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數控機床的基本組成及工作原理你都了解嗎

來源:   發(fā)布時間:2018-06-27   點擊量:3362

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(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)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(fā)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。鈦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(fā)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(tǒng)、包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)、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(tǒng)

它是機床實現自動加工的核心。主要有操作系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、可編程控制器、各類輸出接口等組成。其中操作系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)

它是數控系統(tǒng)與機床本體之間的電傳動聯系環(huán)節(jié)。主要由伺服電動機、驅動控制系統(tǒng)及位置檢測反饋裝置等組成。伺服電動機是系統(tǒng)的執(zhí)行元件,驅動控制系統(tǒng)則是伺服電動機的動力源。數控系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(zhí)行部件的直線位移或角位移運動。由于伺服系統(tǒng)是數控機床的最后環(huán)節(jié),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(fā)出的數字指令信號,并能忠實地執(zhí)行來自數控裝置的指令,提高系統(tǒng)的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。

伺服系統(tǒng)包括驅動裝置和執(zhí)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(tǒng)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(tǒng)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。現代數控裝置均采用CNCComputer Numerical Control)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(Software NC)。CNC系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng),它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡,然后輸出到執(zhí)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(tǒng)程序進行合理地組織,使整個系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。

1)紙帶輸入方式。可用紙帶光電閱讀機讀入零件程序,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。

2MDI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(tài)(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(tǒng)一邊加工一邊接收來自計算機的后續(xù)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(guī)定,逐步存儲并進行處理后,通過輸出單元發(fā)出位置和速度指令給伺服系統(tǒng)和主運動控制部分。CNC系統(tǒng)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(tǒng),經過功率放大,驅動伺服系統(tǒng),從而控制機床按規(guī)定要求運動。

 

五、主傳動系統(tǒng)

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(tǒng)、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(tǒng)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(zhí)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)、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(fā)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(tǒng)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(tǒng)及操作機構等方面都發(fā)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(fā)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。鈦浩機械是以回轉頂尖、絲杠、軸加工、數控車床加工、刀柄刀桿、夾頭接桿為公司的主打產品,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(tǒng)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(tǒng)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(xù)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(fā)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(tǒng)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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