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六、數控機床的分類
(一)按照能夠控制刀具與工件間相對運動的軌跡分類
1.點位控制(或位置控制)數控機床。只能控制工作臺(或刀具)從一個位置(點)精確地移動到另一個位置(點),在移動過程中不進行加工,各個運動軸可以同時移動,也可以依次移動。
數控鏜床、鉆床、沖床。
圖5-2 工作臺(或刀具)運動軌跡控制示意圖
2.輪廓控制數控機床。能夠同時對兩個或兩個以上的坐標軸進行連續控制,不僅控制輪廓的起點和終點,而且還要控制軌跡上每一點的速度和位置,因而能夠加工曲線(或曲面)。
屬于這類數控機床的有數控車床、銑床、磨床、電加工機床和加工中心等。
(二)按照伺服驅動系統的控制方式分類
自動控制有閉環控制和開環控制兩種基本控制方式。
1.閉環控制數控機床。這類數控機床帶有位置檢測反饋裝置。位置檢測裝置安裝要機床工作臺上,用以檢測機床工作臺的實際運行位置,并與CNC裝置的指令位置進行比較,用差值進行控制。
閉環控制數控機床由于能夠減小乃至于消除由于傳動部件制造、裝配所帶來的誤差,因而可以獲得很高的加工精度。精度要求很高的數控機床,一般采用這種控制方式。
圖5-3 數控機床閉環控制示意圖
2.開環控制數控機床。這類數控機床不帶位置檢測反饋裝置。CNC裝置輸出的指令脈沖經驅動電路的功率放大,驅動步進電動機轉動,再經傳動機構帶動工作臺移動。
開環控制的數控機床工作比較穩定,反應快,調試方便,維修簡單,但控制精度和速度都比較低,這類數控機床多為經濟型。
圖5-5 數控機床開環控制示意圖
3.半閉環控制數控機床。將檢測元件安裝在電動機的端頭或絲杠的端頭,則為半閉環控制數控機床。由于半閉環的環路內不包括絲杠、螺母副及工作臺,所以可以獲提比較穩定的控制特性。其控制精度雖不如閉環控制數控機床那樣高,但調試比較方便,因而廣泛采用。
圖5-4 數控機床半閉環控制示意圖
(三)按照加工方式分類
1.金屬切削類。屬于此類的有數控車床、鉆床、銑床、鏜床、磨床、齒輪加工機床和加工中心等。
加工中心是有刀庫,并且能夠自動換刀的數控機床。是目前世界上產量最高,應用最廣泛的數控機床。
圖5-6 立式和臥式加工中心
自動換刀裝置是加工中心的基本特征,它的投資占到整機投資的30 % ~ 50 %。
加工中心的故障有50 % 以上與自動換刀裝置有關。
2.金屬成型類。該類包括數控折彎機、彎管機、沖床、回轉壓力機等。
3.特種加工類。數控特種加工機床包括數控線切割機床、電火花加工機床及激光切割機等。
4.其他類。如數控火焰切割機床、三坐標測量機等。
(四)按照CNC裝置的功能水平分類
按照CNC裝置的功能水平可大致把數控機床分為高、中、低(經濟型)三檔。大體上可從分辨率、進給速度、伺服系統、同時控制軸數(聯動軸數)、通信功能、顯示功能、有無PLC及主CPU水平等幾方面加以區分。教材表5-2 252頁
七、數控機床的再生改造
相當一部分在用數控機床面臨機械精度下降、電氣控制元件損壞,許多電氣元件已經被淘汰不再生產的問題。要想繼續利用這些設備就要進行再生改造。
1.正確估計待改造的數控機床的價值。不同部分的使用壽命相差很大,所以在再生改造時,必須仔細分析哪些部分可以利用,哪些部分必須更新,剩余價值還有多少。一般要求可利用的部分其剩余價值不應低于總價值的1/3。
剩余價值較大的通常是機械部分及配套附件,而數控系統一般都需要更新。
2.設備技術改造應該力求投資不超過同類新設備購置費的40~60%,否則就不值得。
3.再生改造應該全面配套,避免只進行局部改造,否則影響改造后的綜合效果。
在改造方案中,必須對機床各主要部件的工作壽命進行綜合平衡,技術參數要相互匹配。
4.設備改造要根據企業的生產需要、自身的經濟能力,確定合理的科學的再生改造目標,而不要盲目追求一流水平。
第二節 CNC 裝置
一、CNC裝置所具備的功能
CNC裝置是CNC系統的核心部件,它由三部分組成,即計算機(硬件和軟件)、可編程序控制器(PLC)和接口電路。
它的功能是:根據輸入的零件加工程序、數據和參數,完成數值計算和邏輯判斷,進行輸入、輸出控制。
CNC裝置的功能分成為兩類:
控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、選刀和工作臺分度功能、字符顯示功能、診斷功能屬于數控機床必備的基本功能,價格比較便宜;而補償功能、固定循環功能、圖形顯示功能、通信功能及在線自動編程功能屬于選擇功能,用戶可根據需要加以選用。
二、CNC裝置的硬件結構
微處理器(CPU)是CNC裝置的核心,由運算器和控制器兩部分組成。微處理器的品質決定了CNC裝置的檔次。
CPU的主要指標是主頻和字長。
總線是CNC裝置各部分之間傳送信息的公共通道。
按照信號的物理意義,總線分為數據總線、地址總線和控制總線。
數據總線為各個部分傳送數據;地址總線傳送的是地址信號;控制總線傳輸的是控制信號。
為使不同的設備能夠連接在一起協調地工作,必須對設備的連接進行統一的規定和必要的約束,這種約束就是接口協議。
實現接口協議的硬件設備叫接口電路,簡稱接口。
CNC裝置的接口電路包括與機床側的信號輸入輸出接口、與上位機的通信接口以及各種標準輸入輸出設備的接口。
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