TPM企業(yè)數(shù)控機(jī)床如何運(yùn)行
來(lái)源/作者： TPM咨詢(xún)服務(wù)中心 丨 發(fā)布時(shí)間：2017-06-15 丨 瀏覽次數(shù)：
TPM咨詢(xún)公司提出：企業(yè)數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Tools）是采用數(shù)字化信號(hào)，通過(guò)可編程的自動(dòng)控制工作方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行及其加工過(guò)程產(chǎn)生的位置、角度、速度、力等信號(hào)進(jìn)行控制的新型自動(dòng)化機(jī)床。
企業(yè)數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)信息處理及控制的內(nèi)容主要包括：基本的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)輸入輸出、直線和圓弧插補(bǔ)運(yùn)算、刀具補(bǔ)償、間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償和位置伺服控制等。一些先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床甚至還具有某些智能的功能，如螺旋線插補(bǔ)、刀具監(jiān)控、在線測(cè)量、自適應(yīng)控制、故障診斷、軟鍵（SoftKey）菜單、會(huì)話型編程、圖形仿真等。數(shù)控機(jī)床的大部分功能對(duì)實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng)，信息處理量也較大，因此許多數(shù)控機(jī)床都采用多微處理器數(shù)控方式。
一般數(shù)控機(jī)床通常是指數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜銑床等，它們的下述特點(diǎn)對(duì)其組成自動(dòng)化制造系統(tǒng)是非常重要的。
1、企業(yè)數(shù)控機(jī)床柔性高
數(shù)控機(jī)床按照數(shù)控程序加工零件，當(dāng)加工零件改變時(shí)，—般只需要更換數(shù)控程序和配備所需的刀具，不需要靠模、樣板、鉆鏜模等專(zhuān)用工藝裝備。數(shù)控機(jī)床可以很快地從加工一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ち硪环N零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，適合于多品種小批量生產(chǎn)。
2、企業(yè)數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化程度高
數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床加工零件所需的幾何信息和工藝信息的集合。幾何信息有走刀路徑、插補(bǔ)參數(shù)、刀具長(zhǎng)度和半徑補(bǔ)償；工藝信息有刀具、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、冷卻液開(kāi)/關(guān)等。在切削加工過(guò)程中，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)變換切削速度和進(jìn)給速度，自動(dòng)開(kāi)/關(guān)冷卻液，數(shù)控車(chē)床自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀。操作者的任務(wù)是裝卸工件、換刀、操作按鍵、監(jiān)視加工過(guò)程等。
企業(yè)數(shù)控機(jī)床
3、加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定
現(xiàn)代企業(yè)數(shù)控機(jī)床裝備有CNC數(shù)控裝置和新型伺服系統(tǒng)，具有很高的控制精度，普遍達(dá)到1 rn，高精度數(shù)控機(jī)床可達(dá)到0.2 m。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，對(duì)反向間隙和絲杠螺距誤差以及刀具磨損進(jìn)行補(bǔ)償，因而數(shù)控機(jī)床能達(dá)到較高的加工精度。
對(duì)中小型數(shù)控機(jī)床，定位精度普遍可達(dá)到0.03mm，重復(fù)定位精度可達(dá)到0.0lmm。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)都具有很高的剛度和穩(wěn)定性，制造精度也比普通機(jī)床高。當(dāng)數(shù)控機(jī)床有3～5軸聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，可加工各種復(fù)雜曲面，并能獲得較高精度。由于按照數(shù)控程序自動(dòng)加工，避免了人為的操作誤差，因而同一批加工零件的尺寸一致性好，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
4、生產(chǎn)效率較高
零件加工時(shí)間由機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間組成，數(shù)控機(jī)床加工的機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間比普通機(jī)床明顯減少。數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速范圍和進(jìn)給速度范圍比普通機(jī)床大，主軸轉(zhuǎn)速范圍通常在 10～6000r/min，高速切削加工時(shí)可達(dá)15000r/min，進(jìn)給速度范圍上限可達(dá)到10～12m/min，高速切削加工進(jìn)給速度甚至超過(guò)30m /min，快速移動(dòng)速度超過(guò)30～60m/min。
主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般為無(wú)級(jí)變速，每道工序都能選用最有利的切削用量，空行程時(shí)間明顯減少。數(shù)控機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力比同規(guī)格的普通機(jī)床大，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度高，有的數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行強(qiáng)力切削，有效地減少機(jī)動(dòng)時(shí)間。
5、具有刀具壽命管理功能
構(gòu)成FMC和FMS的數(shù)控機(jī)床具有刀具壽命管理功能，可對(duì)每把刀的切削時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)達(dá)到給定的刀具耐用度時(shí)，自動(dòng)換下磨損刀具，并換上備用刀具。
6、具有通信功能
現(xiàn)代企業(yè)數(shù)控機(jī)床一般都具有通信接口，可以實(shí)現(xiàn)上層計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的通信，也可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，同時(shí)還可以直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。通信功能是實(shí)現(xiàn)DNC、FMC、FMS的必備條件。
數(shù)控裝置的基本組成框圖，其中1為加工零件的圖樣，作為數(shù)控裝置工作的原始數(shù)據(jù)，2為程序編制部分，3為控制介質(zhì)，也稱(chēng)為信息載體，通常用穿孔紙帶、磁帶、軟磁盤(pán)或光盤(pán)作為記載控制指令的介質(zhì)。控制介質(zhì)上存儲(chǔ)了加工零件所需要的全部操作信息，是數(shù)控系統(tǒng)用來(lái)指揮和控制設(shè)備進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的唯一指令信息。但在現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)中，可不經(jīng)控制介質(zhì)，而是將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的結(jié)果及自動(dòng)編制的程序加以后置處理，直接輸入數(shù)控裝置。
4為企業(yè)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，它是數(shù)控機(jī)床的核心環(huán)節(jié)。數(shù)控系統(tǒng)的作用是按接收介質(zhì)輸入的信息，經(jīng)處理運(yùn)算后去控制機(jī)床運(yùn)行。按數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成特征來(lái)分類(lèi)，可分為硬線數(shù)控與軟線數(shù)控。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)（即系統(tǒng)的核心數(shù)字控制裝置）是由各種邏輯元件、記憶元件組成的隨機(jī)邏輯電路，是采用固定接線的硬件結(jié)構(gòu)，數(shù)控功能是由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)稱(chēng)之為硬件數(shù)控。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理器和微型計(jì)算機(jī)功能增強(qiáng)，價(jià)格下降，數(shù)字控制裝置已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制（Computer Numerical Contro1）裝置，即所謂的 CNC裝置，它由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。CNC系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程控制器（PC或可編程邏輯控制器 PLC）、主軸控制單元及速度控制單元等部分組成。
CNC系統(tǒng)中，可編程控制器PC是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等特定功能的用戶(hù)操作指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。
PC已成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。CNC和PC（PLC）諧調(diào)配合共同完成數(shù)控機(jī)床的控制，其中CNC主要完成與數(shù)字運(yùn)算和管理有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等。
PC主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒(méi)有軌跡上的具體要求，它接受CNC的控制代碼 M（輔助功能）、S（主軸轉(zhuǎn)速）、T（選刀、換刀）等順序動(dòng)作信息，對(duì)其進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，如工件的裝夾、刀具的更換、切削液的開(kāi)關(guān)等一些輔助動(dòng)作，它還接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將一部分指令送往CNC用于加工過(guò)程的控制。
為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它包括伺服驅(qū)動(dòng)電路（伺服控制線路、功率放大線路）和伺服電動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它們與工作本體上的機(jī)械部件組成數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給系統(tǒng)，其作用是把數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的速度和位移指令（脈沖信號(hào)）轉(zhuǎn)換成執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。數(shù)控裝置可以以足夠高的速度和精度進(jìn)行計(jì)算并發(fā)出足夠小的脈沖信號(hào)，關(guān)鍵在于伺服系統(tǒng)能以多高的速度與精度去響應(yīng)執(zhí)行，整個(gè)系統(tǒng)的精度與速度主要取決于伺服系統(tǒng)。
伺服驅(qū)動(dòng)電路把數(shù)控裝置發(fā)出的微弱電信號(hào)（5V 左右，毫安級(jí)）放大成強(qiáng)電的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)（幾十、上百伏，安培級(jí)）去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)等，其作用是將電控信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)輸出軸的角速度和角位移的變化，從而帶動(dòng)機(jī)械本體的機(jī)械部件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
為坐標(biāo)軸或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)量裝置。前者用以測(cè)量坐標(biāo)軸（如工作臺(tái)）的實(shí)際位置，并將測(cè)量結(jié)果反饋到數(shù)控系統(tǒng)（或伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)），形成全閉環(huán)控制；后者用以測(cè)量執(zhí)行伺服電動(dòng)機(jī)軸的位置，并予以反饋，形成半閉環(huán)控制。測(cè)量反饋裝置的引入，有效地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，大大提高了零件的加工精度。
為輔助控制單元，用于控制其他部件的工作，如主軸的起停、刀具交換等。
為坐標(biāo)軸，如平面運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的X、Y軸。
企業(yè)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的工作本體是加工運(yùn)動(dòng)的實(shí)際執(zhí)行部件，主要包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件、工作臺(tái)及床身立柱等支撐部件，此外還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置，存放刀具的刀架、刀庫(kù)或交換刀具的自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)等。對(duì)工作本體的要求是，應(yīng)有足夠的剛度和抗振性，要有足夠的精度，熱變形小，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
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