數(shù)控機(jī)床的組成工作原理與作用

上節(jié)課內(nèi)容回顧２．故障以及故障診斷技術(shù)的概念?３．故障的分類按起因分:按狀態(tài)分:按發(fā)生的性質(zhì)分:按故障的嚴(yán)重程度分:1．?dāng)?shù)控機(jī)床故障診斷與維護(hù)的目的是什么?4．?dāng)?shù)控系統(tǒng)的可靠性的衡量指標(biāo)?5．?dāng)?shù)控機(jī)床維修的特點(diǎn)?1)保障設(shè)備安全,防止突發(fā)事故;2)保障設(shè)備精度,提高產(chǎn)品質(zhì)量;3)實(shí)施狀態(tài)維修,節(jié)約維修費(fèi)用;4)避免設(shè)備事故造成的環(huán)境污染;5)給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。故障—數(shù)控機(jī)床全部或部分喪失原有的功能。故障診斷技術(shù)—“在設(shè)備運(yùn)行中或基本不拆卸全部設(shè)備的情況下,掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),判定產(chǎn)生故障的部位和原因,并預(yù)測預(yù)報未來狀態(tài)的技術(shù)”。它是防止事故的有效措施,也是設(shè)備維修的重要依據(jù)。答案1）從故障的起因分類關(guān)聯(lián)性故障非關(guān)聯(lián)性故障2）從故障發(fā)生的狀態(tài)分類突然故障漸變故障3）按故障發(fā)生的性質(zhì)分類軟件故障硬件故障干擾故障4）按故障的嚴(yán)重程度分類危險性故障安全性故障(1)平均無故障工作時間MTBF（MeanTimeBetweenFailures）平均無故障工作時間定義為可修復(fù)產(chǎn)品的相鄰兩次故障間的系統(tǒng)能正確工作時間的平均值。它是衡量系統(tǒng)可靠性的主要指標(biāo)。（2）平均修復(fù)時間MTTR（MeanTimeToRepair）平均修復(fù)時間定義可修復(fù)設(shè)備在規(guī)定的條件下和規(guī)定時間之內(nèi)能夠完成修復(fù)的概率。它反映系統(tǒng)的可修復(fù)性，其實(shí)質(zhì)是指排除故障的平均時間。（3）有效度（或可利用率）A如果把MTBF看作系統(tǒng)的不能工作時間，那么有效度（可利用率）就是能工作時間與總時間之比，即有效度A為

A=有用時間/有用時間+平均修復(fù)時間=平均無故障時間/平均無故障時間+故障平均修復(fù)時間=MTBF/MTBF+MTTR1.早期故障期早期故障期的特點(diǎn)是故障發(fā)生的頻率高，隨著時間的增加迅速下降，使用初期之所以故障頻繁，原因大致有以下幾個方面：（1）機(jī)械部分。機(jī)床雖然在出廠以前進(jìn)行過運(yùn)行磨合，但時間比較短，而且主要是針對主軸和導(dǎo)軌進(jìn)行磨合。由于組成機(jī)床的零件表面存在著微觀的和宏觀的幾何形狀偏差，在完全磨合以前，零件的加工表面還是比較粗糙，裝配也有可能存在誤差，因而，在機(jī)床使用初期會產(chǎn)生較大的磨合磨損，使設(shè)備之間產(chǎn)生較大的間隙，導(dǎo)致故障的發(fā)生。（2）電氣部分。數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)使用了大量的電子元件，這些元件雖然在制造廠僅過了很長時間的老化試驗(yàn)和其他方式的篩選，但在實(shí)際運(yùn)行時，由于電路的發(fā)熱、交變負(fù)荷、浪涌電流以及反電勢的沖擊，性能較差的某些元件經(jīng)不起考驗(yàn)，因電力沖擊或電壓擊穿而失效，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能正常工作。（3）液壓氣動部分。由于出廠以后的運(yùn)輸及安裝階段時間較長，使得液壓系統(tǒng)某些部位長時間無油，氣缸中潤滑油干涸，而油霧潤滑又不能立即發(fā)揮作用，造成油缸或者氣缸可能產(chǎn)生銹蝕。此外，安裝的空氣管道若清洗不干凈，一些雜物和水分也可能進(jìn)入系統(tǒng)，造成液壓氣動部分的初期故障。2.偶發(fā)期數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷了初期的各種老化，磨合和調(diào)整，開始進(jìn)入穩(wěn)定的正常運(yùn)行期。在這個階段，故障率低而且相對穩(wěn)定，近似常數(shù)。偶發(fā)期的故障顧名思義是由于偶然因素引起的。3.耗損故障期耗損故障期出現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床使用的后期，其特點(diǎn)是故障率隨著運(yùn)行時間的增加而升高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因是由于數(shù)控機(jī)床的零部件及電子元件經(jīng)過長時間的運(yùn)行，由于疲勞、磨損、老化等原因，壽命已接近衰竭，從而處于頻發(fā)故障狀態(tài)。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理及作用

數(shù)控機(jī)床是最典型的數(shù)控設(shè)備,為了解數(shù)控機(jī)床的組成,首先必須了解數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程,在數(shù)控機(jī)床上為了進(jìn)行加工零件,可以通過如下步驟進(jìn)行:

可以看出，數(shù)控加工過程總體上可分為數(shù)控程序編制和機(jī)床加工控制兩大部分。數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機(jī)床實(shí)現(xiàn)主軸自動啟停、換向和變速，能自動控制進(jìn)給速度、方向和加工路線，進(jìn)行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及行走軌跡，能完成加工中所需要的各種輔助動作。一．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成控制介質(zhì)輸入裝置數(shù)控裝置機(jī)床本體驅(qū)動裝置輔助控制裝置檢測裝置數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)圖

控制介質(zhì)數(shù)控機(jī)床工作時必須編制加工程序，而加工程序需存儲在控制介質(zhì)上，常用的控制介質(zhì)有穿孔帶、磁帶和磁盤等。輸入裝置輸入裝置的作用是將控制介質(zhì)上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。裝置根據(jù)控制介質(zhì)的不同分為光電閱讀機(jī)、磁帶機(jī)和軟盤驅(qū)動器.數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的中樞。數(shù)控裝置從內(nèi)部存儲器中取出或接收輸入裝置送來的一段或幾段數(shù)控加工程序，經(jīng)過數(shù)控裝置的邏輯電路或系統(tǒng)軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機(jī)床各部分的工作，使其進(jìn)行規(guī)定的有序運(yùn)動和動作。二.各組成部分的功用

輔助控制裝置輔助控制裝置包括主軸運(yùn)動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟停，工件和機(jī)床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位分度等開關(guān)輔助動作。輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運(yùn)算，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動相應(yīng)的電器，帶動機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的開關(guān)量動作。輔助控制裝置普遍使用PLC。機(jī)床本體數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，只是在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面發(fā)生了很大的變化。三．?dāng)?shù)控機(jī)床的的工作原理理１幻燈片12幻燈片13２３幻燈片14幻燈片15４幻燈片16５幻燈片17６1.輸入輸輸入CNC控制器的通通常有零件件加工程序序、機(jī)床參參數(shù)和刀具具補(bǔ)償參數(shù)數(shù)。機(jī)床參參數(shù)一般在在機(jī)床出廠廠時或在用用戶安裝調(diào)調(diào)試時已經(jīng)經(jīng)設(shè)定好，，所以輸入入CNC系統(tǒng)的主要要是零件加加工程序和和刀具補(bǔ)償償數(shù)據(jù)。輸輸入方式有有紙帶輸入入、鍵盤輸輸入、磁盤盤輸入，上上級計(jì)算機(jī)機(jī)DNC通訊輸入等等。CNC輸入工作方方式有存儲儲方式和NC方式。存儲儲方式是將將整個零件件程序一次次全部輸入入到CNC內(nèi)部存儲器器中，加工工時再從存存儲器中把把一個一個個程序調(diào)出出。該方式式應(yīng)用較多多。NC方式是CNC一邊輸入一一邊加工的的方式，即即在前一程程序段加工工時，輸入入后一個程程序段的內(nèi)內(nèi)容。2.譯碼譯譯碼是以零零件程序的的一個程序序段為單位位進(jìn)行處理理，把其中中零件的輪輪廓信息（（起點(diǎn)、終終點(diǎn)、直線線或圓弧等等），F(xiàn)、S、T、M等信息按一一定的語法法規(guī)則解釋釋（編譯））成計(jì)算機(jī)機(jī)能夠識別別的數(shù)據(jù)形形式，并以以一定的數(shù)數(shù)據(jù)格式存存放在指定定的內(nèi)存專專用區(qū)域。。編譯過程程中還要進(jìn)進(jìn)行語法檢檢查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)錯誤立即即報警。3.刀具補(bǔ)償?shù)兜毒哐a(bǔ)補(bǔ)償包括刀刀具半徑補(bǔ)補(bǔ)償和刀具具長度補(bǔ)償償。為了方方便編程人人員編制零零件加工程程序，編程程時零件程程序是以零零件輪廓軌軌跡來編程程的，與刀刀具尺寸無無關(guān)。程序序輸入和刀刀具參數(shù)輸輸入分別進(jìn)進(jìn)行。刀具具補(bǔ)償?shù)淖髯饔檬前蚜懔慵喞壾壽E按系統(tǒng)統(tǒng)存儲的刀刀具尺寸數(shù)數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成刀具具中心（刀刀位點(diǎn)）相相對于工件件的移動軌軌跡。刀具補(bǔ)償包包括B機(jī)能和C機(jī)能刀具補(bǔ)補(bǔ)償功能。。在較高檔檔次的CNC中一般應(yīng)用用C機(jī)能刀具補(bǔ)補(bǔ)償，C機(jī)能刀具補(bǔ)補(bǔ)償能夠進(jìn)進(jìn)行程序段段之間的自自動轉(zhuǎn)接和和過切削判判斷等功能能。4.進(jìn)給速度處處理數(shù)數(shù)控加工程程序給定的的刀具相對對于工件的的移動速度度是在各個個坐標(biāo)合成成運(yùn)動方向向上的速度度，即F代碼的指令令值。速度度處理首先先要進(jìn)行的的工作是將將各坐標(biāo)合合成運(yùn)動方方向上的速速度分解成成各進(jìn)給運(yùn)運(yùn)動坐標(biāo)方方向的分速速度，為插插補(bǔ)時計(jì)算算各進(jìn)給坐坐標(biāo)的行程程量做準(zhǔn)備備；另外對對于機(jī)床允允許的最低低和最高速速度限制也也在這里處處理。有的的數(shù)控機(jī)床床的CNC軟件的自動動加速和減減速也放在在這里。5.插補(bǔ)零零件加工程程序程序段段中的指令令行程信息息是有限的的。如對于于加工直線線的程序段段僅給定起起、終點(diǎn)坐坐標(biāo)；對于于加工圓弧弧的程序段段除了給定定其起、終終點(diǎn)坐標(biāo)外外，還給定定其圓心坐坐標(biāo)或圓弧弧半徑。要要進(jìn)行軌跡跡加工，CNC必須從一條條已知起點(diǎn)點(diǎn)和終點(diǎn)的的曲線上自自動進(jìn)行““數(shù)據(jù)點(diǎn)密密化”的工工作，這就就是插補(bǔ)。。插補(bǔ)在每每個規(guī)定的的周期（插插補(bǔ)周期））內(nèi)進(jìn)行一一次，即在在每個周期期內(nèi)，按指指令進(jìn)給速速度計(jì)算出出一個微小小的直線數(shù)數(shù)據(jù)段，通通常經(jīng)過若若干個插補(bǔ)補(bǔ)周期后，，插補(bǔ)完一一個程序段段的加工，，也就完成成了從程序序段起點(diǎn)到到終點(diǎn)的““數(shù)據(jù)密化化”工作。。6.位置控制位位置控控制裝置位位于伺服系系統(tǒng)的位置置環(huán)上，如如圖下所示示。它的主主要工作是是在每個采采樣周期內(nèi)內(nèi)，將插補(bǔ)補(bǔ)計(jì)算出的的理論位置置與實(shí)際反反饋位置進(jìn)進(jìn)行比較，，用其差值值控制進(jìn)給給電動機(jī)。。位置控制制可由軟件件完成，也也可由硬件件完成。在在位置控制制中通常還還要完成位位置回路的的增益調(diào)整整、，各坐坐標(biāo)方向的的螺距誤差差補(bǔ)償和反反向間隙補(bǔ)補(bǔ)償?shù)龋砸蕴岣邫C(jī)床床的定位精精度7.I/O處理CNC的I/O處理是CNC與機(jī)床之間間的信息傳傳遞和變換換的通道。。其作用一一方面是將將機(jī)床運(yùn)動動過程中的的有關(guān)參數(shù)數(shù)輸入到CNC中；另一方方面是將CNC的輸出命令令（如換刀刀、主軸變變速換檔、、加冷卻液液等）變?yōu)闉閳?zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)的控制信信號，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對機(jī)床的的控制。8.顯示CNC系統(tǒng)的顯示示主要是為為操作者提提供方便，，顯示裝置置有CRT顯示器或LCD數(shù)碼顯示器器，一般位位于機(jī)床的的控制面板板上。通常常有零件程程序的顯示示、參數(shù)的