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數(shù)控機床的工作原理


日期：2010年06月02　來源：沈陽第一機床廠　關(guān)鍵字：數(shù)控機床
數(shù)控機床的工作原理   
  數(shù)控機床是用數(shù)字信息進行控制的機床。凡是用代碼化的數(shù)字信息將刀具移動軌跡信息記錄在程序介質(zhì)上，然后送人數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼和運算，控制機床刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的一類機床即為數(shù)控機床。數(shù)控加工的基本過程。
  在數(shù)控機床加工工件前，要分析零件圖，擬定零件加工工藝方案，明確加工工藝參數(shù)，然后按編程規(guī)則編制數(shù)控加工程序。當加工零件的幾何信息和工藝信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信息后，可以用不同方法輸入到機床的數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)檢查無誤即可啟動機床，運行數(shù)控加工程序數(shù)控裝置會自動完成數(shù)控加工程序發(fā)出的各種控制指令。如果不出現(xiàn)故障，直到加工程序運行結(jié)束，零件加工完畢為止。數(shù)控加工的控制過程與計算機控制打印機的打印過程，特別是與計算機控制繪圖機的繪圖過程非常相似。
  數(shù)字控制是相對于模擬控制而言的。數(shù)字控制系統(tǒng)或計算機數(shù)字控制系統(tǒng)用字長來表示不同精度信息，可進行復雜的算術(shù)運算、邏輯運算和信息處理，通過改變軟件(而非電路或機械機構(gòu))實現(xiàn)信息處理方式和過程的轉(zhuǎn)換，具有很好的柔性功能。
  cNc系統(tǒng)方便、可靠、精度高，廣泛應用于機械運動的軌跡、檢測和輔助運動控制等各方面，其中，軌跡控制是機床和工業(yè)機器人的主要控制內(nèi)容。
 數(shù)控機床的組成
 數(shù)控機床一般由輸人輸出設(shè)備、數(shù)控裝置(cNc)、伺服單元、驅(qū)動裝置(或稱執(zhí)行機構(gòu))、可編程控制器(眥)及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置組成。
    (1)輸入和輸出裝置。是機床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進行信息交流、實現(xiàn)人機對話的交互設(shè)備。輸人裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應的電脈沖信號，傳送并存人數(shù)控裝置內(nèi)。目前，數(shù)控機床的輸入裝置有鍵盤、磁盤驅(qū)動器、光電閱讀機等，其相應的程序載體為磁盤、穿孔紙帶。輸出裝置是顯示器，有cRT顯示器或彩色液晶顯示器兩種。輸出裝置的作用是：數(shù)控系統(tǒng)通過顯示器為操作人員提供必要的信息。顯示的信息可以是正在編輯的程序、坐標值以及報警信號等。
    (2)數(shù)控裝置(cNc裝置)。是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心，是由硬件和軟件兩部分組成的。它接收的是輸入裝置送來的脈沖信號，信號經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路的編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床的各個部分，使其進行規(guī)定的、有序的動作。這些控制信號中最基本的信號是各坐標軸(即作進給運動的各執(zhí)行部件)的進給速度、進給方向和位移量指令(送到伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動)，還有主軸的變速、換向和啟停信號，選擇和交換刀具的刀具指令信號，控制冷卻液、潤滑油啟停．控制工件和機床部件松開、夾緊，控制分度工作臺轉(zhuǎn)位的輔助指令信號等。數(shù)控裝置主要包括微處理器(cPU)、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與cNc系統(tǒng)他組成部分聯(lián)系的接口等。
    (3)可編程邏輯控制器(PI￡)。數(shù)控機床通過cNc和PLC共同完成控制功能，其中，cNc主要完成與數(shù)字運算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、刀具運動的位置伺服控制等。而PLc主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作．它接收cNc的控制代碼M(輔助功能)、s(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等開關(guān)量動作信息，對開關(guān)量動作信息進行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關(guān)動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開關(guān)等一些輔助動作。它還接收機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作(如手動操作機床)，另一方面將一部分指令送往數(shù)控裝置，用于加工過程的控制。
    (4)伺服單元。伺服單元接收來自數(shù)控裝置的速度和位移指令。這些指令經(jīng)伺服單元變換和放大后，通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機床進給運動的速度、方向和位移。因此，伺服單元是數(shù)控裝置與機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數(shù)控裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。伺服單元分為主軸單元和進給單元等，伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分。
    (5)驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置把經(jīng)過伺服單元放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過機械連接部件驅(qū)動機床工作臺，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。目前常用的驅(qū)動裝置有直流伺服電機和交流伺服電機，交流伺服電機正逐漸取代直流伺服電機。
   伺服單元和驅(qū)動裝置合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，計算機數(shù)控裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，伺服驅(qū)動裝置包括主軸驅(qū)動單元(主要控制主軸的速度)、進給驅(qū)動單元(主要控制進給系統(tǒng)的速度和位置)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機床的功能主要取決于數(shù)控裝置，而數(shù)控機床的性能主要取決于伺服驅(qū)動系統(tǒng)。
    (6)機床本體。即數(shù)控機床的機械部件，包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件(工作臺、拖板及其傳動部件)和支承部件(床身、立柱等)，還包括具有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能的輔助裝置。加工中心類的數(shù)控機床還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件，數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似。由于數(shù)控機床高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工的要求，其機械部件在精度、剛度、抗振性等方面要求更高。
    此外，為保證數(shù)控機床功能的充分發(fā)揮．還有一些輔助系統(tǒng)，如冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、液壓(或氣動)系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、防護系統(tǒng)等。   

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