數(shù)控機(jī)床的基本組成

數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字化信息進(jìn)行控制的自動(dòng)控制技術(shù)；采用數(shù)控技術(shù)控制的機(jī)床，或者說裝備了主控系統(tǒng)的機(jī)床，稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控技術(shù)是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)又稱為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。電氣控制技術(shù)對(duì)現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展有著非常重要的作用，從廣義上說，現(xiàn)代機(jī)床電氣控制技術(shù)的重要標(biāo)志是自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)、電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)、綜合控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床中。盡管現(xiàn)代機(jī)床的種類、功能和加工范圍有所不同，但它們都離不開電氣控制設(shè)備，離不開電氣控制技術(shù)。電氣控制裝置的配備情況是現(xiàn)代機(jī)床自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。痣軸助押制機(jī)構(gòu)進(jìn)給rt-^痣軸助押制機(jī)構(gòu)進(jìn)給rt-^磯構(gòu)機(jī)匕運(yùn)勸機(jī)構(gòu)按照零件加工的技術(shù)要求和工藝要求，編寫零件的加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，通過數(shù)控裝置控制機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、更換刀具，以及工件的夾緊與松開，冷卻、潤(rùn)滑泵的開與關(guān)，使刀具、工件和其它輔助裝置嚴(yán)格按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合圖紙要求的零件。1．操作面板它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具、數(shù)控機(jī)床特有的部件。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器。操作人員可以通過鍵盤和顯示器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理，對(duì)數(shù)控程序及有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、存儲(chǔ)和編輯修改。在加工中，屏幕可以動(dòng)態(tài)地顯示系統(tǒng)狀態(tài)和故障診斷報(bào)苦等。此外，數(shù)控程序及數(shù)據(jù)還可以通過磁盤或通訊接口輸入。機(jī)床操作面板主要用于手動(dòng)方式下對(duì)機(jī)床的操作，以及自動(dòng)方式下對(duì)機(jī)床的操作或干預(yù)。其上有各種按鈕與選擇開關(guān)，用于機(jī)床及輔助裝置的啟停、加工方式選擇、速度倍率選擇等；還有數(shù)碼管及信號(hào)顯示等。輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備是CNC(ComputerNumericelConntrol)系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互的裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。3.CNC裝置(CNC單元)CNC系統(tǒng)由數(shù)控程序、輸入裝置、輸出裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC裝置)、可編程邏輯控制器(PLC)、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給(伺服)驅(qū)動(dòng)裝置(包括檢測(cè)裝置)等組成，如圖2-1所示。圖2-1CNC系統(tǒng)的組成圖CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置。由于使用了計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)具有了軟件功能，又用PLC代替了傳統(tǒng)的機(jī)床電器邏輯控制裝置，使系統(tǒng)更小巧，其靈活性、通用性、可靠性更好，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)控功能，使用、維護(hù)也方便，并具有與上位機(jī)連接及進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的功能。伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括：(1)主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電機(jī)；(2)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給電機(jī)。測(cè)量裝置包括：位置和速度測(cè)量裝置，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。PLC、機(jī)床I/O電路和裝置(1)PLC(ProgrammableLogicController)用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動(dòng)作的I/O控制，它由硬件和軟件組成。(2)機(jī)床I/O電路和裝置實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路)。它們的功能：(1)接受CNC的M、S、T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作。(2)接受面板和機(jī)床測(cè)的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。6.機(jī)床的主機(jī)數(shù)控機(jī)床的主機(jī)，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：主傳動(dòng)系統(tǒng)、坐標(biāo)進(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)、換刀裝置/刀架、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻液系統(tǒng)等(1)主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)方式有以下三種。1．在大中型數(shù)控機(jī)床上經(jīng)常采用變速齒輪的傳動(dòng)方式，這樣可以加大主軸的輸出扭矩，以滿足主軸低速旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)大輸出扭矩特性的要求。在小型的數(shù)控機(jī)床和部分?jǐn)?shù)控機(jī)床上采用同步齒輪帶作為主傳動(dòng)，這種傳動(dòng)可以減少主傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲。這些年來，在許多數(shù)控機(jī)床上大量使用電主軸，即數(shù)控機(jī)床的主軸直接與交流調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子剛性連接，使主軸與電機(jī)成為一個(gè)整體。(2).控制進(jìn)給系統(tǒng)：數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)通常由位置比較放大單元、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械裝置及位置檢測(cè)元件(目前大多采用光柵尺)等幾部分組成。(3.)工作臺(tái)：對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，是必不可少的重要部件。工作臺(tái)可以是固定在某一個(gè)加工區(qū)間的位置上，由直線坐標(biāo)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)；也可以是在這個(gè)加工區(qū)間的位置上作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，自身成為一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，以滿足加工的需要?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的傳動(dòng)元件一般是由齒輪或同步形帶、蝸桿渦輪副、齒輪盤等。(4).換刀裝置和刀塔換刀裝置：一般由機(jī)械手、刀庫(kù)、主軸定向和主軸拉刀機(jī)構(gòu)組成。(5)氣動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的氣動(dòng)系統(tǒng)常用來控制機(jī)械手的動(dòng)作、刀庫(kù)的動(dòng)作、交換工作臺(tái)的動(dòng)作；完成主軸卡盤的夾緊、尾頂尖的動(dòng)作等。（6）潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)分為中心潤(rùn)滑系統(tǒng)和齒輪箱潤(rùn)滑兩部分。中心潤(rùn)滑系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)通過輔助裝置進(jìn)行控制的，主要對(duì)主軸軸承、各坐標(biāo)軸承、導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副、機(jī)械手、刀庫(kù)、以及所有滑動(dòng)、滾動(dòng)面等部位潤(rùn)滑。（7）冷卻液系統(tǒng)冷卻液系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)通過輔助控制裝置進(jìn)行控制的，主要是在切削時(shí)對(duì)刀具和工件進(jìn)行冷卻。同時(shí)，冷卻液還可以由高壓系統(tǒng)經(jīng)過主軸中心，再經(jīng)刀柄的中心、刀具的中心對(duì)深孔加工進(jìn)行有效的冷卻。3.輔助功能與PLC2.機(jī)床外部開關(guān)量信號(hào)控一、數(shù)控機(jī)床中PLC實(shí)現(xiàn)的功能1．M、S、T功能M、S、T功能可以由數(shù)控加工程序來指定，也可以在機(jī)床的操作面板上進(jìn)行控制。PLC根據(jù)不同的M功能，可控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，主軸準(zhǔn)停，冷卻液的開、關(guān)，卡盤的夾緊、松開及換刀機(jī)械手的取刀、歸刀等動(dòng)作。S功能在PLC中可以容易地用四位代碼直接指定轉(zhuǎn)速。CNC送出S代碼值到PLC,PLC將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)后送到D／A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的輸出電壓，作為轉(zhuǎn)速指令來控制主軸的轉(zhuǎn)速。數(shù)控機(jī)床通過PLC可管理刀庫(kù)，進(jìn)行刀具的自動(dòng)交換。處理的信息包括刀庫(kù)選刀方式、刀具累計(jì)使用次數(shù)、刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。機(jī)床外部開關(guān)量信號(hào)控制功能機(jī)床的開關(guān)量有各類控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)和溫控開關(guān)等，將各開關(guān)量信號(hào)送入PLC，經(jīng)邏輯運(yùn)算后，輸出給控制對(duì)象。輸出信號(hào)控制功能PLC輸出的信號(hào)經(jīng)強(qiáng)電柜中的繼電器、接觸器，通過機(jī)床側(cè)的液壓或氣動(dòng)電磁閥，對(duì)刀庫(kù)、機(jī)械手和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等裝置進(jìn)行控制，另外還對(duì)冷卻泵電動(dòng)機(jī)、潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)及電磁制動(dòng)器等進(jìn)行控制。伺服控制功能通過驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)、伺服進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和刀庫(kù)電動(dòng)機(jī)等。報(bào)警處理功能PLC收集強(qiáng)電柜、機(jī)床側(cè)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的故障信號(hào)，將報(bào)警標(biāo)志區(qū)中的相應(yīng)報(bào)警標(biāo)志位置位，數(shù)控系統(tǒng)便發(fā)出報(bào)警信號(hào)或顯示報(bào)警文本以方便故障診斷。6．其它介質(zhì)輸入裝置互聯(lián)控制有些數(shù)控機(jī)床用計(jì)算機(jī)軟盤讀入數(shù)控加工程序，通過控制軟盤驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行零件程序、機(jī)床參數(shù)和刀具補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)的傳輸。二、數(shù)控機(jī)床的可編程控制器數(shù)控機(jī)床中PLC實(shí)現(xiàn)的功能1．M、S、T功能M、S、T功能可以由數(shù)控加工程序來指定，也可以在機(jī)床的操作面板上進(jìn)行控制。PLC根據(jù)不同的M功能，可控制主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，主軸準(zhǔn)停，冷卻液的開、關(guān)，卡盤的夾緊、松開及換刀機(jī)械手的取刀、歸刀等動(dòng)作。S功能在PLC中可以容易地用四位代碼直接指定轉(zhuǎn)速。CNC送出S代碼值到PLC,PLC將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)后送到D／A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的輸出電壓，作為轉(zhuǎn)速指令來控制主軸的轉(zhuǎn)速。數(shù)控機(jī)床通過PLC可管理刀庫(kù)，進(jìn)行刀具的自動(dòng)交換。處理的信息包括刀庫(kù)選刀方式、刀具累計(jì)使用次數(shù)、刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。2．機(jī)床外部開關(guān)量信號(hào)控制功能機(jī)床的開關(guān)量有各類控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)和溫控開關(guān)等，將各開關(guān)量信號(hào)送入PLC，經(jīng)邏輯運(yùn)算后，輸出給控制對(duì)象。3．輸出信號(hào)控制功能PLC輸出的信號(hào)經(jīng)強(qiáng)電柜中的繼電器、接觸器，通過機(jī)床側(cè)的液壓或