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數控機床的工作原理

日期：2010年06月02　來源：沈陽第一機床廠　關鍵字：數控機床
數控機床的工作原理   
  數控機床是用數字信息進行控制的機床。凡是用代碼化的數字信息將刀具移動軌跡信息記錄在程序介質上，然后送人數控系統(tǒng)經過譯碼和運算，控制機床刀具與工件的相對運動，加工出所需工件的一類機床即為數控機床。數控加工的基本過程。
  在數控機床加工工件前，要分析零件圖，擬定零件加工工藝方案，明確加工工藝參數，然后按編程規(guī)則編制數控加工程序。當加工零件的幾何信息和工藝信息轉換為數字化信息后，可以用不同方法輸入到機床的數控系統(tǒng)中，經檢查無誤即可啟動機床，運行數控加工程序數控裝置會自動完成數控加工程序發(fā)出的各種控制指令。如果不出現故障，直到加工程序運行結束，零件加工完畢為止。數控加工的控制過程與計算機控制打印機的打印過程，特別是與計算機控制繪圖機的繪圖過程非常相似。
  數字控制是相對于模擬控制而言的。數字控制系統(tǒng)或計算機數字控制系統(tǒng)用字長來表示不同精度信息，可進行復雜的算術運算、邏輯運算和信息處理，通過改變軟件(而非電路或機械機構)實現信息處理方式和過程的轉換，具有很好的柔性功能。
  cNc系統(tǒng)方便、可靠、精度高，廣泛應用于機械運動的軌跡、檢測和輔助運動控制等各方面，其中，軌跡控制是機床和工業(yè)機器人的主要控制內容。
 數控機床的組成
 數控機床一般由輸人輸出設備、數控裝置(cNc)、伺服單元、驅動裝置(或稱執(zhí)行機構)、可編程控制器(眥)及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置組成。
    (1)輸入和輸出裝置。是機床數控系統(tǒng)和操作人員進行信息交流、實現人機對話的交互設備。輸人裝置的作用是將程序載體上的數控代碼變成相應的電脈沖信號，傳送并存人數控裝置內。目前，數控機床的輸入裝置有鍵盤、磁盤驅動器、光電閱讀機等，其相應的程序載體為磁盤、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、坐標值以及報警信號等。
    (2)數控裝置(cNc裝置)。是計算機數控系統(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，信號經過數控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路的編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床的各個部分，使其進行規(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軸(即作進給運動的各執(zhí)行部件)的進給速度、進給方向和位移量指令(送到伺服驅動系統(tǒng)驅動執(zhí)行部件作進給運動)，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．控制工件和機床部件松開、夾緊，控制分度工作臺轉位的輔助指令信號等。數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￡)。數控機床通過cNc和PLC共同完成控制功能，其中，cNc主要完成與數字運算和管理等有關的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、刀具運動的位置伺服控制等。而PLc主要完成與邏輯運算有關的一些動作．它接收cNc的控制代碼M(輔助功能)、s(主軸轉速)、T(選刀、換刀)等開關量動作信息，對開關量動作信息進行譯碼，轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開關等一些輔助動作。它還接收機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作(如手動操作機床)，另一方面將一部分指令送往數控裝置，用于加工過程的控制。
    (4)伺服單元。伺服單元接收來自數控裝置的速度和位移指令。這些指令經伺服單元變換和放大后，通過驅動裝置轉變成機床進給運動的速度、方向和位移。因此，伺服單元是數控裝置與機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數控裝置的微弱指令信號放大成控制驅動裝置的大功率信號。伺服單元分為主軸單元和進給單元等，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)驅動裝置。驅動裝置把經過伺服單元放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過機械連接部件驅動機床工作臺，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。目前常用的驅動裝置有直流伺服電機和交流伺服電機，交流伺服電機正逐漸取代直流伺服電機。
   伺服單元和驅動裝置合稱為伺服驅動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，計算機數控裝置的指令要靠伺服驅動系統(tǒng)付諸實施，伺服驅動裝置包括主軸驅動單元(主要控制主軸的速度)、進給驅動單元(主要控制進給系統(tǒng)的速度和位置)。伺服驅動系統(tǒng)是數控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數控機床的功能主要取決于數控裝置，而數控機床的性能主要取決于伺服驅動系統(tǒng)。
    (6)機床本體。即數控機床的機械部件，包括主運動部件、進給運動執(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、轉位和夾緊等功能的輔助裝置。加工中心類的數控機床還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件，數控機床機械部件的組成與普通機床相似。由于數控機床高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工的要求，其機械部件在精度、剛度、抗振性等方面要求更高。
    此外，為保證數控機床功能的充分發(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)、防護系統(tǒng)等。   

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