數(shù)控機床的組成

1、1.1數(shù)控機床的組成數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品，是集機床、計算機、電動機及拖動、動控制、檢測等技術(shù)為一體的自動化設(shè)備。數(shù)控機床的基本組成包括控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋裝置及機床本體，見圖2-1。；控制介質(zhì)T數(shù)控裝置T間服系統(tǒng)一砂t機抹水體1測量反饋卜""L:圖i-i數(shù)控機床組成一、控制介質(zhì)數(shù)控機床工作時，不要人去直接操作機床，但又要執(zhí)行人的意圖，這就必須在任何數(shù)控機床之間建立某種了解，這種了解的中間媒介物稱之為控制介質(zhì)。在普通機床上加工零件時，由工人按圖樣和工藝要求進行加工。在數(shù)控機床加工時，控制介質(zhì)是存儲數(shù)控加工所需要的全部動作和刀具相對于工件位置等信息的信息

2、載體，它記載著零件的加工工序。數(shù)控機床中，常用的控制介質(zhì)有穿孔紙帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤或其他可存儲代碼的載體，至于采用哪一種，則取決于數(shù)控裝置的類型。早期時，使用的是8單位（8孔）穿孔紙帶，并規(guī)定了標準信息代碼ISO（國際標準化組織制定）和EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會制定）兩種代碼。、數(shù)控裝置1/10數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心。其功能是接受輸入裝置輸入的數(shù)控程序中的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行譯碼、運算和邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖送給伺服系統(tǒng)，使伺服系統(tǒng)帶動機床的各個運動部件按數(shù)控程序預(yù)定要求動作。一般由輸入輸出裝置、控制器、運算器、各種接口電路、CR®示器等硬件以及相

3、應(yīng)的軟件組成。數(shù)控裝置作為數(shù)控機床“指揮系統(tǒng)”，能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。它具備的主要功能如下：1）多軸聯(lián)動控制。2）直線、圓弧、拋物線等多種函數(shù)的插補。3）輸入、編輯和修改數(shù)控程序功能。4）數(shù)控加工信息的轉(zhuǎn)換功能：ISO/EIA代碼轉(zhuǎn)化，米英制轉(zhuǎn)換，坐標轉(zhuǎn)換，絕對值和相對值的轉(zhuǎn)換，計數(shù)制轉(zhuǎn)換等。5）刀具半徑、長度補償，傳動間隙補償，螺距誤差補償?shù)妊a償功能。6）實現(xiàn)固定循環(huán)、重復(fù)加工、鏡像加工等多種加工方式選擇。7）在CRTt顯示字符、軌跡、圖形和動態(tài)演示等功能。三、伺服系統(tǒng)機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指

4、令控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量。每個進給運動的執(zhí)行部件都配有一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換為機床移動部件的運動，它相當于手工操作人員的手，使工作臺（或溜板）精確定位或按規(guī)定的2/10軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出符合圖樣要求的零件。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。驅(qū)動機床執(zhí)行機構(gòu)運動的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動單元（主要是速度控制）、進給驅(qū)動單元（主要有速度控制和位置控制）、主軸電動機和進給電動機等。一般來說，數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，要求有好的快速響應(yīng)性能，以及能靈敏且準確地跟蹤指令功能。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)有步進電動機伺服系

5、統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，現(xiàn)在常用的是后兩者，都帶有感應(yīng)同步器、編碼器等位置檢測元件，而交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng)。四、反饋裝置反饋裝置是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機床的檢測環(huán)節(jié)，該裝置可以包括在伺服系統(tǒng)中，它由檢測元件和相應(yīng)的電路組成，其作用是檢測數(shù)控機床坐標軸的實際移動速度和位移，并將信息反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。檢測裝置的安裝、檢測信號反饋的位置，決定于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。無測量反饋裝置的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。由于先進的伺服系統(tǒng)都采用了數(shù)字式伺服驅(qū)動技術(shù)（稱為數(shù)字伺服），伺服驅(qū)動和數(shù)控裝置間一般都采用總線進行連接。反饋信號在大多數(shù)場合都是與伺服驅(qū)動進行連接，并通過總線

6、傳送到數(shù)控裝置，只有在少數(shù)場合或采用模擬量控制的伺服驅(qū)動（稱為模擬伺服）時，反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進行連接。伺服電動機內(nèi)裝式脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、3/10測速機、光柵和磁尺等都是NO床常用的檢測器件。五、機床本體數(shù)控機床中的機床，在開始階段沿用普通機床，只是在自動變速、刀架或工作臺自動轉(zhuǎn)位和手柄等方面作些改變。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，對機床結(jié)構(gòu)的技術(shù)性能要求更高，在總體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、刀具系統(tǒng)以及操作性能方面都已經(jīng)發(fā)生很大的變化。因為數(shù)控機床除切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱多等影響工件精度外，還由于在加工中自動控制，不能由人工進行補償，所以其設(shè)計要求比通用機床更完善，制

7、造要求比通用機床更精密。數(shù)控機床主體，包括床身、主軸、進給機構(gòu)等機械部件，以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、冷卻裝置等部分。數(shù)控機床的主機結(jié)構(gòu)有下面幾個特點：1）由于采用了高性能的主軸及進給伺服驅(qū)動裝置，數(shù)控機床的機械傳動結(jié)構(gòu)得到了簡化，傳動鏈較短。2）數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)具有較高的動態(tài)特性、動態(tài)剛度、阻尼精度、耐磨性以及抗熱變形性能，適應(yīng)連續(xù)地自動化加工。3）較多地采用高效傳動件，如精密滾珠絲杠、直線滾動導(dǎo)軌副、精密齒條、蝸母條、靜壓、磁浮導(dǎo)軌等。為了保證數(shù)控機床功能的充分發(fā)揮，還有一些配套部件。這些輔助裝置的主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置輸出主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和起停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑

8、裝置的起停指令，工件和機床部件的松開、夾緊、工作臺轉(zhuǎn)位指令，排屑、防護、照明、儲運4/10等輔助指令所提供的信號，以及機床上檢測開關(guān)的狀態(tài)信號等，經(jīng)過必要的編譯和邏輯運算，經(jīng)放大后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件，帶動機床機械部件、液壓氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。它通常由PLC和強電控制回路構(gòu)成PLCi結(jié)構(gòu)上可以與CNf體化（內(nèi)置式的PLQ,也可以是相對獨立（外置式的PLC）。有的還配有編程機和對刀儀等輔助設(shè)備。1.2 數(shù)控機床的控制對象從數(shù)控機床最終要完成的任務(wù)看，主要應(yīng)對三方面進行控制。一、主運動控制和普通機床一樣，主運動是形成切削速度并從工件上切除多余材料起主要作用的工作運動，用來完成切削任務(wù)。

9、機床功率主要消耗于主運動，其動力約占整臺機床動力的70%-80%數(shù)控車床的主運動是工件的回轉(zhuǎn)運動，也就是主軸旋轉(zhuǎn)運動，基本控制要實現(xiàn)主軸的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動換檔及無級調(diào)速；數(shù)控鉆床、數(shù)控銃床和數(shù)控磨床的主運動是刀具或砂輪的回轉(zhuǎn)運動；在數(shù)控刨削時，刀具或工作臺的往復(fù)直線運動是主運動；對加工中心和一些數(shù)控車床還必須具有準?？刂坪虲tt控制功能。二、進給運動控制進給運動是傳給刀具或工件的運動，主要配合主運動依次地或連續(xù)不斷地切除工件上的多余材料，同時形成具有所需幾何特性的已加5/10工表面。進給運動可以是間歇的，也可以是連續(xù)進行的。數(shù)控機床的進給運動是通過進給伺服系統(tǒng)來實現(xiàn)的，這是數(shù)控機床區(qū)別于

10、通用機床的重要方面之一。伺服控制的最終目的就是實現(xiàn)對機床工作臺或刀具的位置控制，伺服系統(tǒng)中所采取的一切措施，都是為了保證進給運動的位置精度。三、輸入/輸出（I/O）控制數(shù)控系統(tǒng)對加工程序處理后輸出的控制信號，除了對進給運動軌跡進行連續(xù)控制外，還要對機床的各種狀態(tài)進行控制，這些狀態(tài)包括主軸的變頻控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)及停止，冷卻和潤滑裝置的起動和停止，刀具自動交換，工件夾緊和放松及分度工作臺轉(zhuǎn)位等。1.3 數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床加工零件時，首先必須將工件的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)等加工信息按規(guī)定的代碼和格式編制成零件的數(shù)控加工程序，這是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序用適當?shù)姆椒ㄝ斎氲綌?shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系

11、統(tǒng)對輸入的加工程序進行數(shù)據(jù)處理，輸出各種信息和指令，控制機床主運動的變速、起停、進給的方向、速度和位移量，以及其他如刀具選擇交換、工件的夾緊松開、冷卻潤滑的開關(guān)等動作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作。數(shù)控機床的運行處于不斷地計算、輸出、反饋等控制過程中，以保證刀具和工件之間相對位置的準確性，從而加工出符合要求的零件。數(shù)控機床加工工件的過程見圖1-2。6/10圖1-2數(shù)控機床加工工件的過程1.4 數(shù)控機床的特點數(shù)控機床對零件的加工過程，是嚴格按照加工程序所規(guī)定的參數(shù)及動作執(zhí)行的。它是一種高效能自動或半自動機床，與普通機床相比，具有以下明顯特點：1 .適

12、應(yīng)性強由于數(shù)控機床能實現(xiàn)多個坐標的聯(lián)動，所以數(shù)控機床能完成復(fù)雜型面的加工，特別是對于可用數(shù)學(xué)方程式和坐標點表示的形狀復(fù)雜的零件，加工非常方便。當改變加工零件時，數(shù)控機床只需更換零件加工的N型序，不必用凸輪、靠模、樣板或其他模具等專用工藝裝備，且可采用成組技術(shù)的成套夾具。因此，生產(chǎn)準備周期短，有利于機械產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代。所以，數(shù)控機床的適應(yīng)性非常強。2 .加工質(zhì)量穩(wěn)定對于同一批零件，由于使用同一機床和刀具及同一加工程序，刀具的運動軌跡完全相同，并且數(shù)控機床是根據(jù)數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)計算機控制自動進行加工，可以避免人為的誤差，這就保證了零件加工的一致7/10性好，且質(zhì)量穩(wěn)定可靠。3 .生產(chǎn)效率高數(shù)控機床

13、本身的精度高、剛性大，可以采用較大的切削用量，有效地節(jié)省了機動工時。它還有自動換速、自動換刀和其他輔助操作自動化等功能，使輔助時間大為縮短，而且無需工序間的檢驗與測量，所以比普通機床的生產(chǎn)效率高3-4倍，對某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速及進給范圍都比普通機床大。目前數(shù)控機床的最高進給速度可達到100m/min以上，最小分辨率達0.01um。一般來說，數(shù)控機床的生產(chǎn)能力約為普通機床的3倍，甚至更高。數(shù)控機床的時間利用率高達90%而普通機床僅為30%-50%4 .加工精度高數(shù)控機床有較高的加工精度，一般在0.005-0.1mm之間，定位精度普遍可達到0.0

14、3mm重復(fù)定位精度為0.01mm數(shù)控機床的加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響，機床傳動鏈的反向齒輪間隙和絲杠的螺距誤差等都可以通過數(shù)控裝置自動進行補償，其定位精度比較高。同時還可以利用數(shù)控軟件進行精度校正和補償。5 .工序集中，一機多用數(shù)控機床，特別是帶自動換刀刀架、刀庫的數(shù)控加工中心，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工工序，一臺數(shù)控機床可以代替數(shù)臺普通機床。這樣可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序之間的中間環(huán)節(jié)，如半成品的中間檢測、暫存、搬運和裝夾等輔助時間，還可8/10以節(jié)省機床、車間的占地面積，帶來較高的經(jīng)濟效益。加工中心的工藝方案更與普通機床的常規(guī)工藝方案不同，常規(guī)工藝以“工序分散”為特

15、點，而加工中心則以工序集中為原則，著眼于減少工件的裝夾次數(shù)，提高重復(fù)定位精度。6,減輕勞動強度在輸入程序并啟動后，數(shù)控機床就自動地連續(xù)加工，直至零件加工完畢。這樣就簡化了工人的操作，使勞動強度大大降低。數(shù)控機床是一種高技術(shù)的設(shè)備，盡管機床價格較高，而且要求具有較高技術(shù)水平的人員來操作和維修，但是數(shù)控機床的優(yōu)點很多，它有利于自動化生產(chǎn)和生產(chǎn)管理，使用數(shù)控機床的經(jīng)濟效益還是很高的。7 .有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化采用數(shù)控機床加工零件，能準確地計算零件的加工工時，并有效地簡化了檢驗、工裝和半成品的管理工作，這些都有利于使生產(chǎn)向計算機控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化創(chuàng)造了條件。8 .生產(chǎn)準備工作復(fù)雜由于整個加工過程采用程序控制，數(shù)控加工的前期準備工作較為復(fù)雜，包含工藝確定、程序編制等。