虽然数控车床种类较多,但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。
1)车床主体除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外,目前大部分数控车床均已通过专门设计并定型生产。
1)主轴与主轴箱
a)主轴数控车床主轴的回转精度,直接影响到零件的加工精度;其功率大小、回转速度影响到加工的效率;其同步运行、自动变速及定向准停等要求,影响到车床的自动化程度。
b)主轴箱具有有级自动调速功能的数控车床,其主轴箱内的传动机构已经大大简化;具有无级自动调速(包括定向准停)的数控车床,起机械传动变速和变向作用的机构已经不复存在了,其主轴箱也成了"轴承座"及"润滑箱"的代名词;对于改造式(具有手动操作和自动控制加工双重功能)数控车床,则基本上保留其原有的主轴箱。
2)导轨数控车床的导轨是保证进给运动准确性的重要部件。它在很大程度上影响车床的刚度、精度及低速进给时的平稳性,是影响零件加工质量的重要因素之一。除部分数控车床仍沿用传统的滑动导轨(金属型)外,定型生产的数控车床已较多地采用贴塑导轨。这种新型滑动导轨的摩擦系数小,其耐磨性、耐腐蚀性及吸震性好,润滑条件也比较优越。
3)机械传动机构除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外,数控车床已在原普通车床传动链的基础上,作了大幅度的简化。如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构,而仅保留了纵、横进给的螺旋传动机构,并在驱动电动机至丝杠间增设了(少数车床未增设)可消除其侧隙的齿轮副。
a)螺旋传动机构数控车床中的螺旋副,是将驱动电动机所输出的旋转运动转换成刀架在纵、横方向上直线运动的运动副。构成螺旋传动机构的部件,一般为滚珠丝杠副。滚珠丝杠副的摩擦阻力小,可消除轴向间隙及预紧,故传动效率及精度高,运动稳定,动作灵敏。但结构较复杂,制造技术要求较高,所以成本也较高。另外,自行调整其间隙大小时,难度亦较大。
b)齿轮副。在较多数控车床的驱动机构中,其驱动电动机与进给丝杠间设置有一个简单的齿轮箱(架)。齿轮副的主要作用是,保证车床进给运动的脉冲当量符合要求,避免丝杠可能产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响。
4)自动转动刀架除了车削中心采用随机换刀(带刀库)的自动换刀装置外,数控车床一般带有固定刀位的自动转位刀架,有的车床还带有各种形式的双刀架。
5)检测反馈装置检测反馈装置是数控车床的重要组成部分,对加工精度、生产效率和自动化程度有很大影响。检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置两大类,其中工件尺寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种。工件尺寸检测装置仅在少量的数控车床上配用。
6)对刀装置除了极少数专用性质的数控车床外,普通数控车床几乎都采用了各种形式的自动转位刀架,以进行多刀车削。这样,每把刀的刀位点在刀架上安装的位置,或相对于车床固定原点的位置,都需要对刀、调整和测量,并以确认,以保证零件的加工质量。
(2)数控装置和伺服系统数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺服系统这两大部分。如果说,数控车床的检测装置相当于人的眼睛,那么,数控装置相当于人的大脑,伺服系统则相当于人的双手。这样,就不难看出这两大部分在数控车床中所处的重要位置了。a)数控装置数控装置的核心是计算机及其软件,它在数控车床中起“指挥”作用:数控装置接收由加工程序送来的各种信息,并经处理和调配后,向驱动机构发出执行命令;在执行过程中,其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置,以便经处理后发出新的执行命令。
数控机床是一种装有程序控制系统(数控系统)的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码,或其他符号编码指令(刀具移动轨迹信息)规定的程序。具体地讲,把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置,经过译码、运算,从而实现控制刀具与工件相对运动,加工出所需要的零件的机床,即为数控机床。
1、数控机床工作原理按照零件加工的技术要求和工艺要求,编写零件的加工程序,然后将加工程序输入到数控装置,通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具,以及工件的夹紧与松开,冷却、润滑泵的开与关,使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作,从而加工出符合图纸要求的零件。
2、数控机床结构数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。数控机床的加工过程:
1)控制介质
控制介质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,将这些信息输入到数控装置,控制数控机床对零件切削加工。
2)数控装置
数控装置是数控机床的核心,其功能是接受输入的加工信息,经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理,向伺服系统发出相应的脉冲,并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。
3)伺服系统
伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成,通常所说数控系统是指数控装置与伺服系统的集成,因此说伺服系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系统,有的伺服系统还有位置测量装置,直接或间接测量执行部件的实际位移量,并反馈给数控装置,对加工的误差进行补偿。
4)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,传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动,主轴变速系统简化了齿轮箱,普遍采用变频调速和伺服控制。
数控车床的刀具:
(1)对刀具的要求数控车床能兼作粗、精加工。为使粗加工能以较大切削深度、较大进给速度地加工,要求粗车刀具强度高、耐用度好。精车首先是保证加工精度,所以要求刀具的精度高、耐用度好。为减少换刀时间和方便对刀,应可能多地采用机夹刀。数控车床还要求刀片耐用度的一致性好,以便于使用刀具寿命管理功能。在使用刀具寿命管理时,刀片耐用度的设定原则是以该批刀片中耐用度zui低的刀片作为依据的。在这种情况下,刀片耐用度的一致性甚至比其平均寿命更重要。
(2)数控车床的刀具数控车削用的车刀一般分为三类,即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成,如90?内、外圆车刀,左、右端面车刀,切槽(断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时,其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线型主切削刃位移后得到,它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的。
圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特征是,构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧;该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖,因此,刀位点不在圆弧上,而在该圆弧的圆心上;车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关,并可按需要灵活确定或测定后确认。当某些尖形车刀或成型车刀(如螺纹车刀)的刀尖具有一定的圆弧形状时,也可作为这类车刀使用。
圆弧形车刀可以用于车削内、外表面,特别适宜于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。成型车刀俗称样板车刀,其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中,常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中,应尽量少用或不用成型车刀,当确有必要选用时则应在工艺准备文件或加工程序单上进行详细说明。为了适应数控机床自动化加工的需要(如刀具的对刀或预调、自动换刀或转刀、自动检测及管理工作等),并不断提高产品的加工质量和生产效率,节省刀具费用,应多使用模块化和标准化刀具。
2、数控车床的卡盘液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件,对一般回转类零件可采用普通液压卡盘;对零件被夹持部位不是圆柱形的零件,则需要采用专用卡盘;用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。
3、数控车床的尾座对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件,需要采用安装在液压尾架上的活顶针对零件尾端进行支撑,才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾座。
4、数控车床的刀架刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能,刀架上可安装的刀具数量—般为8把、10把、12把或16把,有些数控车床可以安装更多的刀具。刀架的结构形式一般为回转式,刀具沿圆周方向安装在刀架上,可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式,刀具沿一条直线安装。数控车床可以配备两种刀架:
(1)专用刀架由车床生产厂商自己开发,所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本低,但缺乏通用性。
(2)通用刀架根据一定的通用标准而生产的刀架,数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。
5、数控车床的铣削动力头数控车床刀架上安装铣削动力头可以大大扩展数控车床的加工能力。
数控机床程序编制的方法有三种:即手工编程、自动编程和CAD/CAM。
1、手工编程
由人工完成零件图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件,但是,非常费时,且编制复杂零件时,容易出错。
2、自动编程
使用计算机或程编机,完成零件程序的编制的过程,对于复杂的零件很方便。
3、CAD/CAM
利用CAD/CAM软件,实现造型及图象自动编程。最为典型的软件是Master CAM,其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程,此类软件虽然功能单一,但简单易学,价格较低,仍是目前中小企业的选择。
扩展资料:
数控车床是目前使用较为广泛的数控机床之一。
它主要用于轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工,并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。
数控机床是按照事先编制好的加工程序,自动地对被加工零件进行加工。
我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数以及辅助功能,按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单,再把这程序单中的内容记录在控制介质上,然后输入到数控机床的数控装置中,从而指挥机床加工零件。
科学技术的发展,导致产品更新换代的加快和人们需求的多样化,产品的生产也趋向种类多样化、批量中小型化。为适应这一变化,数控(NC)设备在企业中的作用愈来愈大。
它与普通车床相比,一个显著的优点是:对零件变化的适应性强,更换零件只需改变相应的程序,对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件,为节约成本赢得先机。
但是,要充分发挥数控机床的作用,不仅要有良好的硬件,更重要的是软件:编程,即根据不同的零件的特点,编制合理、高效的加工程序。通过多年的编程实践和教学,我摸索出一些编程技巧。
数控车床虽然加工柔性比普通车床优越,但单就某一种零件的生产效率而言,与普通车床还存在一定的差距。因此,提高数控车床的效率便成为关键,而合理运用编程技巧,编制高效率的加工程序,对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
1、灵活设置参考点
BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床共有二根轴,即主轴Z和刀具轴X。棒料中心为坐标系原点,各刀接近棒料时,坐标值减小,称之为进刀;反之,坐标值增大,称为退刀。
当退到刀具开始时位置时,刀具停止,此位置称为参考点。参考点是编程中一个非常重要的概念,每执行完一次自动循环,刀具都必须返回到这个位置,准备下一次循环。
因此,在执行程序前,必须调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致。然而,参考点的实际位置并不是固定不变的,编程人员可以根据零件的直径、所用的刀具的种类、数量调整参考点的位置,缩短刀具的空行程。从而提高效率。
2.化零为整法
在低压电器中,存在大量的短销轴类零件,其长径比大约为2~3,直径多在3mm以下。由于零件几何尺寸较小,普通仪表车床难以装夹,无法保证质量。
如果按照常规方法编程,在每一次循环中只加工一个零件,由于轴向尺寸较短,造成机床主轴滑块在床身导轨局部频繁往复,弹簧夹头夹紧机构动作频繁。
长时间工作之后,便会造成机床导轨局部过度磨损,影响机床的加工精度,严重的甚至会造成机床报废。而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作,则会导致控制电器的损坏。要解决以上问题,必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的动作间隔,同时不能降低生产率。
由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件,则主轴送进长度为单件零件长度的数倍 ,甚至可达主轴最大运行距离,而弹簧夹头夹紧机构的动作时间间隔相应延长为原来的数倍。更重要的是,原来单件零件的辅助时间分摊在数个零件上,每个零件的辅助时间大为缩短,从而提高了生产效率。
为了实现这一设想,我电脑到电脑程序设计中主程序和子程序的概念,如果将涉及零件几何尺寸的命令字段放在一个子程序中,而将有关机床控制的命令字段及切断零件的命令字段放在主程序中,每加工一个零件时,由主程序通过调用子程序命令调用一次子程序,加工完成后,跳转回主程序。
需要加工几个零件便调用几次子程序,十分有利于增减每次循环加工零件的数目。通过这种方式编制的加工程序也比较简洁明了,便于修改、维护。值得注意的是,由于子程序的各项参数在每次调用中都保持不变,而主轴的坐标时刻在变化,为与主程序相适应,在子程序中必须采用相对编程语句。
3、减少刀具空行程
在BIEJING-FANUC Power Mate O数控车床中,刀具的运动是依靠步进电动机来带动的,尽管在程序命令中有快速点定位命令G00,但与普通车床的进给方式相比,依然显得效率不高。因此,要想提高机床效率,必须提高刀具的运行效率。
刀具的空行程是指刀具接近工件和切削完毕后退回参考点所运行的距离。只要减少刀具空行程,就可以提高刀具的运行效率。(对于点位控制的数控车床,只要求定位精度较高,定位过程可尽可能快,而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的。)在机床调整方面,要将刀具的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方。
在程序方面,要根据零件的结构,使用尽可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散,在很接近棒料时彼此就不会发生干涉;
另一方面,由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化,必须在程序中对刀具的参考点位置进行修改,使之与实际情况相符,与此同时再配合快速点定位命令,就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率。