數(shù)控機(jī)床的工作原理組成及主要性能指標(biāo)

數(shù)控機(jī)床的工作原理、組成及主要性能指標(biāo)數(shù)控機(jī)床的工作原理、組成及主要性能指標(biāo)數(shù)控機(jī)床的基本操作(以BEIJING—FANUC0i數(shù)控系統(tǒng)為例)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運(yùn)動，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)檢查無誤即可啟動機(jī)床，運(yùn)行數(shù)控加工程序數(shù)控裝置自動完成數(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)動的軌跡、檢測和輔助運(yùn)動控制等各方面，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，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，信號經(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、有序的動作。這些控制信號中最基本的信號是各坐標(biāo)軸(即作進(jìn)給運(yùn)動的各執(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)動系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進(jìn)給運(yùn)動)，還有主軸的變速、換向和啟停信號，選擇和交換刀具的刀具指令信號，控制冷卻液、潤滑油啟停．控制工件和機(jī)床部件松開、夾緊，控制分度工作臺轉(zhuǎn)位的輔助指令信號等。數(shù)控裝置主要包括微處理器(cPU)、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與cNc系統(tǒng)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)量動作信息，對開關(guān)量動作信息進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動作，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)床的動作(如手動操作機(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)動裝置轉(zhuǎn)變成機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動的速度、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放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。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)動裝置。驅(qū)動裝置把經(jīng)過伺服單元放大的指令信號變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動，通過機(jī)械連接部件驅(qū)動機(jī)床工作臺，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對運(yùn)動，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)動裝置合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動力裝置，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實(shí)施，伺服驅(qū)動裝置包括主軸驅(qū)動單元(主要控制主軸的速度)、進(jìn)給驅(qū)動單元(主要控制進(jìn)給系統(tǒng)的速度和位置)。伺服驅(qū)動系統(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)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件(工作臺、拖板及其傳動部件)和支承部件(床身、立柱等)，還包括具有冷卻、潤滑、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、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)、潤滑系統(tǒng)、液壓(或氣動)系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)等。數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)(1)主要規(guī)格尺寸。數(shù)控車床主要有床身與刀架最大回轉(zhuǎn)直徑、最大車削長度、最大車削直徑等規(guī)格尺寸；數(shù)控銑床主要有工作臺、工作臺T形槽、工作臺行程等規(guī)格尺寸。(2)主軸系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床主軸采用直流或交流電動機(jī)驅(qū)動，具有較寬的調(diào)速范圍件發(fā)生干涉；3、回原點(diǎn)時(shí)一定要注意各軸運(yùn)動的先后順序。項(xiàng)目三工件安裝根據(jù)不同的工件要選用不同的夾具選用夾具的原則：1、定位可靠；2、夾緊力要足夠。安裝夾具前，一定要先將工作臺和夾具清理干凈。夾具裝在工作臺上，要先將夾具通過量表找正找平后，再用螺釘或壓板將夾具壓緊在工作臺上。安裝工件時(shí)，也要通過量表找正找平工件。項(xiàng)目四刀具裝入刀庫一、刀具選用加工中心的刀具選用與數(shù)控銑床基本類似，在此不再贅述。二、刀具裝入刀庫的方法及操作當(dāng)加工所需要的刀具比較多時(shí)，要將全部刀具在加工之前根據(jù)工藝設(shè)計(jì)放置到刀庫中，并給每一把刀具設(shè)定刀具號碼，然后由程序調(diào)用。具體步驟如下：1、將需用的刀具在刀柄上裝夾好，并調(diào)整到準(zhǔn)確尺寸；2、根據(jù)工藝和程序的設(shè)計(jì)將刀具和刀具號一一對應(yīng)；3、主軸回Z軸零點(diǎn)；4、手動輸入并執(zhí)行“T01M06”；5、手動將1號刀具裝入主軸，此時(shí)主軸上刀具即為1號刀具；6、手動輸入并執(zhí)行“T02M06”；7、手動將2號刀具裝入主軸，此時(shí)主軸上刀具即為2號刀具；8、其它刀具按照以上步驟依次放入刀庫。三、注意事項(xiàng)將刀具裝入刀庫中應(yīng)注意以下問題：1、裝入刀庫的刀具必須與程序中的刀具號一一對應(yīng)，否則會損傷機(jī)床和加工零件；2、只有主軸回到機(jī)床零點(diǎn)，才能將主軸上的刀具裝入刀庫，或者將刀庫中的刀具調(diào)在主軸上；3、交換刀具時(shí)，主軸上的刀具不能與刀庫中的刀具號重號。比如主軸上已是“1”號刀具，則不能再從刀庫中調(diào)“1”號刀具。項(xiàng)目五對刀及刀具補(bǔ)償一、對刀對刀方法與具體操作同數(shù)控銑床。二、刀具長度補(bǔ)償設(shè)置加工中心上使用的刀具很多，每把刀具的長度和到Z坐標(biāo)零點(diǎn)的距離都不相同，這些距離的差值就是刀具的長度補(bǔ)償值，在加工時(shí)要分別進(jìn)行設(shè)置，并記錄在刀具明細(xì)表中，以供機(jī)床操作人員使用。一般有兩種方法：1、機(jī)內(nèi)設(shè)置這種方法不用事先測量每把刀具的長度，而是將所有刀具放入刀庫中后，采用Z向設(shè)定器依次確定每把刀具在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，具體設(shè)定方法又分兩種。（1）第一種方法將其中的一把刀具作為標(biāo)準(zhǔn)刀具，找出其它刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀具的差值，作為長度補(bǔ)償值。具體操作步驟如下：①將所有刀具放入刀庫，利用Z向設(shè)定器確定每把刀具到工件坐標(biāo)系Z向零點(diǎn)的距離，如圖5-2所示的A、B、C，并記錄下來；②選擇其中一把最長（或最短）、與工件距離最?。ɑ蜃畲螅┑牡毒咦鳛榛鶞?zhǔn)刀，如圖5-2中的T03（或T01），將其對刀值C（或A）作為工件坐標(biāo)系的Z值，此時(shí)H03=0；③確定其它刀具相對基準(zhǔn)刀的長度補(bǔ)償值，即H01=±│C-A│，H02=±│C-B│，正負(fù)號由程序中的G43或G44來確定。④將獲得的刀具長度補(bǔ)償值對應(yīng)刀具和刀具號輸入到機(jī)床中。（2）第二種方法將工件坐標(biāo)系的Z值輸為0，調(diào)出刀庫中的每把刀具，通過Z向設(shè)定器確定每把刀具到工件坐標(biāo)系Z向零點(diǎn)的距離，直接將每把刀具到工件零點(diǎn)的距離值輸?shù)綄?yīng)的長度補(bǔ)償值代碼中。正負(fù)號由程序中的G43或G44來確定。2、機(jī)外刀具預(yù)調(diào)結(jié)合機(jī)上對刀這種方法是先在機(jī)床外利用刀具預(yù)調(diào)儀精確測量每把在刀柄上裝夾好的刀具的軸向和徑向尺寸，確定每把刀具的長度補(bǔ)償值，然后在機(jī)床上用其中最長或最短的一把刀具進(jìn)行Z向?qū)Φ?，確定工件坐標(biāo)系。這種方法對刀精度和效率高，便于工藝文件的編寫及生產(chǎn)組織。三、刀具半徑補(bǔ)償設(shè)置進(jìn)入刀具補(bǔ)償值的設(shè)定頁面，移動光標(biāo)至輸入值的位置，根據(jù)編程指定的刀具，鍵入刀具半徑補(bǔ)償值，按INPUT鍵完成刀具半徑補(bǔ)償值的設(shè)定。項(xiàng)目六程序輸入及調(diào)試一、程序輸入程序的輸入有多種形式，可通過手動數(shù)據(jù)輸入方式（MDI）或通信接口將加工程序輸入機(jī)床，也可實(shí)行在線加工。二、程序調(diào)試由于加工中心的加工部位比較多，使用的刀具也比較多。為方便加工程序的調(diào)試，一般根據(jù)加工工藝的安排，針對每把刀具將各個(gè)加工部位的加工內(nèi)容編制為子程序，而主程序主要包含換刀命令和子程序調(diào)用命令。程序的調(diào)試可利用機(jī)床的程序預(yù)演功能或以抬刀運(yùn)行程序方式進(jìn)行，依次對每個(gè)子程序進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試。在程序調(diào)試過程中，可根據(jù)實(shí)際情況修調(diào)進(jìn)給倍率開關(guān)。項(xiàng)目七程序運(yùn)行在程序正式運(yùn)行之前，要先檢查加工前的準(zhǔn)備工作是否完全就緒。確認(rèn)無誤后，選擇自動加工模式，按下數(shù)控啟動鍵運(yùn)行程序，對工件進(jìn)行自動加工。在自動運(yùn)行程序加工過程中，如果出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)，應(yīng)迅速按下緊急停止開關(guān)或復(fù)位鍵，終止運(yùn)行程序。項(xiàng)目八零件檢測將加工好的零件從機(jī)床上卸下，根據(jù)零件不同尺寸精度、粗糙度、位置度的要求選用不同的檢測工具進(jìn)行檢測。項(xiàng)目九關(guān)機(jī)零件加工完成后，清理現(xiàn)場，再按與開機(jī)相反的順序依次關(guān)閉電源。零件加工實(shí)例一、加工要求加工如圖5-3所示零件。零件材料為LY12，單件生產(chǎn)。零件毛坯已加工到尺寸。選用設(shè)備：V-80加工中心二、準(zhǔn)備工作加工以前完成相關(guān)準(zhǔn)備工作，包括工藝分析及工藝路線設(shè)計(jì)、刀具及夾具的選擇、程序編制等。三、操作步驟及內(nèi)容1、開機(jī)，各坐標(biāo)軸手動回機(jī)床原點(diǎn)2、刀具準(zhǔn)備根據(jù)加工要求選擇Φ20立銑刀、Φ5中心鉆、Φ8麻花鉆各一把，然后用彈簧夾頭刀柄裝夾Φ20立銑刀，刀具號設(shè)為T01，用鉆夾頭刀柄裝夾Φ5中心鉆、Φ8麻花鉆，刀具號設(shè)為T02、T03，將對刀工具尋邊器裝在彈簧夾頭刀柄上，刀具號設(shè)為T04。3、將已裝夾好刀具的刀柄采用手動方式放入刀庫，即1）輸入“T01M06”，執(zhí)行2）手動將T01刀具裝上主軸3）按照以上步驟依次將T02、T03、T04放入刀庫4、清潔工作臺，安裝夾具和工件將平口虎鉗清理干凈裝在干凈的工作臺上，通過百分表找正、找平虎鉗，再將工件裝正在虎鉗上。5、對刀，確定并輸入工件坐標(biāo)系參數(shù)1）用尋邊器對刀，確定X、Y向的零偏值，將X、Y向的零偏值輸入到工件坐標(biāo)系G54中，G54中的Z向零偏值輸為0；2）將Z軸設(shè)定器安放在工件的上表面上，從刀庫中調(diào)出1號刀具裝上主軸，用這把刀具確定工件坐標(biāo)系Z向零偏值，將Z向零偏值輸入到機(jī)床對應(yīng)的長度補(bǔ)償代碼中，“”、“-”號由程序中的G43、G44來確定，如程序中長度補(bǔ)償指令為G43，則輸入“-”的Z向零偏值到機(jī)床對應(yīng)的長度補(bǔ)償代碼中；3）以同樣的步驟將2號、3號刀具的Z向零偏值輸入到機(jī)床對應(yīng)的長度補(bǔ)償代碼中。6、輸入加工程序?qū)⒂?jì)算機(jī)生成好的加工程序通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綑C(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存中。7、調(diào)試加工程序采用將工件坐標(biāo)系沿Z向平移即抬刀運(yùn)行的方法進(jìn)行調(diào)試。1）調(diào)試主程序，檢查3把刀具是否按照工藝設(shè)計(jì)完成換刀動作；2）分別調(diào)試與3把刀具對應(yīng)的3個(gè)子程序，檢查刀具動作和加工路徑是否正確。8、自動加工確認(rèn)程序無誤后，把工件坐標(biāo)系的Z值恢復(fù)原值，將快速移動倍率開關(guān)、切削進(jìn)給倍率開關(guān)打到低檔，按下數(shù)控啟動鍵運(yùn)行程序，開始加工。加工過程中注意觀察刀具軌跡和剩余移動距離。9、取下工件，進(jìn)行檢測選擇游標(biāo)卡尺進(jìn)行尺寸檢測，檢測完后進(jìn)行質(zhì)量分析。10、清理加工現(xiàn)場11、關(guān)機(jī)2.4常用車削數(shù)控代碼2.4.1、G00與G01G00運(yùn)動軌跡有直線和折線兩種，該指令只是用于點(diǎn)定位，不能用于切削加工.G01按指定進(jìn)給速度以直線運(yùn)動方式運(yùn)動到指令指定的目標(biāo)點(diǎn)，一般用于切削加工.2.4.2、G02與G03G02:順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03:逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)2.4.3、G04(延時(shí)或暫停指令）一般用于正反轉(zhuǎn)切換、加工盲孔、階梯孔、車削切槽.2.4.4、G17、G18、G19平面選擇指令，指定平面加工，一般用于銑床和加工中心.G17:X-Y平面，可省略，也可以是與X-Y平面相平行的平面.G18:X-Z平面或與之平行的平面，數(shù)控車床中只有X-Z平面，不用專門指定G19:Y-Z平面或與之平行的平面.2.4.5、G27、G28、G29參考點(diǎn)指令G27:返回參考點(diǎn)，檢查、確認(rèn)參考點(diǎn)位置G28:自動返回參考點(diǎn)（經(jīng)過中間點(diǎn)）G29:從參考點(diǎn)返回，與G28配合使用.2.4.6、G40