文档介绍：第五章数控加工
第一节数控机床的组成及工作原理
一、数控机床的基本组成部分
控制介质
数控装置
伺服系统
机床本体
检测装置
控制介质即信息载体,应用把零件加工信息传送到数控装置中去,这种联系物质就是控制介质。
在控制介质中存贮着零件加工过程中所需要的全部数据和指令。
常见的控制介质有穿孔纸带、穿孔卡、磁带、磁盘等,也可在操作面板上用手工直接将数控程序输入到数控装置中去。
随着CAD/CAPP/CAM及网络技术的发展,可以利用计算机进行设计与编程,并将程序和数据通过网络直接传送给数控装置。
数控装置是数控机床的核心,主要由输入装置、控制运算器、输出装置等组成。
数控指令经控制运算器进行处理与运算,产生相应的控制命令,由输出装置传送到伺服系统,最终控制机床各部分按程序的要求运动,完成零件加工过程。
控制运算器是数控装置的核心部分,它的主要任务是进行插补运算。
因程序中行程信息有限,故加工时需进行数据点密化处理,用小段直线和圆弧拟合逼近零件的轮廓形状,即进行插补运算。
常用的插补运算法有逐点比较法、数字积分法、时间分割法等。
数控装置能够控制的坐标轴(进给运动执行部件)称为可控轴。
数控装置能够控制的、并可按某一指定关系(如函数关系)同时运动的坐标轴称为联动轴。
可控轴不一定是联动轴。
联动轴数越多,可加工的零件形状就越复杂,如两轴联动数控机床可加工平面曲线;三轴联动数控机床可加工空间曲面;四轴、五轴联动数控机床可加工叶轮、螺旋桨等复杂零件。
一般数控车床为两轴联动,数控铣床为三轴两联动,加工中心至少为三轴联动。
伺服系统是数控机床的命令执行部分,由驱动控制系统(强、弱电控制系统)和执行机构(既驱动部件,如伺服电动机等)两大部分组成。
伺服系统接受数控装置输出的指令信息后,进行信号变换和功率放大,并按指令信息的要求通过驱动部件驱动机床移动部件或相关部件完成指定的动作。
数控机床常用的驱动部件有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。
伺服系统的控制方式有开环控制、闭环控制、半闭环控制三种。
机床本体是数控机床的主体,是最终完成各种加工的机械执行部分。
虽然数控机床的外形与普通机床有些相似,但是结构要求却差别很大,故仅在普通机床的基础上作局部结构改进是不行的,为了满足数控加工技术的要求,充分发挥数控机床的技术优势,必须作全新的设计。目前,数控机床已形成了一个独立的机床设计体系。
检测装置的主要元件是检测传感器,用于检测位置和速度等物理量,并将测得的物理量转换成电信号,再反馈给数控装置,与控制命令信号作比较并进行补偿,以控制驱动部件准确地运行。
数控机床的运动性能、控制精度、柔性水平很大程度上取决于检测装置,故要求检测装置灵敏度高、动态特性好、稳定可靠、抗干扰能力强、准确性好、精度高、能适应不同的环境、维护方便、成本低。
二、数控机床的工作过程
数控机床的加工过程是由数字指令控制的,在加工前要用规定的指令代码按照零件图编制出程序,输入到数控装置中,数控装置运算后产生相应的控制命令,经伺服系统进行信号变换和功率放大后,即可通过执行元件驱动机床按照程序自动地进行加工。
检测装置对机床移动部件的位移进行检测,并反馈给数控装置,由数控装置比较判别并发出补偿指令,以控制驱动部件准确地运行。
第二节数控机床的控制方式
一、开环控制
控制系统中没有测量反馈装置,驱动部件(如步进电动机)按数控装置发生的脉冲指令转过相应角度,带动移动部件运动。
由于没有位移测量与补偿功能,故精度较低,但其结构简单、工作稳定、调试容易、维修方便、成本低,一般适于经济型数控机床,如经济型数控车床等。
二、闭环控制
在被控制的机床移动部件上装有直线位移测量装置(如光栅、磁尺等),它能将实测位移值反馈到数控装置中与输入指令位移值进行比较并实行位移补偿,直到差值为零。
由于增加了检测、比较和反馈装置,故精度很高,但其结构复杂、调试较难、成本高,主要用于高精度数控镗铣床、数控磨床、超精数控车床和加工中心等。