1、數(shù)控銑床的基本組成。數(shù)控銑床最基本的組成包括I/O裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、測(cè)量反饋裝置、輔助裝置、機(jī)床本體共六部分。下面將對(duì)這六部分進(jìn)行具體介紹。
(1)I/O裝置。I/O裝置是用于數(shù)控加工或運(yùn)動(dòng)控制程序、加工與控制數(shù)據(jù)、機(jī)床參數(shù)以及坐標(biāo)軸位置、檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài)等數(shù)據(jù)的輸入/輸出。鍵盤和顯示器是數(shù)控設(shè)備必備的、最基本的I/O裝置。作為數(shù)控系統(tǒng)的外圍設(shè)備,臺(tái)式計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)是目前常用的I/O裝置之一。
(2)數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心,它由I/O接口線路、控制器、運(yùn)算器和存儲(chǔ)器等組成。數(shù)控裝置的作用是將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部的邏輯電路或控制軟件進(jìn)行編譯、運(yùn)算和處理后,輸出各種信息和指令,用以控制機(jī)床的各部分進(jìn)行規(guī)定的動(dòng)作。
在這些控制信息和指令中,最基本的是經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算后生成的坐標(biāo)軸進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量等指令,并提供給伺服驅(qū)動(dòng)裝置,經(jīng)驅(qū)動(dòng)器放大后,最終控制坐標(biāo)軸的位移。這些控制信息和指令直接決定了刀具或坐標(biāo)軸的移動(dòng)軌跡。
(3)伺服驅(qū)動(dòng)裝置。伺服驅(qū)動(dòng)裝置通常由伺服放大器(也稱驅(qū)動(dòng)器、伺服單元)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。在數(shù)控機(jī)床上,一般都采用交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前,在先進(jìn)的高速加工機(jī)床上已經(jīng)開始使用直線電動(dòng)機(jī)。另外,20世紀(jì)生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床中也有采用直流伺服電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床,也有用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的。伺服放大器它必須與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)配套使用。
(4)測(cè)量反饋裝置。測(cè)量反饋裝置是閉環(huán)(半閉環(huán))數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)環(huán)節(jié),其作用是通過(guò)現(xiàn)代化的測(cè)量元件(如脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁尺和激光測(cè)量?jī)x等),將執(zhí)行元件或工作臺(tái)等的實(shí)際速度和位移檢測(cè)出來(lái),反饋給伺服驅(qū)動(dòng)裝置或數(shù)控裝置,補(bǔ)償進(jìn)給速度或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差,以達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)精度的目的。測(cè)量裝置檢測(cè)信號(hào)反饋的位置,取決于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。伺服內(nèi)裝式脈沖編碼器、測(cè)速機(jī)以及直線光柵等都是較常用的檢測(cè)部件。
先進(jìn)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置采用了數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)(簡(jiǎn)稱數(shù)字伺服),伺服驅(qū)動(dòng)裝置和數(shù)控裝置之間采用了總線連接的,反饋信號(hào)在大多數(shù)場(chǎng)合都是與伺服驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行連接的,并通過(guò)總線傳送到數(shù)控裝置。只有在少數(shù)場(chǎng)合或采用模擬量控制的伺服驅(qū)動(dòng)裝置(簡(jiǎn)稱模擬伺服)時(shí),反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進(jìn)行連接。
(5)輔助控制機(jī)構(gòu)。輔助控制機(jī)構(gòu)是指介于數(shù)控裝置與機(jī)床機(jī)械部件、液壓部件之間的控制部件。其主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和啟停指令,刀具選擇交換指令,冷卻、潤(rùn)滑裝置的啟停指令,工件和機(jī)床部件的松開、夾緊指令,工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等輔助指令信號(hào),以及機(jī)床上檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài)等信號(hào),經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行元件,帶動(dòng)機(jī)床機(jī)械部件、液壓氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的動(dòng)作。它通常由PLC和強(qiáng)電控制回路構(gòu)成,PLC在結(jié)構(gòu)上可以與CNC—體化(內(nèi)置式PLC),也可以相對(duì)獨(dú)立(外置式PLC)。
(6)機(jī)床本體。機(jī)床本體就是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)件,它由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、床身、工作臺(tái),以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓/氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻裝置、排屑、防護(hù)系統(tǒng)等部分組成。為了滿足數(shù)控技術(shù)的要求,充分發(fā)揮機(jī)床性能,數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比,機(jī)床本體在總體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、刀具系統(tǒng)以及操作性能方面已發(fā)生了很大的變化。
2、數(shù)控銑床工作原理。在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上,操作者在加工零件時(shí),根據(jù)圖樣的要求,需要不斷地改變刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù),使刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工,最終加工出合格零件。
數(shù)控銑床的加工實(shí)際上應(yīng)用了“微分”原理,其工作原理與過(guò)程簡(jiǎn)述如下。
1)數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡,將軌跡按機(jī)床對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸,以最小移動(dòng)量(脈沖當(dāng)量)為單位進(jìn)行微分,并計(jì)算出各坐標(biāo)需要移動(dòng)的脈沖數(shù)。
2)通過(guò)數(shù)控裝置的“插補(bǔ)”軟件或“插補(bǔ)”運(yùn)算器,將要求的軌跡用以“最小移動(dòng)量”為單位的等效折線進(jìn)行擬合,并找出最接近理論軌跡的擬合折線。
3)數(shù)控裝置根據(jù)擬合折線的軌跡,給相應(yīng)的坐標(biāo)軸連續(xù)不斷地分配進(jìn)給脈沖,并通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)使機(jī)床坐標(biāo)軸按分配的脈沖運(yùn)動(dòng)。
由上可得出以下結(jié)論:
1)只要數(shù)控機(jī)床的最小移動(dòng)量(脈沖當(dāng)量)足夠小,所用的擬合折線就可以等效代替理論曲線。
2)只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式,就可以改變擬合折線的形狀,從而達(dá)到改變加工軌跡的目的。
3)只要改變分配脈沖的頻率,就可改變坐標(biāo)軸(刀具)的運(yùn)動(dòng)速度。
這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床控制刀具移動(dòng)軌跡的根本目的。
根據(jù)給定的數(shù)學(xué)函數(shù),在理想軌跡(輪廓)的已知點(diǎn)之間通過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化,計(jì)算并確定中間點(diǎn)的方法稱為插補(bǔ);能同時(shí)參與插補(bǔ)的坐標(biāo)軸數(shù)稱為聯(lián)動(dòng)軸數(shù)。顯然,數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多,機(jī)床加工輪廓的性能就越強(qiáng)。因此,聯(lián)動(dòng)軸數(shù)量是衡量數(shù)控機(jī)床性能的重要技術(shù)指標(biāo)。
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