数控机床维修及维护基础hqgw.pptx
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1、 12023/3/2501-数控机床维修维护基础一.数控机床的基本概念二.数控机床的组成三.数控机床的分类四.数控机床的工作过程五.对维修人员的基本要求六.必要的维修用具及资料准备七.数控机床的维护第1页/共48页 22023/3/25数控技术:数控技术:简称数控简称数控 (Numerical Control Numerical Control NC NC),),是利用数字化信息对机械运动及加工过程进是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制,因此也可以称为计算机数控机进行控制,因此也可以称为计算机数控(
2、Computer Numerical Control Computer Numerical Control CNC CNC)。)。数控技术与数控机床数控技术与数控机床一、数控机床的基本概念一、数控机床的基本概念第2页/共48页 32023/3/25数控机床数控机床 数控机床是数字控制机床的简称,是一种装数控机床是数字控制机床的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够处理规定的程序,并将其译码,从而使机床动作处理规定的程序,并将其译码,从而使机床动作并加工零件。它是数控技术的典型应用。数控系并加工零件。它是数控技术的典型应用。数控系统是实
3、现数字控制的装置,计算机数控系统是以统是实现数字控制的装置,计算机数控系统是以计算机为核心的数控系统。计算机为核心的数控系统。一、控机床的基本概念一、控机床的基本概念第3页/共48页 42023/3/25数控机床的组成如图所示:二二、数控机床的组成、数控机床的组成第4页/共48页 52023/3/25数控机床的组成:数控机床的组成:1.数控装置,是数控机床的核心,包括硬件(I/O接口板、CPU板、CRT显示器、键盘等)以及相应的软件,用于输入数字化的零件程序,并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。2.驱动装置,用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统包括
4、驱动装置和执行机构两大部分。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息,经功率放大、整形处理后,转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。二二、数控机床的组成、数控机床的组成第5页/共48页 62023/3/25 3.3.测量反馈装置,测量元件将机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中,数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较,并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。4.4.机床本体,它是数控机床的主体,包括机床床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。5.5.辅助装置,指数控机床的一些必要的配套部件,用以保证数控机床的运行
5、,它包括液压和气动装置、润滑装置、排屑装置、冷却装置、照明装置、交换工作台和数控分度头,还包括刀具及其监控检测装置等。二二、数控机床的组成、数控机床的组成第6页/共48页 72023/3/252.1计算机数控装置(CNC装置)液晶显示器MDI键盘“急 停”按钮功能键机床控制面板(MCP)机床控制面板MCP 数控装置由硬件和软件两大部分组成。它接受从机床输入装置(键盘、软盘、硬盘、纸带阅读机、磁带机以及网络或串口传输等)输入的控制信号代码,经过译码、运算、存储等转变成控制指令实现直接或通过可编程逻辑控制器(PLCPLC)对伺服驱动系统或其他辅助装置的控制。第7页/共48页 82023/3/252
6、.2伺服驱动伺服驱动/进给装置进给装置 伺服驱动伺服驱动/进给装置是数控装置与主机之间的连接环节,它是接受数控装置进给装置是数控装置与主机之间的连接环节,它是接受数控装置插补生成的进给脉冲信号,经过信号放大后,驱动机床,实现机床的运动进给。插补生成的进给脉冲信号,经过信号放大后,驱动机床,实现机床的运动进给。主要包括:主轴驱动单元 进给驱动单元 主轴电机 进给电机 目前常用的有交、直流伺服电机和步进电机等。且交流伺服电机正逐渐取代直流伺服电机。第8页/共48页 92023/3/25 测量反馈装置是通过现代化的测量元件:脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅、磁尺和激光等,将执行元件(如电机、
7、刀架等)或工作台等的速度和位移量检测出来,经过相应的电路将所测得信号反馈回伺服驱动装置或数控装置,构成半闭环或全闭环系统,补偿进给电机的速度或执行机构的运动误差,以达到提高运动机构精度的目的。2.3测量反馈装置测量反馈装置第9页/共48页 102023/3/25光栅尺的原理图-012.3测量反馈装置测量反馈装置第10页/共48页 112023/3/25播放动画播放动画2.3测量反馈装置测量反馈装置长光栅莫尔条纹长光栅莫尔条纹,目的是增加辨识率。目的是增加辨识率。第11页/共48页 122023/3/252.3测量反馈装置测量反馈装置 如左下图所示,可根据如左下图所示,可根据A、B的相位差来判断
8、光栅尺的相位差来判断光栅尺或者旋转编码器的运动方向;右下图为旋转编码器的原或者旋转编码器的运动方向;右下图为旋转编码器的原理图。理图。第12页/共48页 132023/3/25 机床本体即数控机床的机械部件,包括机床本体即数控机床的机械部件,包括:主运动部件主运动部件;给进运动执行部件(工作台、拖板及其传动部件)给进运动执行部件(工作台、拖板及其传动部件);支支承部件(床身立柱等)。承部件(床身立柱等)。加工中心类的数控机床还有存放刀具的刀库、交换加工中心类的数控机床还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件。刀具的机械手等部件。数控机床机械部件的组成与普通机床相似,但是由数控机床机械部件的组
9、成与普通机床相似,但是由于数控机床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工的于数控机床的高速度、高精度、大切削用量和连续加工的要求,其机械部件在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。要求,其机械部件在精度、刚度、抗震性等方面要求更高。因此,近年来来设计数控机床时采用了许多新的加强刚性、因此,近年来来设计数控机床时采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施。如矩形导轨、滚珠减小热变形、提高精度等方面的措施。如矩形导轨、滚珠丝杠等。丝杠等。2.4机床本体机床本体第13页/共48页 142023/3/25 硬轨的导轨和床身是一体的铸造件,然后在那基础上加工出导轨,再通过淬火、磨削后加工成的导
10、轨。现在也有床身和导轨不一定一体的,比如镶钢导轨,就是加工后钉接在床身上的。硬轨是导轨是滑动摩擦的,刚性好,承载能力强。2.4机床本体机床本体-机床导轨机床导轨第14页/共48页 152023/3/25 线轨通常指滚动导轨,常称这类元件为“直线导轨”。直线导轨本身分两部分:滑轨和滑块。滑块内有内循环的滚珠或滚柱,滑轨的长度可以定制。它是一种模块化的元件,是有专门厂家生产的标准化系列化的单独的产品,可以安装在机床上,磨损后可以拆卸下来更换。线轨是滚动摩擦,速度快,阻力小,润滑也方便.2.4机床本体机床本体-机床导轨机床导轨第15页/共48页 162023/3/25 PLCPLC主要完成与逻辑运算
11、有关的主要完成与逻辑运算有关的一些动作,没有轨迹上的具体要求,一些动作,没有轨迹上的具体要求,它接受它接受CNCCNC装置的控制代码装置的控制代码M(M(辅助辅助功能功能)、S(S(主轴转速主轴转速)、T(T(选刀、换刀选刀、换刀)等顺序动作信息,对其进行译码,转等顺序动作信息,对其进行译码,转换成对应的控制信号,控制辅助装置换成对应的控制信号,控制辅助装置完成机床相应的开关动作,如工件的完成机床相应的开关动作,如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开、关装夹、刀具的更换、冷却液的开、关等一些辅助动作;等一些辅助动作;它还接受机床操作面板的指令,它还接受机床操作面板的指令,一方面直接控制机床的动作
12、,另一方一方面直接控制机床的动作,另一方面将一部分指令送往面将一部分指令送往CNCCNC装置,用于加装置,用于加工过程的控制。工过程的控制。2.5辅助装置辅助装置-可编程逻辑控制器(可编程逻辑控制器(PLC)第16页/共48页 172023/3/25 数控机床种类繁多,有钻、铣、镗床类、车削数控机床种类繁多,有钻、铣、镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用机床等等,对于采用数控技术进他特殊用途的专用机床等等,对于采用数控技术进行控制的机床,我们称之为数控机床(行控制的机床,我们称之为数控机床(NCNC机床)。机床)。
13、它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品,是现代制造技术的基础。数控机床电一体化产品,是现代制造技术的基础。数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。向。三三 数控系统的分类数控系统的分类第17页/共48页 182023/3/251)点位控制数控系统2)直线切削数控系统3)连续切削数控系统3.1按机床的运动轨迹分类按机床的运动轨迹分类第18页/共48页 192023/3/251)开环数控机床 2)半
14、闭环数控机床 3)闭环控制机床3.2按进给伺服系统的类型分类按进给伺服系统的类型分类1)开环数控机床)开环数控机床 开环控制数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置,开环控制数控机床的特点是其控制系统不带反馈装置,通常使用步进电机作为伺服执行机构。开环控制系统结构简通常使用步进电机作为伺服执行机构。开环控制系统结构简单,制造成本低,系统对移动部件的实际位移量不进行测量,单,制造成本低,系统对移动部件的实际位移量不进行测量,也不进行误差校正。开环系统仅适用与加工精度要求不是很也不进行误差校正。开环系统仅适用与加工精度要求不是很高的中小型数控机床。高的中小型数控机床。第19页/共48页 202023
15、/3/253.2按进给伺服系统的类型分类按进给伺服系统的类型分类2)半闭环数控机床)半闭环数控机床 这类数控机床是在进给电动机的轴端安装角位移测量元件,这类数控机床是在进给电动机的轴端安装角位移测量元件,通过测量电动机轴的旋转角位移并经过一定的换算来代替测量通过测量电动机轴的旋转角位移并经过一定的换算来代替测量工作台的直线位移。这类系统未将丝杆螺母副、齿轮传动副等工作台的直线位移。这类系统未将丝杆螺母副、齿轮传动副等传动误差包含在控制系统中,其精度介于开环和闭环之间,但传动误差包含在控制系统中,其精度介于开环和闭环之间,但调试比较方便,应用比较广泛。调试比较方便,应用比较广泛。位置控制调节器速
16、度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件实际位置反馈实际速度反馈第20页/共48页 212023/3/253.2按进给伺服系统的类型分类按进给伺服系统的类型分类3)闭环数控机床)闭环数控机床 这类机床带有检测装置,直接对工作台的位移量进行测量。这类机床带有检测装置,直接对工作台的位移量进行测量。该系统可以消除包括工作台传动链在内的运动误差,定位精度该系统可以消除包括工作台传动链在内的运动误差,定位精度高,调节速度快。但调试工作比较困难,制造成本高。适用于高,调节速度快。但调试工作比较困难,制造成本高。适用于精度要求很高的数控机床。精度要求很高的数控机床。位置控
17、制调节器速度控制调节与驱动检测与反馈单元位置控制单元速度控制单元+-电机机械执行部件实际位置反馈实际速度反馈第21页/共48页 222023/3/253.3按数控系统功能水平分类1)经济型数控系统又称简易数控系统2)普及型又称全功能数控系统3)高档型数控系统第22页/共48页 232023/3/253.3按数控系统功能水平分类档次功能水平指标低档中档高档分辨率()1010.1进给速度(m/min)815152415100伺服系统类型开环、步进电机半闭环或闭环、直流或交流伺服系统联轴功能轴轴通信能力无RS-232C或直接数控接口遵循自动化协议,具有连网功能显示功能数码管显或单显CRT较齐全的CR
18、T显示(文字、二维图象等)三维图显,图形编程等内装与否无有主8bitCPU16bit、32bit第23页/共48页 242023/3/251)硬件式数控机床,即)硬件式数控机床,即NC机床。机床。这类数控系统的输入、插补运算、控制等功能均由集成电路或分立元件等器件实现。一般来说,数控机床不同,其控制电路也不同,因此系统的通用性较差,因其全部由硬件组成,所以功能和灵活性也较差。这类系统在 70 年代以前应用得比较广泛。2)软件式数控机床,即)软件式数控机床,即CNC机床。机床。这类系统利用中、大规模及超大规模集成电路组成 CNC 装置,或用微机与专用集成芯片组成,其主要的数控功能几乎全由软件来实
19、现,对于不同的数控机床,只须编制不同的软件就可以实现,而硬件几乎 可以通用。因而灵活性和适应性强,也便于批量生产,模块化的软、硬件,提高了系统的质量和可靠性。所以,现代数控机床都采用 CNC 装置。3.4按数控装置类型分类第24页/共48页 252023/3/25 1)金属切削类机床。)金属切削类机床。如数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床、数如数控车床、数控铣床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。控磨床、数控镗床等。2)金属成型类机床。)金属成型类机床。如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。3)数控特种加工机床。)数控特种加工机
20、床。如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激如数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等。光切割机床等。4)其他类型的数控机床。)其他类型的数控机床。如火焰切割机、数控三坐标测量机等。如火焰切割机、数控三坐标测量机等。3.4按加工方式分类第25页/共48页 262023/3/25 数控系统的主要任务是进行刀具和工件之间相对运动的控制。四 数控机床的工作过程第26页/共48页 272023/3/25四 数控机床的工作过程 1 1)在在接接通通电电源源后后,数数控控装装置置和和可可编编程程控控制制器器都都将将对对数数控控系系统各组成部分的工作状态进行检查和诊断,并设置初态。统各组成
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