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數(shù)控機床的組成與加工原理
日期:2010年10月12 來源:沈陽機床集團 關鍵字:數(shù)控機床
l數(shù)控機床的基本組成
數(shù)控機床是最典型的數(shù)控設備。為了了解數(shù)控機床的基本組成,首先需要分析數(shù)控機床加工零件的工作過程。在數(shù)控機床上,為了進行零件的加工,可以通過如下步驟進行:
I)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)能夠識別的指令形式,即編寫加工程序。
2)將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。
3)數(shù)控裝置對輸入的程序(代碼)進行譯碼、運算處理,并向各坐標軸的伺服驅(qū)動裝置和輔助機能控制裝置發(fā)出相應的控制信號,以控制機床的各部件的運動。
4)在運動過程中,數(shù)控系統(tǒng)需要隨時檢測機床的坐標軸位置、行程開關的狀態(tài)等,并與程序的要求相比較,以決定T一步動作,直Jlmi出合格的零件。
5)操作者可以隨時對機床的加工情況、工作狀態(tài)進行觀察、檢查,必要時還需要對機床動作和加工程序進行調(diào)整,以保證杌床安全、可靠地運行。
由此可知,作為數(shù)控機床的基本組成,它應包括:輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū) 動和反饋裝置、輔助控制裝置以及機床本體等部分(圖1-1所示)。
圖中,輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動和反饋裝置構(gòu)成了機床數(shù)控系統(tǒng),作用如前所述。
反饋裝置是閉環(huán)(半閉環(huán))數(shù)控機床的檢測環(huán)節(jié),其作用是檢測數(shù)控機床坐標軸的實際位置和移動速度,并反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中,構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)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)型式,伺服電動機內(nèi)裝式脈沖編碼器、測速機以及直線光柵都是NC機床常用的檢測器件。
由于先進的伺服都采用了數(shù)字式伺服驅(qū)動技術(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。
輔助控制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)向和啟停指令;刀具的選擇和交換指令;冷卻、潤滑裝置的啟停指令:工件和機床部件的松開、夾緊工作臺轉(zhuǎn)位等輔助指令所提供的信號,以及機床上檢測開關的狀態(tài)等信號,經(jīng)過必要的編譯和邏輯運算,經(jīng)放大后驅(qū)動相應的執(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艦定的動作。它通常由眥和強電控制回路構(gòu)成,PLC在結(jié)構(gòu)上可以與CNC -體化(內(nèi)置式的PLC),也可以是相對獨立(外置式的PLC)。
機床本體與傳統(tǒng)的機床基本相同,它也是由主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等部分組成。但為了滿足數(shù)控的要求,充分發(fā)揮機床性能,它在總體布局、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發(fā)生了很大的變化。
2數(shù)控加工原理
在傳統(tǒng)的金屬切削機床上,加工零件時需要操作者根據(jù)圖樣的要求,通過不斷改變刀具的運動軌跡和運動速度等參數(shù),使刀具對工件進行切削加工,最終加工出合格零件。
數(shù)控機床的加工,其實質(zhì)是應用了“微分”原理。其工作原理與過程可以簡要描述如下(見圖l一2):
1)數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡,將軌跡按機床對應的坐標軸,以最小移動量(脈沖當量)進行微分(圖1-2中的AX、AY),并計算出各坐標軸需要移動的脈沖數(shù)。
2)通過數(shù)控裝置的“插補”軟件或“插補”運算器,把要求的軌跡用以“最小移動單位”為單位的等效折線進行擬合,井找出最接近理論軌跡的擬合折線。
3)數(shù)控裝置根據(jù)擬合折線的軌跡,給相應的坐標軸連續(xù)不斷地分配進給脈沖,井通過伺服驅(qū)動使機床坐標軸按分配的脈沖運動。
由上可見:第一,只要數(shù)控機床的最小移動量(脈沖當量)足夠小,所用的擬合折線就可以等效代替理論曲線。第二,只要改變坐標軸的脈沖分配方式,即可以改變擬合折線的形狀,從而達到改變加工軌跡的目的。第三,只要改變分配脈沖的頻率,即可改變坐標軸(刀具)的運動速度。這樣就實現(xiàn)了數(shù)控機床控制刀具移動軌跡的根本目的。
以上根據(jù)給定的數(shù)學函數(shù),在理想軌跡(輪廓)的己知點之間,通過數(shù)據(jù)點的密化,確定一些中間點的方法,稱為插補。能同時參與插補的坐標軸數(shù),稱為聯(lián)動軸數(shù)。顯然,當數(shù)控機床的聯(lián)動軸數(shù)越多,機床加工輪廓的性鴕就越強。因此,聯(lián)動軸的數(shù)量是衡量數(shù)控機床性能的重要技術指標之一。
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