第1章-數(shù)控診修

第1章數(shù)控車(chē)床概述1.1數(shù)控車(chē)床的工藝范圍1.2數(shù)控車(chē)床分類(lèi)1.3數(shù)控車(chē)床的組成及布局1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制1.1數(shù)控車(chē)床的工藝范圍數(shù)控車(chē)床與普通車(chē)床一樣，主要用于加工各種軸類(lèi)、套筒類(lèi)和盤(pán)類(lèi)零件上的回轉(zhuǎn)表面，例如內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型回轉(zhuǎn)表面及螺紋面等。但是，數(shù)控車(chē)床是將零件的數(shù)控加工程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，由數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)車(chē)床Ｘ、Ｚ坐標(biāo)軸的伺服電動(dòng)機(jī)去控制車(chē)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作順序、移動(dòng)量和進(jìn)給速度，再配以主軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，便能加工出各種形狀不同的軸類(lèi)或盤(pán)類(lèi)回轉(zhuǎn)體零件，還可加工高精度的曲面與端面螺紋。使用的刀具主要有車(chē)刀、鉆頭、鉸刀、鏜刀及螺紋刀具等。數(shù)控車(chē)床加工零件的尺寸精度可達(dá)ＩＴ５～ＩＴ６，表面粗糙度可達(dá)１.６μｍ以下。它是目前使用十分廣泛的一種數(shù)控機(jī)床，而且其種類(lèi)很多。返回1.2數(shù)控車(chē)床分類(lèi)隨著數(shù)控車(chē)床制造技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了產(chǎn)品繁多、規(guī)格不一的局面。因而也出現(xiàn)了幾種不同的分類(lèi)方法。１按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類(lèi)（１）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，如圖1-1所示，一般是在普通車(chē)床基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)，其控制部分采用單板機(jī)或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。此類(lèi)車(chē)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但無(wú)刀尖圓弧半徑補(bǔ)償和恒線(xiàn)速切削等功能。（２）全功能型數(shù)控車(chē)床。全功能型數(shù)控車(chē)床，如圖1-2所示，一般采用閉環(huán)控制系統(tǒng)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有高剛度、高精度和高效率等特點(diǎn)。下一頁(yè)返回1.2數(shù)控車(chē)床分類(lèi)（３）車(chē)削中心。車(chē)削中心（如圖1-3所示）是以全功能型數(shù)控車(chē)床為主體，并配置刀庫(kù)、換刀裝置、分度裝置、銑削動(dòng)力頭和機(jī)械手等，實(shí)現(xiàn)多工序的復(fù)合加工的機(jī)床。在工件一次裝夾后，它可完成回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的車(chē)、銑、鉆、鉸、攻螺紋等多種加工工序。車(chē)削中心的功能全面，但價(jià)格較高。（４）ＦＭＣ車(chē)床。ＦＭＣ車(chē)床實(shí)際上是一個(gè)由數(shù)控車(chē)床、機(jī)器人等構(gòu)成的柔性加工單元。它能實(shí)現(xiàn)工件搬運(yùn)、裝卸的自動(dòng)化和加工調(diào)整準(zhǔn)備的自動(dòng)化，如圖1-4所示。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.2數(shù)控車(chē)床分類(lèi)２按主軸的配置形式分類(lèi)（１）臥式數(shù)控車(chē)床。臥式數(shù)控車(chē)床是指主軸軸線(xiàn)處于水平位置的數(shù)控車(chē)床。（２）立式數(shù)控車(chē)床。立式數(shù)控車(chē)床是指主軸軸線(xiàn)處于垂直位置的數(shù)控車(chē)床。還有具有兩根主軸的車(chē)床，稱(chēng)為雙軸臥式數(shù)控車(chē)床或雙軸立式數(shù)控車(chē)床。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.2數(shù)控車(chē)床分類(lèi)３按數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)分類(lèi)（１）兩軸控制的數(shù)控車(chē)床。機(jī)床上只有一個(gè)回轉(zhuǎn)刀架，可實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)控制。（２）四軸控制的數(shù)控車(chē)床。機(jī)床上有兩個(gè)獨(dú)立的回轉(zhuǎn)刀架，可實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)控制。對(duì)于車(chē)削中心或柔性制造單元，還要增加其他的附加坐標(biāo)軸來(lái)滿(mǎn)足機(jī)床的功能。目前，我國(guó)使用較多的是中小規(guī)格的兩坐標(biāo)連續(xù)控制的數(shù)控車(chē)床。返回上一頁(yè)1.3數(shù)控車(chē)床的組成及布局１數(shù)控車(chē)床的組成和配置數(shù)控車(chē)床機(jī)械結(jié)構(gòu)由主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)、床身等部分組成，數(shù)控車(chē)床本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（１）采用高性能的主軸部件。具有傳遞功率大、剛度高、抗振性好及熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。（２）進(jìn)給伺服傳動(dòng)采用高性能傳動(dòng)件，具有傳動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)精度高等特點(diǎn)，一般采用滾珠絲杠副、直線(xiàn)滾動(dòng)導(dǎo)軌副等。下一頁(yè)返回1.3數(shù)控車(chē)床的組成及布局（３）有較完善的刀具自動(dòng)交換和管理系統(tǒng)。（４）車(chē)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)還有輔助裝置，主要包括刀具自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑裝置、切削液裝置、排屑裝置、過(guò)載與限位保護(hù)功能等部分。主傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用變頻器對(duì)交流主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，通過(guò)帶傳動(dòng)或變速齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)主軸。主軸的運(yùn)動(dòng)信號(hào)使用主軸編碼器檢測(cè)，一方面可實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速的數(shù)字反饋，另一方面可用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的控制，例如車(chē)螺紋時(shí)，控制主軸與刀架之間的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)關(guān)系。主軸編碼器采用與主軸同步的光電脈沖發(fā)生器。該裝置可以通過(guò)中間軸上的齒輪或同步帶輪１∶１與主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以通過(guò)彈性聯(lián)軸器與主軸同軸安裝。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.3數(shù)控車(chē)床的組成及布局２數(shù)控車(chē)床的結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)（１）床身結(jié)構(gòu)形式：水平床身、傾斜床身以及水平床身斜滑板、立式床身。水平床身特點(diǎn)：加工工藝性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度，但這種結(jié)構(gòu)床身下部空間小，排屑困難。中小型數(shù)控車(chē)床多采用傾斜床身或水平床身斜滑板結(jié)構(gòu)①機(jī)床外形美觀，占地面積?。孩谝子谂判己屠鋮s液的排流；下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.3數(shù)控車(chē)床的組成及布局③便于操作者操作和觀察；④易于安裝上下料機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化；⑤可采用封閉截面整體結(jié)構(gòu)，以提高床身的剛度。（２）數(shù)控車(chē)床多采用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，刀架工位數(shù)量有限。（３）數(shù)控車(chē)削中心一般具有Ｃ軸控制。返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制數(shù)控車(chē)床的電氣控制系統(tǒng)主要由數(shù)控車(chē)床主電路部分、數(shù)控系統(tǒng)部分、伺服驅(qū)動(dòng)器部分、伺服電動(dòng)機(jī)部分、主軸變速驅(qū)動(dòng)部分、機(jī)床輸入／輸出控制部分等組成。具體電路如圖1-5～圖1-11所示。１數(shù)控車(chē)床電氣控制系統(tǒng)各部分的組成、作用１）總電源電路總電源電路組成：由動(dòng)力總線(xiàn)Ｕ、Ｖ、Ｗ等組成。總電源電路的作用是：起到為整機(jī)床及主軸回路、刀架回路、冷卻回路傳送電源的作用。下一頁(yè)返回1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制２）主軸回路電路組成：由接觸器ＫＭ１、帶熱保護(hù)的空氣開(kāi)關(guān)ＱＦ１、變頻器、電動(dòng)機(jī)Ｍ１等組成。電路作用：控制機(jī)床主軸，為機(jī)床提供滿(mǎn)足加工要求所需的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。各元件的作用：（１）接觸器ＫＭ１起到通斷電源，為變頻器提供電源的作用。（２）ＱＦ１起到為主軸電動(dòng)機(jī)Ｍ１提供短路及過(guò)載保護(hù)作用。（３）變頻器起到控制電動(dòng)機(jī)Ｍ１速度的作用。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制３）冷卻回路電路組成：由交流接觸器ＫＭ２、帶熱保護(hù)的空氣開(kāi)關(guān)ＱＦ２、電動(dòng)機(jī)Ｍ２、滅弧器ＦＶ２等組成。電路作用：為機(jī)床提供冷卻液。各元件的作用：（１）交流接觸器ＫＭ２起到通斷電源，為電動(dòng)機(jī)Ｍ２提供電源的作用。（２）ＱＦ２起到為主軸電動(dòng)機(jī)Ｍ２提供短路及過(guò)載保護(hù)作用。（３）電動(dòng)機(jī)Ｍ２起到為水泵提供動(dòng)力的作用。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制４）刀架控制回路電路組成：由交流接觸器ＫＭ３、ＫＭ４、帶熱保護(hù)的空氣開(kāi)關(guān)ＱＦ３、電動(dòng)機(jī)Ｍ３等組成。電路作用：接收數(shù)控系統(tǒng)指令控制刀架，為機(jī)床提供所需工位的刀。各元件的作用：（１）交流接觸器ＫＭ３、ＫＭ４起到控制刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的作用。（２）ＱＦ３起到為主軸電動(dòng)機(jī)Ｍ３提供短路及過(guò)載保護(hù)作用。（３）電動(dòng)機(jī)Ｍ３起到帶動(dòng)刀架換刀及夾緊的作用。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制５）伺服電源電路電路組成：由帶熱保護(hù)的空氣開(kāi)關(guān)ＱＦ４、交流接觸器ＫＭ５、隔離變壓器ＴＣ１等組成。電路作用：把三相３８０Ｖ的交流電源變成三相２２０Ｖ的交流電源，為伺服提供動(dòng)力、控制電源，并具有隔離和抗干擾的作用。６）伺服驅(qū)動(dòng)回路電路組成：由三相２２０Ｖ的交流電源Ｕ４２、Ｖ４２、Ｗ４２，Ｘ軸伺服驅(qū)動(dòng)器、Ｚ軸伺服驅(qū)動(dòng)器，Ｘ、Ｚ軸伺服電動(dòng)機(jī)、信號(hào)線(xiàn)、反饋線(xiàn)等組成。電路作用：接收數(shù)控系統(tǒng)指令為機(jī)床Ｘ、Ｚ軸絲桿提供驅(qū)動(dòng)力。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制２電路控制原理分析三相電源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３經(jīng)過(guò)空氣開(kāi)關(guān)ＱＦ０輸出，作為機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的總電源。其中相線(xiàn)Ｌ３通過(guò)熔斷器ＦＵ１、繼電器ＫＡ０的觸點(diǎn)連接到開(kāi)關(guān)電源的電源輸入端Ｌ上，零線(xiàn)Ｎ、地線(xiàn)ＰＥ分別連接到開(kāi)關(guān)電源的Ｌ、Ｎ上，形成２２０Ｖ的交流電壓供開(kāi)關(guān)電源使用并提供保護(hù)接地。三相電源其中Ｌ１、Ｌ２兩相通過(guò)ＦＵ１、ＦＵ２輸入到變壓器ＴＣ２，經(jīng)過(guò)ＴＣ２降壓后形成１１０伏交流電壓供給控制電路。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制啟動(dòng)時(shí)按下啟動(dòng)按鈕ＳＢ２，控制電源從１號(hào)線(xiàn)—ＳＢ１按鈕—５號(hào)線(xiàn)—中間繼電器ＫＡ０—０號(hào)線(xiàn)—變壓器ＴＣ２形成回路，ＫＡ０得電并自鎖—ＫＡ０常開(kāi)觸點(diǎn)閉合（圖1-8）—開(kāi)關(guān)電源得電—開(kāi)關(guān)電源輸出＋２４Ｖ、＋１２Ｖ、－１２Ｖ、＋５Ｖ直流電壓供給數(shù)控系統(tǒng)—數(shù)控系統(tǒng)得電并處于待機(jī)狀態(tài)。同時(shí)ＫＭ１得電吸合，三相電源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３通過(guò)ＱＦ１、ＫＭ１輸入變頻器，變頻器得電處于待機(jī)狀態(tài)。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制同時(shí)ＫＭ５得電吸合，三相電源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３通過(guò)ＱＦ４、ＫＭ５輸入到隔離變壓器ＴＣ１，ＴＣ１把三相３８０Ｖ交流電源降壓為三相２２０Ｖ交流電輸入到伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器得電處于待機(jī)狀態(tài)。繼電器ＫＡ５控制交流接觸器ＫＭ２的線(xiàn)圈，ＫＭ２的主觸點(diǎn)控制冷卻電動(dòng)機(jī)。繼電器ＫＡ３、ＫＡ４分別控制交流接觸器ＫＭ３、ＫＭ４的線(xiàn)圈，ＫＭ３、ＫＭ４的主觸點(diǎn)組成一個(gè)正反轉(zhuǎn)控制電路，控制電動(dòng)刀架的換刀與夾緊。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制停止時(shí)按下停止按鈕ＳＢ１—一號(hào)線(xiàn)與三號(hào)觸點(diǎn)斷開(kāi)—控制電路電源回路斷開(kāi)—ＫＡ０失電—ＫＡ０常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)—數(shù)控系統(tǒng)、主軸變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、冷卻回來(lái)、刀架控制回路全部斷電停止。ＸＳ３９端口各管腳的作用：端口第２３腳提供２４Ｖ電壓供給各管腳作為系統(tǒng)功能信號(hào)。急停／超程：２４Ｖ電壓通過(guò)ＳＱ４、ＳＱ３、ＳＢ３輸入到１０號(hào)管腳作為系統(tǒng)的超程和急停功能的控制信號(hào)。超程悉放：按鈕ＳＢ４并聯(lián)在行程開(kāi)關(guān)ＳＱ４、ＳＱ３上，當(dāng)機(jī)床超程了按下ＳＢ４可以起到取消ＳＱ３、ＳＱ４超程檢測(cè)作用。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4數(shù)控車(chē)床的電氣控制循環(huán)啟動(dòng)：按鈕ＳＢ５連接到管腳８，起到程序循環(huán)啟動(dòng)作用。進(jìn)給保持：按鈕ＳＢ６連接到管腳７，起到程序進(jìn)給保持作用。Ｘ、Ｚ零點(diǎn)：行程開(kāi)關(guān)ＳＱ１、ＳＱ２分別連接到管腳１、９腳，作為機(jī)床的零點(diǎn)檢測(cè)。主軸旋轉(zhuǎn)允許：變頻器檢測(cè)故障輸出端ＴＡ、ＴＢ連接到管腳２２，作為主軸旋轉(zhuǎn)允許控制端。返回上一頁(yè)圖1-1經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床