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单元1 数控机床概述

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单元1 数控机床概述 单元1 数控机床概述 1.1 数控机床简介 1.2 数控机床安全使用及日常维护 1.3 能力训练 单元1 数控机床概述 1.1 数控机床简介 1.1.1 数控机床工作原理 按照零件加工的技术要求和工艺要求,编写零件的加工 程序,然后将加工程序输入到数控装置,通过数控装置控制 机床的主轴运动、进给运动、更换刀具,以及工件的夹紧与 松开,冷却,润滑泵的开与关,使刀具、工件和其他辅助装 置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作,从 而加工出符合图纸要求的零件。数控机床的加工过程如图11所示。 单元1 数控机床概述 图1-1 数控机床的加工过程 单元1 数控机床概述 1.1.2 数控机床结构 数控机床主要由输入/输出装置、计算机数控装置(简称 CNC)、伺服系统、位置检测装置和机床本体等五个部分组 成,如图1-2所示。 单元1 数控机床概述 图1-2 数控机床的组成 单元1 数控机床概述 1.输入/输出设备 输入设备的主要功能是将零件加工程序、机床参数及 刀具补偿等数据输入到计算机数控装置。键盘、光电阅读 机、磁盘及磁带接口、通信接口等都是输入设备。输出设 备主要是将零件加工过程和机床的运行状态等打印或显示 输出,以便于工作人员操作。输出设备有显示器、各种指 示灯、报警器等。 2.计算机数控装置 数控装置是数控机床的核心,其功能是接收输入的加 工信息,经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、 运算和逻辑处理,向伺服系统发出相应的脉冲,并通过伺 服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。 单元1 数控机床概述 3.伺服系统 伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成。通常所说 的数控系统是指数控装置与伺服系统的集成,因此说伺服 系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移 指令控制执行部件按一定的进给速度和进给方向产生位移。 每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系统,有的伺服 系统还有位置测量装置,可以直接或间接测量执行部件的 实际位移量,并反馈给数控装置,对加工的误差进行补偿。 单元1 数控机床概述 4.机床本体 数控机床的本体与普通机床基本类似,不同之处是数 控机床结构简单、刚性好,传动系统采用滚珠丝杠代替普 通机床的丝杠和齿条传动,主轴变速系统简化了齿轮箱, 普遍采用变频调速和伺服控制。 单元1 数控机床概述 5.位置检测装置 位置检测装置在数控机床中有着相当重要的作用。位 置检测装置通过传感器对机床的转速及进给实际位置进行 检测,并将角位移或直线位移转换成电信号,反馈到数控 装置,与给定位置进行比较,数控装置根据比较结果向伺 服系统发出运动指令,对产生的误差进行补偿,以确保机 床移动部件能够精确地移动到所要求位置。 单元1 数控机床概述 1.1.3 数控机床分类 1.按数控机床加工原理分类 (1) 普通数控机床。如数控车床、数控铣床、加工中心、 车削中心等均属于普通数控机床,其加工原理是用切削刀具 对零件进行切削加工。 (2) 特种加工数控机床。如数控线切割机床、数控电火 花成型加工机床等均属于特种加工数控机床,这些机床是利 用放电熔蚀的机理实现对金属的加工的。 单元1 数控机床概述 2.按数控机床控制系统的特点分类 (1) 点位控制数控机床。点位控制数控机床是指控制移 动部件的终点位置,即控制移动部件由一个位置到另一个位 置的精确定位,而对运动过程中的轨迹没有严格的要求,在 移动和定位过程中不作任何加工。为提高生产效率和保证定 位精度,如果机床设定快速进给,则运动部件临*终点时自 动降速,从而减少运动部件因惯性而引起的定位误差。此类 数控机床有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床等。 (2) 直线控制数控机床。直线控制指刀具或工作台以给 定的速度按直线运动,不仅要控制两点之间的准确位置(距 离),还要控制两点之间移动的速度和轨迹。 单元1 数控机床概述 (3) 连续控制数控机床。连续控制也称为轮廓控制,是 指刀具或工作台按工件的轮廓轨迹运动,运动轨迹为任意 方向的直线、圆弧、抛物线或其它函数的曲线。这种数控 系统有一个轨迹插补器,它是根据运动轨迹和速度精确计 算并控制各个伺服电机带动执行元件沿轨迹运动的。 单元1 数控机床概述 3.按进给伺服系统控制方式分类 (1) 开环控制系统。这种控制系统采用步进电机,无位 置测量元件,输入数据经过数控系统运算,输出指令脉冲 控制步进电机工作,如图1-3所示。这种控制方式对执行机 构不检测,无反馈控制信号,因此称为开环控制系统。开 环控制系统的设备成本低,调试方便,操作简单,但控制 精度低,工作速度受到步进电机的限制。 单元1 数控机床概述 图1-3 开环控制系统 单元1 数控机床概述 (2) 闭环控制系统。这种控制系统绝大多数采用伺服 电机,有位置测量元件和位置比较电路,如图1-4所示。 闭环控制系统中,测量元件安装在机床工作台上,它将测 出的机床工作台的实际位移值反馈给数控装置,位置比较 环节中的比较电路将此值与指令的位移值相比较,用比较 的误差值控制伺服电机工作,直至到达实际位置后误差值 消除。闭环控制系统的控制精度高,但要求机床的刚性好, 对机床的加工、装配要求高,调试较复杂,而且设备的成 本高。 单元1 数控机床概述 图1-4 闭环控制系统 单元1 数控机床概述 (3) 半闭环控制系统。如图1-5所示,半闭环控制系统的 位置测量元件不是测量工作台的实际位置,而是测量伺服 电机的转角,经过推算得出工作台位移值,反馈至位置比 较环节中的比较电路,与指令中的位移值相比较,用比较 的误差值控制伺服电机工作。这种用推算方法间接测量出 的工作台位移不能补偿数控机床传动链带来的误差,因此 称之为半闭环控制系统。半闭环控制系统的控制精度高于 开环控制系统,调试比闭环控制系统容易,设备的成本介 于开环与闭环控制系统之间。 单元1 数控机床概述 图1-5 半闭环控制系统 单元1 数



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