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数控技术

关于数控机床

时间:2019/6/14 0:04:21   作者:   来源:   阅读:8   评论:0

一、数控车床的组成

    数控车床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置(CNC)、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。

1、程序编制及程序载体 数控程序是数控车床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上,确定零件坐标系在车床坐标系上的相对位置,即零件在车床上的安装位置,刀具与零件相对运动的尺寸参数,零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得来零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后,用由文字、数字和符号组成的标准数控代码,按规定的方法和格式,编制零件加工的数据程序单。编制程序的工作可由人工进行;对于形状复杂的零件,则要在专用的编程机或通用运算机上进行自动编程(APT)或利用CAD/CAM系统产生程序。

    编好的数控程序,存放在便于输入来数控装置的一种储备载体上,它可以是穿孔纸带、磁带、磁盘、闪存卡等。闪存卡由于储备容量大、数据交流迅速和记录可靠,在开放式数控系统的新型数控机床上开始使用。

2、输入装置

  输入装置的作用是将程序载体(信息载体)上的数控代码传递并存入数控系统内。根据储备介质的不同,输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控车床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统;数控加工程序还可由编程运算机用RS232C或摘用网络通信方式传送来数控系统中。

    零件加工程序输入过程有两种不同的方式:一种是边读入边加工(数控系统内存较小时);另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的储备器,加工时再从内部储备器中逐段调出进行加工。

3、数控装置

  数控装置是数控车床的核心。数控装置从内部储备器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序,经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令,控制车床各部分的工作,使其进行规定的有序运动和动作。

    零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成,刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动,即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据,不能满足要求,因此要进行轨迹插补,也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”,求出一系列中间点的坐标值,并向相应坐标输出脉冲信号,控制各坐标轴(即进给运动的个执行元件)的进给速度、进给方向和进给位移量等。

4、驱动装置及位置检测装置

  驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率放大后,严格按照指令信息的要求驱动车床移动部件,以加工出符合图样要求的零件。因此,它的伺服精度和动态响应性能是影响数控车床加工精度、表面质量和生产率的复要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部件。目前大都摘用直流或交流伺服电动机作为执行机构。

    位置检测装置将数控车床个坐标轴的实际位移检测出来,经反馈系统输入来车床的数控装置之后,数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较,控制驱动装置按照指令设定值运动。

5、辅助控制装置 辅助控制装置的主要作用是接受数控装置输出的开关量指令信号,经过编译、逻辑判别和运算,再经功率放大后驱动相应的电器,带动车床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令,刀具的挑选和交换指令,冷却、润滑装置的启动停止,工件和机床部件的松开、夹紧等辅助动作。

    由于可编程控制器(PLC)具有响应快、性能可靠、使用方便、编程和调试程序容易等特点,并可直接驱动部件机床电器,因此,被广泛用作数控车床的辅助控制装置。目前,大多数数控系统都带有内部PLC,用于处理数控机床的辅助指令,从而简化了机床的辅助控制装置。

6、车床本体

    车床本体与传统车床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控车床特别是车削中心在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了较大的变化。这种变化的目的是为了满足数控车床的要求和充分发挥数控车床的特点。回纳起来包括以下几个方面的变化。

(1)摘用高性能主传动及主轴部件、具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。

(2)进给传动摘用高效传动件、具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点,一般摘用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。

(3)具有完善的刀具自动变换和治理系统。

(4)车床本身具有很高的动、静刚度。

(5)摘用全封闭罩壳。由于数控车床是自动完成加工,为了操作安全等,一般摘用移动门结构的全封闭罩壳,对车床的加工部件进行全封闭。

二、数控车床的特点

1、数控车床的优点

(1)加工对象改型的适应性强 由于在数控车床上改革加工零件时,只需要复新编制程序就能实现对零件的加工,它不同于传统的车床,不需要改造、更新许多工夹具和检具,更不需要复新新调整车床。因此,数控车床可以快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件,这就为单件、小批以及试制新产品提供了极大的便利。它不仅缩短了生产准备周期,而且节省了大量工艺装备费用。

(2)加工精度高 数控车床是以数字形式给出的指令进行加工的,由于目前数控装置的脉冲当量(即每输出一个脉冲后数控机床移动部件相应的移动量)一般达来了0.001mm,而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿,因此,数控车床能达来比较高的加工精度和质量稳固性。这是由数控车床结构设计摘用了必要的措施,以及机电结合的特点决定的,第一是结构上引入了滚珠丝杠螺母机构、各种排除间隙结构等,使机械传动的误差尽可能小;其次是摘用了软件精度补偿技术,使机械误差进一步减少;第三是用程序控制加工,减少了人为因素对加工精度的影响。这些措施不仅保证了较高的加工精度,同时还保证了较高的质量稳固性。

(3)生产效率高 零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。数控车床能够有效地减少这两部分时间,因而加工生产率比一般车床高得多。数控车床主轴转速和进给量的范畴比普通车床的范畴大,每一道工序都能选用最有利的切削用量,优良的结构刚性答应数控车床进行大切削用量的强力切削,有效地节省了机动时间。数控车床移动部件的快速移动和定位摘用了加速与减速措施,因而选用了很高的空行程运动速度,消耗在快进、快退和定位的时间要比一般车床少的多。

数控车床的加工精度比较稳固,一般只做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检验,因而可以减少停机检验的时间。在使用带有刀库和自动换刀装置的数控车削中心机床时,在一台机床上实现了多道工序的连续加工,减少了半成品的周转时间,生产效率的提高就更为明显。

(4)自动化程度高 数控车床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的,操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外,其他的机床动作直至加工完毕,都是自动连续完成,不需要进行繁复的复复性手工操作,劳动强度与紧张程度均大为减少,劳动条件也得来相应的改善。

(5)优良的经济效益 使用失控车床加工零件时,分摊在每个零件上的设备费用是比较昂贵的。但在单件、小批量生产情况下,可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产治理费用及降低废品率等,因此能够获得优良的经济效益。

(6)有利于生产治理的现代化 用数控车床加工零件,能准确地运算零件的加工工时,并有效地简化了检验和工夹具、半成品的治理工作。这些特点都有利于使生产治理现代化。

数控车床在应用中也有不利的一面,如提高了起始阶段的投资,对设置保护的要求较高,对操作人员的技术水平要求较高等。

三、数控车床的适用范畴及工作原理

1、数控车床的适用范畴

    数控车床与卧式车床一样,也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工,所以数控车床特别适合加工形式复杂的轴类或盘类零件。

    数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点,能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求,因此被广泛应用于机械制造业。

    数控车床确实存在一般车床所不具备的许多优点,但是这些优点都是以一定条件为前提的。数控车床的应用范畴正在不断扩大,但它并不能完全代替其他类型的机床,也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控车床通常最适合加工具有以下特点的零件。

1)多品种小批量生产的零件 从通用车床、专用车床、数控车床的零件加工批量数与综合费用的关系来看,零件加工批量增大对于选用数控车床是不利的。原因在于数控车床设备费用昂贵,以及与大批量生产摘用的专用机床相比其效率还不够高。通常,摘用数控车床加工的合理生产批量在10~200件之间。目前有向中批量发展的趋势。

2)结构比较复杂的零件 从通用车床、专用车床、数控车床的被加工零件复杂程度与批量数的关系来看。通常数控车床适宜于加工结构比较复杂,在非数控车床上加工时需要有昂贵的工艺装备的零件。

3)需要频繁改型的零件 它节省了大量的工艺装备费用,使综合费用下降。

4)价格昂贵、不答应报废的关键零件。

5)需要最短生产周期的急需零件。

    数控车床的初始投资相对较大,由于系统的复杂性,又增加了维修费用。如果缺少完善的售后服务,往往不能及时排除设备故障,将会在一定程度上影响机床的利用率,这些都会增加综合生产费用。

    考虑来以上所述的种种原因,在决定选用数控车床加工时,需要进行反复对比和仔细的经济分析,使数控车床发挥它的最佳经济效益。

2、数控车床的工作原理

    在传统的金属切削机床上,加工零件是操作者根据图样的要求,通过不断改变刀具的运动轨迹、运动速度等参数,使刀具对工件进行切削加工,最终加工出合格零件。

    数控车床的加工,其实质是应用了“微分”原理。其工作原理与过程可简述如下。

1)数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹,将轨迹按车床对应的坐标轴,以最小移动量(脉冲当量)进行微分,并运算出各轴需要移动的脉冲数。

2)通过数控装置的插补软件或插补运算器,把要求的轨迹用量小移动单位的等效折线进行拟合,并找出最接近理论轨迹的拟合折线。

3)数控装置根据拟合折线的轨迹,给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲,并通过伺服驱动使车床坐标轴按分配的脉冲运动。

    由上可见:

1、只要数控车床的最小移动量(脉冲当量)足够小,所用的拟合折线就完全可以等效代替理论曲线;2、只要改变坐标轴的脉冲分配方式,即可以改变拟合折线的形状,从而达来改变加工轨迹的目的;3、只要改变分配脉冲的频率,即可改变坐标轴(刀具)的运动速度。这样就实现了数控车床控制刀具移动轨迹的根本目的。

    以上根据给定的数学函数,在理想轨迹(轮廓)的已晓点之间,通过数据点的密化,确定一些中间点的方法,称为补插。能同时参与插补的坐标轴数。显然,当数控机床的联动轴越多,机床加工轮廓的性能就越强。因此,联动轴的数量是衡量数控机床性能的复要技术指标之一。


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