计算机上执行制造过程。其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测。(VM is a concept of executing manufacturing processes in computers as well as in the real world,?where ?virtual models?allow for ?prediction of potential problems for product functionality and manufacturability before real manufacturing occurs.)该定义强调VM“与实际一样”“虚拟模型”和“预测”，即着眼于结果。美国空军Wright实验室的定义是：“虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。(VM is the integrated application of simulation,modeling and analysis technologies and tools to enhance manufacturing design and production decisions and control at all process levels.)该定义着眼于手段。马里兰大学Edward Lin&etc定义是：另一个有代表性的定义是由马里兰大学Edward Lin&etc给出的，“虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制的一体化的、综合性的制造环境。”(VM is an integrated,synthetic manufacturing environment exercised to enhance all levels of decision and control.),则着眼于环境。显然，上述定义强调的方面是不同的，甚至也有人认为没有必要只有一种定义。但是为了讨论和交流，普遍认为，对VM进行定义是有必要的。总结分析综合国际上有代表性的文献，对虚拟制造给出如下定义：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。可以看到，“虚拟制造”虽然不是实际的制造，但却实现实际制造的本质过程，是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，提高人们的预测和决策水平，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段。研究内容虚拟制造技术的研究内容是极为广泛的，除了虚拟现实技术涉及的共同性技术外，虚拟制造领域本身的主要研究内容有：虚拟制造的理论体系；设计信息和生产过程的三维可视化；虚拟制造系统的开放式体系结构；虚拟产品的装配仿真；虚拟环境中及虚拟制造过程中的人机协同作业等。一般来说，虚拟制造的研究都与特定的应用环境和对象相联系，由于应用的不同要求而存在不同的侧重点，因此出现了三个流派，即以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。在当今经济全球化、贸易自由化和社会信息化的形势下，制造业的经营战略发生了很大变化，在3060年代企业追求的是规模效益，如：美国福特汽车公司、通用汽车公司相继采用刚性 FKSA1800虚拟机床模型流水线进行大批量生产；70年代更加重视降低生产成本，如：日本丰田公司采用准时化生产；80年代提高产品质量成为主要目标；进入90年代新产品开发及交货期成为竞争的焦点。由此产生了多种多样的制造哲理，如：精益生产、并行工程、敏捷制造和虚拟制造等，它们各有侧重，从不同角度研究如何增强企业的竞争力。而虚拟制造技术是制造技术与仿真技术相结合的产物。虚拟现实技术虚拟现实（Virtual Reality）技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造（Virtual Manufacturing）技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。重大作用虚拟制造也可以对想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。虚拟制造技术的应用将会对未来制造业的发展产生深远影响，它的重大作用主要表现为：运用软件对制造系统中的五大要素（人、组织管理、物流、信息流、能量流）进行 模拟驾驶室全面仿真，使之达到了前所未有的高度集成，为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间，同时也推动了相关技术的不断发展和进步。可加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好地指导实际生产，即对生产过程、制造系统整体进行优化配置，推动生产力的巨大跃升。在虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中，可以全面改进企业的组织管理工作，而且对正确作出决策有不可估量的影响。例如：可以对生产计划、交货期、生产产量等作出预测，及时发现问题并改进现实制造过程。虚拟制造技术的应用将加快企业人才的培养速度。我们都知道模拟驾驶室对驾驶员、飞行员的培养起到了良好作用，虚拟制造也会产生类似的作用。例如：可以对生产人员进行操作训练、异常工艺的应急处理等。代表性的全新概念虚拟制造”是近几年由美国首先提出的一种全新概念。什么是虚拟制造?它包括哪些内 虚拟制造在复杂曲面五轴联动加工中的应用内容？这些至今仍然是人们讨论的问题。很多人曾为虚拟制造进行定义，比较有代表性有：佛罗里达大学Gloria J.Wiens的定义是：虚拟制造是这样一个概念，即与实际一样在计算机上执行制造过程。其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测。(VM is a concept of executing manufacturing processes in computers as well as in the real world,?where ?virtual models?allow for ?prediction of potential problems for product functionality and manufacturability before real manufacturing occurs.)该定义强调VM“与实际一样”“虚拟模型”和“预测”，即着眼于结果。美国空军Wright实验室的定义是：“虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。(VM is the integrated application of simulation,modeling and analysis technologies and tools to enhance manufacturing design and production decisions and control at all process levels.)该定义着眼于手段。马里兰大学Edward Lin&etc定义是：另一个有代表性的定义是由马里兰大学Edward Lin&etc给出的，“虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制的一体化的、综合性的制造环境。”(VM is an integrated,synthetic manufacturing environment exercised to enhance all levels of decision and control.),则着眼于环境。显然，上述定义强调的方面是不同的，甚至也有人认为没有必要只有一种定义。但是为了讨论和交流，普遍认为，对VM进行定义是有必要的。总结分析综合国际上有代表性的文献，对虚拟制造给出如下定义：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。可以看到，“虚拟制造”虽然不是实际的制造，但却实现实际制造的本质过程，是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，提高人们的预测和决策水平，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段。研究内容虚拟制造技术的研究内容是极为广泛的，除了虚拟现实技术涉及的共同性技术外，虚拟制造领域本身的主要研究内容有：虚拟制造的理论体系；设计信息和生产过程的三维可视化；虚拟制造系统的开放式体系结构；虚拟产品的装配仿真；虚拟环境中及虚拟制造过程中的人机协同作业等。一般来说，虚拟制造的研究都与特定的应用环境和对象相联系，由于应用的不同要求而存在不同的侧重点，因此出现了三个流派，即以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。