數(shù)控機床認(rèn)識實驗

1、實驗1數(shù)控機床基本組成及功能部件的認(rèn)識實驗一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)和掌握數(shù)控機床基本組成結(jié)構(gòu)及其工作原理；了解數(shù)控機床的各種功能部件及其作用；了解數(shù)控機床的各種控制用電子元器件及其功能；了解數(shù)控機床的各種位置檢測元件及其作用。二、實驗設(shè)備機電一體化教學(xué)實驗設(shè)備；加工中心。三、相關(guān)知識概述本實驗為認(rèn)識實驗，主要目的是加強學(xué)生對數(shù)控機床的基本組成、工作原理及功能部 件、電子元器件、位置檢測元件的感性認(rèn)識。由老師給學(xué)生作現(xiàn)場講解并進行數(shù)控機床運動 控制演示。知道數(shù)控機床基本組成結(jié)構(gòu)。數(shù)控機床一般由輸入/輸出設(shè)備、CNC裝置、伺服單元、驅(qū)動裝置（或執(zhí)行機構(gòu)） 可編程控制器及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測

2、量裝置組成，如下圖所示 為數(shù)控機床的組成框圖。其中除機床本體以外的部分統(tǒng)稱為CNC系統(tǒng)。各組成部分的作用：1）輸入/輸出裝置：輸入裝置的作用是將載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號， 傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)，一般為鍵盤。輸入裝置為顯示器，其作用是為數(shù)控系統(tǒng)通 過顯示器為操作人員提供必要的信息，如正在編輯的程序、坐標(biāo)值、報警信號等。 因此，輸入/輸出裝置是機床數(shù)控系統(tǒng)和打操作人員進行信息交流、人機對話必須 具備和必要的交互設(shè)備。2）數(shù)控裝置：是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心，接收的是輸入裝置送來的脈沖信號；經(jīng)數(shù)控 裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯、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，

3、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 號是經(jīng)插補運算決定各坐標(biāo)軸的進給速度、方向和位移指令，還有如主軸的變速、 換向和啟停信號，刀具的指令信號，冷卻液、潤滑油啟停，工件和機床部件的松開、 夾緊、分度工作臺轉(zhuǎn)位等輔助指令信號等。它主要包括微處理器（CPU）、存儲器、 局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)其它組成部分聯(lián)系的接。3）伺服單元：接收來自數(shù)控裝置的速度和位移微弱指令放大成控制驅(qū)動裝置的大功率 信號。它是數(shù)控裝置與機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)。有開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng) 之分，4）驅(qū)動裝置：把經(jīng)過放大的指令信號變?yōu)闄C械運動驅(qū)動機床工作臺，加工出符合要求 的零件。與伺服單元相對

4、應(yīng)，驅(qū)動裝置有步進電動機、交流伺服電動機等。伺服單 元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，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)。5）可編程控制器：通過CNC和PLC的諧調(diào)配合來共同完成數(shù)控機床的控制，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、位置伺服等。PLC主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作而沒有軌跡上的具體要 求，它主要接收CNC的控制代碼M、S、T等順序動作信息，對順序動作信息進行 譯碼轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的控制信號，控制輔助單元完成相應(yīng)的開關(guān)動作如工作的裝

5、夾、刀 具的更換、冷卻液的開關(guān)等一些輔助動作。它還可接收機床面板的指令，一方面直 接控制機床的動作，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。數(shù) 控機床上的PLC 一般分為兩類。一類是將CNC和PLC綜合起來即內(nèi)裝型PLC； 另一類為獨立型PLC。6）機床本體：數(shù)控機床的機械部件，包括主運動部件、進給運動部件和支承部件，是 數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行對象。2工作原理：用代碼化的數(shù)字信息將刀具移動的軌跡的信息記錄在程序介質(zhì)上，然后 送入數(shù)控系統(tǒng)，以過譯碼、運算控制機床的刀具與工件的相對運動，從而加工出形狀、 尺寸與精度符合要求的零件的一類機床即為數(shù)控機床。3 數(shù)控工作臺各種主要功能部件：1）機床坐

6、標(biāo)軸及運動方向一一在編程時，為了編程的方便和統(tǒng)一，總是假定工件是 靜止的，刀具在坐標(biāo)系內(nèi)運動。同時規(guī)定，坐標(biāo)軸的正方向總是指向增大工件和刀具之 間距離的方向。Z軸 通常約定機床主軸軸線為Z軸，規(guī)定其正方向為增大刀具與工件距離的方向。X軸 X軸是水平的，它平行于工件的裝夾面。Y軸 Y軸為垂直于X、Z坐標(biāo)軸，其正方向根據(jù)X和Z軸的正方向，按照標(biāo)準(zhǔn)笛 卡爾直角坐標(biāo)系來判斷。旋轉(zhuǎn)運動A、B和C圍繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標(biāo)軸分別用A、B、C表示， 根據(jù)右手法則，以大母指指向X、Y、Z坐標(biāo)軸的正方向，其余手指的轉(zhuǎn)向是A、B、 B、C的正方向。2）滾珠絲桿一一滾珠絲桿螺母副數(shù)控機床的核心部件之一，它將

7、伺服電動機的旋轉(zhuǎn) 運動轉(zhuǎn)換為拖板或工作臺的直線運動。滾珠絲桿螺母與普通絲桿一樣，是一種增力機 構(gòu)，將高速轉(zhuǎn)動下的扭矩轉(zhuǎn)換成低速下較大的推力。通過循環(huán)鋼球?qū)⒒瑒幽Σ粮淖優(yōu)?滾動摩擦，減少了摩擦損失并提高了傳動效率。同時，由于絲桿螺母副之間的運動是 滾動摩擦，在螺母、鋼球和絲杠之間允許施加預(yù)緊力，可以消除正反轉(zhuǎn)傳動的間隙并 提高傳動剛度，使靜、動摩擦系數(shù)變化減少，從而改善進給傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性。3）滾動導(dǎo)軌一一滾動導(dǎo)軌副的功能是支承和引導(dǎo)機床的拖板或工作臺完成直線運動 并承受切削負(fù)荷，其共同點是利用滾動體（鋼球或鋼柱）的滾動將導(dǎo)軌副的滑動摩擦 改變?yōu)闈L動摩擦（摩擦系數(shù)一般在0.003左右）以減少摩

8、擦阻力，它允許施加預(yù)緊力， 這樣可以消除運動副之間的傳動間隙，同時可以提高傳動剛度，它的靜、動摩擦系數(shù) 變化小，可以改善運動副的動態(tài)特性，滾動導(dǎo)軌的運行速度可以大于60m/min。4.數(shù)控機床的各種控制用電子元器件及其功能。1）PLC見前述2）20GM位置模塊，也叫定位模塊，它是脈沖發(fā)生單元，通過給伺服電機驅(qū)動 器或步進電機驅(qū)動器發(fā)送脈沖，可實現(xiàn)兩軸定位，既可以實現(xiàn)單軸控制，也可以實現(xiàn)兩 軸聯(lián)動，它作為PLC的一種特殊模塊，可以單獨工作，也可能與PLC連接使用；5 了解數(shù)控機床的各種位置檢測元件及其作用。數(shù)控機床的位置檢測元件就接觸性而言分為兩大部分：接觸式行程開關(guān)和非接觸 式行程開關(guān)。接觸式行程開關(guān)一般用于老式機床上，而新型數(shù)控機床的位置檢測元件 通常采用非接觸式行程開關(guān)，如：電感式接近開關(guān)、電容式接近開關(guān)、光電式接近開 關(guān)等。非接觸式行程開關(guān)與接觸式行程開關(guān)相比較，具有可靠性高、使用壽命長等特 點。實驗步驟和方法認(rèn)識對照綜合實驗臺，認(rèn)真回顧從課本上所學(xué)的關(guān)于數(shù)控機床結(jié)構(gòu)及組成并進行 分析。講解一一主要由老師向?qū)W生作現(xiàn)場講解，需詳細(xì)介紹數(shù)控機床的組成部分及其作用， 同時可為學(xué)生作軸選擇、點動控制、自動控制、正向、反向及回原位控制等演示，加 深學(xué)生的感性認(rèn)識。演示一一主要由老師向?qū)W生作現(xiàn)場演示練習(xí)一一學(xué)生可按教師的演示步驟進行一些簡單的操作。實驗報告