簡述數控車床的結構和工作過程
2012年05月09日 16:10點擊:2834作者:默認來源:玉環現代機床廠>>進入該公司展臺
數控車床是數字程序控制車床的簡稱,它集通用性好的型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的型普通車床的特點于一身,是國內使用量zui大、覆蓋面zui廣的一種數控機床,占數控機床總數的25%左右(不包括技術改造而成的車床)。
數控車床的分類
1.數控車床的分類
數控車床的分類方法較多,但通常都以和普通車床相似的方法進行分類。
(1)按車床主軸位置分類
1)立式數控車床立式數控車床簡稱為數控車床,其車床主軸垂直于水平面,并有一個直徑很大的圓形工作臺,供裝夾工件用。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。
2)臥式數控車床臥式數控車床又分為數控水平導軌臥式車床和數控傾斜導軌臥式車床。傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性,并易于排除切屑。
(2)按加工零件的基本類型分類
1)卡盤式數控車床這類車床未設置尾座,適合車削盤類(含短軸類)零件。其夾緊方式多為電動或液動控制,卡盤結構多具有可調卡爪或不淬火(即軟卡爪)。
2)*式數控車床這類數控車床配置有普通尾座或數控尾座,適合車削較長的軸類零件及直徑不太大的盤、套類零件。
(3)按刀架數量分類
1)單刀架數控車床普通數控車床一般都配置有各種形式的單刀架,如四工位臥式自動轉位刀架或多工位轉塔式自轉位刀架。
(2)雙刀架數控車床這類車床其雙刀架的配置(即移動導軌分布)可以是平行分布,也可以是相互垂直分布,以及同軌結構。
數控車床的組成及工作原理
1.數控車床的組成
雖然數控車床種類較多,但一般均由車床主體、數控裝置和伺服系統三大部分組成。
(1)車床主體
除了基本保持普通車床傳統布局形式的部分經濟型數控車床外,目前大部分數控車床均已通過專門設計并定型生產。
1)主軸與主軸箱
a)主軸數控車床主軸的回轉精度,直接影響到零件的加工精度;其功率大小、回轉速度影響到加工的效率;其同步運行、自動變速及定向準停等要求,影響到車床的自動化程度。
b)主軸箱具有有級自動調速功能的數控車床,其主軸箱內的傳動機構已經大大簡化;具有無級自動調速(包括定向準停)的數控車床,起機械傳動變速和變向作用的機構已經不復存在了,其主軸箱也成了"軸承座"及"潤滑箱"的代名詞;對于改造式(具有手動操作和自動控制加工雙重功能)數控車床,則基本上保留其原有的主軸箱。
2)導軌
數控車床的導軌是保證進給運動準確性的重要部件。它在很大程度上影響車床的剛度、精度及低速進給時的平穩性,是影響零件加工質量的重要因素之一。除部分數控車床仍沿用傳統的滑動導軌(金屬型)外,定型生產的數控車床已較多地采用貼塑導軌。這種新型滑動導軌的摩擦系數小,其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好,潤滑條件也比較*。
3)機械傳動機構
除了部分主軸箱內的齒輪傳動等機構外,數控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎上,作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機構,而僅保留了縱、橫進給的螺旋傳動機構,并在驅動電動機至絲杠間增設了(少數車床未增設)可消除其側隙的齒輪副。
a)螺旋傳動機構數控車床中的螺旋副,是將驅動電動機所輸出的旋轉運動轉換成刀架在縱、橫方向上直線運動的運動副。構成螺旋傳動機構的部件,一般為滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副的摩擦阻力小,可消除軸向間隙及預緊,故傳動效率及精度高,運動穩定,動作靈敏。但結構較復雜,制造技術要求較高,所以成本也較高。另外,自行調整其間隙大小時,難度亦較大。
b)齒輪副。在較多數控車床的驅動機構中,其驅動電動機與進給絲杠間設置有一個簡單的齒輪箱(架)。齒輪副的主要作用是,保證車床進給運動的脈沖當量符合要求,避免絲杠可能產生的軸向竄動對驅動電動機的不利影響。
4)自動轉動刀架
除了車削中心采用隨機換刀(帶刀庫)的自動換刀裝置外,數控車床一般帶有固定刀位的自動轉位刀架,有的車床還帶有各種形式的雙刀架。
5)檢測反饋裝置
檢測反饋裝置是數控車床的重要組成部分,對加工精度、生產效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類,其中工件尺寸檢測裝置又分為機內尺寸檢測裝置和機外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少量的數控車床上配用。
6)對刀裝置
除了極少數性質的數控車床外,普通數控車床幾乎都采用了各種形式的自動轉位刀架,以進行多刀車削。這樣,每把刀的刀位點在刀架上安裝的位置,或相對于車床固定原點的位置,都需要對刀、調整和測量,并以確認,以保證零件的加工質量。
(2)數控裝置和伺服系統
數控車床與普通車床的主要區別就在于是否具有數控裝置和伺服系統這兩大部分。如果說,數控車床的檢測裝置相當于人的眼睛,那么,數控裝置相當于人的大腦,伺服系統則相當于人的雙手。這樣,就不難看出這兩大部分在數控車床中所處的重要位置了。
a)數控裝置
數控裝置的核心是計算機及其軟件,它在數控車床中起“指揮”作用:數控裝置接收由加工程序送來的各種信息,并經處理和調配后,向驅動機構發出執行命令;在執行過程中,其驅動、檢測等機構同時將有關信息反饋給數控裝置,以便經處理后發出新的執行命令。
b)伺服系統
伺服系統準確地執行數控裝置發出的命令,通過驅動電路和執行元件(如步進電機等),完成數控裝置所要求的各種位移。
2.數控車床的工作過程
(1)首先根據零件加工圖樣進行工藝分析,確定加工方案、工藝參數和位移數據。
(2)用規定的程序代碼和格式規則編寫零件加工程序單;或用自動編程軟件進行CAD/CAM工作,直接生成零件的加工程序文件。
(3)將加工程序的內容以代碼形式完整記錄在信息介質(如穿孔帶或磁帶)上。
(4)通過閱讀機把信息介質上的代碼轉變為電信號,并輸送給數控裝置。由手工編寫的程序,可以通過數控機床的操作面板輸入程序;由編程軟件生成的程序,通過計算機的串行通信接口直接傳輸到數控機床的數控單元(MCU)。
(5)數控裝置將所接受的信號進行一系列處理后,再將處理結果以脈沖信號形式向伺服系統統發出執行的命令。
(6)伺服系統接到執行的信息指令后,立即驅動車床進給機構嚴格按照指令的要求進行位移,使車床自動完成相應零件的加工。
數控車床的分類
1.數控車床的分類
數控車床的分類方法較多,但通常都以和普通車床相似的方法進行分類。
(1)按車床主軸位置分類
1)立式數控車床立式數控車床簡稱為數控車床,其車床主軸垂直于水平面,并有一個直徑很大的圓形工作臺,供裝夾工件用。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復雜零件。
2)臥式數控車床臥式數控車床又分為數控水平導軌臥式車床和數控傾斜導軌臥式車床。傾斜導軌結構可以使車床具有更大的剛性,并易于排除切屑。
(2)按加工零件的基本類型分類
1)卡盤式數控車床這類車床未設置尾座,適合車削盤類(含短軸類)零件。其夾緊方式多為電動或液動控制,卡盤結構多具有可調卡爪或不淬火(即軟卡爪)。
2)*式數控車床這類數控車床配置有普通尾座或數控尾座,適合車削較長的軸類零件及直徑不太大的盤、套類零件。
(3)按刀架數量分類
1)單刀架數控車床普通數控車床一般都配置有各種形式的單刀架,如四工位臥式自動轉位刀架或多工位轉塔式自轉位刀架。
(2)雙刀架數控車床這類車床其雙刀架的配置(即移動導軌分布)可以是平行分布,也可以是相互垂直分布,以及同軌結構。
數控車床的組成及工作原理
1.數控車床的組成
雖然數控車床種類較多,但一般均由車床主體、數控裝置和伺服系統三大部分組成。
(1)車床主體
除了基本保持普通車床傳統布局形式的部分經濟型數控車床外,目前大部分數控車床均已通過專門設計并定型生產。
1)主軸與主軸箱
a)主軸數控車床主軸的回轉精度,直接影響到零件的加工精度;其功率大小、回轉速度影響到加工的效率;其同步運行、自動變速及定向準停等要求,影響到車床的自動化程度。
b)主軸箱具有有級自動調速功能的數控車床,其主軸箱內的傳動機構已經大大簡化;具有無級自動調速(包括定向準停)的數控車床,起機械傳動變速和變向作用的機構已經不復存在了,其主軸箱也成了"軸承座"及"潤滑箱"的代名詞;對于改造式(具有手動操作和自動控制加工雙重功能)數控車床,則基本上保留其原有的主軸箱。
2)導軌
數控車床的導軌是保證進給運動準確性的重要部件。它在很大程度上影響車床的剛度、精度及低速進給時的平穩性,是影響零件加工質量的重要因素之一。除部分數控車床仍沿用傳統的滑動導軌(金屬型)外,定型生產的數控車床已較多地采用貼塑導軌。這種新型滑動導軌的摩擦系數小,其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好,潤滑條件也比較*。
3)機械傳動機構
除了部分主軸箱內的齒輪傳動等機構外,數控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎上,作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機構,而僅保留了縱、橫進給的螺旋傳動機構,并在驅動電動機至絲杠間增設了(少數車床未增設)可消除其側隙的齒輪副。
a)螺旋傳動機構數控車床中的螺旋副,是將驅動電動機所輸出的旋轉運動轉換成刀架在縱、橫方向上直線運動的運動副。構成螺旋傳動機構的部件,一般為滾珠絲杠副。
滾珠絲杠副的摩擦阻力小,可消除軸向間隙及預緊,故傳動效率及精度高,運動穩定,動作靈敏。但結構較復雜,制造技術要求較高,所以成本也較高。另外,自行調整其間隙大小時,難度亦較大。
b)齒輪副。在較多數控車床的驅動機構中,其驅動電動機與進給絲杠間設置有一個簡單的齒輪箱(架)。齒輪副的主要作用是,保證車床進給運動的脈沖當量符合要求,避免絲杠可能產生的軸向竄動對驅動電動機的不利影響。
4)自動轉動刀架
除了車削中心采用隨機換刀(帶刀庫)的自動換刀裝置外,數控車床一般帶有固定刀位的自動轉位刀架,有的車床還帶有各種形式的雙刀架。
5)檢測反饋裝置
檢測反饋裝置是數控車床的重要組成部分,對加工精度、生產效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類,其中工件尺寸檢測裝置又分為機內尺寸檢測裝置和機外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少量的數控車床上配用。
6)對刀裝置
除了極少數性質的數控車床外,普通數控車床幾乎都采用了各種形式的自動轉位刀架,以進行多刀車削。這樣,每把刀的刀位點在刀架上安裝的位置,或相對于車床固定原點的位置,都需要對刀、調整和測量,并以確認,以保證零件的加工質量。
(2)數控裝置和伺服系統
數控車床與普通車床的主要區別就在于是否具有數控裝置和伺服系統這兩大部分。如果說,數控車床的檢測裝置相當于人的眼睛,那么,數控裝置相當于人的大腦,伺服系統則相當于人的雙手。這樣,就不難看出這兩大部分在數控車床中所處的重要位置了。
a)數控裝置
數控裝置的核心是計算機及其軟件,它在數控車床中起“指揮”作用:數控裝置接收由加工程序送來的各種信息,并經處理和調配后,向驅動機構發出執行命令;在執行過程中,其驅動、檢測等機構同時將有關信息反饋給數控裝置,以便經處理后發出新的執行命令。
b)伺服系統
伺服系統準確地執行數控裝置發出的命令,通過驅動電路和執行元件(如步進電機等),完成數控裝置所要求的各種位移。
2.數控車床的工作過程
(1)首先根據零件加工圖樣進行工藝分析,確定加工方案、工藝參數和位移數據。
(2)用規定的程序代碼和格式規則編寫零件加工程序單;或用自動編程軟件進行CAD/CAM工作,直接生成零件的加工程序文件。
(3)將加工程序的內容以代碼形式完整記錄在信息介質(如穿孔帶或磁帶)上。
(4)通過閱讀機把信息介質上的代碼轉變為電信號,并輸送給數控裝置。由手工編寫的程序,可以通過數控機床的操作面板輸入程序;由編程軟件生成的程序,通過計算機的串行通信接口直接傳輸到數控機床的數控單元(MCU)。
(5)數控裝置將所接受的信號進行一系列處理后,再將處理結果以脈沖信號形式向伺服系統統發出執行的命令。
(6)伺服系統接到執行的信息指令后,立即驅動車床進給機構嚴格按照指令的要求進行位移,使車床自動完成相應零件的加工。
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