数控机床的组成工作原理与作用

上节课内容回顾２．故障以及故障诊断技术的概念?３．故障的分类按起因分:按状态分:按发生的性质分:按故障的严重程度分:1．数控机床故障诊断与维护的目的是什么?4．数控系统的可靠性的衡量指标?5．数控机床维修的特点?1)保障设备安全,防止突发事故;2)保障设备精度,提高产品质量;3)实施状态维修,节约维修费用;4)避免设备事故造成的环境污染;5)给企业带来较大的经济效益。故障—数控机床全部或部分丧失原有的功能。故障诊断技术—“在设备运行中或基本不拆卸全部设备的情况下,掌握设备运行状态,判定产生故障的部位和原因,并预测预报未来状态的技术”。它是防止事故的有效措施,也是设备维修的重要依据。答案1）从故障的起因分类关联性故障非关联性故障2）从故障发生的状态分类突然故障渐变故障3）按故障发生的性质分类软件故障硬件故障干扰故障4）按故障的严重程度分类危险性故障安全性故障(1)平均无故障工作时间MTBF（MeanTimeBetweenFailures）平均无故障工作时间定义为可修复产品的相邻两次故障间的系统能正确工作时间的平均值。它是衡量系统可靠性的主要指标。（2）平均修复时间MTTR（MeanTimeToRepair）平均修复时间定义可修复设备在规定的条件下和规定时间之内能够完成修复的概率。它反映系统的可修复性，其实质是指排除故障的平均时间。（3）有效度（或可利用率）A如果把MTBF看作系统的不能工作时间，那么有效度（可利用率）就是能工作时间与总时间之比，即有效度A为

A=有用时间/有用时间+平均修复时间=平均无故障时间/平均无故障时间+故障平均修复时间=MTBF/MTBF+MTTR1.早期故障期早期故障期的特点是故障发生的频率高，随着时间的增加迅速下降，使用初期之所以故障频繁，原因大致有以下几个方面：（1）机械部分。机床虽然在出厂以前进行过运行磨合，但时间比较短，而且主要是针对主轴和导轨进行磨合。由于组成机床的零件表面存在着微观的和宏观的几何形状偏差，在完全磨合以前，零件的加工表面还是比较粗糙，装配也有可能存在误差，因而，在机床使用初期会产生较大的磨合磨损，使设备之间产生较大的间隙，导致故障的发生。（2）电气部分。数控机床的控制系统使用了大量的电子元件，这些元件虽然在制造厂仅过了很长时间的老化试验和其他方式的筛选，但在实际运行时，由于电路的发热、交变负荷、浪涌电流以及反电势的冲击，性能较差的某些元件经不起考验，因电力冲击或电压击穿而失效，从而导致整个系统不能正常工作。（3）液压气动部分。由于出厂以后的运输及安装阶段时间较长，使得液压系统某些部位长时间无油，气缸中润滑油干涸，而油雾润滑又不能立即发挥作用，造成油缸或者气缸可能产生锈蚀。此外，安装的空气管道若清洗不干净，一些杂物和水分也可能进入系统，造成液压气动部分的初期故障。2.偶发期数控机床经历了初期的各种老化，磨合和调整，开始进入稳定的正常运行期。在这个阶段，故障率低而且相对稳定，近似常数。偶发期的故障顾名思义是由于偶然因素引起的。3.耗损故障期耗损故障期出现在数控机床使用的后期，其特点是故障率随着运行时间的增加而升高。出现这种现象的根本原因是由于数控机床的零部件及电子元件经过长时间的运行，由于疲劳、磨损、老化等原因，寿命已接近衰竭，从而处于频发故障状态。第二节数控机床的组成、工作原理及作用

数控机床是最典型的数控设备,为了解数控机床的组成,首先必须了解数控机床加工零件的工作过程,在数控机床上为了进行加工零件,可以通过如下步骤进行:

可以看出，数控加工过程总体上可分为数控程序编制和机床加工控制两大部分。数控机床的控制系统一般都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停、换向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路线，进行加工，能选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走轨迹，能完成加工中所需要的各种辅助动作。一．数控机床的组成控制介质输入装置数控装置机床本体驱动装置辅助控制装置检测装置数控机床的组成结构图

控制介质数控机床工作时必须编制加工程序，而加工程序需存储在控制介质上，常用的控制介质有穿孔带、磁带和磁盘等。输入装置输入装置的作用是将控制介质上的数控代码传递并存入数控系统内。装置根据控制介质的不同分为光电阅读机、磁带机和软盘驱动器.数控装置数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存储器中取出或接收输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。二.各组成部分的功用

辅助控制装置辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。辅助控制装置普遍使用PLC。机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。三．数控机床的的工作原理理１幻灯片12幻灯片13２３幻灯片14幻灯片15４幻灯片16５幻灯片17６1.输入输输入CNC控制器的通通常有零件件加工程序序、机床参参数和刀具具补偿参数数。机床参参数一般在在机床出厂厂时或在用用户安装调调试时已经经设定好，，所以输入入CNC系统的主要要是零件加加工程序和和刀具补偿偿数据。输输入方式有有纸带输入入、键盘输输入、磁盘盘输入，上上级计算机机DNC通讯输入等等。CNC输入工作方方式有存储储方式和NC方式。存储储方式是将将整个零件件程序一次次全部输入入到CNC内部存储器器中，加工工时再从存存储器中把把一个一个个程序调出出。该方式式应用较多多。NC方式是CNC一边输入一一边加工的的方式，即即在前一程程序段加工工时，输入入后一个程程序段的内内容。2.译码译译码是以零零件程序的的一个程序序段为单位位进行处理理，把其中中零件的轮轮廓信息（（起点、终终点、直线线或圆弧等等），F、S、T、M等信息按一一定的语法法规则解释释（编译））成计算机机能够识别别的数据形形式，并以以一定的数数据格式存存放在指定定的内存专专用区域。。编译过程程中还要进进行语法检检查，发现现错误立即即报警。3.刀具补偿刀刀具补补偿包括刀刀具半径补补偿和刀具具长度补偿偿。为了方方便编程人人员编制零零件加工程程序，编程程时零件程程序是以零零件轮廓轨轨迹来编程程的，与刀刀具尺寸无无关。程序序输入和刀刀具参数输输入分别进进行。刀具具补偿的作作用是把零零件轮廓轨轨迹按系统统存储的刀刀具尺寸数数据自动转转换成刀具具中心（刀刀位点）相相对于工件件的移动轨轨迹。刀具补偿包包括B机能和C机能刀具补补偿功能。。在较高档档次的CNC中一般应用用C机能刀具补补偿，C机能刀具补补偿能够进进行程序段段之间的自自动转接和和过切削判判断等功能能。4.进给速度处处理数数控加工程程序给定的的刀具相对对于工件的的移动速度度是在各个个坐标合成成运动方向向上的速度度，即F代码的指令令值。速度度处理首先先要进行的的工作是将将各坐标合合成运动方方向上的速速度分解成成各进给运运动坐标方方向的分速速度，为插插补时计算算各进给坐坐标的行程程量做准备备；另外对对于机床允允许的最低低和最高速速度限制也也在这里处处理。有的的数控机床床的CNC软件的自动动加速和减减速也放在在这里。5.插补零零件加工程程序程序段段中的指令令行程信息息是有限的的。如对于于加工直线线的程序段段仅给定起起、终点坐坐标；对于于加工圆弧弧的程序段段除了给定定其起、终终点坐标外外，还给定定其圆心坐坐标或圆弧弧半径。要要进行轨迹迹加工，CNC必须从一条条已知起点点和终点的的曲线上自自动进行““数据点密密化”的工工作，这就就是插补。。插补在每每个规定的的周期（插插补周期））内进行一一次，即在在每个周期期内，按指指令进给速速度计算出出一个微小小的直线数数据段，通通常经过若若干个插补补周期后，，插补完一一个程序段段的加工，，也就完成成了从程序序段起点到到终点的““数据密化化”工作。。6.位置控制位位置控控制装置位位于伺服系系统的位置置环上，如如图下所示示。它的主主要工作是是在每个采采样周期内内，将插补补计算出的的理论位置置与实际反反馈位置进进行比较，，用其差值值控制进给给电动机。。位置控制制可由软件件完成，也也可由硬件件完成。在在位置控制制中通常还还要完成位位置回路的的增益调整整、，各坐坐标方向的的螺距误差差补偿和反反向间隙补补偿等，以以提高机床床的定位精精度7.I/O处理CNC的I/O处理是CNC与机床之间间的信息传传递和变换换的通道。。其作用一一方面是将将机床运动动过程中的的有关参数数输入到CNC中；另一方方面是将CNC的输出命令令（如换刀刀、主轴变变速换档、、加冷却液液等）变为为执行机构构的控制信信号，实现现对机床的的控制。8.显示CNC系统的显示示主要是为为操作者提提供方便，，显示装置置有CRT显示器或LCD数码显示器器，一般位位于机床的的控制面板板上。通常常有零件程程序的显示示、参数的