数控机床的组成、工作原理

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。数值计算程序校核工艺分析制备控制介质编程序清单零件图纸输入装置工作台数控装置输出装置伺服机构毛坯工件编程部分机床控制部分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．数控机床的工作原理坐标轴运动与位置检测F指令速度处理坐标及刀补处　　理主轴电动机和电气控制主轴控制与辅助操作处理伺服驱动进给电动机位置控制输出插补运算S、M、T执行完信号可编程控制器PLCS、M、T指令处理插补预处理G指令处理输入译码零件程序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.输入输入CNC控制器的通常有零件加工程序、机床参数和刀具补偿参数。机床参数一般在机床出厂时或在用户安装调试时已经设定好，所以输入CNC系统的主要是零件加工程序和刀具补偿数据。输入方式有纸带输入、键盘输入、磁盘输入，上级计算机DNC通讯输入等。CNC输入工作方式有存储方式和NC方式。存储方式是将整个零件程序一次全部输入到CNC内部存储器中，加工时再从存储器中把一个一个程序调出。该方式应用较多。NC方式是CNC一边输入一边加工的方式，即在前一程序段加工时，输入后一个程序段的内容。2.译码译码是以零件程序的一个程序段为单位进行处理，把其中零件的轮廓信息（起点、终点、直线或圆弧等），F、S、T、M等信息按一定的语法规则解释（编译）成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区域。编译过程中还要进行语法检查，发现错误立即报警。3.刀具补偿刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。为了方便编程人员编制零件加工程序，编程时零件程序是以零件轮廓轨迹来编程的，与刀具尺寸无关。程序输入和刀具参数输入分别进行。刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹按系统存储的刀具尺寸数据自动转换成刀具中心（刀位点）相对于工件的移动轨迹。刀具补偿包括B机能和C机能刀具补偿功能。在较高档次的CNC中一般应用C机能刀具补偿，C机能刀具补偿能够进行程序段之间的自动转接和过切削判断等功能。4.进给速度处理数控加工程序给定的刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合成运动方向上的速度，即F代码的指令值。速度处理首先要进行的工作是将各坐标合成运动方向上的速度分解成各进给运动坐标方向的分速度，为插补时计算各进给坐标的行程量做准备；另外对于机床允许的最低和最高速度限制也在这里处理。有的数控机床的CNC软件的自动加速和减速也放在这里。5.插补零件加工程序程序段中的指令行程信息是有限的。如对于加工直线的程序段仅给定起、终点坐标；对于加工圆弧的程序段除了给定其起、终点坐标外，还给定其圆心坐标或圆弧半径。要进行轨迹加工，CNC必须从一条已知起点和终点的曲线上自动进行“数据点密化”的工作，这就是插补。插补在每个规定的周期（插补周期）内进行一次，即在每个周期内，按指令进给速度计算出一个微小的直线数据段，通常经过若干个插补周期后，插补完一个程序段的加工，也就完成了从程序段起点到终点的“数据密化”工作。6.位置控制位置控制装置位于伺服系统的位置环上，如图下所示。它的主要工作是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，用其差值控制进给电动机。位置控制可由软件完成，也可由硬件完成。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、，各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿等，以提高机床的定位精度插补输出指令位置控制速度控制进给电动机测量反馈7.I/O处理CNC的I/O处理是CNC与机床之间的信息传递和变换的通道。其作用一方面是将机床运动过程中的有关参数输入到CNC中；另一方面是将CNC的输出命令（如换刀、主轴变速换档、加冷却液等）变为执行机构的控制信号，实现对机床的控制。8.显示CNC系统的显示主要是为操作者提供方便，显示装置有CRT显示器或LCD数码显示器，一般位于机床的控制面板上。通常有零件程序的显示、参数的显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警信息显示等。有的CNC装置中还有刀具加工轨迹的静态和动态模拟加工图形显示。作业