【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工出符合圖樣要求的零件。它的伺服精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)是影響數(shù)控機(jī)床加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。161。 伺服系統(tǒng)組成包括：驅(qū)動(dòng)裝置和執(zhí)行裝置兩大部分。 驅(qū)動(dòng)裝置包括：主軸伺服單元 (轉(zhuǎn)速控制 )、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元 (位置和速度控制 )、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和刀庫伺服控制裝置以及它們相應(yīng)的伺服電動(dòng)機(jī)等。常用的伺服電動(dòng)機(jī)有，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服上一頁 下一頁 返回1. 3 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)則是伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)與位置反饋信號(hào)比較后作為位移指令，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率放大后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)工作臺(tái)或刀架運(yùn)動(dòng)。161。 161。 與反饋裝置有利于提高數(shù)控機(jī)床加工精度。它的作用是 :將機(jī)床導(dǎo)軌和的位移量、移動(dòng)速度等參數(shù)檢測(cè)出來，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，并反饋到數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置根據(jù)反饋回來的信息進(jìn)行判斷并發(fā)出相應(yīng)的指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。常用的檢測(cè)裝置有編碼器、光柵、感應(yīng)同步器、磁柵、霍爾上一頁 下一頁 返回1. 3 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理檢測(cè)元件等。如 圖 18所示為光電編碼器。161。 161。 輔助裝置是把計(jì)算機(jī)送來的輔助控制指令 (M,S,T等 )經(jīng)機(jī)床接口轉(zhuǎn)換成強(qiáng)電信號(hào)，用來控制主軸電動(dòng)機(jī)啟停和變速、冷卻液的開關(guān)及分度工作臺(tái)的轉(zhuǎn)位和自動(dòng)換刀等動(dòng)作。它主要包括儲(chǔ)備刀具的刀庫、自動(dòng)換刀裝置 ATC(Automatic Tool Changer)、自動(dòng)托盤交換裝置 APC( Automatic Pallet changer)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、卡盤、工件接收器、對(duì)刀儀以及液壓、氣動(dòng)、冷卻、潤(rùn)滑、排屑裝置等，如 圖 19所示。161。 161。 數(shù)控機(jī)床的本體是指其機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)體。它是實(shí)現(xiàn)加工零件的上一頁 下一頁 返回1. 3 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理執(zhí)行部件，主要有主運(yùn)動(dòng)部件 (主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) )、進(jìn)運(yùn)動(dòng)部件 (工作臺(tái)、拖板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) )、支承件 (床身、立柱等 )以及輔助裝置等，如 圖 110所示。161。 161。 用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先應(yīng)將加工零件的幾何信息和工藝信息編制成加工程序，由輸入裝置送入數(shù)控系統(tǒng)中，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)的處理、運(yùn)算，按各坐標(biāo)軸的分量送到各軸的驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換、放大進(jìn)行伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)各軸運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)行反饋控制，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)有條不紊地工作，從而加工出零件的全部輪廓。如 圖 111所示為數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作原理。上一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 目前，數(shù)控機(jī)床品種齊全，規(guī)格繁多，為了便于了解和研究，可從不同角度和按照多種原則進(jìn)行分類。161。 161。 數(shù)控機(jī)床按工藝用途可分為以下 4類。161。 主要有數(shù)控車床 (NC Lathc)、數(shù)控銑床 (NC Milling Machine)、數(shù)控鉆床 (NC Drilling Machine)、數(shù)控撞床 (NC Boring Machine)、數(shù)控平面磨床 (NC Surface Grinding Machine)和加工中心 (Machine Center)等。如 圖 112 (a),(b),(c),(d)所示。161。 161。 主要有數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控沖床、數(shù)控轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等。如 圖 113 ( a) ,(b)所示。下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 161。 主要有數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床、數(shù)控激光熱處理機(jī)床、數(shù)控激光板料成形機(jī)床、數(shù)控等離子切割機(jī)等。如 圖114( a) ,(b)、 (c)所示。161。 161。 主要有數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控裝配機(jī)、機(jī)器人等。如 圖 115 (a),(b)所示。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類161。 特點(diǎn)：只控制運(yùn)動(dòng)部件從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的準(zhǔn)確定位，不管中間的移動(dòng)軌跡如何，在移動(dòng)的過程中不進(jìn)行切削加工，對(duì)兩點(diǎn)之間的移動(dòng)速度及運(yùn)動(dòng)軌跡沒有嚴(yán)格要求。但通常為了提高加工效率，一般先快速移動(dòng)，再慢速接近終點(diǎn)。如 圖 116所示為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床加工示意圖。 應(yīng)用：主要用于平面內(nèi)的孔系，主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)撞床、數(shù)控沖床等。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及價(jià)格的降低，單純用于點(diǎn)位控制的數(shù)控系統(tǒng)已不多見。161。 特點(diǎn)：除了具有控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位功能，還要保證兩點(diǎn)之間按直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切削加工，刀具相對(duì)于工件移動(dòng)的軌跡是平行于機(jī)床各坐標(biāo)軸的直線或兩軸同時(shí)上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類 移動(dòng)構(gòu)成 45186。的斜線。如 圖 117所示為直線控制數(shù)控機(jī)床加工示意圖。 這類數(shù)控機(jī)床主要有：簡(jiǎn)易的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心和數(shù)控磨床等。這種機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)也稱為直線控制數(shù)控系統(tǒng)。同樣，單純用于直線控制的數(shù)控機(jī)床也不多見。161。 特點(diǎn)：能夠?qū)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，不僅要控制機(jī)床移動(dòng)部件的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且還要控制整個(gè)加工過程中每一點(diǎn)的速度和位移，也即控制刀具移動(dòng)的軌跡，以加工出任意斜線、圓弧、拋物線及其他函數(shù)關(guān)系的曲線或曲面。如 圖 118所示為輪廓控制數(shù)控機(jī)床加工示意圖。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 這類數(shù)控機(jī)床主要有：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控電火花線切割機(jī)床和加工中心等。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)它所控制的聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)不同，又可以分為下面幾種形式 :161。 ① 二軸聯(lián)動(dòng) :主要用于數(shù)控車床加工回轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。如 圖 119所示。161。 ② 二軸半聯(lián)動(dòng) :主要用于三軸以上機(jī)床的控制，其中兩根軸可以聯(lián)動(dòng)，而另外一根軸可以做周期性的點(diǎn)位或直線控制。從而實(shí)現(xiàn)三個(gè)坐標(biāo)軸 X,Y,Z內(nèi)的二維控制。如 圖 120所示為采用這種方式用行切法加工三維空間曲面。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 ③ 三軸聯(lián)動(dòng) :一般分為兩類，一類就是同時(shí)控制 X,Y,Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，比較多的用于數(shù)控銑床、加工中心等，如 圖 121所示用球頭銑刀銑切三維空間曲面。另一類是除了同時(shí)控制 X,Y,Z中兩個(gè)直線坐標(biāo)外，還同時(shí)控制圍繞其中某一直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。如車削加工中心，它除了縱向 (Z軸 )、橫向 (X軸 )兩個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外，還需同時(shí)控制圍繞 Z軸旋轉(zhuǎn)的主軸 (C軸 )聯(lián)動(dòng)。161。 ④ 四軸聯(lián)動(dòng) :是指同時(shí)控制 X,Y,Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸與某一旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，如 圖 122所示為同時(shí)控制 X,Y,Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸與一個(gè)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 ⑤ 五軸聯(lián)動(dòng) :是指除同時(shí)控制 X,Y,Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外，還同時(shí)控制圍繞著這些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的A,B,C,坐標(biāo)軸中的兩個(gè)坐標(biāo)軸，形成同時(shí)控制五個(gè)軸聯(lián)動(dòng)。這時(shí)刀具可以給定在空間的任意方向。如圖 123所示，比如控制刀具同時(shí)繞 X軸和 Y軸兩個(gè)方向擺動(dòng)，使得刀具在其切削點(diǎn)上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線方向，以保證被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，減小被加工表面的粗糙度，它特別適合加工透明葉片、機(jī)翼等更為復(fù)雜的空間曲面。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 按伺服系統(tǒng)控制方式分類161。 特點(diǎn) ：是不帶 測(cè)量反饋裝置 ，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)單方向傳遞，故系統(tǒng)穩(wěn)定性好 。 無位置反饋，所以精度不高，其精度主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能。161。 工作原理 ：如 圖 124。它是將控制機(jī)床工作臺(tái)或刀架運(yùn)動(dòng)的位移距離、位移速度、位移方向和位移軌跡等參量通過輸入裝置輸入CNC裝置 ， CVC裝置根據(jù)這些參量指令計(jì)算出進(jìn)給脈沖序列 (脈沖個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)位移距離、脈沖頻率對(duì)應(yīng)位移速度、脈沖方向?qū)?yīng)位移方向、脈沖輸出的次序?qū)?yīng)位移軌跡 )，然后對(duì)脈沖單元進(jìn)行功率放大，形成驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號(hào)。最后，由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀架按所要求的速度、軌跡、方向和移動(dòng)距離，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床一般由 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 作為伺服執(zhí)行元件。具有運(yùn)行平穩(wěn)、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。但由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻共振、失步等原因，使其應(yīng)用逐漸減少。 在我國(guó)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般都采用開環(huán)控制。161。 161。 工作原理 ：如 圖 125所示，它是從伺服電動(dòng)機(jī)或絲杠的端部引出，通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)和絲杠旋轉(zhuǎn)角度來間接檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置或位移。161。 在半閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，不包括或只包括 少量機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可得到較穩(wěn)定的控制性能。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類其系統(tǒng)穩(wěn)定性介于開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。另外，滾珠絲杠的螺距誤差和 齒輪 輪或同步帶輪等引起的運(yùn)動(dòng)誤差難以消除。因此，其系統(tǒng) 精度介于開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之間 。但大部分可用誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ?，因而仍可獲得滿意的精度。161。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、精度較高，因此， 在現(xiàn)代CNC機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。161。 工作原理 ：如 圖 126，它是采樣點(diǎn)從機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上直接引出，通過采樣工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置，即對(duì)實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)，可以消除整個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)的誤差和間隙，因而 具有很高的位置控制精度。上一頁 下一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的分類161。 但是，由于位置環(huán)內(nèi)的許多機(jī)械環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙都是非線性的，故很容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，造成調(diào)試?yán)щy。這類系統(tǒng) 主要用于精度要求很高的 鏜 銑床、超精車床和螺紋車床等。161。 按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類161。 數(shù)控機(jī)床按數(shù)控系統(tǒng)功能水平可分為低、中、高三檔。161。 如 表 11所示。上一頁 返回 數(shù)控機(jī)床的持點(diǎn)161。161。 ① 采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈較短 。161。 ② 為了使連續(xù)性自動(dòng)化加工，機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度及耐磨性，熱變形小 。161。 ③ 更多的采用高效率、高精度的傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等 。161。 ④ 加工中心帶