數控車(chē)床加工特點(diǎn)
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[導讀:]數控機床品種已經(jīng)基本齊全,規格繁多,據不完全統計已有400多個(gè)品種規格。數控車(chē)床加工特點(diǎn)可以按照多種原則來(lái)進(jìn)行分類(lèi),分為以下幾點(diǎn):一、數控機床的運動(dòng)軌跡分類(lèi)1、點(diǎn)位控制數控機床。 這類(lèi)機床的數控裝置只能控制機床移動(dòng)部件從一個(gè)位置 ( 點(diǎn) ) 精確地移動(dòng)到另一個(gè)位..
數控機床品種已經(jīng)基本齊全,規格繁多,據不完全統計已有400多個(gè)品種規格。數控車(chē)床加工特點(diǎn)可以按照多種原則來(lái)進(jìn)行分類(lèi),分為以下幾點(diǎn):
一、數控機床的運動(dòng)軌跡分類(lèi)
1、點(diǎn)位控制數控機床。 這類(lèi)機床的數控裝置只能控制機床移動(dòng)部件從一個(gè)位置 ( 點(diǎn) ) 精確地移動(dòng)到另一個(gè)位置 ( 點(diǎn) ) ,即僅控制行程終點(diǎn)的坐標值,在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行任何切削加工,至于兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度及路線(xiàn)則取決于生產(chǎn)率。為了在精確定位的基礎上有盡可能高的生產(chǎn)率,所以?xún)上嚓P(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)先是以快速移動(dòng)到接近新的位置,然后降速 1-3 級,使之慢速趨近定位點(diǎn),以保證其定位精度。
這類(lèi)機床主要 數控坐標鏜床、數控鉆床、數控沖床和數控測量機等,其相應的數控裝置稱(chēng)之為點(diǎn)位控制裝置。
2、點(diǎn)位直線(xiàn)控制數控機床。 這類(lèi)機床工作時(shí),不僅要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的位置 (即距離),還要控制兩相關(guān)點(diǎn)之間的移動(dòng)速度和路線(xiàn)(即軌跡)。其路線(xiàn)一般都由和各軸線(xiàn)平行的直線(xiàn)段組成。它和點(diǎn)位控制數控機床的區別在于:當機床的移動(dòng)部件移動(dòng)時(shí),可以沿一個(gè)坐標軸的方向(一般地也可以沿45°斜線(xiàn)進(jìn)行切削,但不能沿任意斜率的直線(xiàn)切削)進(jìn)行切削加工,而且其輔助功能比點(diǎn)位控制的數控機床多,例如,要增加主軸轉速控制、循環(huán)進(jìn)給加工、刀具選擇等功能。
這類(lèi)機床主要有簡(jiǎn)易數控車(chē)床、數控鏜銑床和數控加工中心等。相應的數控裝置稱(chēng)之為點(diǎn)位直線(xiàn)控制裝置。
3、輪廓控制數控機床。這類(lèi)機床的控制裝置能夠同時(shí)對兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標軸進(jìn)行連續控制。加工時(shí)不僅要控制起點(diǎn)和終點(diǎn),還要控制整個(gè)加工過(guò)程中每點(diǎn)的速度和位置,使機床加工出符合圖紙要求的復雜形狀的零件。它的輔助功能亦比較齊全。
這類(lèi)機床主要有數控車(chē)床、數控銑床、數控磨床和電加工機床等。其相應的數控裝置稱(chēng)之為輪廓控制裝置(或連續控制裝置) 。
二、按伺服系統的控制方式分類(lèi)
1、開(kāi)環(huán)控制數控機床。在開(kāi)環(huán)控制中,機床沒(méi)有檢測反饋裝置。
數控裝置發(fā)出信號的流程是單向的,所以不存在系統穩定性問(wèn)題。也正是由于信號的單向流程,它對機床移動(dòng)部件的實(shí)際位置不作檢驗,所以機床加工精度不高,其精度主要取決于伺服系統的性能。 工作過(guò)程是: 輸入的數據經(jīng)過(guò)數控裝置運算分配出指令脈沖,通過(guò)伺服機構(伺服元件常為步進(jìn)電機)使被控工作臺移動(dòng)。
這種機床工作比較穩定、反應迅速、調試方便、維修簡(jiǎn)單,但其控制精度受到限制。 它適用于一般要求的中、小型數控機床。
2、閉環(huán)控制數控機床。由于開(kāi)環(huán)控制精度達不到精密機床和大型機床的要求,所以必須檢測它的實(shí)際工作位置,為此,在開(kāi)環(huán)控制數控機床上增加檢測反饋裝置,在加工中時(shí)刻檢測機床移動(dòng)部件的位置,使之和數控裝置所要求的位置相符合,以期達到很高的加工精度。
閉環(huán)控制系統框圖如圖3所示。 圖中A為速度測量元件, C為位置測量元件。當指令值發(fā)送到位置比較電路時(shí),此時(shí)若工作臺沒(méi)有移動(dòng),則沒(méi)有反饋量,指令值使得伺服電機轉動(dòng),通過(guò)A將速度反饋信號送到速度控制電路,通過(guò)C將工作臺實(shí)際位移量反饋回去,在位置比較電路中與指令值進(jìn)行比較,用比較的差值進(jìn)行控制,直至差值消除時(shí)為止,最終實(shí)現工作臺的精確定位。這類(lèi)機床的優(yōu)點(diǎn)是精度高、速度快,但是調試和維修比較復雜。其關(guān)鍵是系統的穩定性,所以在設計時(shí)必須對穩定性給予足夠的重視 。
3、 可以通用。因而靈活性和適應性強,也便于批量生產(chǎn),模塊化的軟、硬件,提高了系統的質(zhì)量和可靠性。所以,現代數控機床都采用CNC 裝置。 半閉環(huán)控制數控機床。這種控制方式對工作臺的實(shí)際位置不進(jìn)行檢查測量,而是通過(guò)與伺服電機有聯(lián)系的測量元件,如測速發(fā)電機 A 和光電編碼盤(pán) B( 或旋轉變壓器 ) 等間接檢測出伺服電機的轉角,推算出工作臺的實(shí)際位移量,圖4半閉環(huán)控制系統框圖用此值與指令值進(jìn)行比較,用差值來(lái)實(shí)現控制 。由于工作臺沒(méi)有完全包括在控制回路內,因而稱(chēng)之為半閉環(huán)控制。這種控制方式介于開(kāi)環(huán)與閉環(huán)之間,精度沒(méi)有閉環(huán)高,調試卻比閉環(huán)方便。
4、 開(kāi)環(huán)補償型數控機床。將上述三種控制方式的特點(diǎn)有選擇地集中起來(lái),可以組成混合控制的方案。這在大型數控機床中是人們多年研究的題目,現在已成為現實(shí)。因為,大型數控機床,需要高得多的進(jìn)給速度和返回速度,又需要相當高的精度。如果只采用全閉環(huán)的控制,機床傳動(dòng)鏈和工作臺全部置于控制環(huán)節中,因素十分復雜,盡管安裝調試多經(jīng)周折,仍然困難重重。為了避開(kāi)這些矛盾,可以采用混合控制方式。在具體方案中它又可分為兩種形式:一是開(kāi)環(huán)補償型;一是半閉環(huán)補償型。這里僅將開(kāi)環(huán)補償型控制數控機床加以介紹。
它的特點(diǎn)是:基本控制選用步進(jìn)電機的開(kāi)環(huán)控制伺服機構,附加一個(gè)校正伺服電路。通過(guò)裝在工作臺上的直線(xiàn)位移測量元件的反饋信號來(lái)校正機械系統的誤差。
三、按工藝用途分類(lèi)
1、一般數控機床。這類(lèi)機床和傳統的通用機床種類(lèi)一樣,有數控的車(chē)、銑、 鏜、鉆、磨床等等, 而且每一種又有很多品種,例如數控銑床中就有立銑、臥銑、工具銑、龍門(mén)銑等。這類(lèi)機床的工藝可能性和通用機床相似,所不同的是它能加工復雜形狀的零件。
2、數控加工中心機床。這類(lèi)機床是在一般數控機床的基礎上發(fā)展起來(lái)的。它是在一般數控機床上加裝一個(gè)刀庫(可容納10-100多把刀具)和自動(dòng)換刀裝置而構成的一種帶自動(dòng)換刀裝置的數控機床(又稱(chēng)多工序數控機床或鏜銑類(lèi)加工中心,習慣上簡(jiǎn)稱(chēng)為加工中心——MachiningCenter),這使數控機床更進(jìn)一步地向自動(dòng)化和高效化方向發(fā)展 。
數控加工中心機床和一般數控機床的區別是:工件經(jīng)一次裝夾后,數控裝置就能控制機床自動(dòng)地更換刀具,連續地對工件各加工面自動(dòng)地完成銑 ( 車(chē) ) 、鏜、鉆、鉸及攻絲等多工序加工。這類(lèi)機床大多是以鏜銑為主的,主要用來(lái)加工箱體零件。它和一般的數控機床相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
?、?減少機床臺數, 便于管理,對于多工序的零件只要一臺機床就能完成全部加工,并可以減少半成品的庫存量;
?、?由于工件只要一次裝夾,因此減少了由于多次安裝造成的定位誤差,可以依靠機床精度來(lái)保證加工質(zhì)量;
?、?工序集中,減少了輔助時(shí)間,提高了生產(chǎn)率;
?、?由于零件在一臺機床上一次裝夾就能完成多道工序加工,所以大大減少了專(zhuān)用工夾具的數量,進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)準備時(shí)間。
由于數控加工中心機床的優(yōu)點(diǎn)很多,深受用戶(hù)歡迎,因此在數控機床生產(chǎn)中占有很重要的地位。
另外還有一類(lèi)加工中心,是在車(chē)床基礎上發(fā)展起來(lái)的,以軸類(lèi)零件為主要加工對象。除可進(jìn)行車(chē)削、鏜削外,還可以進(jìn)行端面和周面上任意部位的鉆削、銑削和攻絲加工。這類(lèi)加工中心也設有刀庫,可安裝4-12把刀具,習慣上稱(chēng)此類(lèi)機床為車(chē)削中心(TC:Turning Center) 。
3、多坐標數控機床。有些復雜形狀的零件,用三坐標的數控機床還是無(wú)法加工,如螺旋槳、飛機曲面零件的加工等,需要三個(gè)以上坐標的合成運動(dòng)才能加工出所需形狀。于是出現了多坐標的數控機床,其特點(diǎn)是數控裝置控制的軸數較多,機床結構也比較復雜,其坐標軸數通常取決于加工零件的工藝要求?,F在常用的是 4,5,6坐標的數控機床。圖1為五軸聯(lián)動(dòng)的數控加工示意圖。這時(shí),x,y,z 三個(gè)坐標與轉臺的回轉、刀具的擺動(dòng)可以同時(shí)聯(lián)動(dòng),以加工機翼等類(lèi)零件。
四、按數控裝置分類(lèi)
數控機床若按其實(shí)現數控邏輯功能控制的數控裝置來(lái)分,有硬線(xiàn)(件)數控和軟線(xiàn)(件)數控兩種。
1、硬線(xiàn)數控(稱(chēng)普通數控,即NC)。這類(lèi)數控系統的輸入、插補運算、控制等功能均由集成電路或分立元件等器件實(shí)現。一般來(lái)說(shuō),數控機床不同,其控制電路也不同,因此系統的通用性較差,因其全部由硬件組成,所以功能和靈活性也較差。這類(lèi)系統在 70 年代以前應用得比較廣泛。
2、軟線(xiàn)數控(又稱(chēng)計算機數控或微機數控,即CNC 或MNC)。 這類(lèi)系統利用中、大規模及超大規模集成電路組成 CNC 裝置,或用微機與專(zhuān)用集成芯片組成,其主要的數控功能幾乎全由軟件來(lái)實(shí)現,對于不同的數控機床,只須編制不同的軟件就可以實(shí)現, 而硬件幾乎可以通用。因而靈活性和適應性強,也便于批量生產(chǎn),模塊化的軟、硬件,提高了系統的質(zhì)量和可靠性。所以,現代數控機床都采用 CNC 裝置。
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