數(shù)控機(jī)床的組成及基本工作原理

1、 12數(shù)控機(jī)床的組成及基本工作原理一、數(shù)控機(jī)床組成數(shù)控機(jī)床由：程序、輸人/輸出裝置、CNC單元、伺服系統(tǒng)、位置反饋系統(tǒng)、機(jī)床本體組成。1、程序的存儲(chǔ)介質(zhì)，又稱程序載體1）穿孔紙帶（過時(shí)、淘汰）；2）盒式磁帶（過時(shí)、淘汰）；3）軟盤、磁盤、U盤；4）通信。2、輸人/輸出裝置1）對(duì)于穿孔紙帶，配用光電閱讀機(jī)；（過時(shí)、淘汰）；2）對(duì)于盒式磁帶，配用錄放機(jī)；（過時(shí)、淘汰）；3）對(duì)于軟磁盤，配用軟盤驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)卡；4）現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，還可以通過手動(dòng)方式（MDI方式）；5）DNC網(wǎng)絡(luò)通訊、RS232串口通訊。3、CNC單元CNC單元是數(shù)控機(jī)床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和輸出三個(gè)部分組成。CNC單元

2、接受數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進(jìn)行譯碼、插補(bǔ)、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其它的還有主運(yùn)動(dòng)部件的變速、換向和啟停信號(hào)；選擇和交換刀具的刀具指令信號(hào)，冷卻、潤(rùn)滑的啟停、工件和機(jī)床部件松開、夾緊、分度臺(tái)轉(zhuǎn)位等輔助指令信號(hào)等。準(zhǔn)備功能：G00,G01,G02,G03,輔助功能：M03，M04刀具、進(jìn)給速度、主軸：T，F(xiàn)，S4、伺服系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，并與機(jī)床上的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。它的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來說，每一個(gè)脈沖信號(hào)使電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)床

3、移動(dòng)部件移動(dòng)一個(gè)微小距離。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都有相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。如三軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床就有三套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。脈沖當(dāng)量：每一個(gè)脈沖信號(hào)使機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)的位移量。常用的脈沖當(dāng)量為0.001mm/脈沖。5、位置反饋系統(tǒng)（檢測(cè)反饋系統(tǒng)）伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角位移的反饋、數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)（工作臺(tái)）的位移反饋。包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測(cè)距儀、磁柵等。（作業(yè)：讓同學(xué)們網(wǎng)上查找反饋元件，下節(jié)課用5分鐘自述所查內(nèi)容）反饋裝置把檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給數(shù)控裝置，通過比較，計(jì)算實(shí)際位置與指令位置之間的偏差，并發(fā)出偏差指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。反饋系統(tǒng)包括半閉環(huán)、閉環(huán)兩種系統(tǒng)。6、機(jī)

4、床的機(jī)械部件1）主運(yùn)動(dòng)部件2）進(jìn)給部件（工作臺(tái)、刀架）3）基礎(chǔ)支承件（床身、立柱等）4）輔助部分，如液壓、氣動(dòng)、冷卻和潤(rùn)滑部分等5）儲(chǔ)備刀具的刀庫，自動(dòng)換刀裝置（ATC）對(duì)于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫、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，但傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求更為簡(jiǎn)單，在精度、剛度、抗震性等方面要求更高，而且其傳動(dòng)和變速系統(tǒng)更便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化擴(kuò)展。程序編制輸入裝置數(shù)控裝置CNC機(jī)床主進(jìn)輔運(yùn)給助動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)動(dòng)作構(gòu)機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)圖1-1數(shù)控機(jī)床的組成二、工作步驟（合上書，閉眼想1分鐘）在數(shù)控機(jī)床上加工零件要經(jīng)過以下的步驟：（1）準(zhǔn)備階段：根據(jù)加工零件的圖紙，確定有關(guān)加工數(shù)據(jù)（刀

5、具軌跡坐標(biāo)點(diǎn)、加工的切削用量、刀具尺寸信息等）。根據(jù)工藝方案、選用的夾具、刀具的類型等選擇有關(guān)其他輔助信息。將與加工零件有關(guān)的信息：廣工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的尺寸參數(shù)（進(jìn)給執(zhí)行部件的進(jìn)給尺寸）切削加工的工藝參數(shù)（主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、切削深度等）各種輔助操作（主運(yùn)動(dòng)變速、刀具變換、冷卻潤(rùn)滑液?jiǎn)⑼?、工件夾緊松開）2）編程階段根據(jù)加工工藝信息，用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能識(shí)別的語言編寫數(shù)控加工程序（對(duì)加工工藝過程的描述），并填寫程序單。（3）準(zhǔn)備信息載體根據(jù)已編好的程序單，將程序存放在信息載體（穿孔帶、磁帶、磁盤等）上，通過信息載體將全部加工信息傳給數(shù)控系統(tǒng)。若數(shù)控加工機(jī)床與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，可直接將信息載入數(shù)

6、控系統(tǒng)。（4）加工階段當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)（CNC）將加工程序語句譯碼、運(yùn)算，轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)各運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作指令，在系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下驅(qū)動(dòng)各運(yùn)動(dòng)部件的適時(shí)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成對(duì)工件的加工。總的說來，數(shù)控機(jī)床就是將與加工零件有關(guān)的信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字和符號(hào)組成的代碼，按一定的格式編寫成加工程序單，將加工程序通過控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置中，由數(shù)控裝置經(jīng)過分析處理后，發(fā)出各種與加工程序相對(duì)應(yīng)的信號(hào)和指令控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工。RS-232端具有DB9針式（DTE）和DB9孔式（DCE）兩種接口可供選擇。用戶在訂購時(shí)，根據(jù)需要選擇RS-232串口類型。圖RS-232接口形狀圖RS-232實(shí)物金壇四海電機(jī)（步

7、進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器）130BYG永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)圖驅(qū)動(dòng)器接線實(shí)物圖圖步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器圖步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接示意圖AC1-20-40V?3AAC212-15V.弘AClC?廂互隔離圖伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器實(shí)物圖圖伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器連接實(shí)物圖 1.指令序列輸入輸岀電纜線isxiIiL11s4：142nAC電抗器in電源濾波器2.電源配線用動(dòng)力電纜線N外部再生電阻計(jì)算機(jī)程序輸入電纜線亙.3.編碼器用電纜線弓控制電源配線用連接器BpRS-232C-RS-485轉(zhuǎn)換器4.電機(jī)用動(dòng)力電纜線 13數(shù)控機(jī)床的分類及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的品種很多，根據(jù)其控制原理、功能和組成，可以從幾個(gè)不同的角度進(jìn)行分類：一、按工藝用途分類：數(shù)

8、控機(jī)床是從普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，各種類型的數(shù)控機(jī)床基本上起源于同類型的普通機(jī)床，按工藝用途分為：數(shù)控車床(NCLathe)數(shù)控銑床(NCMillingMachine)加工中心(MachineCenter)數(shù)控鉆床(NCDrillingMachine)數(shù)控鏜床(NCBoringMachine)數(shù)控平面磨床(NCSurfaceGrindingMachine)數(shù)控外圓磨床(NCExternalGrindingMachine)數(shù)控輪廓磨床(NCContourGrindingMachine)數(shù)控坐標(biāo)磨床(NCJigGrindingMachine)數(shù)控工具磨床(NCToolGrindingMachi

9、ne)數(shù)控電火花加工機(jī)床(NCDiesinkingElectricDischargeMachine)(NCEDMMachine)數(shù)控線切割機(jī)床(NCWireElectrieDischargeMachine)數(shù)控激光加工機(jī)床(NCLaserBeamMachine)數(shù)控工具磨床(NCPunchingMachineorPunchingPress)數(shù)控超聲波加工機(jī)床(NCUltrasonicMachine)數(shù)控齒輪加工機(jī)床(NCGearHollingMachine)還有數(shù)控等離子切割機(jī)，數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控水切割機(jī)等等。二、按運(yùn)動(dòng)方式分類：點(diǎn)位控制系統(tǒng)(PositioningC

10、ontrol)只控制刀具從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)的位置，而在移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削加工，如坐標(biāo)鏜床鉆床和沖床等。要求坐標(biāo)位置有較高的定位精度，為提高生產(chǎn)效率，采用機(jī)床設(shè)定的最高進(jìn)給速度進(jìn)行定位運(yùn)動(dòng)，在接近定位點(diǎn)前要進(jìn)行分級(jí)或連續(xù)降速，以便低速趨近終點(diǎn)，從而減少運(yùn)動(dòng)部件的慣性過沖和因此引起的定位誤差。在定位移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削加工，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒有任何要求。直線控制系統(tǒng)(StraightLineControl)直線控制系統(tǒng)是控制刀具或基礎(chǔ)工作臺(tái)以一定速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸方向，由一個(gè)位置到另一位置的精確移動(dòng)。也稱點(diǎn)位直線移動(dòng)控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)(ContourControl)(又稱連續(xù)控制或多坐標(biāo)聯(lián)

11、動(dòng)控制)是對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行控制(二軸、二軸半、三軸、四軸、五軸聯(lián)動(dòng))，它不僅要控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且要控制整個(gè)加工過程的每一點(diǎn)的速度、方向和位移量，即要控制加工的軌跡，加工出要求的輪廓。運(yùn)動(dòng)軌跡是任意斜率的直線、圓弧、螺旋線等。這類機(jī)床的數(shù)控裝置的功能是最齊全的，能夠進(jìn)行兩坐標(biāo)甚至多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的控制，也能夠進(jìn)行點(diǎn)位和直線控制。除了少數(shù)專用的數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控鉆床、沖床等以外，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床都具有輪廓控制功能。三、按控制方式分類：實(shí)際上是按有無反饋及反饋的位置來分：開環(huán)數(shù)控機(jī)床(OpenLoopControl)指不帶反饋的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)沒有位置反饋元件，通常采用步進(jìn)

12、電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)算，發(fā)出指令脈沖，通過環(huán)形分配器和驅(qū)動(dòng)電路，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，再經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量的距離。移動(dòng)部件的移動(dòng)速度和位移由輸入脈沖的頻率和脈沖個(gè)數(shù)決定的。半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床(Semi-closedLoopControl)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)端部或在傳動(dòng)絲杠端部安裝角位移檢測(cè)裝置(光電編碼器或感應(yīng)同步器)，通過檢測(cè)電機(jī)或絲杠的轉(zhuǎn)角間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位置或位移，然后反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。獲得比開環(huán)系統(tǒng)更高的精度，但它的位移精度比閉環(huán)系統(tǒng)的要低，與閉環(huán)系統(tǒng)相比，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都廣泛采用這種半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)。慣性較大的機(jī)床

13、移動(dòng)部件不包括在檢測(cè)范圍內(nèi)。閉環(huán)數(shù)控機(jī)床(ClosedLoopControl)在機(jī)床移動(dòng)部件上直接接有檢測(cè)裝置，將測(cè)得的結(jié)果直接反饋到數(shù)控系統(tǒng)中。實(shí)際上是將位移指令值與位置檢測(cè)裝置測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件按照實(shí)際的要求運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)精確定位。具體的講解見第四章伺服系統(tǒng)四、數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控車床：包括主軸、溜板、刀架等。數(shù)控系統(tǒng)包括顯示器、控制面板、強(qiáng)電控制等。數(shù)控車床一般具有兩軸聯(lián)動(dòng)功能，Z軸是與主軸平行方向的運(yùn)動(dòng)軸，X軸是在水平面內(nèi)與主軸垂直方向的運(yùn)動(dòng)軸。遠(yuǎn)離工件方向?yàn)檩S的正向。另外在最新的車銑加工中心，還增加了一個(gè)C軸，可用于工件的分度功能，

14、在刀架中安放銑刀，對(duì)工件進(jìn)行銑加工。刀具超過12把稱為加工中心。數(shù)控車床主要用來加工軸類零件的內(nèi)外圓柱面，圓錐面、螺紋表面、成形回轉(zhuǎn)體面等。對(duì)于盤類零件可以進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、鏜孔等。機(jī)床還可以完成車端面、切槽、倒角等加工。數(shù)控銑床：適于加工三維復(fù)雜曲面，在汽車、航空航天、模具等行業(yè)被廣泛采用。可分為數(shù)控立式銑床、數(shù)控臥式銑床、數(shù)控仿形銑床等。加工中心：一般認(rèn)為帶有自動(dòng)刀具交換裝置(ATC)的數(shù)控鏜銑床，稱為加工中心?？梢赃M(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸、攻絲等多種工序加工。不能包括磨削功能，因?yàn)槲⒓?xì)的磨粒可能進(jìn)入機(jī)床導(dǎo)軌，從而破壞機(jī)床的精度。而磨床上有特殊的保護(hù)措施。加工中心可分為立式加工中心、臥式加工中心。立式的主軸是垂直方向的，臥式的主軸是水平方向的。數(shù)控鉆床：分為立式鉆床和臥式鉆床。主要完成鉆孔、攻絲功能，同時(shí)也可以完成簡(jiǎn)單的銑削功能。刀庫可以存放多種刀具。數(shù)控磨床：用在高硬度、高精度加工表面。平面磨床、內(nèi)圓磨床、輪廓磨床等。隨著自動(dòng)砂輪補(bǔ)償技術(shù)、自動(dòng)砂輪修整技術(shù)和磨削固定循環(huán)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控磨床的功能越來越強(qiáng)。數(shù)控電火花成形機(jī)床：(EDMMachine)特種加工方法，利用兩個(gè)不同極性的電極在絕緣