1.2.1 数控机床的组成
数控机床主要由机床本体、数控系统、伺服驱动系统3大部分组成,如图1-5所示。
图1-5 数控机床组成
1.数控装置
数控装置是数控机床的大脑。数控装置首先接受输入的加工信息,经过“思考”处理后,向伺服系统发出相应的指令脉冲,并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。
数控装置通常由一台专用微型计算机或通用计算机构成。基于PC的开放式数控系统,主要由一台通用微型计算机加装运动控制卡、I/O接口卡并运行CNC系统软件构成。目前国内应用较多的数控装置有日本的FANUC、德国的SIEMENS和国产华中世纪星等,如图1-6所示。
图1-6 典型数控系统
2.伺服系统
伺服系统是数控机床的四肢,执行来自CNC装置的运动指令。伺服系统由伺服驱动装置、伺服电机和位置检测装置组成。伺服驱动装置里的主要功能是功率放大和速度调节,将弱电信号转化为强电信号,并保证系统的动态性能,如图1-7所示。伺服电机将电能转化为机械能,拖动机械部件移动或转动。伺服电机包括主轴电机和各方向的进给电机,分别如图1-8(a)和图1-8(b)所示。当今直线电机、直线驱动技术得到进一步的发展与应用,被认为是未来驱动的方向。直线电机通过取消机械传动部件,可达到较高加速度等级和速度,速度可达120mm/min以上。
图1-7 伺服系统
图1-8 伺服电机
检测装置是把位移和速度测量信号作为反馈信号,并将反馈信号转换成数字信号送回计算机与脉冲指令信号进行比较,以控制驱动元件的正确运转。数控机床常用的检测元件如图1-9所示。检测装置的精度直接影响数控机床的定位精度和加工精度。通过位置检测装置,可构成闭环或半闭环控制的伺服系统,如图1-10所示。
3.机床本体
数控机床的本体与普通机床基本类似,不同之处是数控机床结构简单、刚性好,传动系统通常采用滚珠丝杠(如图1-11所示)代替普通机床的丝杠和齿条传动,主轴变速系统内简化了齿轮箱,普遍采用变频调速和伺服控制。另外,数控机床床身有的采用混凝土,减震效果非常好。
图1-9 海德汉位置检测元件
图1-10 闭环伺服系统
图1-11 滚珠丝杠
为了使数控机床自动工作,还必须输入相应的零件加工程序,它是联系人和数控机床的桥梁。加工程序以指令的形式记载各种加工信息,如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等。通过将这些信息输入到数控装置,从而实现人对机床的控制,对零件进行切削加工,最终加工出人所期望的产品形状。程序的输入有多种形式,可通过手动数据输入方式(MDI)或通信接口将加工程序输入机床。
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