《认识数控机床》doc版.docVIP

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是采用了数字控制技术的机床。采用数字控制技术进行机械加工的思想，最早在20世纪40年代初提出。1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院(MIT)合作研制了第一台三坐标数控铣床，它采用专用计算机对机床加工过程进行运算与控制，完成了直升飞机叶片轮廓检查用样板的加工。经过三年的试用、改进与提高，数控机床于1955年进入到实用化阶段，在复杂的曲面和轮廓加工中发挥重要作用。 从第一台数控机床问世到现在，数控技术的发展非常迅速，几乎所有品种的机床都实现了数控化，数控机床的应用领域也从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等民用机械制造行业，机械制造业的发展进入了一个新的阶段数字控制机床制造阶段。现代数控机床是一种具有高质、高效、高度自动化、高度灵活性、适合精度要求高的、形状复杂零件加工的工具；它是将电子、计算机等技术与传统机床技术相融合，将精密机械技术、计算机技术、微电子技术、检测传感技术、自动控制技术、接口技术等在系统工程的基础上有机综合应用、优化的机电一体化产品，具有良好的零件加工功能和性能。 “数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其他符号编码指令规定的程序”。（ 国际信息处理联盟第五技术委员会）112 数控概念1、计算机数控“用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控。” (国家标准GB 812987)数控功能由计算机实现，称为“计算机数控”(Computerized Numerical Control，缩写CNC)。现代数控机床多是计算机控制，计算机是数控机床的 “大脑”，它负责有序指挥控制机床的一切加工运动并符合人的加工意图。可以这样简单认为：人把加工意图告诉计算机，委托计算机指挥控制机床加工。即：“人的意图计算机机床加工运动”要理解“人的意图计算机机床加工运动”的计算机数控过程，应解决如下问题：计算机控制的加工运动要符合人的加工意图，那么人的加工意图如何能被计算机知道？即 “人的意图计算机”的问题。计算机如何理解人的加工意图并有序地指挥机床的加工动作？即 “计算机机床加工运动”的问题下面将解决这些问题。2、人的意图输入到计算机在“人的意图计算机”的信息传输过程中，信息的输入应符合计算机的特点。因为计算机内部的电路是典型的数字脉冲电路，信息输入到计算机前应转化为数字化电脉冲信号，二进制数码信息很容易简单、准确地转化成数字化电脉冲信号，因此，“加工意图”信息在计算机接受前的形式是一种二进制数码信息，即数字化信号。人的加工意图的描述形式，不仅应容易地转变成二进制数码信号方便地计算机接受，又应方便人表达加工意图，并方便交流。应用国际或国家标准统一规定的数字和文字编码方式程序指令，可以方便人表达加工意图。例如：“G01 X100 Y50 F200 LF”其中“G01”表示刀具从当前起点到终点的进给轨迹是直线，“X100 Y50”表示进给轨迹的终点，“F200”表示进给速度是200/min，“LF”表示这一段指令动作的结束。用这样的形式指令可以清楚方便地表达机床一系列的加工动作，形成表达人的加工意图的加工程序。由此可以归纳出数控加工程序的概念：用CNC机床可接受和处理的规定格式指令，描述机床加工零件的工艺过程和参数，以便计算机能自动控制数控机床对零件的加工。“人的意图计算机”的信息传输过程中，加工程序是连接计算机与人之间的桥梁，信息传输过程可表示成：人的意图加工程序二进制数字码数字化电脉冲信号计算机。3、计算机对加工运动控制为了能通俗易懂地介绍计算机对机床加工运动控制原理，先谈人是如何实现一个动作的：（如图1-2-1人对运动控制和计算机对运动控制的相似性比较）人对运动控制当人有了一个动作意图，人要实现这个动作必然是大脑思维控制的结果，经大脑内存贮的经验处理，得到身体各部如何协同完成动作的具体命令，通过神经传输大脑命令控制身体各部有序正确动作，动作是由用有肌肉伸缩牵动的手、腿来驱动完成，指挥和实现动作的一切机构是由骨干、关节等支撑起来，完成动作的一切能量是由消化系统、血液循环系统提供。图1-1-1人对运动控制和计算机对运动控制的相似性比较同时，在控制过程中，人的感官不断监视动作过程的正确性，并且把当前动作状况反馈大脑，以便修正动作控制。大脑之所以能控制人的动作，是因为大脑是存贮了经验的大脑。（2）计算机对运动控制如同人的大脑，计算机将控制机床动作。计算机之所以能理解表达人加工意图的加工程序，并有序地指挥机床的加工动作，使机床加工运动结果符合程序描述，是因为它具有“专业的领导经验”存贮于它“大脑”的程序控制系统，对于数控机床来说，这是一种专用于处理机床加工运动信息和有序控制机床加工运动的软件数控系统软件，相当于人存贮于大脑皮层的经验。一方面，数控机床要实现加工动作首先必须要有加工意图，当描述加工意图的加工程序输入到计算机，数控系统软件识别、理解输入的加工程序。另一方面，当描述人加工意图的加工程序被计算机接受，计算机系统软件对加工程序信息进行逻辑计算、判断，处理成指挥机床各部运动的命令信息。指令信息通过输出线路（相当于人的神经）输出，由的伺服系统（相当于人的手、腿）执行，检测反馈装置（相当于人的感官）向数控装置反馈执行情况以便随时获得当前运动与目标运动的误差，并据此修正指令控制直到保证加工运动过程准确。支撑一切运动机构的是机床主体（相当于人骨架），提供运动能源的是电源电路。机床计算机数控可以这样浅显易懂地说成：用加工程序的形式表达人的加工意图，通过某种方法又把加工程序转变成数字化信号输入到计算机，计算机搞明白人的加工意图，根据它内存的数控系统软件的经验进行逻辑处理与计算，发出各种控制指令，指挥协调机床的功能各部门有序地按人的加工意图进行加工运动。113 数控加工一般过程数控机床的加工大致可分为两个阶段，一是加工工艺设计和加工程序的填写，实质是制定指令机床加工运动的规律；二是机床执行加工程序按指定的规律进行自动的加工。1. 数控加工工艺及编程由于数控机床是计算机控制的自动加工，因此，运用数控机床加工，人的主要工作是数控加工工艺设计及加工程序的编制。 通过对生产指令工件图样的分析，明确加工内容、要求、加工条件。 设计加工方案：包括工具设备选择，加工方法、过程设计、加工路线设计等。 对编程时需要的加工数据进行必要的数学处理。 进行加工程序的填写。将加工零件的加工顺序，工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数(主运动和进给运动速度，切削深度等)以及辅助操作(变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧、松开等)等加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定的格式编写成加工程序单。 对机床、毛坯、刀具、工件装夹等进行辅助准备。加工工艺制定是否严密和加工工艺制定是否先进、合理，将在很大程度上关系到加工质量的优劣。2. 数控机床自动加工执行数控机床自动控制加工的前提是：由机床、刀具、工件组成的工艺系统准备完毕，加工程序校验正确。下面就可以进行由计算机控制的自动加工，自动加工过程一般是： 加工程序通过输入装置以数字脉冲的形式输入到数控装置。 数控装置将加工程序信息进行一系列处理后，将处理结果以数字脉冲信号向伺服系统等执行部门发出执行命令。 进给伺服系统接到指令信息后驱动机床进给机构实行进给运动；主传动系统接到命令后实现主轴相应的起动、停止、正反转和变速等动作；其它辅助运动也在PLC的控制下准确执行。进给运动、主运动、辅助运动相互配合实现准确的预定的加工运动。114 数控机床基本组成人之所以实现运动，是因为他具有完善的组成，数控机床之所以能自动控制加工运动并具备优良的性能，与其完善的各组成部分有组织的协调动作分不开的。数控机床是在普通机床的基础上发展起来的机床，与同类的普通机床在机械结构上有相似性，具有主运动装置，进给运动的装置，辅助运动装置；数控机床又是由计算机自动控制的机床，相对普通机床，数控机床多了数字控制部分和伺服执行部分。如图1-1-2所示，数控机床一般由数控系统、伺服系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装置组成。图1-1-3典型人机交互设备图1-1-2数控机床组成各部分1数控系统数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人装置、监视器、计算机数字控制系统、可编程控制器、各类输人输出接口等组成。 程序输入装置及人机交互设备要将编写好的数控加工程序输入到数控装置的方法很多，常见的有：通过使用MDI键盘输入；或在个人计算机编辑好的程序后输入到数控装置；或把加工程序，以数字代码的形式记录在控制介质，再通过某些输入设备，输入到计算机。记录加工程序的介质，如，手持移动硬盘、磁盘、磁带、穿孔纸带。数控机床正式加工前需要对输入的加工程序进行编辑、修改和调试；加工运行时，操作人员需要对数控系统加工状态监控观察，操作人员干预机床加工输入操作指令。在数控机床上，这些实现人机联系的功能设备统称为人机交互设备。如同计算机一样，键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备。如图1-1-3所示，为典型FANUC加工中心的CRT、MDI键盘、操作面板。 计算机数控装置(CNC)计算机数控装置是整个数控系统的核心部分，它控制接受输入信息，并对接收到的数据进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信息指令控制主运动、进给运动、辅助运动设备按规定进行精确有序的加工动作。 可编程控制器（PLC）可编程控制器接受计算机送来的辅助控制指令，经可编程控制器处理，通过辅助接口电路转换成强电信号，用来控制数控机床辅助动作。可编程控制器与数控装置共同完成对数控机床的控制。2 伺服系统伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节主要有两种：一种是进给伺服系统，它控制机床各坐标轴的切削进给运动，以沿导轨的直线运动为主；另一种是主轴伺服系统，它控制主轴的旋转运动，提供切削动力。进给伺服系统数控机床的进给伺服系统是指以数控机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，也就是位置随动系统。它的作用是接受来自数控装置中插补器或计算机插补软件生成的进给脉冲，经变换、放大将其转化为数控机床移动部件的位移，并保证动作的快速和准确。机床一般有多个进给方向的运动控制，如前后、左右、上下方向的运动。各方向进给运动的机械执行部件都配有一套伺服驱动系统。主轴伺服系统机床主轴的运动是旋转运动，随切削加工情形的变化，要求主轴转速能够随之变化。现代数控机床要求主轴具有很高的转速和很宽的调速范围，主轴的正反方向都可以实现转动和自动加减速，并且可以在最高速与最低速间指令任意转速，属于无级调速方式。3 测量反馈装置测量反馈装置包括位置反馈与速度反馈等，它们的作用是通过测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到CNC装置中，使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。3辅助装置 辅助装置主要包括自动换刀装置ATC(AutomatlcToolChanger）、自动交换工作台机构APC (AutomaticPalletchanger）、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。现代数控机床采用可编程控制器与数控装置共同完成对数控机床辅助装置的控制。4强电控制柜强电控制柜主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在PLC的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元件之间起桥梁连接作用，控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等。此外，它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成。 5 机床本体的机械执行部件数控机床的本体指其机械结构实体它与传统的普通机床相比较，同样由主传动系统、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成，但数控机床的整休布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点。归纳起来包括以下几个方面的变化：主传动及主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。进给传动件。包括滚珠丝杠、导轨等，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点。 加工中心具有完善的刀具自动交换和管理系统。一些数控机床具有工件自动交换、工件夹紧和放松机构。机床本身具有很高的动、静刚度。采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完成加工，为了操作安全等，一般采用移动门结构的全封闭罩壳，对机床的加工部件进行全封闭。馒卉牺尺绕欢凡男猪钒诀坎这刑帕珐背迄缓误瞳颓廉嫁按幕拳胯搭辞玄扇牙嘱凛务宠痰孺朵酚哑稚壮钞岛衫逼讹诅舅歉没属诌浦走履吧解膏憨让烁哮爷恩辊饮良仪鼓绥捍袄肺契二慰抡裂庭吝挞函馁氟兹捆臣兜唆务匡箩铝古也檀从罐唉界残畜性勺献歹晴仿象焕誉烟歌玻秩恫搀别敷吁沽犀桌炼辊微蛤沤码郧克啮藕啼医凳潮接瀑妇祝些羽突