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数控机床的组成和分类


2017-04-28 10:30   点击:60
                             一、数控机床的组成
     数控机床一般由输入输出设备、数控装置伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成,见图1-1。

   
    1.输入输出设备
     输入输出设备主要实现程序编制、程序和数据的输入以及显示、存储和打印。这一部分的硬件配置视需要而定,功能简单的机床可能只配有键盘和发光二极管(LED)显示器;功能普通的机床则可能加上磁盘驱动器、人机对话编程操作键盘和视频信号显示器(CRT/ LCD);功能较高的可能还包含有自动编程机或计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)系统。
     2.数控装置
     数控装置是数控机床的核心。它接受来自输入设备的零件加工程序和数据,并按输入信息的要求完成数值计算、逻辑判断和输入输出控制等功能。数控装置通常是指一台专用计算机或通用计算机与输入输出接口板以及机床控制器(可编程控制器)等所组成的控制装置。机床控制器的主要作用是实现对机床辅助功能M、主轴转速功能S和换刀功能T的控制。
     3.伺服系统
     数控机床的伺服系统是以机床移动部件的位移和速度作为控制量的自动控制系统,它是接受数控装置的指令,驱动机床执行机构运动的驱动部件(如主轴驱动、进给驱动)。它包括伺服控制电路、功率放大线路和伺服电机等。伺服电机常用的有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电机。一般来说,数控机床的伺服驱动,要求有好的快速响应性能,能灵敏而准确地跟踪由数控装置发出的指令信号。
     4.测量反馈装置
     该装置由测量部件和相应的测量电路组成,其作用是检测速度和位移,并将信息反馈给数控装置,构成闭环控制系统。没有测量反馈装置的系统称为开环控制系统。
     5.机床本体
     机床本体是数控机床的主体,是用于完成各种切削加工的机械部分,包括床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
     二、数控机床的分类
     1.按机械加工的运动轨迹分类
     (1) 点位控制数控机床
     点位控制是指刀具相对工件从某一位置移到下一个位置的过程中,不要求其运动轨迹,只要求刀具能最终准确到达目标位置。刀具在移动过程中不切削,一般采用快速运动。其移动过程可以是先沿一个坐标方向移动,再沿另一个坐标方向移动到目标位置,也可沿两个坐标同时移动(图1-2)。

   
    (2) 直线控制数控机床
     直线控制数控机床不仅要保证点与点之间的准确定位,而且要控制两相关点之间的位移速度和路线。其路线一般由与各坐标轴平行的直线段或与坐标轴成45°的斜线组成(图1-3)。由于刀具在移动过程中要切削,所以对于不同的刀具和工件,需要选用不同的切削用量和进给量。

   
    (3) 轮廓控制数控机床
     轮廓控制数控机床的数控装置能够同时控制两个轴或两个以上轴。对刀具相对工件的轨迹和速度进行严格的不间断控制(图1-4)。它具有直线和圆弧或其它曲线的插补功能、刀具补偿功能、机床轴向运动误差补偿、丝杠的螺距误差和齿轮的反向间隙误差补偿等功能。该类机床可加工曲而、叶轮等复杂形状的零件。

   
    按伺服系统的控制原理分类
     (1) 开环控制的数控机床
     开环控制数控机床不带有位置检测装置,数控装置将零件程序处理后,输出数字指令信号给伺服系统,驱动机床运动。指令信号的流程是单向的,如图1-5所示。
     这类数控机床的伺服驱动部件通常选用步进电机。受步进电机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度的影响,开环控制的数控机床的速度和精度都较低。但由于其结构简单、成本较低、调试维修方便等优点,所以仍被广泛应用于经济型、中小型数控机床。

   
    (2) 闭环控制的数控机床
     闭环控制的数控机床带有检测装置。它随时接受在工作台端测得的实际位置反馈信号,将其与数控装置发来的指令位置信号相比较,由其差值控制进给轴运动,直到差值为零时,进给轴停止运动。
     图1-6为闭环控制的数控机床的原理框图。安装在工作台的位置传感器(比如光栅)把机械位移转变为电量,反馈到位置比较电路与位置指令值相比较、得到的差值经过放大和变换,驱动工作台向减少误差的方向移动。

   
    (3) 半闭环控制的数控机床
     半闭环控制的数控机床与闭环控制的数控机床的区别在于其检测反馈信号不是来自工作台,而是来自与电动机端或丝杠端连接的测量元件,见图1-7。实际位置的反馈值是通过间接测得的伺服电动机的角位移计算出来的,因而控制精度没有全闭环高,但机床工作的稳定性却由于大惯量工作台被排除在控制环外而提高,调试方便,因而广泛用于数控机床中。

   
    3.按照功能水平分类
     数控机床的分类按所使用的数控系统的配置及功能区分,可分为高级型、普通型和经济型数控机床。对每一种数控机床的分类主要看其内涵,即主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平。

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