数控机床课程重点难点解析文本Word文件下载.docx
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数控加工程序输入数控装置之后,要进行一系列的运算和控制处理,将结果以脉冲的形式送往机床的伺服系统中。
数据转换过程如图1.2所示。
图1.2数控加工中的数据转换过程⑴译码译码程序以一个程序段为单位,按一定规则将加工程序中的信息翻译成计算机内部能识别的数据形式,并以约定的格式存放在指定的内存区间。
⑵数据处理数据处理是为插补做准备,提供插补所需的信息(如曲线的种类、起点终点坐标、进给速度等)。
数据处理程序一般包括刀具补偿、进给方向判断、进给速度计算以及辅助功能处理等。
刀具补偿是把零件轮廓轨迹转化成刀具中心运动轨迹,编程员只需按零件轮廓轨迹编程。
进给方向判断是根据零件轮廓的形状和机床刀具的位置,决定刀具运动方向的指令。
速度计算是根据编程所给的进给速度来计算各坐标运动方向的分速度。
另外对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断并处理。
⑶插补计算数据密化的过程。
插补计算就是对数控系统输入基本数据,运用一定的算法进行计算,并根据计算结果向相应的坐标发出进给指令。
⑷PLC控制(ProgrammableLogicController)用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制。
1.1.3数控机床的基本组成数控机床的基本组成:
控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置和各类辅助装置等。
数控机床一般由控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置和各类辅助装置组成。
1、控制介质:
信息载体
2、数控系统:
控制核心
3、伺服系统:
电传动联系环节
4、反馈装置:
反馈环节
5、辅助装置
6、机床本体:
结构实体
1.2数控机床的分类
1.2.1按工艺用途分类
(1)金属切削类数控机床
(2)金属成型类数控机床
(3)数控特种加工机床
(4)其它类型的数控机床
1.2.2按功能水平分类
高级型数控机床、普通型数控机床和经济型数控机床分类依据:
主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平。
1.2.3按伺服控制的方式进行分类
(1)开环控制的数控机床:
特点:
只有控制信息的前向通道,没有检测装置,不具有反馈环节。
应用:
一般在经济型数控机床和旧设备的简易数控改造中采用。
(2)闭环控制的数控机床:
具有反馈环节,全闭环控制的数控机床的反馈装置安装在数控机床终端移动部件上。
主要是高精密的数控机床、加工中心等;
半闭环控制的数控机床:
反馈装置安装在伺服电动机或丝杠端部。
应用:
大部分数控机床中采用。
(3)混合控制数控系统:
常用形式:
开环补偿型和半闭环补偿型。
1.2.4按数控机床运动轨迹分类
(1)点位控制的数控机床应用:
主要有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。
(2)直线控制的数控机床应用:
主要有简易的数控车床、数控铣床等。
(3)轮廓控制的数控机床:
数控系统应具有插补运算功能。
两轴以上联动的数控机床、加工中心均采用轮廓控制。
可控轴数:
是指机床数控装置能够控制的坐标数目,即数控机床有几个运动方向采用了数字控制。
联动轴数:
是指机床数控装置控制各坐标轴协调动作的坐标轴数目。
通常一台数控机床的联动轴数一般会小于或等于可控轴数。
1.3数控机床的发展历程和发展方向
1.3.1数控机床的发展历程
种类
发展阶段
数控系统构成方式
硬件数控(NC)
第一代
电子管
第二代
晶体管电路
第三代
集成电路
计算机数控(CNC)
第四代
大规模集成电路
第五代
微型电子计算机
第六代
开放式数控系统
数控机床采用开放式数控系统的优点:
使数控系统具有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性和可靠性,并向集成化、微型化、智能化、网络化方向大大发展。
突破传统机床结构的最新一代的数控机床:
并联机床(虚轴机床)。
1.3.2数控机床的发展方向
(1)高速度与高精度化
(2)多功能化
(3)智能化
(4)高的可靠性
第二章数控机床的机械结构辅导材料
(一)
(一)目的与要求本章主要对数控机床的主要部件及其功能加以阐述,使学习者进一步了解数控机床的机械结构,为后续学习各种典型数控机床打好基础。
使学生掌握数控机床机械结构的组成和特点,对数控机床的主传动系统、进给传动系统、导轨、工作台、位置检测装置、自动换刀装置、辅助装置等重要组成部分有一定的认识。
(二)教学内容
1.数控机床机械结构组成及特点
2.数控机床的主传动系统
3.数控机床进给传动系统
4.数控机床的导轨
5.数控机床的工作台
6.数控机床的位置检测装置
7.数控机床的自动换刀装置
8.数控机床的辅助装置
(三)重点与难点重点是数控机床机械结构组成及特点,主传动系统、进给传动系统的组成、特点、作用。
难点是主要部件的工作原理。
(四)教学要求
1.熟练掌握数控机床机械结构组成及特点。
2.了解提高数控机床结构刚度的措施。
3.了解减少机床热变形影响的常用措施。
4.掌握数控机床主传动系统的特点。
5.掌握数控机床主轴的变速方法及其特点。
6.了解主轴轴承配置形式。
7.掌握主轴的定向停止装置、刀具自动装卸及切屑清除装置的作用。
8.掌握高速主轴单元的类型。
9.掌握进给传动系统的作用和机械传动链的基本组成,以及数控机床对进给传动系统的要求。
10.掌握传动齿轮间隙消除的方法。
11.掌握滚珠丝杠螺母副的特点、结构和工作原理。
12.掌握滚珠丝杠螺母副的作用,以及其轴向间隙调整的方法。
13.掌握数控机床对导轨的要求。
14.掌握数控机床常用导轨的形式及其特点。
15.掌握数控机床常用工作台的形式。
16.了解位置检测装置的功能及分类。
17.掌握光栅和旋转变压器的特点和应用18.掌握自动换刀装置常用刀库类型、换刀形式和选刀方式
19.了解常用数控机床辅助装置的作用。
(五)内容提要及学习指导
2.1数控机床机械结构组成及特点
2.1.1数控机床机械结构的主要组成
组成:
1.主传动系统2.进给传动系统3.基础支承件4.辅助装置。
2.1.1数控机床机械结构的主要特点
1.高的静、动刚度及良好的抗振性能提高数控机床结构刚度的措施有:
(1)提高数控机床构件的静刚度和固有频率
(2)改善数控机床结构的阻尼特性
(3)采用新材料和钢板焊接结构
2.良好的热稳定性
减少机床热变形影响的常用措施有:
(1)改善机床布局和结构。
采用:
1)热对称结构;
2)倾斜床身和斜滑板结构;
3)热平衡措施等。
(2)控制温度。
1)对热源采取液冷、风冷等方法来控制温升;
2)对切削部位采取强冷措施等。
(3)热位移补偿。
3.高的灵敏度
4.高效化装置、高人性化操作
2.2数控机床的主传动系统
1.作用:
产生不同的主轴切削速度以满足不同的加工条件要求。
2.组成:
主要包括电动机、传动系统和主轴部件。
2.2.1数控机床主传动系统的特点
(1)转速高、功率大
(2)变速范围宽
(3)主轴变换迅速可靠
(4)主轴组件的耐磨性高
2.2.2数控机床主传动系统的变速方式
1.带有变速齿轮的主传动特点:
通过少数几对齿轮降速,扩大输出扭矩,以满足主轴低速时对输出扭矩特性的要求。
大、中型数控机床采用这种变速方式。
2.通过带传动的主传动特点:
电动机本身的调速就能够满足要求,不用齿轮变速,可以避免齿轮传动引起的振动与噪声。
它适用于高速、低转矩特性要求的主轴。
常用的是三角带和同步齿形带。
8这种传动主要应用在转速较高、变速范围不大的机床。
3.用两个电动机分别驱动主轴特点:
这是上述两种方式的混合传动,具有上述两种性能。
高速时电动机通过皮带轮直接驱动主轴旋转,低速时,另一个电动机通过两级齿轮传动驱动主轴旋转,齿轮起到降速和扩大变速范围的作用,这样就使恒功率区增大,扩大了变速范围。
克服了低速时转矩不够且电动机功率不能充分利用的问题。
但两个电机不能同时工作,也是一种浪费。
4.由调速电动机直接驱动的主传动特点:
调速电机与主轴用联轴器同轴联接,这种方式大大简化了主传动系统的结构,有效地提高了主轴部件的刚度,但主轴输出扭矩小,电机发热对主轴精度影响较大。
5.内装式电主轴:
即主轴与电机转子合二为一。
优点是主轴部件结构更紧凑,重量轻,惯量小,可提高启动、停止的响应特性,并利于控制振动和噪声。
缺点同样是热变形问题。
2.2.3数控机床的主轴部件
1.主轴轴承配置形式
(1)前、后支承采用不同轴承应用:
普遍应用于各种数控机床,其综合刚度高,可以满足强力切削要求。
(2)前支承采用多个高精度向心推力球轴承
适用于高速轻载和精密数控机床。
(3)前、后支承采用单列和双列圆锥滚子轴承应用:
适用于中等精度低速重载数控机床。
2.主轴的润滑与冷却作用:
是控制主轴发热,保证主轴正常工作的必要手段。
3.刀具自动装卸装置及(主轴孔内的)切屑清除装置应用:
用于带有刀具库的数控机床
4.主轴准停装置作用:
又称主轴定位功能。
即当主轴停止时,控制其停于固定的位置。
自动换刀所必须的功能。
2.2.4高速主轴单元
1.组成:
包括主轴动力源、主轴、轴承和机架等几个部分。
2.作用:
高速数控机床的工作性能,首先取决于高速主轴的性能。
高速主轴影响加工系统的精度、稳定性及应用范围,其动力学性能及稳定性对高速加工起着关键的作用。
3.要求:
动平衡性高,刚性好,回转精度高,有良好的热稳定性,能传递足够的力矩和功率,能承受高的离心力,带有准确的测温装置和高效的冷却装置。
4.类型:
主要有电主轴、气动主轴、水动主轴等。
2.3数控机床进给传动系统
1.作用:
负责接受数控系统发出的脉冲指令,并经放大和转换后驱动机床运动执行件实现预期的运动。
进给传动系统的机械传动链中包括减速齿轮、连轴器、丝杠螺母副、丝杠支承、导轨副、传动数控回转工作台的蜗杆涡轮等。
图2.12为完成直线运动的进给传动系统的示意图。
图2.12进给传动系统示意图
1-滚珠丝杠2-滚珠螺母3-滚动直线导轨4-工作台
5-支承轴承6-连轴器7-
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