數(shù)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成與分類(編輯修改稿)
2025-05-12 12:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 控切削力、振動、熱變形等所產(chǎn)生的誤差，并自動加以補償或調(diào)整機床工作狀態(tài)，以提高機床的工作精度和穩(wěn)定性。 機床的微型化 隨著納米技術(shù)和微機電系統(tǒng)的迅速進(jìn)展，開發(fā)加工微型零件的機床已經(jīng)提到日程上來了。微型機床同時具有高速和精密的特點，最小的微型機床可以放在掌心之中，一個微型工廠可以放在手提箱中。操作者通過手柄和監(jiān)視屏幕控制整個工廠的運作。 新的并聯(lián)機構(gòu)原理 傳統(tǒng)機床是按笛卡爾坐標(biāo)將沿3個坐標(biāo)軸線的移動X、Y、Z和繞3個坐標(biāo)軸線轉(zhuǎn)動A、B、C依次串聯(lián)疊加，形成所需的刀具運動軌跡。并聯(lián)運動機床是采用各種類型的桿機構(gòu)在空間移轉(zhuǎn)主軸部件，形成所需的刀具運動軌跡。并聯(lián)運動機床具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、剛度高、動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。 新的工藝過程 除了金屬切削和鍛壓成形外，新的加工工藝方法和過程層出不窮，機床的概念正在變化。激光加工領(lǐng)域日益擴大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三維加工、激光熱處理、激光直接金屬制造等應(yīng)用日益廣泛。電加工、超聲波加工、疊層銑削、快速成型技術(shù)、三維打印技術(shù)各顯神通。 新結(jié)構(gòu)和新材料 機床高速化和精密化要求機床的結(jié)構(gòu)簡化和輕量化，以減少機床部件運動慣量對加工精度的負(fù)面影響，大幅度提高機床的動態(tài)性能。例如，借助有限元分析對機床構(gòu)件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，設(shè)計箱中箱結(jié)構(gòu)，以及采用空心焊接結(jié)構(gòu)或鉛合金材料已經(jīng)開始從實驗室走向?qū)嵱谩?新的設(shè)計方法和手段 我國機床設(shè)計和開發(fā)手段要盡快從甩圖板的二維CAD向三維CAD過渡。三維建模和仿真是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ)，是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢的源泉。在此三維設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度，保證新產(chǎn)品的順利投產(chǎn)，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。 數(shù)控系統(tǒng)1直接驅(qū)動技術(shù) 在傳統(tǒng)機床中，電動機和機床部件是借助耦合元件，如皮帶、齒輪和聯(lián)軸節(jié)等加以連接，實現(xiàn)部件所需的移動或旋轉(zhuǎn)，機和電是分家的。直接驅(qū)動技術(shù)是將電動機與機械部件集成為一體，成為機電一體化的功能部件，如直線電動機、電主軸、電滾珠絲桿和力矩電動機等。直接驅(qū)動技術(shù)簡化了機床結(jié)構(gòu)，提高了機床的剛度和動態(tài)性能，運動速度和加工精度。 1開放式數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)的開放是大勢所趨。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)有三種形式：1）全開放系統(tǒng)，即基于微機的數(shù)控系統(tǒng)，以微機作為平臺，采用實時操作系統(tǒng)，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電動機的運動。2）嵌入系統(tǒng)，即CNC+PC，CNC控制坐標(biāo)軸電動機的運動，PC作為人機界面和網(wǎng)絡(luò)通信。3）融合系統(tǒng)，在CNC的基礎(chǔ)上增加PC主板，提供鍵盤操作，提高人機界面功能，如Siemens840Di和Fanuc210i。 1可重組制造系統(tǒng) 隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，專用機床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化，可以對制造系統(tǒng)進(jìn)行快速重組和配置，以適應(yīng)變型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機械、電氣和電子、液和氣、以及控制軟件的接口規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵。 1虛擬機床和虛擬制造 為了加快新機床的開發(fā)速度和質(zhì)量，在設(shè)計階段借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在機床還沒有制造出來以前，就能夠評價機床設(shè)計的正確性和使用性能，在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程的各種失誤，減少損失，提高新機床開發(fā)的質(zhì)量。 重點發(fā)展范圍 數(shù)控系統(tǒng)１、高速、精密數(shù)控車床，車削中心類及四軸以上聯(lián)動的復(fù)合加工機床。主要滿足航天、航空、儀器、儀表、電子信息和生物工程等產(chǎn)業(yè)的需要。 ?。?、高速、高精度數(shù)控銑鏜床及高速、高精度立臥式加工中心。主要滿足汽車發(fā)動機缸體缸蓋及航天航空、高新技術(shù)等行業(yè)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)支架、殼體、箱體、輕金屬材料零件和精密零件加工需求。 ３、重型、超重型數(shù)控機床類：數(shù)控落地銑鏜床、重型數(shù)控龍門鏜銑床和龍門加工中心、重型數(shù)控臥式車床及立式車床，數(shù)控重型滾齒機等，該類產(chǎn)品滿足能源、航天航空、軍工、艦船主機制造、重型機械制造、大型模具加工、汽輪機缸體等行業(yè)零件加工需求。 ?。?、數(shù)控磨床類：數(shù)控超精密磨床、高速高精度曲軸磨床和凸輪軸磨床、各類高精高速專用磨床等，滿足精密超精密加工需求。 ?。怠?shù)控電加工機床類：大型精密數(shù)控電火花成形機床、數(shù)控低速走絲電火花切割機床、精密小孔電加工機床等，主要滿足大型和精密模具加工、精密零件加工、錐孔或異型孔加工及航天、航空等行業(yè)的特殊需求。 ?。?、數(shù)控金屬成形機床類（鍛壓設(shè)備）：數(shù)控高速精密板材沖壓設(shè)備、激光切割復(fù)合機、數(shù)控強力旋壓機等，主要滿足汽車、摩托車、電子信息產(chǎn)業(yè)、家電等行業(yè)板金批量高效生產(chǎn)需求及汽車輪轂及軍工行業(yè)各種薄壁、高強度、高精度回轉(zhuǎn)型零件加工需求。 ?。?、數(shù)控專用機床及生產(chǎn)線：柔性加工自動生產(chǎn)線（ＦＭＳ╱ＦＭＣ）及各種專用數(shù)控機床，該類生產(chǎn)線是針對汽車、家電等行業(yè)加工缸體、缸蓋、變速箱箱體等及多品種變批量殼體、箱體類零件加工需求。 編輯本段工作流程 輸入：零件程序及控制參數(shù)、補償量等數(shù)據(jù)的輸入，可采用光電閱讀機、鍵盤、磁盤、連接上級計算機的DNC 接口、網(wǎng)絡(luò)等多種形式。CNC裝置在輸入過程中通常還要完成無效碼刪除、代碼校驗和代碼轉(zhuǎn)換等工作。 譯碼：不論系統(tǒng)工作在MDI方式還是存儲器方式，都是將零件程序以一個程序段為單位進(jìn)行處理，把其中的各種零件輪廓信息(如起點、終點、直線或圓弧等)、加工速度信息(F 代碼)和其他輔助信息(M、S、T代碼等)按照一定的語法規(guī)則解釋成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用單元。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，若發(fā)現(xiàn)語法錯誤便立即報警。 刀具補償：刀具補償包括刀具長度補償和刀具半徑補償。通常CNC裝置的零件程序以零件輪廓軌跡編程，刀具補償作用是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。目前在比較好的CNC裝置中，刀具補償?shù)墓ぜ€包括程序段之間的自動轉(zhuǎn)接和過切削判別，這就是所謂的C刀具補償。 進(jìn)給速度處理： 編程所給的刀具移動速度，是在各坐標(biāo)的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據(jù)合成速度來計算各運動坐標(biāo)的分速度。在有些CNC裝置中，對于機床允許的最低速度和最高速度的限制、軟件的自動加減速等也在這里處理。 插補：插補的任務(wù)是在一條給定起點和終點的曲線上進(jìn)行“ 數(shù)據(jù)點的密化 ”。插補程序在每個插補周期運行一次，在每個插補周期內(nèi)，根據(jù)指令進(jìn)給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段。通常，經(jīng)過若干次插補周期后 ，插補加工完一個程序段軌跡，即完成從程序段起點到終點的“數(shù)據(jù)點密化”工作。 位置控制：位置控制處在伺服回路的位置環(huán)上， 這部分工作可以由軟件實現(xiàn)， 也可以由硬件完成。它的主要任務(wù)是在每個采樣周期內(nèi)，將理論位置與實際反饋位置相比較， 用其差值去控制伺服電動機。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標(biāo)方向的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。 I/0 處理：I/O 處理主要處理CNC裝置面板開關(guān)信號，機床電氣信號的輸入、輸出和控制(如換刀、換擋、冷卻等) 。 顯示：CNC裝置的顯示主要為操作者提供方便，通常用于零件程序的顯示、參數(shù)顯示、刀具位置顯示、機床狀態(tài)顯示、報警顯示等。有些CNC裝置中還有刀
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