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数控机床的基本结构和分类

2017-08-24 16:13:36 宁波汇申数控设备有限公司 阅读

数控加工是先进制造技术的基础,在机械及相关行业的应用已呈普及的趋势。作为数控加工的主体设备,数控机床是一种机电一体化的高新技术产品,目前已成为金属加工企业的必要装备。下面对数控机床的基本原理、结构和分类作简单介绍,作为了解数控机床基础知识的一部分。

一、数控机床的工作原理

数控加工的原理是通过机床刀具对其加工所需的理想运动轨迹的直线或圆弧插补运动,从而在指定精度内切削出目标形状。这里所谓插补是指将自由曲线近似地以一组离散的简单曲线段(称为刀具插补运动轨迹,简称刀轨)替代。

工件在机床上的加工,是通过刀具相对工件的运动来实现的。为定量描述数控机床上刀具相对工件的运动位置,可建立机床加工用的坐标系。--工件坐标系。该坐标系设置在工件上,即把工件视为静止,只需保证刀尖在坐标系中的运动轨迹符合工件的轮廓形状,就可加工出图纸所要求的零件。

数控机床的工作过程大致可分以下几步:

1、由数控系统接收从计算机发来的数控程序(NC代码),NC代码是由NC编程人员在CAM 软件上生成或手工编制的,是一个文本数据,也就是说它的表达比较直观,可以较容易地被编程人员直接理解。但却无法为硬件直接使用。

2、由数控系统将NC代码"翻译"为机器码。机器码是一种由0和1组成的二进制文件,对一般的编程人员而言,它是难以理解的,但却可以直接为硬件所理解和使用。

3、由数控系统将机器码转换为控制X、Y、Z三个方向运动的电脉冲信号,以及其它辅助处理信号。机器码中包含了NC程序的各种指令信息,包括主轴及工作台的平动或转动信息和其它辅助信息(如冷却液开关等),必须将这些信息进行分解并分别传送到相应的执行元器件中才能获得所需要的动作。根据X、Y、Z三个运动方向的电脉冲信号由伺服系统(主要是伺服电机)执行相应的运动并伺服电机的转动变为机床主轴和工作台的平动或转动完成加工操作。


二、数控机床的基本结构

1、数控机床主要由三部分组成

(1)数控装置

完成NC程序的接收、将NC程序翻译为机器码、将机器码分解为电脉冲信号并发送到相应的执行器件等功能。

(2)伺服系统

包括伺服电动机及检测装置。数控机床的进给运动,是由数控装置经伺服系统控制的,数控机床的进给传动属伺服进给传动。所谓伺服,是指有关的传动或运动参数,均严格依照数控装置的控制指令实现的。数控机床的伺服系统,按其控制方式,可分为开环、半闭环和闭环三类。其中,开环最为简单。但如果负荷突变(如切深突增),或者脉冲频率突变(如加速、减速),则数控运动部件将可能发生"失步"现象,即丢失一定数目的进给指令脉冲,从而造成进给运动的速度和行程误差。故该类控制方式,仅限于精度不高的经济型中、小数控机床的进给传动。半闭环和闭环系统都有用于检查位置和速度指令执行结果的检测(含反馈)装置。半闭环的检测装置,安装在伺服电动机或传动丝杠上,闭环则将其装在运动部件上。由于丝杠螺距误差,以及受载后丝杠、轴承变形等影响,半闭环对检测结果的校正并不完全,控制精度比闭环要低一些。但从自动控制原理上看,控制运动部件是一个质量元件,传动机构因有变形,可视为弹性元件,两者构成一个振荡环节。显然,半闭环不包含这些环节,因而一般不会引起进给振荡。而闭环如果系统参数选取不合适,则有可能产生进给振荡,即运动不稳定。目前,一般数控机床的进给系统多为半闭环控制,闭环则用于精度要求较高的机床,如高精度镗铣加工中心。

(3)机床本体

指与普通机床相同或相似的部分,如机床外壳、工作台等。

目前绝大多数数控机床采用半闭环控制系统。不论数控机床与普通机床在整体布局上有多少相似之处,对任何一种数控机床都必须具备普通机床不可能有的两大部分:一是数控机床的"指挥系统"--数控系统;二是使数控机床执行运动的驱动系统--伺服系统。

需要注意的是,某些机床上安装了数显装置,以数字屏幕显示各坐标轴的进给状态,从外观上与数控机床有相似之处,应加以区别。


三、 数控机床的基本分类

数控机床的分类有多种方式:

1、按机床数控运动轨迹划分

(1)点位控制数控机床

指在刀具运动时,只控制刀具相对于工件位移的准确性,不考虑两点间的路径。如数控钻床。

(2)点位直线控制数控机床

在点位控制的基础上,还要保证运动一条直线,且刀具在运动过程中还要进行切削加工。如数控车床。

(3)轮廓控制数控机床

能对两个或更多的坐标运动进行控制(多坐标联动),刀具运动轨迹可为空间曲线。在模具行业这类机床应用最多,如三坐标数控铣或加工中心。

2、按伺服系统控制方式划分

(1)开环控制机床

价格低廉,精度及稳定性差。

(2)半闭环控制数控机床

精度及稳定性较高,价格适中。应用最普及。

(3)闭环控制数控机床

精度高,稳定性难以控制,价格高。

其它的分类方式还有:按同时控制的坐标轴数可划分为2.5轴数控机床和多轴数控机床。按数控功能水平可划分全功能数控机床、普及型数控机床和经济型数控机床等等。 


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