( l ) CNC 裝置
CNC 裝置是CNC 系統(tǒng)的核心,由中央處理單元(CPU )、存儲器、各種110 接口及外圍邏輯電路等組成,其主要作用是對翰入的數(shù)控程序及有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與處理,通過擂補(bǔ)運(yùn)算等,形成運(yùn)動軌跡指令,控制伺服單元和驅(qū)動裝且.實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動。對于離散的開關(guān)控制最,可以通過可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)對機(jī)床電器的邏輯控制。CNC 裝里有單CPU 和多CPU 兩種基本結(jié)構(gòu)形式,隨著CPU 性能的不斷提離,CNC 裝置的功能越來越豐富,性能越來越高,除了上述基本控制功能外,還有圖形功能、通訊功能、診斷功能、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和管理功能等。
( 2 )數(shù)控機(jī)床操作面板
數(shù)控機(jī)床的操作是通過人機(jī)操作面板實(shí)現(xiàn)的,人機(jī)操作面板由數(shù)控面板和機(jī)床面板組成。
數(shù)控面板是數(shù)控系統(tǒng)的操作面板,由顯示器和手動數(shù)據(jù)翰入(Manual Data Input ,簡稱MDI )健盤組成,又稱為MDI 面板。顯示器的下部常設(shè)有菜單選擇健,用于選擇菜單。鍵盤除各種符號鍵、數(shù)字健和功能鍵外,還可以設(shè)置用戶定義鍵等。操作人員可以通過鍵盤和顯示器,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理,對數(shù)控程序及有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、存儲和編輯修改。在加工中,屏幕可以動態(tài)地顯示系統(tǒng)狀態(tài)和故障診斷報(bào)苦等。此外,數(shù)控程序及數(shù)據(jù)還可以通過磁盤或通訊接口輸入。機(jī)床操作面板主要用于手動方式下對機(jī)床的操作,以及自動方式下對機(jī)床的操作或干預(yù)。其上有各種按鈕與選擇開關(guān),用于機(jī)床及輔助裝置的啟停、加工方式選擇、速度倍率選擇等;還有數(shù)碼管及信號顯示等。中、小型數(shù)控機(jī)床的操作面板常和數(shù)控面板做成一個(gè)整體,但二者之間有明顯界限。數(shù)控系統(tǒng)的通訊接口,如串行接口,常設(shè)置在機(jī)床操作面板上。
( 3 )可編程邏輯控制器
可編程邏輯控制器(Programmable Logical Controller ,簡稱PLC )也是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置,又稱為可編程控制器(Programmable Controller ,簡稱PC )或可編程機(jī)床控制器(Programmable Machine Controller,簡稱PMC ) ,用于完成數(shù)控機(jī)床的各種邏輯運(yùn)算和順序控制,如機(jī)床啟停、工件裝夾、刀具更換、冷卻液開關(guān)等輔助動作。PI 刀還接受機(jī)床操作面板的指令:一方面直接控制機(jī)床的動作;另一方面將有關(guān)指令送往CNC ,用于加工過程控制。CNC 系統(tǒng)中的PLC 有內(nèi)置型和獨(dú)立型。內(nèi)置型PLC 與CNC 是綜合在一起設(shè)計(jì)的,又稱集成型,是CNC 的一部分;獨(dú)立型PLC 由獨(dú)立的專業(yè)廠生產(chǎn),又稱外裝型。
( 4 )進(jìn)給伺服系統(tǒng)
進(jìn)給伺服系統(tǒng)主要由進(jìn)給伺服單元和伺服進(jìn)給電機(jī)組成,對于閉環(huán)或半閉環(huán)控制的進(jìn)給伺服系統(tǒng),還應(yīng)包括位置檢測反饋裝置。進(jìn)給伺服單元接收來自CNC 裝置的運(yùn)動指令,經(jīng)變換和放大后,驅(qū)動伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)刀架或工作臺的運(yùn)動。CNC 裝置每發(fā)出一個(gè)控制脈沖,機(jī)床刀架或工作臺的移動距離,稱為數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)最或最小設(shè)定單位,脈沖當(dāng)金或最小設(shè)定單位的大小直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。
在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服進(jìn)給系統(tǒng)中.位置檢測裝置被安裝在機(jī)床(閉環(huán)控制)或伺眼電機(jī)(半閉環(huán)控制)上,其作用是將機(jī)床或伺服電機(jī)的實(shí)際位置信號反饋給CNC 系統(tǒng),以便與指令位移信號相比較,用其差值控制機(jī)床運(yùn)動,達(dá)到消除運(yùn)動誤差、提高定位精度的目的。
一般說來,數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于CNC 裝置,而數(shù)控機(jī)床性能的優(yōu)劣,如運(yùn)動速度與精度等,則主要取決于伺服馳動系統(tǒng)。
隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展,對伺服進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的要求越來越高。一般要求定位精度為10um至1um ,高精設(shè)備要求達(dá)到0 . 1 um ;為了保證系統(tǒng)的跟蹤精度,一般要求動態(tài)過程在200 娜甚至幾十微秒內(nèi),同時(shí)要求超調(diào)要小;為了保證加工效率,一般要求進(jìn)給速度為
( 5 )主軸驅(qū)動系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動與進(jìn)給驅(qū)動的區(qū)別很大,電機(jī)軸出功率較大,一般應(yīng)為2.2kw至250kw ;進(jìn)給電機(jī)一般是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,而主電機(jī)除了有較大范圍的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速外,還要有較大范閑的恒功率調(diào)速;對于數(shù)控車床,為了能夠加工螺紋和實(shí)現(xiàn)恒線速控制,要求主軸和進(jìn)給驅(qū)動能同步控制;對于加工中心,還要求主軸進(jìn)行高精度準(zhǔn)停和分度功能。因此,中、高檔數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動都采用電機(jī)無級調(diào)速或伺服驅(qū)動,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)與普通機(jī)床類似,仍需要手工機(jī)械變速,CNC 系統(tǒng)僅對主軸進(jìn)行簡單的啟動或停止控制。
( 6 )機(jī)床本體
數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造要適應(yīng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展,具有剛度大、精度高、抗振性強(qiáng)、熱變形小等特點(diǎn);由于普遍采用伺服電機(jī)無級調(diào)速技術(shù),機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動和多數(shù)數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動的變速機(jī)構(gòu)被極大地簡化甚至取消;廣泛地采用滾珠絲杠、滾動導(dǎo)軌等高效率、高精度的傳動部件;采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)與布局,機(jī)床布局主要考慮有利于提高生產(chǎn)率,而不像傳統(tǒng)機(jī)床那樣,主要考慮方便操作;此外,還采用自動換刀裝置、自動交換工作臺和數(shù)控夾具等。