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数控铣床/加工中心的组成的技术指标

时间:2017-09-18 09:26来源:未知 作者:东重数控 点击:
加工中心
(1)数控铣床/加工中心的组成
数控铣床是主要采用切削方式加工零件的数控机床,能完成各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面、平面曲线、空间曲线等复杂的加工。加工中心主要用于箱体类和复杂曲面零件的加工,能把铣削、镗削、钻铣、螺纹加工等功能集中在一台设备上。因为它具有多种换刀或选刀功能及自动工作台交换装置,因而零件在一次装夹后可自动完成零件各面的所有加工工序,大大提高了生产效率。
数控铣床/加工中心由控制介质、人机交互设备、计算机数控装置、进给伺服系统、主轴驱动系统、辅助控制装置、可编程控制器、反馈系统、自适应控制和机床本体等部分组成。

①控制介质   要对数控机床进行控制,就必须在人与数控机床之间建立某种联系,这种联系的中间媒介物质就是控制介质,又称为信息载体。在使用数控机床前,先要根据零件图样规定的尺寸、形状和技术要求,编制出零件的加工程序,将刀具相对于零件的位置和机床全部动作顺序,按照规定的格式和代码记录在信息载体上。当需要在数控机床上加工该零件时,把信息载体上存放的信息(即零件的加工程序)读入计算机控制装置。
②人机交互设备数控机床在加工运行时,通常需要操作人员对数控系统进行状态干预及对输入的加工程序进行编辑、修改和调试,数控系统也要显示数控机床运行状态等,这就要求数控机床要具有人机联系的功能。具有人机联系功能的设备统称为人机交互设备。如键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备。
③计算机数控(CNC)装置数控装置是数控机床的中枢,目前,绝大部分数控机床采用微型计算机控制,如图2-4所示。数控装置由运算器、控制器(运算器和控制器构成CPU)、存储器、输入/输出接口等组成。
输入接口接收由控制介质输入设备输入的代码信息,经过识别和译码之后送到指定存储区,作为控制与运算的原始数据。简单的加工程序可用手动数据输入方式(MDI)输入,即在键盘控制程序的控制下,操作人员直接用键盘把零件加工程序输入存储器。

④进给伺服驱动系统   伺服驱动系统的作用是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动,使工作台按规定轨迹移交或精确定位,加工出符合图样要求的零件。因为进给伺服驱动是数控装置和机床主体之间的联系环节,所以它必须把数控装置送来的微弱指令信号放大成驱动伺服电动机的大功率信号。
常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机,根据指令接受的不同,伺服驱动有脉冲式和模拟式两种。模拟式伺服驱动方式按驱动电动机的种类,可分为直流伺服驱动和交流伺服驱动。步进电动机采用脉冲驱动方式,交、直流伺服电动机采用模拟式驱动方式。
⑤主轴驱动系统    机床的主要驱动系统和进给伺服驱动系统差别很大,机床主轴的运动是旋转运动,而进给运动主要是直线运动。早期的数控机床一般采用三相感应式同步电动机配上多级变速箱作为主轴驱动的主要方式。现代数控机床提出了更高的要求,要求主轴具有很高的转速和很宽的无极调速范围;主传动电动机既能输出大的功率,又要去主轴结构简单,同时数控机床的主轴驱动系统能在主轴的正反方向实现转动和加减速。
为了使数控铣床/加工中心进行螺纹加工,就要求主轴和进给驱动实现同步控制;在加工中心上为保证换刀的正常进行,就要求主轴具有准停功能,使刀柄上的键槽能对准主轴上的端面键建,现代数控机床绝大部分采用交流何服电动机,由可编程控制器进行控制。
⑥辅助控制装置   辅助控制装置包括刀库的转位换刀,液压泵、冷却泵的控制接口电路(含有电磁换向阀、接触器等强电电器元件)等,现代数控机床通常采用可编程控制器进行控制,所以铺助装置的控制电路变得十分简单。
⑦可编程控制器   可编程控制器(PIC)的作用是对数控机床进行辅助控制,即把计算机送来的辅助控制指令转换成强电信号来控制数控机床的顺序动作、定时计数、主轴电动机的起动和停止主轴转速调整、冷却泵起停及转位换刀等动作。可编程控制器本身可以接收实时控制信息,与数控装置共同完成对数控机床的控制。
⑧反馈系统    反馈系统包括位置反馈和速度反馈,它们的作用是通过测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来,转换成电信号,并反馈到CNC装置中,使CNC能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致,并发送相应指令,纠正所产生的误差。测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上,相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛。
⑨自适应控制      数控机床工作台的位移量和速度等过程参数可在编写程序时用指令确定,但是有一些因素在编写程序时无法预测,如加工材料力学性能的变化引起的切削力、加工温度的变化等,这些随机变化的因素也会影响数控机床的加工精度和生产数率。自适应控制(AC)的目的就是把加工过程中的温度、转矩振动、摩擦、切削力等因素的变化,与最佳参数比较,若有误差则及时补偿,以提高加工精度及生产效率。目前自适应控制仅用于高效率和加工精度高的数控机床,一般数控机床很少采用。
⑩机床主体     数控机床主体由床身、立柱和工作台等组成,是数控机床的机床本体。由于数控机床是高精度和高生产效率的自动化加工机床,与普通机床相比,应具有更好的抗振性和刚度,要求相对运动面的摩擦因数小,进给传动部分之间的间隙小。所以其设计要求比通用机床更严格,加工制造要求更精密,并要采用加强刚性、减小热变形、提高精度的设计措施。

(2)主要技术指标
①尺寸参数数控机床的尺寸参数包括工作台面积(长宽),各坐标轴最大行子程,主轴套筒移动距离,主轴端面到工作台距离,工作台T形槽数、槽宽、槽间距,主轴孔锥度、直径等。这些参数主要影响加工零件的尺寸、编程范围及刀具、工件、机床之间的F涉和零件、刀具的安装。
②运动参数数控机床的运动参数包括主轴转速范围、工作台快进速度和切削进给速度范围,主要影响机床的加工性能与编程参数。数控机床的进给运动是由数控系统发出的脉冲信号控制的,数控系统每发出一个脉冲信号,数控机床的直线进给轴移动一定的距离或回转进给轴旋转一定的角度,这个距离或角度称为数控机床的实际脉冲当量。数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量的大小,机床坐标轴的移动或回转速度取决于脉冲发出的频率。普通数控机床的脉冲当量一般为0.001mm,简易数控机床的脉冲当量一般为0.0lmm,精密或超精密数控机床的脉冲当量一般为0.0001mm脉冲当量越小,数控机床的加工精度和表面质量越高。
③动力参数数控机床的动力参数包括主轴电机功率和伺服电机额定转矩,这些参数会影响到切削负荷。
④精度参数数控机床的精度参数包括定位精度、重复定位精度和分度精度(回转工作台),这些参数会影响到加工精度及一致性。定位精度是指数控机床工作台或其他运动部位,实际运动位置与指令位置的一致程度,其不一致的差量即为定位误差。引起定位误差的因素包括伺服系统、检测反馈系统、进给系统误差及运动部件导轨的几何误差等。定位误差直接影响加工零件的尺寸精度。
重复定位精度是指在相同的操作方法和条件下,完成规定操作次数过程中得到结果的一致程度。重复定位精度一般是呈正态分布的偶然性误差,它会影响批量加工零件的一致性,是一项非常重要的性能指标。一般数控机床的定位精度为±0.01mm,重复定位精度为±0.005mm。
⑤其他参数   数控机床的其他参数包括机床外形尺寸及其质量,这些参数会影响到机床安装及运输装卸。另外,加工中心还应包括刀库容量和换刀时间参数等。


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