淺談數控機床原理、分類(lèi)與選擇
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摘要:數控機床是運用數控技術(shù)對零件進(jìn)行加工控制的機床。經(jīng)過(guò)近幾十年國內外廠(chǎng)家的發(fā)展，數控機床的種類(lèi)繁多，且控制精度日漸提高，本文對數控機床的原理、分類(lèi)進(jìn)行了詳細的介紹，給出了企業(yè)在選擇數控機床時(shí)應主要考慮的幾個(gè)原則。
關(guān)鍵詞:數控機床;原理;分類(lèi)
數控機床是在普通機床的基礎上發(fā)展起來(lái)的，由于它具有良好的柔性、高的加工精度和穩定性、能加工復雜零件、減輕了工人的勞動(dòng)強度和易于實(shí)現現代化管理等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前在機械制造業(yè)中得到了廣泛的應用。
一、數控機床原理
數控機床一般由信息載體、數控裝置、伺服系統和機床本體等四部分組成。信息載體即穿孔紙帶、穿孔卡、磁帶和磁盤(pán)等，用于記錄程序編制的內容，并通過(guò)光電紙帶閱讀機、磁帶機和磁盤(pán)驅動(dòng)器等讀入裝置輸送給數控裝置。數控裝置是數控機床的核心，也就是常說(shuō)的NC(普通數控裝置) 或CNC(計算機數控裝置)，NC是數控機床發(fā)展初期的一種形式，現在的數控機床大多使用CNC系統。數控裝置的作用是接受讀入裝置輸入的加工信息，經(jīng)過(guò)譯碼處理和運算，發(fā)出相應的指令脈沖給伺服系統，完成零件加工。伺服系統是數控機床的執行部分，由電動(dòng)機和傳動(dòng)裝置組成。伺服系統接受數控裝置傳來(lái)的指令脈沖信號，控制機床執行件(工作臺或刀架)運動(dòng)的位移和速度。機床本體主要是機械部件，包括主運動(dòng)部件、進(jìn)給運動(dòng)部件和支承部件等。對于數控機床部件來(lái)講，機械部件結構較通用機床簡(jiǎn)單，但其各項技術(shù)指標要求比通用機床要高。在數控機床上進(jìn)行加工時(shí)，首先根據零件圖編制程序，編程的代碼和指令格式大多符合ISO標準和相應的國家標準。然后將程序通過(guò)信息載體輸入到NC或CNC中，由數控系統根據程序內容發(fā)出指令，一方面由伺服系統中的電動(dòng)機通過(guò)傳動(dòng)裝置控制機床執行件的運動(dòng)，另一方面控制機床的其它輔助運動(dòng)，如主軸轉速、轉向選擇，冷卻泵的開(kāi)停等。兩方面協(xié)同動(dòng)作，共同完成加工內容。
二、數控機床的分類(lèi)方法多種多樣，常見(jiàn)的分類(lèi)方法有四種
(一)按伺服系統類(lèi)型分類(lèi)
分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統。由伺服系統控制機床執行件運動(dòng)時(shí)，雖然其接受了數控裝置的指令要求值，但實(shí)際位移量并不一定等同于指令要求值，也就是存在一定的誤差。這一誤差是由伺服電動(dòng)機的轉角誤差、減速齒輪的傳動(dòng)誤差、滾珠絲杠的導程誤差以及導軌副抵抗爬行的能力這四項因素綜合反映的。開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統的主要區別在于使用的電動(dòng)機不同、是否進(jìn)行執行件的測量及誤差補償以及誤差補償范圍的大小不同。開(kāi)環(huán)系統如圖2所示，由于不進(jìn)行執行件的測量及誤差補償，所以結構簡(jiǎn)單，維修方便，精度相對較低，成本低，一般用于精度要求不太高的中小型數控機床上。閉環(huán)系統如圖3所示，精度高，成本高，主要用于精度要求較高的大型和精密數控機床上。半閉環(huán)系統如圖4所示，介于兩者之間，只對部分誤差進(jìn)行補償，因此從理論上講其加工精度不如全閉環(huán)系統。圖1所示的系統稱(chēng)之為開(kāi)環(huán)系統(圖中虛線(xiàn)框部分所示)，如果加入位移檢測裝置和反饋系統(圖中虛線(xiàn)部分所示)，此時(shí)，該系統稱(chēng)為閉環(huán)系統。
(二)按控制運動(dòng)的方式分類(lèi)
分為點(diǎn)位控制、直線(xiàn)控制和輪廓控制三種。點(diǎn)位控制數控機床在加工平面內只控制刀具相對于工件的定位點(diǎn)的坐標位置，而對定位移動(dòng)的軌跡不作要求。這類(lèi)控制系統主要用于數控鉆床、數控鏜床、數控沖床和測量機等。直線(xiàn)控制數控機床能控制刀具或工件的適當的進(jìn)給運動(dòng)，沿平行于坐標軸的方向進(jìn)行直線(xiàn)移動(dòng)和加工，或者控制兩個(gè)坐標軸以相同的速度運動(dòng)，沿45°斜線(xiàn)進(jìn)行切削加工。這類(lèi)控制系統主要用于數控車(chē)床、數控鏜銑床以及某些加工中心。輪廓控制數控機床能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標軸，使刀具與工件作相對運動(dòng)，加工復雜零件。單純的點(diǎn)位控制和直線(xiàn)控制機床很少，大部分為輪廓控制數控機床。輪廓控制數控機床能夠實(shí)現聯(lián)動(dòng)加工，也能進(jìn)行點(diǎn)位和直線(xiàn)控制。這類(lèi)控制系統主要用于數控車(chē)床、數控銑床、數控磨床以及加工中心機床。
(三)按工藝用途分類(lèi)
分為一般數控機床和數控加工中心。一般數控機床指與一般通用機床相對應的數控車(chē)、銑、鉆、鏜、磨和齒輪加工機床。加工中心最顯著(zhù)的特點(diǎn)是具有刀庫和換刀機械手，能夠實(shí)現多工序加工。刀庫的容量應為二十把刀以上，但是一般常說(shuō)的四方刀架、八方刀架等不屬于刀庫的范疇。
(四)按數控裝置的功能分類(lèi)
分為數控機床、簡(jiǎn)易數控機床和經(jīng)濟型數控機床。數控機床的數控裝置功能齊全，能夠進(jìn)行自動(dòng)編程、自動(dòng)測量和自動(dòng)故障診斷等。簡(jiǎn)易數控機床的功能單一，僅具備實(shí)現自動(dòng)化的基本功能，并采用直觀(guān)輸入方式，結構簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。通用機床可采用單片機或單板機經(jīng)數控化改造成經(jīng)濟型數控機床，性能可靠，操作簡(jiǎn)便。
三、選擇數控機床時(shí)，應主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題
(一)企業(yè)經(jīng)濟能力和工人技術(shù)水平用戶(hù)如何合理地利用有限的資金，獲得適合本單位的數控機床十分重要。除了不同的經(jīng)濟能力購買(mǎi)不同檔次的數控機床外，操作人員的操作、日常維護和保養(預防性維修)的技術(shù)水平，維修人員的故障維修水平都會(huì )影響機床的精度、穩定性和壽命。
(二)數控系統的選擇國外品牌有發(fā)那科、西門(mén)子、三菱等系統，國內品牌有華中數控、廣州數控等，根據加工精度、穩定性、價(jià)格等各方面因素進(jìn)行合理選擇。國外的數控系統由于發(fā)展較早，相對國產(chǎn)數控系統來(lái)講精度、穩定性好一些，但價(jià)格也較高。國產(chǎn)數控系統有較大的價(jià)格優(yōu)勢，且各方面性能指標都在不斷提高中，如華中數控等系統在國內也占有不少的市場(chǎng)份額。
(三)數控機床類(lèi)型、技術(shù)規格的選擇根據典型加工對象選用數控機床的類(lèi)型，工件的加工批量應大于經(jīng)濟批量，選擇的數控機床型號應能滿(mǎn)足本廠(chǎng)大部分工件的加工要求，并能保證加工質(zhì)量。機床型號、規格的選擇切忌能包攬一切項目，沒(méi)必要且浪費成本。少數超規格的工件可選擇外協(xié)或其它方法解決。
(四)售后服務(wù)質(zhì)量 數控機床由于涉及多學(xué)科知識，一般出現故障后是由廠(chǎng)家來(lái)進(jìn)行維修的。機床在初期運行期間或正常使用后，都可能會(huì )有一些問(wèn)題，此時(shí)用戶(hù)與廠(chǎng)家及時(shí)的溝通就顯得極為重要。實(shí)際中也有不少例子，比如一些單位購買(mǎi)進(jìn)口多軸聯(lián)動(dòng)機床，一旦出現故障，維修人員都得進(jìn)出國門(mén)修理，有時(shí)候并不像顧客所希望的那樣及時(shí)。所以不管是顧客或是廠(chǎng)家，若售后服務(wù)質(zhì)量好的話(huà)，對雙方進(jìn)一步的發(fā)展都至關(guān)重要。
總之，數控機床由于一系列優(yōu)點(diǎn)，已在機床工業(yè)中日漸受到人們的重視，而且數控技術(shù)的發(fā)展也使機床的結構、種類(lèi)發(fā)生了一系列的變化。企業(yè)在數控機床的選擇中應根據企業(yè)經(jīng)濟能力和工人技術(shù)水平結合數控機床類(lèi)型、技術(shù)規格及售后服務(wù)質(zhì)量等原則，綜合考慮上述因素的利弊，確定數控機床的選擇。
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