第1章-数控诊修

第1章数控车床概述1.1数控车床的工艺范围1.2数控车床分类1.3数控车床的组成及布局1.4数控车床的电气控制1.1数控车床的工艺范围数控车床与普通车床一样，主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，例如内外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及螺纹面等。但是，数控车床是将零件的数控加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床Ｘ、Ｚ坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件，还可加工高精度的曲面与端面螺纹。使用的刀具主要有车刀、钻头、铰刀、镗刀及螺纹刀具等。数控车床加工零件的尺寸精度可达ＩＴ５～ＩＴ６，表面粗糙度可达１.６μｍ以下。它是目前使用十分广泛的一种数控机床，而且其种类很多。返回1.2数控车床分类随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面。因而也出现了几种不同的分类方法。１按数控系统的功能分类（１）经济型数控车床。经济型数控车床，如图1-1所示，一般是在普通车床基础上进行改进设计的，采用步进电动机驱动的开环伺服系统，其控制部分采用单板机或单片机实现。此类车床结构简单，价格低廉，但无刀尖圆弧半径补偿和恒线速切削等功能。（２）全功能型数控车床。全功能型数控车床，如图1-2所示，一般采用闭环控制系统或半闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。下一页返回1.2数控车床分类（３）车削中心。车削中心（如图1-3所示）是以全功能型数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序的复合加工的机床。在工件一次装夹后，它可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻螺纹等多种加工工序。车削中心的功能全面，但价格较高。（４）ＦＭＣ车床。ＦＭＣ车床实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化，如图1-4所示。下一页返回上一页1.2数控车床分类２按主轴的配置形式分类（１）卧式数控车床。卧式数控车床是指主轴轴线处于水平位置的数控车床。（２）立式数控车床。立式数控车床是指主轴轴线处于垂直位置的数控车床。还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。下一页返回上一页1.2数控车床分类３按数控系统控制的轴数分类（１）两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴联动控制。（２）四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴联动控制。对于车削中心或柔性制造单元，还要增加其他的附加坐标轴来满足机床的功能。目前，我国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。返回上一页1.3数控车床的组成及布局１数控车床的组成和配置数控车床机械结构由主轴传动机构、进给传动机构、工作台、床身等部分组成，数控车床本体结构特点：（１）采用高性能的主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。（２）进给伺服传动采用高性能传动件，具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点，一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。下一页返回1.3数控车床的组成及布局（３）有较完善的刀具自动交换和管理系统。（４）车床的机械结构还有辅助装置，主要包括刀具自动交换机构、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载与限位保护功能等部分。主传动系统一般采用变频器对交流主轴电动机进行无级调速，通过带传动或变速齿轮机构传动主轴。主轴的运动信号使用主轴编码器检测，一方面可实现主轴调速的数字反馈，另一方面可用于进给运动的控制，例如车螺纹时，控制主轴与刀架之间的准确运动关系。主轴编码器采用与主轴同步的光电脉冲发生器。该装置可以通过中间轴上的齿轮或同步带轮１∶１与主轴同步转动，也可以通过弹性联轴器与主轴同轴安装。下一页返回上一页1.3数控车床的组成及布局２数控车床的结构布局特点（１）床身结构形式：水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板、立式床身。水平床身特点：加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构①机床外形美观，占地面积小：②易于排屑和冷却液的排流；下一页返回上一页1.3数控车床的组成及布局③便于操作者操作和观察；④易于安装上下料机械手，实现全面自动化；⑤可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。（２）数控车床多采用自动回转刀架，刀架工位数量有限。（３）数控车削中心一般具有Ｃ轴控制。返回上一页1.4数控车床的电气控制数控车床的电气控制系统主要由数控车床主电路部分、数控系统部分、伺服驱动器部分、伺服电动机部分、主轴变速驱动部分、机床输入／输出控制部分等组成。具体电路如图1-5～图1-11所示。１数控车床电气控制系统各部分的组成、作用１）总电源电路总电源电路组成：由动力总线Ｕ、Ｖ、Ｗ等组成。总电源电路的作用是：起到为整机床及主轴回路、刀架回路、冷却回路传送电源的作用。下一页返回1.4数控车床的电气控制２）主轴回路电路组成：由接触器ＫＭ１、带热保护的空气开关ＱＦ１、变频器、电动机Ｍ１等组成。电路作用：控制机床主轴，为机床提供满足加工要求所需的转速和转矩。各元件的作用：（１）接触器ＫＭ１起到通断电源，为变频器提供电源的作用。（２）ＱＦ１起到为主轴电动机Ｍ１提供短路及过载保护作用。（３）变频器起到控制电动机Ｍ１速度的作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制３）冷却回路电路组成：由交流接触器ＫＭ２、带热保护的空气开关ＱＦ２、电动机Ｍ２、灭弧器ＦＶ２等组成。电路作用：为机床提供冷却液。各元件的作用：（１）交流接触器ＫＭ２起到通断电源，为电动机Ｍ２提供电源的作用。（２）ＱＦ２起到为主轴电动机Ｍ２提供短路及过载保护作用。（３）电动机Ｍ２起到为水泵提供动力的作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制４）刀架控制回路电路组成：由交流接触器ＫＭ３、ＫＭ４、带热保护的空气开关ＱＦ３、电动机Ｍ３等组成。电路作用：接收数控系统指令控制刀架，为机床提供所需工位的刀。各元件的作用：（１）交流接触器ＫＭ３、ＫＭ４起到控制刀架电动机正反转的作用。（２）ＱＦ３起到为主轴电动机Ｍ３提供短路及过载保护作用。（３）电动机Ｍ３起到带动刀架换刀及夹紧的作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制５）伺服电源电路电路组成：由带热保护的空气开关ＱＦ４、交流接触器ＫＭ５、隔离变压器ＴＣ１等组成。电路作用：把三相３８０Ｖ的交流电源变成三相２２０Ｖ的交流电源，为伺服提供动力、控制电源，并具有隔离和抗干扰的作用。６）伺服驱动回路电路组成：由三相２２０Ｖ的交流电源Ｕ４２、Ｖ４２、Ｗ４２，Ｘ轴伺服驱动器、Ｚ轴伺服驱动器，Ｘ、Ｚ轴伺服电动机、信号线、反馈线等组成。电路作用：接收数控系统指令为机床Ｘ、Ｚ轴丝杆提供驱动力。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制２电路控制原理分析三相电源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３经过空气开关ＱＦ０输出，作为机床电气控制系统的总电源。其中相线Ｌ３通过熔断器ＦＵ１、继电器ＫＡ０的触点连接到开关电源的电源输入端Ｌ上，零线Ｎ、地线ＰＥ分别连接到开关电源的Ｌ、Ｎ上，形成２２０Ｖ的交流电压供开关电源使用并提供保护接地。三相电源其中Ｌ１、Ｌ２两相通过ＦＵ１、ＦＵ２输入到变压器ＴＣ２，经过ＴＣ２降压后形成１１０伏交流电压供给控制电路。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制启动时按下启动按钮ＳＢ２，控制电源从１号线—ＳＢ１按钮—５号线—中间继电器ＫＡ０—０号线—变压器ＴＣ２形成回路，ＫＡ０得电并自锁—ＫＡ０常开触点闭合（图1-8）—开关电源得电—开关电源输出＋２４Ｖ、＋１２Ｖ、－１２Ｖ、＋５Ｖ直流电压供给数控系统—数控系统得电并处于待机状态。同时ＫＭ１得电吸合，三相电源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３通过ＱＦ１、ＫＭ１输入变频器，变频器得电处于待机状态。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制同时ＫＭ５得电吸合，三相电源Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３通过ＱＦ４、ＫＭ５输入到隔离变压器ＴＣ１，ＴＣ１把三相３８０Ｖ交流电源降压为三相２２０Ｖ交流电输入到伺服驱动器，伺服驱动器得电处于待机状态。继电器ＫＡ５控制交流接触器ＫＭ２的线圈，ＫＭ２的主触点控制冷却电动机。继电器ＫＡ３、ＫＡ４分别控制交流接触器ＫＭ３、ＫＭ４的线圈，ＫＭ３、ＫＭ４的主触点组成一个正反转控制电路，控制电动刀架的换刀与夹紧。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制停止时按下停止按钮ＳＢ１—一号线与三号触点断开—控制电路电源回路断开—ＫＡ０失电—ＫＡ０常开触点打开—数控系统、主轴变频器、伺服驱动器、冷却回来、刀架控制回路全部断电停止。ＸＳ３９端口各管脚的作用：端口第２３脚提供２４Ｖ电压供给各管脚作为系统功能信号。急停／超程：２４Ｖ电压通过ＳＱ４、ＳＱ３、ＳＢ３输入到１０号管脚作为系统的超程和急停功能的控制信号。超程悉放：按钮ＳＢ４并联在行程开关ＳＱ４、ＳＱ３上，当机床超程了按下ＳＢ４可以起到取消ＳＱ３、ＳＱ４超程检测作用。下一页返回上一页1.4数控车床的电气控制循环启动：按钮ＳＢ５连接到管脚８，起到程序循环启动作用。进给保持：按钮ＳＢ６连接到管脚７，起到程序进给保持作用。Ｘ、Ｚ零点：行程开关ＳＱ１、ＳＱ２分别连接到管脚１、９脚，作为机床的零点检测。主轴旋转允许：变频器检测故障输出端ＴＡ、ＴＢ连接到管脚２２，作为主轴旋转允许控制端。返回上一页图1-1经济型数控车床