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數(shù)控機(jī)床的工作原理

日期：2010年06月02　來源：沈陽(yáng)第一機(jī)床廠　關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
數(shù)控機(jī)床的工作原理   
  數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字信息進(jìn)行控制的機(jī)床。凡是用代碼化的數(shù)字信息將刀具移動(dòng)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(yùn)算，控制機(jī)床刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出所需工件的一類機(jī)床即為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控加工的基本過程。
  在數(shù)控機(jī)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(dāng)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(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)檢查無誤即可啟動(dòng)機(jī)床，運(yùn)行數(shù)控加工程序數(shù)控裝置會(huì)自動(dòng)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(yùn)行結(jié)束，零件加工完畢為止。數(shù)控加工的控制過程與計(jì)算機(jī)控制打印機(jī)的打印過程，特別是與計(jì)算機(jī)控制繪圖機(jī)的繪圖過程非常相似。
  數(shù)字控制是相對(duì)于模擬控制而言的。數(shù)字控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)用字長(zhǎng)來表示不同精度信息，可進(jìn)行復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和信息處理，通過改變軟件(而非電路或機(jī)械機(jī)構(gòu))實(shí)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(yīng)用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的軌跡、檢測(cè)和輔助運(yùn)動(dòng)控制等各方面，其中，軌跡控制是機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人的主要控制內(nèi)容。
 數(shù)控機(jī)床的組成
 數(shù)控機(jī)床一般由輸人輸出設(shè)備、數(shù)控裝置(cNc)、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置(或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu))、可編程控制器(眥)及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測(cè)量裝置組成。
    (1)輸入和輸出裝置。是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進(jìn)行信息交流、實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)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(yīng)的電脈沖信號(hào)，傳送并存人數(shù)控裝置內(nèi)。目前，數(shù)控機(jī)床的輸入裝置有鍵盤、磁盤驅(qū)動(dòng)器、光電閱讀機(jī)等，其相應(yīng)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(biāo)值以及報(bào)警信號(hào)等。
    (2)數(shù)控裝置(cNc裝置)。是計(jì)算機(jī)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(hào)，信號(hào)經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路的編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令，控制機(jī)床的各個(gè)部分，使其進(jìn)行規(guī)定的、有序的動(dòng)作。這些控制信號(hào)中最基本的信號(hào)是各坐標(biāo)軸(即作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的各執(zhí)行部件)的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和位移量指令(送到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng))，還有主軸的變速、換向和啟停信號(hào)，選擇和交換刀具的刀具指令信號(hào)，控制冷卻液、潤(rùn)滑油啟停．控制工件和機(jī)床部件松開、夾緊，控制分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位的輔助指令信號(hào)等。數(shù)控裝置主要包括微處理器(cPU)、存儲(chǔ)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(jī)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(yùn)算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、刀具運(yùn)動(dòng)的位置伺服控制等。而PLc主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)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(dòng)作信息，對(duì)開關(guān)量動(dòng)作信息進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)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(dòng)作。它還接收機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作(如手動(dòng)操作機(jī)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(dòng)裝置轉(zhuǎn)變成機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、方向和位移。因此，伺服單元是數(shù)控裝置與機(jī)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(hào)放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。伺服單元分為主軸單元和進(jìn)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(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置把經(jīng)過伺服單元放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，使工作臺(tái)精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)裝置有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)正逐漸取代直流伺服電機(jī)。
   伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸驅(qū)動(dòng)單元(主要控制主軸的速度)、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元(主要控制進(jìn)給系統(tǒng)的速度和位置)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機(jī)床的功能主要取決于數(shù)控裝置，而數(shù)控機(jī)床的性能主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
    (6)機(jī)床本體。即數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件，包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件(工作臺(tái)、拖板及其傳動(dòng)部件)和支承部件(床身、立柱等)，還包括具有冷卻、潤(rùn)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(jī)床還有存放刀具的刀庫(kù)、交換刀具的機(jī)械手等部件，數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似。由于數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工的要求，其機(jī)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(jī)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(rùn)滑系統(tǒng)、液壓(或氣動(dòng))系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)等。   

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