企業(yè)動態(tài)2024-12-27
數(shù)控技術(shù)是什么
1、什么是機(jī)床的數(shù)字控制
機(jī)床依靠各個部件的相對運(yùn)動實現(xiàn)各種零件的加工。在普通機(jī)床上按手動和機(jī)動兩種方式進(jìn)行控制：手動靠手工搖動手把帶動機(jī)床部件進(jìn)行運(yùn)動和停止；機(jī)動時，用按鈕接通動力源(電動機(jī))經(jīng)機(jī)械傳動系統(tǒng)使機(jī)床部件運(yùn)動，運(yùn)動的停止也是靠按鈕或行程開關(guān)碰到檔鐵后切斷電路而實現(xiàn)。數(shù)字控制機(jī)床則是以數(shù)字指令方式控制機(jī)床各部件的相對運(yùn)動和動作。例如：要求機(jī)床執(zhí)行如下一條指令程序段：
N003 G90 G01 X+325.927 Y+279.346Z-429.732 S1000 T02 F500 M07;
其含義為：第三個程序段，用2號刀具加工一條空間直線段，起點為坐標(biāo)原點或上一程序段指令點，終點為程序段中給定的點(+325.927，+279.346,-429.732)。坐標(biāo)值的計算以坐標(biāo)原點為基準(zhǔn)。還指明機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min，進(jìn)給部件的運(yùn)動速度為500mm/min，且需將冷卻液打開。從上面的程序段可以看出，它由數(shù)字0—9，文字X、Y、Z、S、T、F、M…、符號“+”“-”“.”等組成，而這些都要轉(zhuǎn)換成“二進(jìn)制”數(shù)字代碼輸入機(jī)床的數(shù)字控制裝置〔即控制機(jī)床的專用計算機(jī))中去，經(jīng)過計算機(jī)的計算處理、伺服控制、驅(qū)動機(jī)床各部件運(yùn)動，完成上述空間直線段的加工，由于指令運(yùn)動過程是以”二進(jìn)制”“數(shù)字”代碼進(jìn)行的，所以稱這種控制為數(shù)字控制(Numerical Control縮寫為NC)；數(shù)字控制是與機(jī)床控制密切結(jié)合而發(fā)展起來的，因此，人們習(xí)慣把“機(jī)床數(shù)控”簡稱為“數(shù)控”或“NC“，用這種控制技術(shù)控制的機(jī)床就稱為“數(shù)控機(jī)床”(Numerrically Controiied Machine Tool)或“Nc機(jī)床”。數(shù)控裝置和伺服控制部分統(tǒng)稱為“數(shù)控系統(tǒng)”。機(jī)床的數(shù)字控制是近代發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信息實現(xiàn)機(jī)床控制一種方法。
2、機(jī)床數(shù)字控制的原理
數(shù)控機(jī)床的加工，首先要將被加工零件圖紙上的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序，然后將加工程序輸入數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、分配，使各坐標(biāo)移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動，完成零件的加工。
在鉆削、鏜削或攻螺紋等加工(常稱為點位控制Poid to point Control)中，是在一定時間內(nèi)，使刀具中心從P點移動到Q點(圖1.1a)，即刀具在X、y軸移動以最小單位量計算的程序給定距離，它們的合成量為P點和Q點間的距離。但是，對刀具軌跡沒有嚴(yán)格的限制，可先使刀具在X鈾上由P點移動到R點，然后再沿Y軸從R點移動到Q點：也可以兩個坐標(biāo)以相同的速度．使刀具移動到K點，再沿X軸移動到Q點，這樣的點位控制,是要嚴(yán)格控制點到點之間的距離，而與所走的路徑無關(guān)。因為這種距離通常都用最小的位移(0.001mm)表示，而且要準(zhǔn)確地停在到達(dá)點處(誤差以0.001mm計算)，所以這種要求實際上是很高的。
在輪廓加工控制(Contouring Control)中，包括加工平面曲線和空間曲線兩種情況。對于平面(兩維)的任意曲線L，要求刀具T沿曲線軌跡運(yùn)動．進(jìn)行切削加工,如圖1.1b所示，將曲線L分割成：L0、L1、L2...Li等線段。用直線(或圓弧)代替(逼近)這些線段，當(dāng)逼近誤差δ相當(dāng)小時，這些折線段之和就接近了曲線。由數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置進(jìn)行計算、分配，通過兩個坐標(biāo)軸最小單位量的單位運(yùn)動(△x、△y)的合成，不斷連續(xù)地控制刀具運(yùn)動，不偏離地走出直線(或圓弧)，從而非常逼真地加工出平面曲線：對于空間(三維)曲線(如圖1.1c)中的f(x,y,z),同樣可用一段一段的折線(△Li)去逼近它，只不過這時△Li的單位運(yùn)動分量不僅是△x和△y,還有一個△z。
這種在允許的誤差范圍內(nèi)，用沿曲線(精確地說，是沿逼近函數(shù))的最小單位移動量合成的分段運(yùn)動代替任意曲線運(yùn)動，以得出所需要的運(yùn)動，是數(shù)字控制的基本構(gòu)思之一。輪廓控制也稱連續(xù)軌跡控制(Continuous Path Control)，它的特點是不僅對坐標(biāo)的移動量進(jìn)行控制，而且對各坐標(biāo)的速度及它們之間的比率都要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以便加工出給定的軌跡。
通常把數(shù)控機(jī)床上刀具運(yùn)動軌跡是直線的加工．稱為直線插補(bǔ)；刀具運(yùn)動軌跡是圓弧的加工,稱為圓弧插補(bǔ)。插補(bǔ)(Interpolation)是指在被加工軌跡的起點和終點之間，插進(jìn)許多中間點，進(jìn)行數(shù)據(jù)點的密化工作，然后用已知線型(如直線、圓弧等)逼近。一般的數(shù)控系統(tǒng)都具有直線、圓弧插補(bǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的廠家，逐漸推出了具有拋物線插補(bǔ)，螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、樣條曲線插補(bǔ)、曲面直接插等豐富功能的數(shù)控系統(tǒng)，以滿足用戶的不同需要。
機(jī)床的數(shù)字控制是由數(shù)控系統(tǒng)完成的。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置，伺服驅(qū)動裝置、可編程控制器和檢測裝置等。數(shù)控裝置能接收零件圖紙加工要求的信息，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，實時地向各坐標(biāo)軸發(fā)出速度控制指令。伺服驅(qū)動裝置能快速響應(yīng)數(shù)控裝置發(fā)出的指令，驅(qū)動機(jī)床各坐標(biāo)袖運(yùn)動，同時能提供足夠的功率和扭矩。伺服控制按其工作原理可分兩種控制方式：關(guān)斷控制和調(diào)節(jié)控制。關(guān)斷控制是將指令值與實測值在關(guān)斷電路的比較器中進(jìn)行比較，相等后發(fā)出信號，控制結(jié)束。這種方式用于點位控制。調(diào)節(jié)控制是數(shù)控裝置發(fā)出運(yùn)動的指令信號，伺服驅(qū)動裝置快速響應(yīng)跟蹤指令信號。檢測裝置將坐標(biāo)位移的實際值檢測出來，反饋給數(shù)控裝置的調(diào)節(jié)電路中的比較器，有差值就發(fā)出運(yùn)動控制信號，從而實現(xiàn)偏差控制；不斷比較指令值與反饋的實際值、不斷發(fā)出信號，直到差值為零，運(yùn)動結(jié)束：這種方式適用于連續(xù)軌跡控制。
在數(shù)控機(jī)床上除了上述軌跡控制和點位控制外，還有許多動作，如：主軸的啟停、刀具更換、冷卻液開關(guān)、電磁鐵的吸合、電磁閥啟閉、離合器的開合、各種運(yùn)動的互鎖、連鎖，運(yùn)動行程的限位、急停、報警、進(jìn)給保持、循環(huán)啟動、程序停止、復(fù)位等等。這些都屬于開關(guān)量控制，一般由可編程控制器(Programmable controller簡稱PC，也稱為可編程邏輯控制器PLC，又稱為可編程機(jī)床控制器PMC，下文均稱為PLC)來完成，開關(guān)量僅有“0”和“1”兩種狀態(tài)，顯然可以很方便地融人機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)對機(jī)床各種運(yùn)動協(xié)調(diào)的數(shù)字控制。
3、數(shù)控機(jī)床的組成及特點
數(shù)控機(jī)床的組成
圖1.2是一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床的組成圖，它是由X、Y、Z三個坐標(biāo)來實現(xiàn)刀具和工件間的相對運(yùn)動的立式數(shù)控銑床。從圖中可以看出包括信息輸入，運(yùn)算控制（數(shù)控裝置），伺服驅(qū)動及檢測反饋，機(jī)床本體，機(jī)電接口等部分。
(1)信息輸入
這一部分是數(shù)控機(jī)床的信息輸入通道．加工零件的程序和各種參數(shù)、數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送進(jìn)計算機(jī)系統(tǒng)(數(shù)控裝置)。早期的輸入方式為穿孔紙帶，磁帶。目前較多采用磁盤；在生產(chǎn)現(xiàn)場，特別是一些簡單的零件程序都采用按鍵、配合顯示器(CRT)的手動數(shù)據(jù)輸入(MDI)方式；手搖脈沖發(fā)生器輸入多用于調(diào)整機(jī)床和對刀時使用；通過通訊接口，可由上位機(jī)輸入。
(2)數(shù)控裝置
數(shù)控裝置是由中央處理單元(CPU)、存儲器、總線和相應(yīng)的軟件構(gòu)成的專用計算機(jī)，它接收到輸入信息后，經(jīng)過譯碼、軌跡計算(速度計算)、插補(bǔ)運(yùn)算和補(bǔ)償計算．再給各個坐標(biāo)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)分配速度、位移指令。這一部分是數(shù)控機(jī)床的核心。整個數(shù)控機(jī)床的功能強(qiáng)弱主要由這一部分決定。它具備的主要功能如下：
1)多軸聯(lián)動、多坐標(biāo)控制。
2)實現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)(直線、圓弧、拋物線、螺旋線、極坐標(biāo)、樣條等)。
3)多種程序輸入功能(人機(jī)對話、手動數(shù)據(jù)輸入、由上級計算機(jī)及其它輸入設(shè)備的程序輸入)，以及編輯和修改功能。
4)信息轉(zhuǎn)換功能：包括EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換，公制／英制轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、絕對值／增量值轉(zhuǎn)換等。
5)補(bǔ)償功能：刀具半徑補(bǔ)償、刀具長度補(bǔ)償、傳動間隙補(bǔ)償、螺距誤羌補(bǔ)償?shù)取?/font>
6)多種加工方式選擇?？梢詫崿F(xiàn)各種加工循環(huán)，重復(fù)加工，凹凸模加工和鏡象加工等。
7)具有故障白診斷功能。
8)顯示功能。用CRT可以顯示字符、軌跡、平面圖形和動態(tài)三維圖形。
9)通訊和聯(lián)網(wǎng)功能。
(3)伺服驅(qū)動裝置及檢測反饋裝置
伺服驅(qū)動裝置又稱為伺服系統(tǒng)．它接受計算機(jī)運(yùn)算處理后分配來的信號。該信號經(jīng)過調(diào)解、轉(zhuǎn)換、放大以后去驅(qū)動伺服電機(jī)，帶動機(jī)床的執(zhí)行部件運(yùn)動。數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動裝置分為主軸驅(qū)動單元(主要是速度控制)、進(jìn)給驅(qū)動單元(包括速度控制和位置控制)、回轉(zhuǎn)工作臺和刀庫伺服控制裝置以及它們相應(yīng)的伺服電機(jī)等。伺服系統(tǒng)分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，而交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng)；以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的伺服系統(tǒng)在某些具體場合仍可采用；直線電機(jī)系統(tǒng)是適應(yīng)高速、高精度的一種伺服機(jī)構(gòu)。在伺服系統(tǒng)中還包括安裝在伺服電機(jī)上(或機(jī)床的執(zhí)行部件上)的速度，位移撿測元件及相應(yīng)電路．該部分能及時將信息反饋回來，構(gòu)成閉環(huán)控制(交流數(shù)字閉環(huán)控制中還包括電流檢測反饋)。常用檢測裝置有測速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、感應(yīng)同步器、光柵、磁性檢測元件、霍耳檢測元件等組成的系統(tǒng)。一艙來說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，要求具有很好的快速響應(yīng)性能，以及能夠靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤指令的功能。所以，伺服驅(qū)動及檢測反饋是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
(4)機(jī)床本體
機(jī)床本體也稱主機(jī)，它包括機(jī)床的主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，如底座、立柱、滑鞍、工作臺(刀架)、導(dǎo)軌等。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床不同，它的主運(yùn)動，各個坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動都由單獨的伺服電機(jī)(無級變速)驅(qū)動，所以它的傳動鏈短、結(jié)構(gòu)比較簡單。普通機(jī)床上各個傳動鏈之間有復(fù)雜的齒輪聯(lián)系，在數(shù)控機(jī)床上改由計算機(jī)來協(xié)調(diào)控制各個坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動關(guān)系：為了保證數(shù)控機(jī)床的快速響應(yīng)持性，在數(shù)控機(jī)床上普遍采用精密滾珠絲杠和直線滾動導(dǎo)軌副。為了保證數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率和高自動化加工，機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的動態(tài)特性、動態(tài)剛度、阻尼精度、耐磨性以及抗熱變形性能。在加工中心上還具備有刀庫和自動交換刀具的機(jī)械手。同時還有一些良好的配套設(shè)施．如冷卻、自動排屑、防護(hù)、可靠的潤滑、程編機(jī)和對刀儀等，以利于充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。
(5)機(jī)電接口
機(jī)床上除了點位、軌跡控制采用數(shù)字控制外，還有許多其它的控制，如主軸的啟停，刀具的更換，工件的夾緊松開，各種輔助交流電動機(jī)的啟停，電磁鐵的吸合、釋放，離合器的開、合，電磁閥的打開與關(guān)閉等。它們的動力來源是由電源變壓器．控制變壓器，各種斷路器，保護(hù)開關(guān)，接觸器，勸率斷路器及熔斷器等組成的強(qiáng)電線路提供的，而這種強(qiáng)電線路是不能與低壓下工作的控制電路或弱電線路直接連接，只能通過斷路器，熱動開關(guān)，中間繼電器等轉(zhuǎn)換成直流低壓下工作的觸點的開、合(關(guān))工作，成為繼電器邏輯電路或PLC可接收的信號。其它還有為了保證人身和設(shè)備安全、或者為了操作、為了兼容性所必須的：如“急?！?、“進(jìn)給保持”、“循環(huán)啟動”、“NC準(zhǔn)備好”、“行程限位”、“JOG命令(手動連續(xù)進(jìn)給)”、“NC報警”、“程序停止”、“復(fù)位”、“M信號”、“s信號”“T信號”等等信號也需由PLC來傳送。這些動作都按機(jī)床工作的邏輯順序由PLC來完成。PLC控制的雖是動作先后邏輯順序，但它處理的是數(shù)字信息“O”和“1”，不管是由PLC本身帶“CPU“、還是由數(shù)控裝置內(nèi)的CPU來處理這些信息，數(shù)控機(jī)床的計算機(jī)都能將數(shù)字控制信息和開關(guān)量控制信息很好地協(xié)調(diào)起來，實現(xiàn)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。
以上這些都是屬于數(shù)控裝置和機(jī)床之間的接口問題，統(tǒng)稱為機(jī)電接口。解決這些問題，首先要知道機(jī)床上有哪些動作，其次是這些動作的先后順序，以及它們之間的邏輯(聯(lián)鎖．互鎖等)關(guān)系等。
數(shù)控機(jī)床的特點
近代，在汽車拖拉機(jī)及輕工業(yè)消費(fèi)品等大批量生產(chǎn)方面，采用大量的組合機(jī)床自動線，流水線；在標(biāo)準(zhǔn)件等大量生產(chǎn)中，采用了凸輪控制的專用機(jī)床和自動機(jī)床。這些適合于大批量生產(chǎn)的生產(chǎn)線．其建造和調(diào)試很困難，過程很長。一旦需要更換產(chǎn)品，則整個工藝過程全變了。即原來所有的設(shè)備將被拋棄．另外制造或購置新的設(shè)備，重新安裝和調(diào)試生產(chǎn)線，資金的投人和時間投入將會很大。人們把這種生產(chǎn)模式稱為剛性自動化。
現(xiàn)代，出于產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品更新加快的要求，解決單件、小批量生產(chǎn)自動化的問題便迫在眉睫。在航空、宇航、造船、電子、軍工、模具等工業(yè)對解決形狀復(fù)朵零件的高精度加工要求越來越高。剛性自動化很難滿足這些領(lǐng)域的要求，而以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的柔性加工和柔性自動化便應(yīng)運(yùn)而生的發(fā)展起來。
數(shù)控機(jī)床是一種新型的自動化機(jī)床．它具有廣泛的通用性和很高的自動化程度。數(shù)控機(jī)床是實現(xiàn)柔性自動化的關(guān)鍵設(shè)備，是柔性自動生產(chǎn)線的基本單元。數(shù)控機(jī)床在如下一些零件的加工中，更能顯示出它的優(yōu)越性，它們是：①小批量而又輪番生產(chǎn)的零件；⑦幾何形狀復(fù)雜的零件；③在加工過程中必須進(jìn)行多種工序加工的零件；④切削余量大的零件；⑤必須嚴(yán)格控制公差(即公差帶范圍很小)的零件；⑧工藝設(shè)計會經(jīng)常變化的零件；⑦加工過程中的錯誤會造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件；⑧需全部檢測的零件，等等。
4、數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢
(1)數(shù)控機(jī)床有廣泛的適應(yīng)性和較大的靈活性，它能夠加工普通機(jī)床難以完成，或者根本不能加工的、復(fù)雜型面的零件。所以數(shù)控機(jī)床首先在航空、航天領(lǐng)域獲得應(yīng)用；在復(fù)雜形面的模具加工中，在蝸輪葉片和螺旋槳葉片的加工中也都得到了廣泛的應(yīng)用。
(2)數(shù)控機(jī)床按照預(yù)先編制的零件加工程序自動加工，加工過程不需要人工干預(yù)，故加工零件的一致性好，重復(fù)精度高，這很適合批量生產(chǎn)。由于數(shù)控機(jī)床本身的剛度好，精度高，并且精度保持性也好．這更有利于數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量的長期穩(wěn)定。此外還可利用軟件進(jìn)行精度校正和補(bǔ)償，這為獲得比機(jī)床本身精度還要高的加工精度和重復(fù)精度展示了前景。
(3)數(shù)控機(jī)床是一種高度自動化、高效率的機(jī)床，它可以采用較大的切削用量，具有自動變速、自動換刀、自動交換工件，生產(chǎn)率得以極大提高，一般為普通機(jī)床的3—4倍，甚至更高，尤其是對于某些復(fù)雜零件(如箱體)、加工量大的零件和易出差錯的印刷電路板加工等，生產(chǎn)率可提高幾十倍，且大大減輕了工人勞動強(qiáng)度。
(4)數(shù)控機(jī)床加工完這一種(或這一批)零件后，需要更換為另一種(或另一批)零件時，只需要更換新的零件加工程序，而將原來的零件加工程序保存起來．待以后使用。組合機(jī)床自動線加工零件改變時，則需要重新設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試新的組合機(jī)床及各種鉆模、鏜模夾具；自動化機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床則需要重新設(shè)計更換凸輪、靠模、樣板等工藝裝備。保存這些不用(或暫時不用的)機(jī)床、夾具比保存加工程序要復(fù)雜得多。顯然數(shù)控機(jī)床加工零件更換時，生產(chǎn)準(zhǔn)備也相對容易，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期也較短；大大節(jié)省了占用廠房的面積。所以數(shù)控機(jī)床是產(chǎn)品更新?lián)Q代頻繁時代的首選柔性設(shè)備。
(5)加工中心采用工藝復(fù)合，一機(jī)多能(如加工中心的銑、鉆、捏削功能合一；車削中心的車、銑、鉆削功能合一等)，再配上分度工作臺或數(shù)控轉(zhuǎn)臺，主軸立、臥轉(zhuǎn)換，工作臺立、臥轉(zhuǎn)換以及工作臺(或托盤)交換、刀具交換等工序高度集中措施，實現(xiàn)在一次零件定位裝夾中完成多工位、多面、多刀加工。大大節(jié)省了工序之間的運(yùn)輸、測量裝夾時間，既有利于提高加工零件的精度．節(jié)省了機(jī)床的占地面積，也極大地提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
(6)數(shù)控機(jī)床是一種高新技術(shù)設(shè)備，它不僅價格較高，而且要求操作人員有較豐富的專業(yè)知識和較高的操作、維護(hù)、保養(yǎng)技能。通過應(yīng)用數(shù)控機(jī)床可以不斷提高企業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)，促進(jìn)企業(yè)的文明生產(chǎn)、樹立企業(yè)的良好形象。
數(shù)控技術(shù)是什么由思誠資源網(wǎng)提供，你還可以了解BLUM波龍對刀儀
