第 13 章 数控加工基础知识
随着社会的进步和科学技术的迅速发展,机械产品的结构越来越复杂,对机械产品的 质量和生产率的要求越来越高.近年来,由于市场竞争日趋激烈,为了适应国内外市场需求 迅速变化的要求,机械制造业为了提供高质量的产品,必须频繁地改型,并缩短生产周期, 满足市场上不断变化的需要.机械制造业正经历着从大批量到小批量及单件生产的转变过 程, 而传统的制造手段已满足不了当前技术的发展和市场经济的要求, 数控技术的迅速发展, 有效的解决了上述问题, 它使传统的制造方式发生了根本的转变. 现在数控技术已成为制造 业实现自动化,柔性化,集成化生产的基础技术,现代的 CAD/CAM,FMS 和 CIMS,敏捷 制造和智能制造等,都是建立在数控技术之上. 计算机数控系统有许多优点: 1. 柔性好 以往数控系统的许多功能是靠硬件电路来实现的. 若想改变系统的功能, 必须重新布线, 但计算机数控系统能利用控制软件灵活地增加或改变数控系统的功能, 更能适应生产发展的 需要. 2,功能强 可利用计算机技术及其外围设备,增强数控系统及数控机床的功能.例如,利用计算机 图形显示功能,检查编程的刀具轨迹,纠正编程错误,还可检查刀具与机床,夹具碰撞的 可 能性等;利用计算机网络通信的功能,便于数控机床组成生产线. 3,可靠性高 计算机数控系统可使用磁带,软盘等许多输入装置,避免了以往数控机床由于频繁地开 启光电阅读机而造成的信息出错的缺点.与硬件数控相比,计算机数控尽量减少硬件电路, 著地减少焊点,接插件和外部联线,提高了可靠性.此外,计算机数控系统一般都具备自诊 断功能,可及时指出故障原因,便于维修或预防操作失误,减少停机时间.这一切使得现代 数控系统的无故障运行时间大为增加. 4,易于实现机电一体化 由于计算机电路板上采用大规模集成电路和先进的印制电路排版技术,只要采用数块印 制电路板即可构成整个控制系统, 而将数控装置连同操作面板装入一个不大的数控箱内, 有 力地促进了机电一体化. 5,经济性好 采用微机数控系统后,系统的性能价格比大为提高,现在不但大型企业,就是中小型企 业也逐渐采用微机数控系统了.
13.1 数控加工的基本原理
13.1.1 数控加工的基本概念
数控即为数字控制(Numerical Control),是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行 控制的一种方法,简称数控(NC) . 数控机床:就是采用了数控技术的机床,或者说是装备了数控系统的机床. 数控系统:数控机床中的程序控制系统,它能够自动阅读输入载体上事先给定的程序,
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并将其译码,从而使机床运动和加工工件.
13.1.2 数控机床的工作原理
现代计算机数控机床由控制介质,输入输出设备,计算机数控装置,伺服系统及机床本 体组成.
计算机数控系统 机床 I/O 电路和装置 操作面板 键盘 输入输出 设备 机 床 主 进 辅 运 给 助 传 控 动 动 制 机 机 机 构 构 构
PLC
计算机 数 装 控 置
主轴伺服单元
主轴驱动装置
进给伺服单元 测量装置
进给驱动装置
图 13-1 数控机床工作原理图
1, 控制介质 它是用于记载各种加工信息,以控制机床的运动,实现零件的机械加工.控制介质是记 录零件加工程序的媒介,在数控机床上加工零件时,首先根据图纸要求确定加工工艺,然后 编制出加工程序,加工程序必须存储在某种存储介质上.目前常用的有穿孔带,磁带或磁盘 等. 2, 输入,输出装置 是 CNC 系统与外部设备进行交互装置.交互的信息通常是零件加工程序.即将编制好 的记录在控制介质上的零件加工程序输入 CNC 系统或将调试好了的零件加工程序通过输出 设备存放或记录在相应的控制介质上. 3, 数控装置 CNC 装置是数控机床的核心,主要由计算机系统,位置控制板,PLC 接口板,通讯接口 板,特殊功能模块以及相应的控制软件等组成. 作用:根据输入的零件加工程序进行相应的处理(如运动轨迹处理,机床输入输出处理 等) ,然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元,驱动装置和 PLC 等),所有这些工作 是由 CNC 装置内硬件和软件协调配合,合理组织,使整个系统有条不紊地进行工作的. 4, 伺服系统 它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节,主要由伺服电动机,驱动控制系统以 及位置检测反馈装置组成. 伺服电机是系统的执行元件, 驱动控制系统则是伺服电机的动力 源. 它用来接受数控装置输出的指令信息并经过功率放大后, 带动机床移动部件作精确定位 或按照规定的轨迹的速度运动,使机床加工出复合图样要求的零件. 5, 检测反馈系统 测量反馈系统由检测元件和相应的电路组成,其作用是检测机床的实际位置,速度等信 息,并将其反馈给数控装置与指令信息进行比较和校正,构成系统的闭环控制. 6, 机床本体

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