數(shù)控技術(shù)專業(yè)《數(shù)控機(jī)床的工作原理與組成》

數(shù)控機(jī)床的根本工作原理在數(shù)控機(jī)床上加工零件，一般按如下步驟進(jìn)行：1根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式，將刀具的移動軌跡、加工工藝過程、工藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的指令。2將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。數(shù)控裝置對輸入的程序〔代碼〕進(jìn)行譯碼、運(yùn)算處理，并向各坐標(biāo)軸的伺服驅(qū)動裝置和輔助機(jī)能控制裝置發(fā)出控制信號，以控制機(jī)床各部件的運(yùn)動。在運(yùn)動過程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時檢測機(jī)床的坐標(biāo)軸位置、行程開關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比擬，以決定下一步動作，直到加工出合格的零件。操作者可以隨時對機(jī)床的加工情況、工作狀態(tài)進(jìn)行觀察、檢查，必要時還需要對機(jī)床動作和加工程序進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)床平安、可靠地運(yùn)行。由此可知，數(shù)控系統(tǒng)是所有數(shù)控設(shè)備的核心。數(shù)控系統(tǒng)的主要控制對象是坐標(biāo)軸的位移〔包括移動速度、方向和位置等〕，其控制信息主要此，作為數(shù)控機(jī)床的根本組成，它應(yīng)包括：輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動和反應(yīng)裝置、輔助控制裝置以及機(jī)床本體等局部，如圖1-5所示。輸入輸出裝置數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)輔助控制裝置機(jī)床本?體T主運(yùn)動機(jī)構(gòu)輸入輸出裝置數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)輔助控制裝置機(jī)床本?體T主運(yùn)動機(jī)構(gòu)A進(jìn)笫迅動機(jī)構(gòu)輔助運(yùn)動機(jī)構(gòu)位世檢瀏速度檢測圖1-5數(shù)控機(jī)床的組成框圖數(shù)控機(jī)床的組成1輸入輸出裝置輸入輸出設(shè)備主要實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲和打印。根據(jù)控制存儲介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)或軟盤驅(qū)動器等。數(shù)控機(jī)床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸入數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控加工程序還可由編程計算機(jī)用RS232C或采用網(wǎng)絡(luò)通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工〔數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)存較小時〕，另一種是一次將零件加工程序全部讀入數(shù)控裝置的存儲器，加工時再從存儲器中逐段逐段調(diào)出進(jìn)行加工。作為外圍設(shè)備，計算機(jī)是目前常用的輸入輸出裝置之一，一般地輸入輸出裝置包括：1〕操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具，主要由按鈕、狀態(tài)燈、按鍵、顯示器等局部組成。2〕控制介質(zhì)人與數(shù)控機(jī)床之間建立某種聯(lián)系的中間媒介物就是控制介質(zhì)，又稱為信息載體。常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、穿孔卡、磁盤和磁帶。3〕人機(jī)交互設(shè)備數(shù)控機(jī)床在加工運(yùn)行時，通常都需要操作人員對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)干預(yù)，對輸入的加工程序進(jìn)行編輯、修改和調(diào)試，對數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示等。也就是數(shù)控機(jī)床要具有人機(jī)聯(lián)系的功能。具有人機(jī)聯(lián)系功能的設(shè)備統(tǒng)稱人機(jī)交互設(shè)備。常用的人機(jī)交互設(shè)備有鍵盤、顯示器、光電閱讀機(jī)等。4〕通信現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通信方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的根本技術(shù)。采用的方式有：串行通信〔RS-232等串口〕、自動控制專用接口〔DNC方式、MAP協(xié)議等〕、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)〔Internet、LAN等〕。2數(shù)控裝置數(shù)控裝置〔習(xí)慣稱為數(shù)控系統(tǒng)〕是數(shù)控機(jī)床的核心，它根據(jù)光電讀帶機(jī)輸送來的指令碼和數(shù)據(jù)碼通過的邏輯電路或控制軟件進(jìn)行譯碼、運(yùn)算、存放及控制，并將其結(jié)果輸送到機(jī)床各軸的伺服系統(tǒng)，控制機(jī)床的各局部進(jìn)行規(guī)定的動作。數(shù)控裝置一般由輸入輸出接口線路、譯碼器、運(yùn)算器、存儲器、控制器、顯示器等組成。在這些控制信息和指令中，最根本的是坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量指令；它經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后生成，提供應(yīng)伺服驅(qū)動，經(jīng)驅(qū)動器放大，最終控制坐標(biāo)軸的位移。它直接決定了刀具或坐標(biāo)軸的移動軌跡。此外，根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的不同，如：在數(shù)控機(jī)床上，還可能有主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和起、停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤滑裝置的起、停指令；工件的松開、夾緊指令；工作臺的分度等輔助指令。在根本的數(shù)控系統(tǒng)中，它們是通過接口，以信號的形式提供應(yīng)外部輔助控制裝置，由外部輔助控制裝置對以上信號進(jìn)行必要的編譯和邏輯運(yùn)算，放大后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件，帶動機(jī)床機(jī)械部件、液壓氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。3伺服驅(qū)動裝置伺服驅(qū)動裝置接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動機(jī)床移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。伺服驅(qū)動通常由伺服放大器〔亦稱：驅(qū)動器、伺服單元〕和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等局部組成。在數(shù)控機(jī)床上，伺服驅(qū)動〔ServoDrive,簡稱伺服〕是“以物體的位置、方向、狀態(tài)等作為空置量，追蹤目標(biāo)值的任意變化的控制機(jī)構(gòu)〞。簡言之，它是一種能夠自動跟隨目標(biāo)位置等物理量的控制裝置。伺服驅(qū)動的作用主要有兩個方面：一是按照數(shù)控裝置給定的速度運(yùn)行；二是按照數(shù)控裝置給定的位置定位。因此，伺服驅(qū)動的精度和動態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機(jī)床的加工進(jìn)度、外表質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素之一。目前一般采用交流伺服電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)；在先進(jìn)的高速加工機(jī)床上，已經(jīng)開始使用直線電動機(jī)。4反應(yīng)裝置反應(yīng)裝置是閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機(jī)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(jī)床坐標(biāo)軸的實際移動速度和位移，并將信息反應(yīng)到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)。檢測裝置的安裝、檢測信號反應(yīng)的位置決定于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。無測量反應(yīng)裝置的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。由于先進(jìn)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(jìn)行連接。反應(yīng)信號在大多數(shù)場合都是與伺服驅(qū)動進(jìn)行連接，并通過總線傳送到數(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，反應(yīng)裝置才需要直接和數(shù)控裝置進(jìn)行連接。伺服電動機(jī)內(nèi)裝式脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、測速機(jī)、光柵和磁尺等都是NC機(jī)床常用的檢測器件。5輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動換向、變速、起停；刀具的選擇和交換；以及其它輔助裝置動作等指令信號，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判斷和運(yùn)算，經(jīng)功率放大后直接驅(qū)動相應(yīng)的驅(qū)動源，帶動機(jī)床的機(jī)械部件、液壓、氣動裝置等完成相應(yīng)指令規(guī)定的動作，如工件的松開和夾緊；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤滑裝置的啟動停止；工件和機(jī)床部件的分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。它接收機(jī)床操作面板和來自數(shù)控裝置的指令，一方面通過接口電路直接控制機(jī)床的動作；另一方面通過伺服驅(qū)動裝置控制主軸電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。由于可編程邏輯控制器〔PLC〕具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用及編程和修改程序并可直接啟動機(jī)床開關(guān)等特點，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置。6機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，由根底件〔如床身、底座〕和運(yùn)動件〔如工作臺、主軸箱等〕組成。目前仍主要沿用普通機(jī)床的結(jié)構(gòu)，只是在自動變速、刀架或工作臺自動轉(zhuǎn)位和手柄等方面作了一些改變。隨著數(shù)控技術(shù)的開展，它不僅要實現(xiàn)由數(shù)控裝置控制的各種運(yùn)動，而且還要承受包括切削力在內(nèi)的各種力，因此機(jī)床本體必須保證具有良好的幾