數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理

1、1. 2數(shù)控機(jī)床的組成及基本工作原理一、數(shù)控機(jī)床組成數(shù)控機(jī)床由：程序、輸人/輸出裝置、CNC單元、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)、機(jī)床本體組 成。1、程序的存儲(chǔ)介質(zhì)，又稱程序載體1）穿孔紙帶（過(guò)時(shí)、淘汰）；2）盒式磁帶（過(guò)時(shí)、淘汰）；3）軟盤、磁盤、U盤；4）通信。2、輸人/輸出裝置1）對(duì)于穿孔紙帶，配用光電閱讀機(jī)；（過(guò)時(shí)、淘汰）；2）對(duì)于盒式磁帶，配用錄放機(jī)；（過(guò)時(shí)、淘汰）；3）對(duì)于軟磁盤，配用軟盤驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)卡；4）現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，還可以通過(guò)手動(dòng)方式（MDI方式）；5）DNC網(wǎng)絡(luò)通訊、RS232串口通訊。3、CNC單元CNC單元是數(shù)控機(jī)床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和輸出三個(gè)部分組成。CNC

2、單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過(guò)數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、插補(bǔ)、邏輯處理 后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其它的還有主運(yùn) 動(dòng)部件的變速、換向和啟停信號(hào)；選擇和交換刀具的刀具指令信號(hào)，冷卻、潤(rùn)滑的啟停、工 件和機(jī)床部件松開、夾緊、分度臺(tái)轉(zhuǎn)位等輔助指令信號(hào)等。準(zhǔn)備功能：G00,G01,G02,G03,輔助功能:M03, M04刀具、進(jìn)給速度、主軸：T, F, S4、伺服系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給 系統(tǒng)。它的作用是把來(lái)自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái) 說(shuō)，每一個(gè)脈沖信號(hào)使電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一

3、個(gè)角度，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)微小距離。每個(gè) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。如三 軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床就有三套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。脈沖當(dāng)量：每一個(gè)脈沖信號(hào)使機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)的位移量。常用的脈沖當(dāng)量為 0. 001mm/脈沖。5、位置反饋系統(tǒng)（檢測(cè)反饋系統(tǒng)）伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角位移的反饋、數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)（工作臺(tái)）的位移反饋。包括光柵、旋轉(zhuǎn)編 碼器、激光測(cè)距儀、磁柵等。（作業(yè)：讓同學(xué)們網(wǎng)上查找反饋元件，下節(jié)課用5分鐘自述所查 內(nèi)容）反饋裝置把檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給數(shù)控裝置，通過(guò)比較，計(jì)算實(shí)際位置與指令位置之 間的偏差，并發(fā)出偏差指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。反饋系

4、統(tǒng)包括半閉環(huán)、閉環(huán)兩種系統(tǒng)。6、機(jī)床的機(jī)械部件1）主運(yùn)動(dòng)部件2）進(jìn)給部件（工作臺(tái)、刀架）3）基礎(chǔ)支承件（床身、立柱等）4）輔助部分，如液壓、氣動(dòng)、冷卻和潤(rùn)滑部分等5）儲(chǔ)備刀具的刀庫(kù)，自動(dòng)換刀裝置（ATC）對(duì)于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫(kù)、交換刀具的機(jī)械手等部件，數(shù)控機(jī) 床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求更為簡(jiǎn)單，在精度、剛度、抗震性等方 面要求更高，而且其傳動(dòng)和變速系統(tǒng)更便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化擴(kuò)展。二、工作步驟（合上書，閉眼想1分鐘）在數(shù)控機(jī)床上加工零件要經(jīng)過(guò)以下的步驟：（1）準(zhǔn)備階段：根據(jù)加工零件的圖紙，確定有關(guān)加工數(shù)據(jù)（刀具軌跡坐標(biāo)點(diǎn)、加工的切削用量、刀具尺寸信 息等）。根

5、據(jù)工藝方案、選用的夾具、刀具的類型等選擇有關(guān)其他輔助信息。o將與加工零件有關(guān)的信息：（2）編程階段根據(jù)加工工藝信息，用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能識(shí)別的語(yǔ)言編寫數(shù)控加工程序（對(duì)加工工藝過(guò)程 的描述），并填寫程序單。（3）準(zhǔn)備信息載體根據(jù)已編好的程序單，將程序存放在信息載體（穿孔帶、磁帶、磁盤等）上，通過(guò)信息http：/www. sihaidj com金壇四海電機(jī)（步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器）6)數(shù)控平面磨床(NC Surface Grinding Machine)1. 3數(shù)控機(jī)床的分類及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的品種很多，根據(jù)其控制原理、功能和組成，可以從幾個(gè)不同的角度進(jìn)行分類：一、按工藝用途分類：數(shù)控機(jī)床是從普通機(jī)床的基礎(chǔ)

6、上發(fā)展起來(lái)的，各種類型的數(shù)控機(jī)床基本上起源于同類型的普 通機(jī)床，按工藝用途分為：1) 數(shù)控車床(NC Lathe)2) 數(shù)控銃床(NC Milling Machine)3) 加工中心(Machine Center)4) 數(shù)控鉆床(NC Drilling Machine)5) 數(shù)控鎮(zhèn)床(NC Boring Machine)7)數(shù)控外圓磨床8)數(shù)控輪廓磨床9)數(shù)控坐標(biāo)磨床(NC External Grinding Machine) (NC Contour Grinding Machine) (NC Jig Grinding Machine)10) 數(shù)控工具磨床(NC Tool Grinding M

7、achine)11) 數(shù)控電火花加工機(jī)床(NC Diesinking Electric Discharge Machine) (NC EDM Machine)12) 數(shù)控線切割機(jī)床(NC Wire Electric Discharge Machine)13) 數(shù)控激光加工機(jī)床(NC Laser Beam Machine)14) 數(shù)控工具磨床(NC Punching Machine or Punching Press)15) 數(shù)控超聲波加工機(jī)床(NC Ultrasonic Machine)16) 數(shù)控齒輪加工機(jī)床(NC Gear Holling Machine)還有數(shù)控等離子切割機(jī)，數(shù)控火焰切割

8、機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控 水切割機(jī)等等。二、按運(yùn)動(dòng)方式分類：1) 點(diǎn)位控制系統(tǒng) (Positioning Control )只控制刀具從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)的位置，而在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，如坐標(biāo)鋰床、鉆床 和沖床等。要求坐標(biāo)位置有較高的定位精度，為提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)床設(shè)定的最高進(jìn)給速 度進(jìn)行定位運(yùn)動(dòng)，在接近定位點(diǎn)前要進(jìn)行分級(jí)或連續(xù)降速，以便低速趨近終點(diǎn)，從而減少運(yùn) 動(dòng)部件的慣性過(guò)沖和因此引起的定位誤差。在定位移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，因此對(duì)運(yùn)動(dòng) 軌跡沒(méi)有任何要求。2) 直線控制系統(tǒng)(Straight Line Control )直線控制系統(tǒng)是控制刀具或基礎(chǔ)工作臺(tái)以一定速度，沿平行于某

9、一坐標(biāo)軸方向，由一個(gè)位置 到另一位置的精確移動(dòng)。也稱點(diǎn)位直線移動(dòng)控制系統(tǒng)。3)輪廓控制系統(tǒng)(Contour Control )(又稱連續(xù)控制或多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制)是對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制(二軸、二軸半、三軸、四軸、五軸聯(lián)動(dòng))，它不 僅要控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且要控制整個(gè)加工過(guò)程的每一點(diǎn)的速度、方向 和位移量，即要控制加工的軌跡，加工出要求的輪廓。運(yùn)動(dòng)軌跡是任意斜率的直線、圓弧、 螺旋線等。這類機(jī)床的數(shù)控裝置的功能是最齊全的，能夠進(jìn)行兩坐標(biāo)甚至多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的控制, 也能夠進(jìn)行點(diǎn)位和直線控制。除了少數(shù)專用的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控鉆床、沖床等以外，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都具有輪廓控制功能。三

10、、按控制方式分類：實(shí)際上是按有無(wú)反饋及反饋的位置來(lái)分：1) 開環(huán)數(shù)控機(jī)床(Open Loop Control)指不帶反饋的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有位置反饋元件，通常采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入 的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，發(fā)出指令脈沖，通過(guò)壞形分配器和驅(qū)動(dòng)電路，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò) 一個(gè)步距角，再經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度和 位移由輸入脈沖的頻率和脈沖個(gè)數(shù)決定的。2) 半閉壞數(shù)控機(jī)床(Semi-closed Loop Control)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)端部或在傳動(dòng)絲杠端部安裝角位移檢測(cè)裝置(光電編碼器或感應(yīng)同步器)，通過(guò)檢 測(cè)電機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位置或位移

11、，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。獲得比開環(huán)系統(tǒng)更高的精度，但它的位移精度比閉環(huán)系統(tǒng)的要低，與閉環(huán)系統(tǒng)相比，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在人多數(shù)數(shù)控機(jī)床都廣泛采用這種半閉壞進(jìn)給伺服系統(tǒng)。慣性較人的機(jī)床移動(dòng) 部件不包括在檢測(cè)范圍內(nèi)。3) 閉壞數(shù)控機(jī)床(Closed Loop Control)在機(jī)床移動(dòng)部件上直接接有檢測(cè)裝置，將測(cè)得的結(jié)果直接反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。實(shí)際上是將位 移指令值與位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值進(jìn)行控制， 使移動(dòng)部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。具體的講解見(jiàn)第四章伺服系統(tǒng)四、數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范附數(shù)控車床：包括主軸、溜板、刀架等。數(shù)控系統(tǒng)包括顯示器、控制面板

12、、強(qiáng)電控制等。數(shù)控車床一般具 有兩軸聯(lián)動(dòng)功能，Z軸是與主軸平行方向的運(yùn)動(dòng)軸，X軸是在水平面內(nèi)與主軸垂直方向的運(yùn)動(dòng) 軸。遠(yuǎn)離工件方向?yàn)檩S的正向。另外在最新的車銃加工中心，還增加了一個(gè)C軸，可用于工 件的分度功能，在刀架中安放銃刀，對(duì)工件進(jìn)行銃加工。刀具超過(guò)12把稱為加工中心。數(shù)控 車床主要用來(lái)加工軸類零件的內(nèi)外圓柱面，圓錐面、螺紋表面、成形回轉(zhuǎn)體面等。對(duì)于盤類 零件可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、錘孔等。機(jī)床還可以完成車端面、切槽、倒角等加工。數(shù)控銃床：適于加工三維復(fù)雜曲面，在汽車、航空航天、模具等行業(yè)被廣泛采用。可分為數(shù)控立式銃床、 數(shù)控臥式銃床、數(shù)控仿形銃床等。加工中心：一般認(rèn)為帶有自動(dòng)刀具交換裝

13、置(ATC)的數(shù)控鋰銃床，稱為加工中心。可以進(jìn)行銃、鋰、鉆、 擴(kuò)、較、攻絲等多種工序加工。不能包括磨削功能，因?yàn)槲⒓?xì)的磨?？赡苓M(jìn)入機(jī)床導(dǎo)軌，從 而破壞機(jī)床的精度。而磨床上有特殊的保護(hù)措施。加工中心可分為立式加工中心、臥式加工 中心。立式的主軸是垂直方向的，臥式的主軸是水平方向的。數(shù)控鉆床：分為立式鉆床和臥式鉆床。主要完成鉆孔、攻絲功能，同時(shí)也可以完成簡(jiǎn)單的銃削功能。刀 庫(kù)可以存放多種刀具。數(shù)控磨床：用在高硬度、高精度加工表面。平面磨床、內(nèi)圓磨床、輪廓磨床等。隨著自動(dòng)砂輪補(bǔ)償技術(shù)、 自動(dòng)砂輪修整技術(shù)和磨削固定循環(huán)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控磨床的功能越來(lái)越強(qiáng)。數(shù)控電火花成形機(jī)床：(EDM Machine)特種加工方法，利用兩個(gè)不同極性的電極在絕緣體中產(chǎn)生放電現(xiàn)象，去除材料進(jìn)而完成加工, 適用于形狀