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数控机床的基本组成


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  组成 1. 数控机床的产生 随着科学技术的不断发展,机械产品 日趋精密、复杂,改型也日益频繁,对 机床的性能、精度、自动化程度等提出 了越来越高的要求。机械加工工艺过程 自动化是实现上述要求的重要技术措施 之一,不仅能够提高产品质量和生产线, 降低生产成本,还能改善工人的劳动条 件。为此,许多企业采用自动机床、组 合机床和专用机床组成自动或半自动生 产线 ? 在机械制造工业中,单件、小批量生产的零件约 占机械加工总量的70%-80%。科学技术的进步和 机械产品市场竞争的日趋激烈,致使机械产品不 断改型、更新换代,批量相对减少,质量要求越 来越高。采用专用的自动机床加工这类零件就显 得很不合理,而且调整或改装用的“刚性”自动 生产线投资大、周期长,有时从技术上甚至是不 可能实现的。 ? 为了解决上述问题,满足多品种、小批量,特 别是结构复杂、精度要求高的零件的自动化生产, 迫切需要一种灵活的、通用的、能够适于产品频 繁变化的“柔性”自动化机床。随计算机科学技 术的发展,1952年,美国帕森斯公司(Parsons) 和麻省理工学院(MIT)合作,研制成功了世界L第 一台以数字计算机为基础的数字控制(numerical control,简称NC)3坐标直线插补铣床,从而使 机械制造业进入了一个新阶段。 2. 计算机数控的概念与发展 ? ? ? 1.计算机数控的概念 (1)数字控制(数控)的概念 NC的定义为:用数值数据的控制装置,在运行过程中 不断地引人数值数据,从而对某一生产过程实现自动控制。 ? (2)数控机床:若机床的操作命令以数值数据形式描述, 工作过程按照规定的程序自动地进行,则这种机床称为数 控机床。 ? (3)数控系统: 数控系统是指计算机数字控制装置、 可编程序控制器、进给驱动装置等相关设备的总称。有时 则仅指其中的计算机数字控制装置。为区别起见将其中的 计算机数字控制装置称为数控装置。 ? 数控机床工作时,不是像传统的机床那样由工人 1.控制介质 去操作数控机床。要对数控机床进行控制,必须 编制加工程序。加工程序上存储着加工零件所需 的全部操作信息和刀具相对工件的位移信息等。 加工程序可存储在控制介质(也称信息载体)上,常 用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。信息是 以代码的形式按规定的格式存储的。代码分别表 示十进制的数字、字母或符号。目前国际上通常 使用EIA代码和ISO代码。 ?数控机床加工程序的编制简称数控编程。数控编 程就是根据被加工零件图纸要求的形状、尺寸、 精度、材料及其他技术要求等,确定零件加工的 工艺过程、工艺参数(包括加工顺序、切削用量和 位移数据等),然后根据编程手册规定的代码和程 序格式编写零件加工程序单。 2.输入装置 ? 输入装置的作用是将控制介质(信息载体)上 的数控代码传递并存人数控系统内。根据 控制介质的不同,输入装置可以是光电阅 读机、磁带机或软盘驱动器等。数控加上 程序也是通过键盘,用手工方式直接输入 数控系统。零件加工程序输人过程有两种 不同的方式:一种是边读入边加工,另一 种是一次将军件加工程序全部读入数控装 置内部的存储养,加工时再从存储器中逐 段调出进行加工。 3.数控装置 ? 数控装置是数控机床的中枢。数控装置从 内部存储器中取出或接受输入装置送来的 一段或几段数控加工程序,经过数控装置 它的逻辑电路或系统软件进行编译、运算 和逻辑处理后,输出各种控制信息和指令, 控制机床各部分的工作,使其进行规定的 有序运动和动作。 4.驱动装置和检测装置 ? 驱动装置接受来自数控装置的指令信息,经功率 放大后,严格按照指令信息的要求驱动机床的移 动部件,以加工出符合图样要求的零什。因此, 它的伺服梢度和动态响应性能是机床加工精度、 表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包 括控制器(含功率放大器)和执行机构两大部分。 目前大都采用自流或交流伺服电动机作为执行机 构。 ? 检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出 来,经反馈系统输入到机床的数控装置中。数控 装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比 较,控制驱动装置按指令设定值运动。 5.辅助控制装置 ? 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置 输出的开关量指令信号,经过编译,逻辑 辨别和运算,再经功率放大后驱动相应的 电器,带动机床的机械、液压、气动等辅 助装置完成指令规定动作。这些控制包括 主轴运动部件的变速、换向和启停指令, 刀具的选择和交换润滑装置的启停,工件 和机床部件的松开、夹紧,分度工作台转 位分度等开关辅助动作。 6.机床本体 ? 数控机床的机床本体与传统机床相似,澳门赌钱!由 主轴传动装置,进给传动装置、床身、工 助运动装置、液压气动系统、润滑系统、 冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、 动系统、刀具系统的结构以及操作机构等 方面都已发生了很大的变化。 数控机床的工作原理 ? 1.程序输入 ? 输入程序的功能有两种:一是把零件程序从阅读机或 键盘经相应的缓冲器输入到零件程序存储器,二是将零件 程序从程序存储器取出送入缓冲器。输入程序中均有阅读 机中断处理程序、键盘中断处理程序和输入管理程序。阅 读机中断处理程序将光电阅读机读入的零件加工程序,通 过中导孔产生中断的方式逐行读人缓冲器,经过有效性判 别、纸带垂直奇偶校验和水平奇偶检验、代码转换,在输 入管理程序的配合下将内部代码存入零件程序存储区。如 用键盘输入零件程序(MDI方式),则每次按键表示向CPU 申请一次中断,调出键盘服务程序,对相应的键盘命令进 行处理。一次中断只读一个字符,而输入管理程序则负责 缓冲器的管理、读入字符的存放等。 数控机床的工作原理 ? 2.译码 ? 译码就是从数控加工程序缓冲器或MDI缓 冲器中逐个读人字符,先识别出其中的文 字码和数字码,然后根据文字码所代表的 功能,将后续数字码送到相应译码结果缓 冲器单元中。译码程序的功能主要包括代 码识别和功能代码的解释两部分。 (1)代码的识别 (2)功能代码的译码 3.数据处理程序 ? 数据处理程序有三个任务,即刀具半径补偿, 速度计算(即根据合成速度算出各轴的分速度)以 及辅助功能的处理等。 ? 刀具半径补偿是把零件的轮廓轨迹转换成刀具 中心轨迹;速度计算确定加工数据段的运动速度, 开环系统根据给定进给速度F计算出频率f,而闭 环、半闭环系统则根据F算出位移量;辅助功能处 理是指换刀,主轴启动、停止,冷却液开、停等 辅助功能的处理。数据处理是为了减轻插补工作 及速度控制程序的负担,提高系统的实时处理能 力,故也称为预计算。 4.插补计算 ? 插补计算是CNC系统中最重要的计算工作 之一。采用数据采样的插补方法,将插补 功能分割成软件插补和硬件插补两部分, 控制软件把刀具轨迹分割成若干段,而硬 件电路再在段的起点和终点之间进行数据 的“密化”,使刀具轨迹控制在允许的误 差之内。即软件实现粗插补,硬件实现细 插补 5.伺服(位置)控制 ? 伺服位置控制软件的主要功能是对插补值 进行处理(取全值或取其半值),计算出位臂 的命令值,同时读一次实际的反馈值,然 后计算出命令值与反馈值间的差值(称为位 置跟随误差),再乘上增益系数,并加上补 偿量从而得到速度命令值。 6.输出程序 ? ? (1)进行伺服控制。 (2)反向间隙补偿处理 反向间隙值由程序 预置。若某一轴由止向变成负向运动,则 在反向前输出Q个正向脉冲;反之,若由负 向变成正向运动,则在反向前输出Q个负向 脉冲。 ? (3)进行丝杠螺距误差补偿。 ? (4)M,S,T辅助功能的输出

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