任務(wù)一了解數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程一、數(shù)控機(jī)床的工作原理在數(shù)控機(jī)床上加工零件，就是將加工過(guò)程所需的各種操作步驟，刀架與工件之間的相對(duì)位移量都包括在零件數(shù)控加工程序中，然后通過(guò)傳送裝置將信息送入專用或通用的計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，發(fā)出各種指令來(lái)控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需的工件。二、數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)字控制機(jī)床是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床，它是數(shù)控技術(shù)的典型應(yīng)用。數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的裝置，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成如圖１－１所示。下一頁(yè)返回任務(wù)一了解數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程（一）操作面板操作面板是操作人員與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的工具，它由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)類似）和顯示器組成。數(shù)控系統(tǒng)一般采用集成式操作面板，分為三大區(qū)域：顯示區(qū)，ＮＣ鍵盤(pán)區(qū)，機(jī)床控制面板區(qū)，如圖１－２所示。顯示器一般位于操作面板的左上部，用于菜單、系統(tǒng)狀態(tài)、故障報(bào)警的顯示和加工軌跡的圖形仿真。ＮＣ鍵盤(pán)包括標(biāo)準(zhǔn)化的字母數(shù)字式ＭＤＩ鍵盤(pán)和Ｆ１～Ｆ１０共１０個(gè)功能鍵，用于零件程序的編制，參數(shù)輸入，手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入和系統(tǒng)管理操作等。機(jī)床控制面板（ＭＣＰ）用于直接控制機(jī)床的動(dòng)作或加工過(guò)程。主要包括：上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)一了解數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程（二）輸入／輸出裝置輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。輸出裝置的作用是顯示加工過(guò)程中必要的信息，如坐標(biāo)值、報(bào)警信號(hào)等。數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進(jìn)行信息交流的過(guò)程，輸入／輸出裝置就是這種人機(jī)交互設(shè)備，典型的有鍵盤(pán)和顯示器。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)還可以用通信的方式進(jìn)行信息的交換，這是實(shí)現(xiàn)ＣＡＤ／ＣＡＭ集成、ＦＭＳ和ＣＩＭＳ的基本技術(shù)。ＣＮＣ裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心，它包括微處理器ＣＰＵ、存儲(chǔ)器、局部總線，外圍邏輯電路以及與ＣＮＣ系統(tǒng)其他組成部分聯(lián)系的接口及相應(yīng)的控制軟件。圖１－３所示分別為華中世紀(jì)星ＨＮＣ－２１ＴＤ、西門(mén)子８０２Ｓ及發(fā)那科ＦＡＮＵＣ－Ｏｉ數(shù)控系統(tǒng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)一了解數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程（四）伺服單元伺服單元分為主軸伺服和進(jìn)給伺服，分別用來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。伺服單元接收來(lái)自ＣＮＣ裝置的進(jìn)給指令，這些指令經(jīng)變換和放大后通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)變成執(zhí)行部件進(jìn)給的速度、方向、位移。因此伺服單元是數(shù)控裝置與機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來(lái)自數(shù)控裝置的微弱指令信號(hào)放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。根據(jù)接收指令的不同，伺服單元有脈沖單元和模擬單元之分。伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分，其工作原理亦有差別。（五）驅(qū)動(dòng)裝置伺服單元和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置合稱為進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，它包含機(jī)械、電子、電動(dòng)機(jī)等各種部件，涉及強(qiáng)電與弱電的控制。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)一了解數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度，跟蹤及定位精度，加工表面質(zhì)量，生產(chǎn)率及工作可靠性，往往主要決定于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，一般數(shù)控機(jī)床的故障也主要出現(xiàn)在伺服系統(tǒng)上。提高伺服系統(tǒng)的技術(shù)性能和可靠性，驅(qū)動(dòng)裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，它與伺服單元一起是數(shù)控裝置和機(jī)床傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它們有的帶動(dòng)工作臺(tái)，有的帶動(dòng)刀具，通過(guò)幾個(gè)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。與伺服單元相對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)一了解數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程（六）可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。（七）機(jī)床本體機(jī)床本體即數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件，包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件（工作臺(tái)、拖板及其傳動(dòng)部件）和支承部件（床身立柱等），還包括具有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能的輔助裝置。加工中心類的數(shù)控機(jī)床還有存放刀具的刀庫(kù)、交換刀具的機(jī)械手等部件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)一了解數(shù)控機(jī)床工作過(guò)程數(shù)控機(jī)床機(jī)械部件的組成與普通機(jī)床相似，但是由于數(shù)控機(jī)床的高速度、高精度、大切削用量和連續(xù)加工要求，其機(jī)械部件在精度、剛度、抗振性等方面要求更高。因此，近年來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。上一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件ＨＥＤ－２１Ｓ數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)是用于培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)控系統(tǒng)的編程方法、數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修等實(shí)際動(dòng)手能力的一套實(shí)驗(yàn)裝置，如圖１－４所示。該數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于組合和擴(kuò)展，也便于檢查和調(diào)試，利用該實(shí)驗(yàn)裝置可以使學(xué)員掌握數(shù)控系統(tǒng)控制原理、電氣原理、電氣設(shè)計(jì)方法、元器件的選用，能夠掌握數(shù)控系統(tǒng)電氣布局、安裝、電氣調(diào)試等方法，能夠模擬工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)效果。學(xué)生不僅可按照推薦的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，也可根據(jù)各自對(duì)課程設(shè)置的要求，自行設(shè)計(jì)、組合安裝、調(diào)試，從而更好地培養(yǎng)動(dòng)手能力和分析能力。下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件ＨＥＤ－２１Ｓ數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)集成了ＨＮＣ－２１ＴＤ數(shù)控裝置、西門(mén)子／日立變頻器及三相異步電動(dòng)機(jī)、松下／三洋交流伺服單元及交流伺服電機(jī)、雷塞步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)，數(shù)控裝置ＨＮＣ－２１ＴＤ的型號(hào)說(shuō)明。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，可放在實(shí)驗(yàn)桌上供學(xué)生實(shí)驗(yàn)和教師教學(xué)使用。ＨＥＤ－２１Ｓ具體組成如圖１－６所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件一、數(shù)控裝置“世紀(jì)星”ＨＮＣ－２１系列車床數(shù)控裝置采用先進(jìn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，其型號(hào)含義見(jiàn)圖１－７，內(nèi)置嵌入式工業(yè)ＰＣ，配置７７英寸彩色液晶顯示屏和通用工程面板，全漢字操作界面，具有故障診斷與報(bào)警、多種形式的圖形加工軌跡顯示和仿真功能，操作簡(jiǎn)便，易于掌握和使用，集成進(jìn)給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內(nèi)嵌式ＰＬＣ接口于一體，可自由選配各種類型的脈沖接口、模擬接口交流伺服單元或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。其內(nèi)部已提供標(biāo)準(zhǔn)車床控制的ＰＬＣ程序，用戶也可自行編制ＰＬＣ程序，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Ｇ代碼編程，與各種流行的ＣＡＤ／ＣＡＭ自動(dòng)編程系統(tǒng)兼容，具有直線進(jìn)給、圓弧進(jìn)給、螺紋切削、刀具補(bǔ)償、宏程序等功能，支持硬盤(pán)、電子盤(pán)等程序存儲(chǔ)方式以及軟驅(qū)、ＤＮＣ、以太網(wǎng)等程序交換功能，具有低價(jià)格、高性能、配置靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、可靠性高的特點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件圖１－８為ＨＮＣ－２１ＴＤ數(shù)控裝置的總體框圖和與其他裝置單元連接的連線圖。圖１－９為數(shù)控裝置接口圖，若使用軟驅(qū)單元，則ＸＳ２、ＸＳ３、ＸＳ４、ＸＳ５為軟驅(qū)單元的轉(zhuǎn)接口，見(jiàn)圖１－１０。電源引腳及接口定義ＸＳ１，見(jiàn)圖１－１１。軟驅(qū)單元提供３５英寸軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、ＲＳ２３２接口、ＰＣ鍵盤(pán)接口、以太網(wǎng)接口，見(jiàn)圖１－１２～圖１－１５；手持單元接口ＸＳ８，見(jiàn)圖１－１６；主軸控制接口ＸＳ９，見(jiàn)圖１－１７；開(kāi)關(guān)量輸入接口ＸＳ１０、ＸＳ１１，見(jiàn)圖１－１８；開(kāi)關(guān)量輸出接口ＸＳ２０、ＸＳ２１，見(jiàn)圖１－１９；模擬接口式、脈沖接口式伺服ＸＳ３０、ＸＳ３３，見(jiàn)圖１－２０；手輪單元，見(jiàn)圖１－２１。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件二、主軸單元主軸Ｄ／Ａ選用接口ＡＯＵＴ１和ＡＯＵＴ２時(shí)應(yīng)注意，ＡＯＵＴ１的輸出電壓為－１０～＋１０Ｖ，ＡＯＵＴ２的輸出電壓為０～＋１０Ｖ，如果主軸系統(tǒng)是采用給定的正負(fù)模擬電壓實(shí)現(xiàn)主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，請(qǐng)使用ＡＯＵＴ２接口控制主軸單元，其他情況都采用ＡＯＵＴ１接口，否則可能損壞主軸單元。變頻調(diào)速主軸單元采用Ｙ系列０５５ｋＷ三相異步電動(dòng)機(jī)（三相３８０Ｖ），４極日立ＳＪ１００－０１５ＨＦＥ型（１５ｋＷ，３８０Ｖ）變頻器，變頻主軸采用西門(mén)子ＭＩＣＲＯＭＡＳＴＥＲ４４０系列的ＳＥ６４４０－２ＵＤ２１－５ＡＡ０變頻器配三相異步電動(dòng)機(jī)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件變頻器采用矢量控制，見(jiàn)圖１－２２，三相交流３８０Ｖ電源，功率范圍（恒轉(zhuǎn)矩）１５ｋＷ，輸入電流（恒轉(zhuǎn)矩）３９Ａ，最大輸出電流（恒轉(zhuǎn)矩）４０Ａ，兩個(gè)模擬量輸入０～１０Ｖ，０～２０ｍＡ或－１０～＋１０Ｖ，０～２０ｍＡ。電動(dòng)機(jī)采用普通三相異步電動(dòng)機(jī)，功率０５５ｋＷ，轉(zhuǎn)速１３９０ｒ／ｍｉｎ。三、交流伺服單元交流伺服單元和交流伺服電機(jī)采用松下ＭＩＮＡＳＡ系列的ＭＳＤＡ０２３Ａ１Ａ和ＭＳＭＡ０２２Ａ１Ｃ，見(jiàn)圖１－２３。ＭＳＤＡ０２３Ａ１Ａ與ＭＳＭＡ０２２Ａ１Ｃ構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，提供位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式（需設(shè)置交流伺服參數(shù)，并修改相應(yīng)連線）。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件ＭＳＭＡ０２２Ａ１Ｃ為小型小慣量電動(dòng)機(jī)，配１１線２５００ｐ／ｒ增量式碼盤(pán)，功率２００Ｗ，額定轉(zhuǎn)速３０００ｒ／ｍｉｎ，額定轉(zhuǎn)矩０６４Ｎ·ｍ。四、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)采用深圳雷塞Ｍ５３５和５７ＨＳ１３，見(jiàn)圖１－２４。Ｍ５３５是細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，適合驅(qū)動(dòng)中小型的任何兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)。電流控制采用先進(jìn)的雙極性等角度恒力矩技術(shù)，每秒兩萬(wàn)次的斬波頻率。在驅(qū)動(dòng)器的側(cè)邊裝有一排撥碼開(kāi)關(guān)組，可以用來(lái)選擇細(xì)分精度，以及設(shè)置動(dòng)態(tài)工作電流和靜態(tài)工作電流。５７ＨＳ１３是四相混合式步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)角為１８°，靜轉(zhuǎn)矩１３Ｎ·ｍ，額定相電流２８Ａ。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件五、輸入、輸出裝置輸入接線端子板提供ＮＰＮ和ＰＮＰ兩種類型開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入，每塊輸入接線端子板有２０個(gè)ＮＰＮ或ＰＮＰ開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入接線端子，最多可接２０路ＮＰＮ或ＰＮＰ開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入，見(jiàn)圖１－２５。繼電器板集成８?jìng)€(gè)單刀單投繼電器和２個(gè)雙刀雙投繼電器，見(jiàn)圖１－２６，最多可接１６路ＮＰＮ開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出及急停（２位）與超程（２位）信號(hào)，其中８路ＮＰＮ開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出用于控制８?jìng)€(gè)單刀單投繼電器，剩下的８路ＮＰＮ開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出通過(guò)接線端子引出，可用來(lái)控制其他電器，２個(gè)雙刀雙投繼電器可由外部單獨(dú)控制。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件六、工作臺(tái)ＸＺ工作臺(tái)集成了雷塞５７ＨＳ１３四相混合式步進(jìn)電機(jī)、ＭＳＭＡ０２２Ａ１Ｃ交流伺服電機(jī)、光柵尺、筆架。機(jī)械部分采用滾珠絲杠傳動(dòng)的模塊化十字工作臺(tái)，用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)軌跡和動(dòng)作。Ｘ軸執(zhí)行裝置采用四相混合式步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有傳感器，不需要反饋，用于實(shí)現(xiàn)開(kāi)環(huán)控制。Ｚ軸執(zhí)行裝置采用交流伺服電機(jī)，交流伺服單元和交流伺服電機(jī)組成一個(gè)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。安裝在交流伺服電機(jī)軸上的增量式碼盤(pán)充當(dāng)位置傳感器，用于間接測(cè)量機(jī)械部分的移動(dòng)距離，可構(gòu)成一個(gè)位置半閉環(huán)控制系統(tǒng)；也可用安裝在十字工作臺(tái)上的光柵尺直接測(cè)量機(jī)械部分移動(dòng)距離，構(gòu)成一個(gè)位置全閉環(huán)控制系統(tǒng)。筆架可繪出工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡，便于觀察數(shù)控編程的結(jié)果。上一頁(yè)下一頁(yè)返回任務(wù)二熟悉數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成部分及元器件加工中心目前大量使用的是帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)，轉(zhuǎn)塔頭式（通稱八角頭）加工中心，因主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用逐漸減少。在數(shù)控車床中轉(zhuǎn)位刀架也是一種自動(dòng)換刀系統(tǒng)，見(jiàn)圖１－２７。具有刀庫(kù)的加工中心，按刀庫(kù)形式可分為盤(pán)式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)等，按換刀方法不同可分為有機(jī)械手換刀和無(wú)機(jī)械手換刀兩類。刀庫(kù)與機(jī)械手在機(jī)床上如何布局、如何組合、選用何種結(jié)構(gòu)形式要由設(shè)計(jì)者根據(jù)工藝、刀具數(shù)量、主機(jī)結(jié)構(gòu)總體布局等多種因素決定。上一頁(yè)返回圖１－１計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)返回圖１－２數(shù)控系統(tǒng)操作面板返回圖１－３常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)返回圖１－４ＨＥＤ－２１Ｓ數(shù)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)返回圖１－６ＨＥＤ－２１Ｓ數(shù)控系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成框圖返回圖１－７“世紀(jì)星”ＨＮＣ－２１系列車床數(shù)控裝置及型號(hào)含義返回圖１－８ＨＮＣ－２１ＴＤ數(shù)控裝置返回圖１－８ＨＮＣ－２１ＴＤ數(shù)控裝置返回圖１－９數(shù)控裝置接口圖返回圖１－１０軟驅(qū)單元接口圖返回圖１－１１電源引腳及接口定義ＸＳ１返回圖１－１２軟驅(qū)接口ＸＳ４下一頁(yè)圖１－１３ＲＳ２３２