数控机床的组成及工作原理75444.docx
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数控机床的组成及工作原理75444
1.2数控机床的组成及基本工作原理
一、数控机床组成
数控机床由:
程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组成。
1、程序的存储介质,又称程序载体
1)穿孔纸带(过时、淘汰);
2)盒式磁带(过时、淘汰);
3)软盘、磁盘、U盘;
4)通信。
2、输人/输出装置
1)对于穿孔纸带,配用光电阅读机;(过时、淘汰);
2)对于盒式磁带,配用录放机;(过时、淘汰);
3)对于软磁盘,配用软盘驱动器和驱动卡;
4)现代数控机床,还可以通过手动方式(MDI方式);
5)DNC网络通讯、RS232串口通讯。
3、CNC单元
CNC单元是数控机床的核心,CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。
CNC单元接受数字化信息,经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后,将各种指令信息输出给伺服系统,伺服系统驱动执行部件作进给运动。
其它的还有主运动部件的变速、换向和启停信号;选择和交换刀具的刀具指令信号,冷却、润滑的启停、工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。
准备功能:
G00,G01,G02,G03,
辅助功能:
M03,M04
刀具、进给速度、主轴:
T,F,S
4、伺服系统
由驱动器、驱动电机组成,并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
对于步进电机来说,每一个脉冲信号使电机转过一个角度,进而带动机床移动部件移动一个微小距离。
每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统,整个机床的性能主要取决于伺服系统。
如三轴联动的机床就有三套驱动系统。
脉冲当量:
每一个脉冲信号使机床移动部件移动的位移量。
常用的脉冲当量为0.001mm/脉冲。
5、位置反馈系统(检测反馈系统)
伺服电动机的转角位移的反馈、数控机床执行机构(工作台)的位移反馈。
包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。
(作业:
让同学们网上查找反馈元件,下节课用5分钟自述所查内容)
反馈装置把检测结果转化为电信号反馈给数控装置,通过比较,计算实际位置与指令位置之间的偏差,并发出偏差指令控制执行部件的进给运动。
反馈系统包括半闭环、闭环两种系统。
6、机床的机械部件
1)主运动部件
2)进给部件(工作台、刀架)
3)基础支承件(床身、立柱等)
4)辅助部分,如液压、气动、冷却和润滑部分等
5)储备刀具的刀库,自动换刀装置(ATC)
对于加工中心类的数控机床,还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件,数控机床机械部件的组成与普通机床相似,但传动结构要求更为简单,在精度、刚度、抗震性等方面要求更高,而且其传动和变速系统更便于实现自动化扩展。
二、工作步骤(合上书,闭眼想1分钟)
在数控机床上加工零件要经过以下的步骤:
(1)准备阶段:
根据加工零件的图纸,确定有关加工数据(刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息等)。
根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。
。
将与加工零件有关的信息:
(2)编程阶段
根据加工工艺信息,用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序(对加工工艺过程的描述),并填写程序单。
(3)准备信息载体
根据已编好的程序单,将程序存放在信息载体(穿孔带、磁带、磁盘等)上,通过信息载体将全部加工信息传给数控系统。
若数控加工机床与计算机联网时,可直接将信息载入数控系统。
(4)加工阶段
当执行程序时,机床数控系统(CNC)将加工程序语句译码、运算,转换成驱动各运动部件的动作指令,在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动,自动完成对工件的加工。
总的说来,数控机床就是将与加工零件有关的信息,用规定的文字、数字和符号组成的代码,按一定的格式编写成加工程序单,将加工程序通过控制介质输入到数控装置中,由数控装置经过分析处理后,发出各种与加工程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。
RS-232端具有DB9针式(DTE)和DB9孔式(DCE)两种接口可供选择。
用户在订购时,根据需要选择RS-232串口类型。
金坛四海电机(步进电机及驱动器)
1.3数控机床的分类及应用范围
数控机床的品种很多,根据其控制原理、功能和组成,可以从几个不同的角度进行分类:
一、按工艺用途分类:
数控机床是从普通机床的基础上发展起来的,各种类型的数控机床基本上起源于同类型的普通机床,按工艺用途分为:
1)数控车床(NCLathe)
2)数控铣床(NCMillingMachine)
3)加工中心(MachineCenter)
4)数控钻床(NCDrillingMachine)
5)数控镗床(NCBoringMachine)
6)数控平面磨床(NCSurfaceGrindingMachine)
7)数控外圆磨床(NCExternalGrindingMachine)
8)数控轮廓磨床(NCContourGrindingMachine)
9)数控坐标磨床(NCJigGrindingMachine)
10)数控工具磨床(NCToolGrindingMachine)
11)数控电火花加工机床(NCDiesinkingElectricDischargeMachine)(NCEDMMachine)
12)数控线切割机床(NCWireElectricDischargeMachine)
13)数控激光加工机床(NCLaserBeamMachine)
14)数控工具磨床(NCPunchingMachineorPunchingPress)
15)数控超声波加工机床(NCUltrasonicMachine)
16)数控齿轮加工机床(NCGearHollingMachine)
还有数控等离子切割机,数控火焰切割机、数控折弯机、数控弯管机、数控
水切割机等等。
二、按运动方式分类:
1)点位控制系统(PositioningControl)
只控制刀具从一点移到另一点的位置,而在移动过程中不进行切削加工,如坐标镗床、钻床和冲床等。
要求坐标位置有较高的定位精度,为提高生产效率,采用机床设定的最高进给速度进行定位运动,在接近定位点前要进行分级或连续降速,以便低速趋近终点,从而减少运动部件的惯性过冲和因此引起的定位误差。
在定位移动过程中不进行切削加工,因此对运动轨迹没有任何要求。
2)直线控制系统(Straight-LineControl)
直线控制系统是控制刀具或基础工作台以一定速度,沿平行于某一坐标轴方向,由一个位置到另一位置的精确移动。
也称点位直线移动控制系统。
3)轮廓控制系统(ContourControl)(又称连续控制或多坐标联动控制)
是对两个或两个以上的坐标轴同时进行控制(二轴、二轴半、三轴、四轴、五轴联动),它不仅要控制机床移动部件的起点和终点坐标,而且要控制整个加工过程的每一点的速度、方向和位移量,即要控制加工的轨迹,加工出要求的轮廓。
运动轨迹是任意斜率的直线、圆弧、螺旋线等。
这类机床的数控装置的功能是最齐全的,能够进行两坐标甚至多坐标联动的控制,也能够进行点位和直线控制。
除了少数专用的数控机床,如数控钻床、冲床等以外,现代的数控机床都具有轮廓控制功能。
三、按控制方式分类:
实际上是按有无反馈及反馈的位置来分:
1)开环数控机床(OpenLoopControl)
指不带反馈的控制系统,系统内没有位置反馈元件,通常采用步进电机作为执行机构。
输入的数据经过数控系统的运算,发出指令脉冲,通过环形分配器和驱动电路,使步进电机转过一个步距角,再经过传动机构带动工作台移动一个脉冲当量的距离。
移动部件的移动速度和位移由输入脉冲的频率和脉冲个数决定的。
2)半闭环数控机床(Semi-closedLoopControl)
在驱动电机端部或在传动丝杠端部安装角位移检测装置(光电编码器或感应同步器),通过检测电机或丝杠的转角间接测量执行部件的实际位置或位移,然后反馈到数控系统中。
获得比开环系统更高的精度,但它的位移精度比闭环系统的要低,与闭环系统相比,易于实现系统的稳定性。
现在大多数数控机床都广泛采用这种半闭环进给伺服系统。
惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围内。
3)闭环数控机床(ClosedLoopControl)
在机床移动部件上直接接有检测装置,将测得的结果直接反馈到数控系统中。
实际上是将位移指令值与位置检测装置测得的实际位置反馈信号,实时进行比较,根据其差值进行控制,使移动部件按照实际的要求运动,最终实现精确定位。
具体的讲解见第四章伺服系统
四、数控机床的应用范围
数控车床:
包括主轴、溜板、刀架等。
数控系统包括显示器、控制面板、强电控制等。
数控车床一般具有两轴联动功能,Z轴是与主轴平行方向的运动轴,X轴是在水平面内与主轴垂直方向的运动轴。
远离工件方向为轴的正向。
另外在最新的车铣加工中心,还增加了一个C轴,可用于工件的分度功能,在刀架中安放铣刀,对工件进行铣加工。
刀具超过12把称为加工中心。
数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面,圆锥面、螺纹表面、成形回转体面等。
对于盘类零件可以进行钻孔、扩孔、绞孔、镗孔等。
机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。
数控铣床:
适于加工三维复杂曲面,在汽车、航空航天、模具等行业被广泛采用。
可分为数控立式铣床、数控卧式铣床、数控仿形铣床等。
加工中心:
一般认为带有自动刀具交换装置(ATC)的数控镗铣床,称为加工中心。
可以进行铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等多种工序加工。
不能包括磨削功能,因为微细的磨粒可能进入机床导轨,从而破坏机床的精度。
而磨床上有特殊的保护措施。
加工中心可分为立式加工中心、卧式加工中心。
立式的主轴是垂直方向的,卧式的主轴是水平方向的。
数控钻床:
分为立式钻床和卧式钻床。
主要完成钻孔、攻丝功能,同时也可以完成简单的铣削功能。
刀库可以存放多种刀具。
数控磨床:
用在高硬度、高精度加工表面。
平面磨床、内圆磨床、轮廓磨床等。
随着自动砂轮补偿技术、自动砂轮修整技术和磨削固定循环技术的发展,数控磨床的功能越来越强。
数控电火花成形机床:
(EDMMachine)
特种加工方法,利用两个不同极性的电极在绝缘体中产生放电现象,去除材料进而完成加工,适用于形状复杂的模具、难加工材料。
数控线切割机床:
原理与电火花成形机床一样,就是电极是电机丝,加工液一般是去离子水。
复习题
1-1.数控机床的定义?
加工原理?
1-2.数控机床对刀具和夹具有什么要求?
1-3.数控机床由哪些部分组成?
各组成部分有什么作用?
1-4.数控机床按工艺方法分类有哪几种?
1-5.什么是开环、闭环、半闭环控制系统?
区别如何?
1-6.什么是脉冲当量?
1-7.FMS、FMC、CIMS的概念,及基本组成部分?
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