什麼是數控機床? 數控機床的組成

禮拜二 - 07/05/2019 09:10

什麼是數控機床? 數控機床的組成

數字控制機床(Numerical Control Machine Tools)簡稱數控機床,這是一種將數字計算技術應用於機床的控制技術。它把機械加工過程中的各種控制信息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複雜、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。
 
數控機床的組成:
 
數控機床的基本組成包括加工程序載體、數控裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置。
下面分別對各組成部分的基本工作原理進行概要說明。
 
1.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。
 
2.數控裝置
 
數控裝置是數控機床的核心。現代數控裝置均採用CNC(Computer 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,然後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。
目前主要有鍵盤輸入、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。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。
 
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,它適用於比較短的程序。
在控制裝置編輯狀態(EDIT)下,用軟件輸入加工程序,並存入控制裝置的存儲器中,這種輸入方法可重複使用程序。
一般手工編程均採用這種方法。
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)採用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後續程序段。
DNC方式多用於採用CAD/CAM軟件設計的複雜工件並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製程序的規定,
逐步存儲並進行處理後,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衝,
並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。
 
3.伺服系統和測量反饋系統
 
伺服系統是數控機床的重要組成部分,用於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、整形處理後,
轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。由於伺服系統是數控機床的最後環節,
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,準確而靈敏地跟踪數控裝置發出的數字指令信號,
並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踪精度。
 
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並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,並向伺服系統輸出達到設定值所需的位移量指令。
 
4.機床主體
 
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、工作台、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)採用具有高剛度、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。採取改善機床結構佈局、
減少發熱、控制溫升及採用熱位移補償等措施,可減少熱變形對機床主機的影響。
 
(2)廣泛採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)採用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件,如滾珠絲槓螺母副、
塑料滑動導軌、直線滾動導軌、靜壓導軌等。
 
5.數控機床的輔助裝置
 
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,迴轉工作台和數控分度頭,防護,照明等各種輔助裝置。

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