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數控機床的簡介及主要特征
作者:    發布于:2013-07-23 11:29:18    文字:【】【】【

  數控機床是數字控制機床(Computer numerical control machine tools)的簡稱,是一種裝有程序控制系統的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序,并將其譯碼,用代碼化的數字表示,通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。數控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題,是一種柔性的、高效能的自動化機床,代表了現代機床控制技術的發展方向,是一種典型的機電一體化產品。


  數控機床的操作和監控全部在這個數控單元中完成,它是數控機床的大腦。與普通機床相比,數控機床有如下特點:
1、對加工對象的適應性強,適應模具等產品單件生產的特點,為模具的制造提供了合適的加工方法;
 
2、加工精度高,具有穩定的加工質量;
 
3、可進行多坐標的聯動,能加工形狀復雜的零件;
 
4、加工零件改變時,一般只需要更改數控程序,可節省生產準備時間;
 
5、機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量,生產率高(一般為普通機床的3~5倍);
 
6、機床自動化程度高,可以減輕勞動強度;
 
7、有利于生產管理的現代化。數控機床使用數字信息與標準代碼處理、傳遞信息,使用了計算機控制方法,為計算機輔助設計、制造及管理一體化奠定了基礎;
 
8、對操作人員的素質要求較高,對維修人員的技術要求更高;
 
9、可靠性高。
 
數控機床與傳統機床相比,具有以下一些特點。
 
1、具有高度柔性
 
  在數控機床上加工零件,主要取決于加工程序,它與普通機床不同,不必制造,更換許多模具、夾具,不需要經常重新調整機床。因此,數控機床適用于所加工的零件頻繁更換的場合,亦即適合單件,小批量產品的生產及新產品的開發,從而縮短了生產準備周期,節省了大量工藝裝備的費用。
 2、加工精度高
 
  數控機床的加工精度一般可達0.05—0.1MM,數控機床是按數字信號形式控制的,數控裝置每輸出一脈沖信號,則機床移動部件移動一具脈沖當量(一般為0.001MM),而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數控裝置進行曲補償,因此,數控機床定位精度比較高。
 
3、加工質量穩定、可靠
 
加工同一批零件,在同一機床,在相同加工條件下,使用相同刀具和加工程序,刀具的走刀軌跡完全相同,零件的一致性好,質量穩定。
 
4、生產率高
 
  數控機床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間,數控機床的主軸聲速和進給量的范圍大,允許機床進行大切削量的強力切削。數控機床正進入高速加工時代,數控機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工,極大地提高了生產率。另外,與加工中心的刀庫配合使用,可實現在一臺機床上進行多道工序的連續加工,減少了半成品的工序間周轉時間,提高了生產率。
 5、改善勞動條件
 
  數控機床加工前是經調整好后,輸入程序并啟動,機床就能有自動連續地進行加工,直至加工結束。操作者要做的只是程序的輸入、編輯、零件裝卸、刀具準備、加工狀態的觀測、零件的檢驗等工作,勞動強度大降低,機床操作者的勞動趨于智力型工作。另外,機床一般是結合起來,既清潔,又安全。
 
6、利用生產管理現代化
 
  數控機床的加工,可預先精確估計加工時間,對所使用的刀具、夾具可進行規范化,現代化管理,易于實現加工信息的標準化,已與計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)有機地結合起來,是現代化集成制造技術的基礎。

編輯本段基本組成

  數控機床的基本組成包括加工程序載體、數控裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置。下面分別對各組成部分的基本工作原理進行概要說明。
 
1、加工程序載體
 
  數控機床工作時,不需要工人直接去操作機床,要對數控機床進行控制,必須編制加工程序。零件加工程序中,包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數(進給量主軸轉速等)和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼,存儲在一種程序載體上,如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等,通過數控機床的輸入裝置,將程序信息輸入到CNC單元。
 2、數控裝置
 
  數控裝置是數控機床的核心。現代數控裝置均采用CNC(Computer Numerical Control)形式,這種CNC裝置一般使用多個微處理器,以程序化的軟件形式實現數控功能,因此又稱軟件數控(Software NC)。CNC系統是一種位置控制系統,它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡,然后輸出到執行部件加工出所需要的零件。因此,數控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都由計算機的系統程序進行合理地組織,使整個系統協調地進行工作。
 
1)輸入裝置:將數控指令輸入給數控裝置,根據程序載體的不同,相應有不同的輸入裝置。主要有鍵盤輸入、磁盤輸入、CAD/CAM系統直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC(直接數控)輸入,現仍有不少系統還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。
 
(1)紙帶輸入方式。可用紙帶光電閱讀機讀入零件程序,直接控制機床運動,也可以將紙帶內容讀入存儲器,用存儲器中儲存的零件程序控制機床運動。
 
(2)MDI手動數據輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令,它適用于比較短的程序。
 
  在控制裝置編輯狀態(EDIT)下,用軟件輸入加工程序,并存入控制裝置的存儲器中,這種輸入方法可重復使用程序。一般手工編程均采用這種方法。
 
  在具有會話編程功能的數控裝置上,可按照顯示器上提示的問題,選擇不同的菜單,用人機對話的方法,輸入有關的尺寸數字,就可自動生成加工程序。
 
(3)采用DNC直接數控輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中,CNC系統一邊加工一邊接收來自計算機的后續程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM軟件設計的復雜工件并直接生成零件程序的情況。
 
2)信息處理:輸入裝置將加工信息傳給CNC單元,編譯成計算機能識別的信


  不同類型的數控機床(13張)息,由信息處理部分按照控制程序的規定,逐步存儲并進行處理后,通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服系統和主運動控制部分。CNC系統的輸入數據包括:零件的輪廓信息(起點、終點、直線、圓弧等)、加工速度及其他輔助加工信息(如換刀、變速、冷卻液開關等),數據處理的目的是完成插補運算前的準備工作。數據處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功能的處理等。
 3)輸出裝置:輸出裝置與伺服機構相聯。輸出裝置根據控制器的命令接受運算器的輸出脈沖,并把它送到各坐標的伺服控制系統,經過功率放大,驅動伺服系統,從而控制機床按規定要求運動。
 
3、伺服系統和測量反饋系統
 
  伺服系統是數控機床的重要組成部分,用于實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統的作用是把接受來自數控裝置的指令信息,經功率放大、整形處理后,轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。由于伺服系統是數控機床的最后環節,其性能將直接影響數控機床的精度和速度等技術指標,因此,對數控機床的伺服驅動裝置,要求具有良好的快速反應性能,準確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號,并能忠實地執行來自數控裝置的指令,提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。
 
  伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩大部分。驅動裝置由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機是常用的驅動裝置。
 
  測量元件將數控機床各坐標軸的實際位移值檢測出來并經反饋系統輸入到機床的數控裝置中,數控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較,并向伺服系統輸出達到設定值所需的位移量指令。
 
4、機床主體
 
  機床主機是數控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統的機床相比,數控機床主體具有如下結構特點:
 
1)采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結構。通常用提高結構系統的靜剛度、增加阻尼、調整結構件質量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性,使機床主體能適應數控機床連續自動地進行切削加工的需要。采取改善機床結構布局、減少發熱、控制溫升及采用熱位移補償等措施,可減少熱變形對機床主機的影響。
 
2)廣泛采用高性能的主軸伺服驅動和進給伺服驅動裝置,使數控機床的傳動鏈縮短,簡化了機床機械傳動系統的結構。
 
3)采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件,如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動導軌、直線滾動導軌、靜壓導軌等。
 
5、數控機床的輔助裝置
 
  輔助裝置是保證充分發揮數控機床功能所必需的配套裝置,常用的輔助裝置包括:氣動、液壓裝置,排屑裝置,冷卻、潤滑裝置,回轉工作臺和數控分度頭,防護,照明等各種輔助裝置。

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