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数控机床 的简介及主要特征
作者:    发布于:2013-07-23 11:29:18    文字:【】【】【

  数控机床 是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装 有程序控制系统的自动化机床。该控制系 统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,用代码化的数字表示,通过信息 载体输入数控装置。经运算处 理由数控装置发出各种控制信号,控制机床的动作,按图纸要 求的形状和尺寸,自动地将 零件加工出来。数控机床 较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的 零件加工问题,是一种柔性的、高效能的自动化机床,代表了现 代机床控制技术的发展方向,是一种典 型的机电一体化产品。


  数控机床 的操作和监控全部在这个数控单元中完成,它是数控机床的大脑。与普通机床相比,数控机床有如下特点:
1、对加工对 象的适应性强,适应模具 等产品单件生产的特点,为模具的 制造提供了合适的加工方法;
 
2、加工精度高,具有稳定的加工质量;
 
3、可进行多坐标的联动,能加工形 状复杂的零件;
 
4、加工零件改变时,一般只需 要更改数控程序,可节省生产准备时间;
 
5、机床本身的精度高、刚性大,可选择有 利的加工用量,生产率高(一般为普通机床的3~5倍);
 
6、机床自动化程度高,可以减轻劳动强度;
 
7、有利于生 产管理的现代化。数控机床 使用数字信息与标准代码处理、传递信息,使用了计 算机控制方法,为计算机辅助设计、制造及管 理一体化奠定了基础;
 
8、对操作人 员的素质要求较高,对维修人 员的技术要求更高;
 
9、可靠性高。
 
数控机床 与传统机床相比,具有以下一些特点。
 
1、具有高度柔性
 
  在数控机 床上加工零件,主要取决于加工程序,它与普通机床不同,不必制造,更换许多模具、夹具,不需要经 常重新调整机床。因此,数控机床 适用于所加工的零件频繁更换的场合,亦即适合单件,小批量产 品的生产及新产品的开发,从而缩短 了生产准备周期,节省了大 量工艺装备的费用。
 2、加工精度高
 
  数控机床 的加工精度一般可达0.05—0.1MM,数控机床 是按数字信号形式控制的,数控装置 每输出一脉冲信号,则机床移 动部件移动一具脉冲当量(一般为0.001MM),而且机床 进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行曲补偿,因此,数控机床 定位精度比较高。
 
3、加工质量稳定、可靠
 
加工同一批零件,在同一机床,在相同加工条件下,使用相同 刀具和加工程序,刀具的走 刀轨迹完全相同,零件的一致性好,质量稳定。
 
4、生产率高
 
  数控机床 可有效地减少零件的加工时间和辅助时间,数控机床 的主轴声速和进给量的范围大,允许机床 进行大切削量的强力切削。数控机床 正进入高速加工时代,数控机床 移动部件的快速移动和定位及高速切削加工,极大地提高了生产率。另外,与加工中 心的刀库配合使用,可实现在 一台机床上进行多道工序的连续加工,减少了半 成品的工序间周转时间,提高了生产率。
 5、改善劳动条件
 
  数控机床 加工前是经调整好后,输入程序并启动,机床就能 有自动连续地进行加工,直至加工结束。操作者要 做的只是程序的输入、编辑、零件装卸、刀具准备、加工状态的观测、零件的检验等工作,劳动强度大降低,机床操作 者的劳动趋于智力型工作。另外,机床一般是结合起来,既清洁,又安全。
 
6、利用生产管理现代化
 
  数控机床的加工,可预先精 确估计加工时间,对所使用的刀具、夹具可进行规范化,现代化管理,易于实现 加工信息的标准化,已与计算 机辅助设计与制造(CAD/CAM)有机地结合起来,是现代化 集成制造技术的基础。

编辑本段基本组成

  数控机床 的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体 和其他辅助装置。下面分别 对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。
 
1、加工程序载体
 
  数控机床工作时,不需要工 人直接去操作机床,要对数控 机床进行控制,必须编制加工程序。零件加工程序中,包括机床 上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数(进给量主轴转速等)和辅助运动等。将零件加 工程序用一定的格式和代码,存储在一 种程序载体上,如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等,通过数控 机床的输入装置,将程序信息输入到CNC单元。
 2、数控装置
 
  数控装置 是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC(Computer Numerical Control)形式,这种CNC装置一般 使用多个微处理器,以程序化 的软件形式实现数控功能,因此又称软件数控(Software NC)。CNC系统是一 种位置控制系统,它是根据 输入数据插补出理想的运动轨迹,然后输出 到执行部件加工出所需要的零件。因此,数控装置主要由输入、处理和输 出三个基本部分构成。而所有这 些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织,使整个系 统协调地进行工作。
 
1)输入装置:将数控指 令输入给数控装置,根据程序载体的不同,相应有不 同的输入装置。主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接 通信方式输入和连接上级计算机的DNC(直接数控)输入,现仍有不 少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。
 
(1)纸带输入方式。可用纸带 光电阅读机读入零件程序,直接控制机床运动,也可以将 纸带内容读入存储器,用存储器 中储存的零件程序控制机床运动。
 
(2)MDI手动数据输入方式。操作者可 利用操作面板上的键盘输入加工程序的指令,它适用于 比较短的程序。
 
  在控制装置编辑状态(EDIT)下,用软件输入加工程序,并存入控 制装置的存储器中,这种输入 方法可重复使用程序。一般手工 编程均采用这种方法。
 
  在具有会 话编程功能的数控装置上,可按照显 示器上提示的问题,选择不同的菜单,用人机对话的方法,输入有关的尺寸数字,就可自动 生成加工程序。
 
(3)采用DNC直接数控输入方式。把零件程 序保存在上级计算机中,CNC系统一边 加工一边接收来自计算机的后续程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM软件设计 的复杂工件并直接生成零件程序的情况。
 
2)信息处理:输入装置 将加工信息传给CNC单元,编译成计 算机能识别的信


  不同类型的数控机床(13张)息,由信息处 理部分按照控制程序的规定,逐步存储 并进行处理后,通过输出 单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括:零件的轮廓信息(起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度 及其他辅助加工信息(如换刀、变速、冷却液开关等),数据处理 的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理 程序还包括刀具半径补偿、速度计算 及辅助功能的处理等。
 3)输出装置:输出装置 与伺服机构相联。输出装置 根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲,并把它送 到各坐标的伺服控制系统,经过功率放大,驱动伺服系统,从而控制 机床按规定要求运动。
 
3、伺服系统 和测量反馈系统
 
  伺服系统 是数控机床的重要组成部分,用于实现 数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统 的作用是把接受来自数控装置的指令信息,经功率放大、整形处理后,转换成机 床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服 系统是数控机床的***后环节,其性能将 直接影响数控机床的精度和速度等技术指标,因此,对数控机 床的伺服驱动装置,要求具有 良好的快速反应性能,准确而灵 敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号,并能忠实 地执行来自数控装置的指令,提高系统 的动态跟随特性和静态跟踪精度。
 
  伺服系统 包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置 由主轴驱动单元、进给驱动 单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服 电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。
 
  测量元件 将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中,数控装置 对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较,并向伺服 系统输出达到设定值所需的位移量指令。
 
4、机床主体
 
  机床主机 是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自 动换刀装置等机械部件。它是在数 控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比,数控机床 主体具有如下结构特点:
 
1)采用具有高刚度、高抗震性 及较小热变形的机床新结构。通常用提 高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构 件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性,使机床主 体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善 机床结构布局、减少发热、控制温升 及采用热位移补偿等措施,可减少热 变形对机床主机的影响。
 
2)广泛采用 高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置,使数控机 床的传动链缩短,简化了机 床机械传动系统的结构。
 
3)采用高传动效率、高精度、无间隙的 传动装置和运动部件,如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。
 
5、数控机床的辅助装置
 
  辅助装置 是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置,常用的辅助装置包括:气动、液压装置,排屑装置,冷却、润滑装置,回转工作 台和数控分度头,防护,照明等各种辅助装置。

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