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      數控機床的基本組成及工作原理 - 高性能臥式加工中心 臥式鏜銑床 數控龍門加工中心

      發布日期:2019-01-24 作者: 點擊:

      數控機床是數字控制機床的簡稱,是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序,并將其譯碼,用代碼化的數字表示,通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機床,代表了現代機床控制技術的發展方向,是一種典型的機電一體化產品。


      數控機床一般由數控系統、包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服系統、主傳動系統、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝簧組成。加上虛線部分即可表示數控加工的基本工作過程。對具體備類不同功能的數控機床,其組成部分略有不同。


      一、數控系統

      它是機床實現自動加工的核心。主要有操作系統、主控制系統、可編程控制器、各類輸出接口等組成。其中操作系統由顯示器和操縱鍵盤組成,顯示器有數碼管、CRT、液晶等多種形式。主控制系統與計算機主板有所類同,主要由CPU、存儲器、控制器等部分組成。數控系統所控制的是一般對象的位置、角度、速度等機械量,以及溫度、壓力、流量等物理量。


      其控制方式又可分為數據運算處理控制和時序邏輯控制兩大類,其中主控制器內的插補運算模塊就是根據所讀入的零件程序,通過譯碼、編譯等信息處理后,進行相應的刀軌跡插樸運算,并通過與各坐標伺服系統的位置、速度反饋信號比較,從而控制機床各個坐標軸的位移;而時序邏輯控制通常主要由可編程式控制器PLC來完成,它根據機床加工過程中的各個動作要求進行協調,按各檢測信號進行邏輯判別,從而控制機床各個部件有條不紊地按序工作。



      二、伺服系統

      它是數控系統與機床本體之間的電傳動聯系環節。主要由伺服電動機、驅動控制系統及位置檢測反饋裝置等組成。伺服電動機是系統的執行元件,驅動控制系統則是伺服電動機的動力源。數控系統發生的指令信號與位置檢測反饋信號比較后作為位移指令,再經驅動控制系統功串放大后,驅動電動機運轉,從而通過機械傳動裝置拖動工作臺或刀架運動。


      伺服系統是數控機床的重要組成部分,用于實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統的作用是把接受來自數控裝置的指令信息,經功率放大、整形處理后,轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。由于伺服系統是數控機床的Z后環節,其性能將直接影響數控機床的精度和速度等技術指標,因此,對數控機床的伺服驅動裝置,要求具有良好的快速反應性能,準確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號,并能忠實地執行來自數控裝置的指令,提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。


      伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩大部分。驅動裝置由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機是常用的驅動裝置。


      測量元件將數控機床各坐標軸的實際位移值檢測出來并經反饋系統輸入到機床的數控裝置中,數控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較,并向伺服系統輸出達到設定值所需的位移量指令。



      三、加工程序載體

      數控機床工作時,不需要工人直接去操作機床,要對數控機床進行控制,必須編制加工程序。零件加工程序中,包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數(進給量主軸轉速等)和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼,存儲在一種程序載體上,如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等,通過數控機床的輸入裝置,將程序信息輸入到CNC單元。



      四、數控裝置

      數控裝置是數控機床的核心?,F代數控裝置均采用CNC(ComputerNumericalControl)形式,這種CNC裝置一般使用多個微處理器,以程序化的軟件形式實現數控功能,因此又稱軟件數控(SoftwareNC)。CNC系統是一種位置控制系統,它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡,然后輸出到執行部件加工出所需要的零件。因此,數控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都由計算機的系統程序進行合理地組織,使整個系統協調地進行工作。


      1、輸入裝置:將數控指令輸入給數控裝置,根據程序載體的不同,相應有不同的輸入裝置。主要有鍵盤輸入、磁盤輸入、CAD/CAM系統直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC(直接數控)輸入,現仍有不少系統還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。


      (1)紙帶輸入方式??捎眉垘Ч怆婇喿x機讀入零件程序,直接控制機床運動,也可以將紙帶內容讀入存儲器,用存儲器中儲存的零件程序控制機床運動。


      (2)MDI手動數據輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令,它適用于比較短的程序。


      在控制裝置編輯狀態(EDIT)下,用軟件輸入加工程序,并存入控制裝置的存儲器中,這種輸入方法可重復使用程序。一般手工編程均采用這種方法。


      在具有會話編程功能的數控裝置上,可按照顯示器上提示的問題,選擇不同的菜單,用人機對話的方法,輸入有關的尺寸數字,就可自動生成加工程序。


      (3)采用DNC直接數控輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中,CNC系統一邊加工一邊接收來自計算機的后續程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM軟件設計的復雜工件并直接生成零件程序的情況。



      2、信息處理:輸入裝置將加工信息傳給CNC單元,編譯成計算機能識別的信息,由信息處理部分按照控制程序的規定,逐步存儲并進行處理后,通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服系統和主運動控制部分。CNC系統的輸入數據包括:零件的輪廓信息(起點、終點、直線、圓弧等)、加工速度及其他輔助加工信息(如換刀、變速、冷卻液開關等),數據處理的目的是完成插補運算前的準備工作。數據處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功能的處理等。


      3、輸出裝置:輸出裝置與伺服機構相聯。輸出裝置根據控制器的命令接受運算器的輸出脈沖,并把它送到各坐標的伺服控制系統,經過功率放大,驅動伺服系統,從而控制機床按規定要求運動。



      五、主傳動系統

      它是機床切削加工時傳遞轉矩的主要部件之一。一般分為齒輪有級變速和電氣無級調速兩種類型,較高檔的數控機床都要求實現無級調速來滿足各種加工工藝的要求,它主要由主軸驅動控制系統、主軸電動機以及主軸機械傳動機構等組成。



      六、強電控制柜

      它主要用來安裝機床強電控制的各種電氣元器件,除了提供數控、伺服等類弱電控制系統的輸入電源,以及各種短路、過載、欠壓等電氣保護外,主要在可編程控制器PLC的輸出接口與機床各類輔助裝置的電氣執行元器件之間起橋梁聯結作用,即控制機床輔助裝置的各種交流電動機、液壓系統電磁閥或電磁離合器等,主要起到擴展接點散和擴大觸點容量等作用。


      另外,它也與機床操作臺的有關手控按鈕連接。強電控制柜由各種中間繼電器、接觸器、變壓器、電源開關、接線端子和各類電氣保護元器件等構成。它與一般的普通機床電氣類似,但為了提高對弱電控制系統的抗干擾性,要求各類頻繁啟動或切換的電動機、接觸器等電磁感應器件均必須并接RC阻容吸收器,對各種檢測信號的輸入均要求用屏蔽電纜連接。



      七、輔助裝置

      它主要包括ATC刀自動交換機構、APC工件自動變換機構、工件夾緊放松機構、回轉工作臺、液壓控制系統、潤滑裝置、過載與限位保護功能等部分。機床加工功能與興型不同,所包含的部分也不同。輔助裝置是保證充分發揮數控機床功能所必需的配套裝置,常用的輔助裝置包括:氣動、液壓裝置,排屑裝置,冷卻、潤滑裝置,回轉工作臺和數控分度頭,防護,照明等各種輔助裝置。



      八、機床本體

      它指的是數控機床機械結構實體。它于傳統的普通機床相比較,同樣由主傳動機構、進給傳動機構、工作臺、床身以及立柱等部分組成,但數控機床的整體布局、外觀造型、傳動機構、刀系統及操作機構等方面都發生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數控技術的要求和充分發揮數控機床的特點。


      機床主機是數控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統的機床相比,數控機床主體具有如下結構特點:


      1、采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結構。通常用提高結構系統的靜剛度、增加阻尼、調整結構件質量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性,使機床主體能適應數控機床連續自動地進行切削加工的需要。采取改善機床結構布局、減少發熱、控制溫升及采用熱位移補償等措施,可減少熱變形對機床主機的影響。


      2、廣泛采用高性能的主軸伺服驅動和進給伺服驅動裝置,使數控機床的傳動鏈縮短,簡化了機床機械傳動系統的結構。

      3、采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件,如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動導軌、直線滾動導軌、靜壓導軌等。


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