数控机床的组成和分类详解

数控机床是采用数控技术对工作台运动和切削加工过程进行控制的机床。它是典型的机电一体化产品,是数控技术的最典型应用。

(1)数控机床的组成

典型数控机床的组成如图1.1所示。由图1.1可知,数控机床主要由零件加工程序、输入装置、数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置及机床本体7个部分组成。其中,数控装置、伺服驱动装置、辅助控制装置、检测反馈装置又合称为数控系统。

1)输入装置

数控机床的零件加工程序是通过程序输入装置输入数控机床的。输入装置与输入方法有关。

①控制介质输入

所谓控制介质,就是零件加工程序存储介质,即程序载体。通常程序载体有穿孔纸带、磁带、磁盘、光盘等,与之相应的输入装置为光电纸带阅读机、录音机、磁盘驱动器、光驱等。早期的数控机床常用穿孔纸带存储加工程序,即在特制的纸带上穿孔,孔的不同位置的组合构成不同的数字或数控代码。通过光电纸带阅读机将纸带上的零件加工程序转换为相应的二进制代码输入数控装置中的存储器。虽然现在很多数控机床上仍附带有纸带阅读机长磁带录机音机,但由于微型计算机的普遍使用期,穿孔纸带和磁带控制介质的应用已越来越少。

　　②手工输入

利用键盘输入控制机床运动和刀具运动的指令。具体说有以下3种情况:手动数据输入(Manual Data Input,MDI)、数控显示的程序编辑界面和具有对话功能的数控装置。

③通信方式输入存储器

从自动编程机上、计算机上或网络上,将编制好的数控加工程序通过通信接口直接输入数控装置的存储器。(www.xing528.com)

2)数控装置

数控装置是数控机床的核心部件,由硬件和软件两大部分组成。硬件包括通用I/O接口、CPU、存储器、可编程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC)及数字通信接口等。软件包括管理软件和控制软件。管理软件用来管理零件程序的输入、输出,显示零件程序、刀具位置、系统参数及报警,诊断数控装置是否正常并检查故障原因。控制软件则完成译码、插补运算、刀具补偿、位置控制等。

数控装置的主要功能为读入数值并存储,对程序进行译码及数据处理、插补运算、位置控制和I/O处理,产生控制指令控制机床各部件协调运动,按确定的顺序和设定的条件完成零件加工程序。

3)辅助控制装置

辅助控制装置是介于数控装置和机床的机械与液压部件之间的各种开关执行电器的控制装置。它主要实现各种辅助功能控制,如机床的起停、换刀、冷却液开关等控制。目前,它多由数控装置内置的可编程序控制器来实现。

4)伺服驱动装置

伺服驱动系统由驱动装置、执行机构及位置、速度检测反馈装置3个部分组成。伺服电机是伺服系统的执行机构,驱动装置则是伺服电机的动力源。来自数控装置的控制指令脉冲经伺服驱动装置进行功率放大,驱动伺服电机,进而通过机械传动装置带动机床主轴、工作台或刀架等机床运动部件运动。其输入为电信号,输出为机床的位移、速度和力。

5)机床本体

机床本体是实现切削加工的主体,对加工过程起支撑作用。数控机床的精度、精度保持性、刚性、抗振性、低速运动平稳性、热稳定性等主要性能均取决于机床本体。数控机床的机械部件包括主运动部件、进给运动执行部件(如工作台、拖板)及其传动部件,以及床身、立柱等支承部件。此外,还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的数控机床,还有存放刀具的刀库、刀具交换装置等部件。数控机床的机械部件的组成与普通机床相似,但传动结构要求更为简单,在精度、刚度、抗振性等方面要求更高,而且其传动和变速系统要便于实现自动控制。

(2)数控机床的工作原理

在数控机床上加工零件时,首先根据零件图样的要求,结合所采用的数控机床的功能、性能和特点,确定合理的加工工艺,编程相应的数控加工程序,并采用适当的方式将程序输入数控装置。在数控机床加工过程中,数控装置对数控加工程序进行编译、运算和处理,输出坐标控制指令到伺服驱动系统,顺序逻辑控制指令到PLC,通过伺服驱动系统和PLC驱动机床刀架或工作台按照数控加工程序规定的轨迹和工艺参数运动,从而加工出符合图纸要求的零件。