数控技术6学习.pptx

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1、 第六章 典型数控机械 一、数控车床的机械结构及原理 数控车床没有脱离普通车床的结构形式，包括有主传动系统、进给系统及 液压、冷却、润滑系统。由于数控机床常常采用了调速电机，实现了电气无级变速。所以其传动系统比普通车床简单得多。（一）主传动系统 1、由旧机床改装的及一些经济型的数控机床 可不要求主轴数控变速，其主传动系统与普通机床类似，依靠机械有级变速。例如图61。第1页/共43页第2页/共43页2、全功能型的数控车床 其主传动系统一般采用直流或交流调速主轴电机实现无级调速，通过皮带及变速齿轮（12级）带动主轴旋转，以获得要求的调速范围和输出转矩。机械部分的有级自动变速 一般采用电磁离合器或

2、液压缸拨动齿轮。如前一章所述。全功能型的数控车床，有些包含C轴功能（严格地说，属于旋转方向的进给运动）。以实现主轴定向停车和圆周进给，并在数控装置控制下实现C轴、Z轴联动插补和C轴、X轴联动插补。实现圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻丝及曲面铣加工。图65 为C轴坐标功能的示意图。第3页/共43页第4页/共43页2、全功能型的数控车床 由于C轴功能完全不同与主轴功能，实际上是主轴的一种旋转进给运动，需要专门的伺服电机，且与主轴电机分开 其传动有多种结构形式。图66和图67分别为两个系统的C轴传动原理图。第5页/共43页采用可啮合和脱开的蜗轮副结构（蜗杆1、蜗轮3）第6页/共43页 滑移齿

3、轮5与主轴齿轮7可啮合，实现C轴运动。滑移齿轮5与主轴齿轮7脱离。实现主轴运动。第7页/共43页 3、主轴编码器 因为数控车床的进给运动与主运动无机械链联系，所以加工螺纹时，必须要有脉冲编码器记录主轴转角，保证主轴每转一转，螺纹车刀移动一个导程。同时还保证每次走刀都在工件的同一点切入，不会乱扣.工作时，脉冲编码器与主轴同步旋转，直接装在主轴的后方，或通过1：1的齿轮（同步齿形带）与主轴联系，分别如图61和62。第8页/共43页第9页/共43页第10页/共43页 二、进给系统 数控车床的进给系统是数字控制的主要部分，结构上与普通车床截然不同，由步进电机或伺服电机驱动，经过03级的齿轮传动，通过滚

4、珠丝杆带动刀架完成纵向（Z向）和横向（X向）的进给运动。图68、69、610、611为几种常用的进给传动装置。第11页/共43页 图68、69中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接与滚珠丝杆相连，结构简单，传动误差少，但要求电机的输出转矩较大，能直接带动负载。第12页/共43页 图68、69中未采用变速齿轮，伺服电机通过同步齿形带或联轴器直接与滚珠丝杆相连，结构简单，传动误差少，但要求电机的输出转矩较大，能直接带动负载。第13页/共43页 图610、611中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连，可提高输出转矩。其中齿轮采用柔性调整法消除间隙（见CC）。丝杆螺母付采用双螺母螺纹调

5、隙式结构。第14页/共43页 图610、611中为步进电机，通过变速齿轮与滚珠丝杆相连，可提高输出转矩。其中齿轮采用柔性调整法消除间隙（见CC）。丝杆螺母付采用双螺母螺纹调隙式结构第15页/共43页 （三）数控车床的刀架 1。自动转位刀架 在经济型数控车床上大都使用自动转位刀架（4、5、6把刀），目前使用最多的是螺旋转位刀架。其工作原理如图612 所示。第16页/共43页 1。自动转位刀架 换刀时，微电机4正转经离合器3 蜗轮蜗杆副丝杆螺母副螺母上升（丝杆2固定），抬起刀架1，使定位用端齿盘的上盘与下盘分离，带动刀架旋转。到位后，发信号使电机4反转，螺母反转，端齿盘的上盘下降，与下盘啮合并压紧

6、，完成刀架换位。第17页/共43页2。转塔刀架 利用转塔头的各刀座来安装或夹持各种刀具，通过转塔头的旋转分度定位来实现自动换刀。转塔头的轴线与主轴轴线平行。刀位数可多达20余种。每当一把刀的切削工序完成后，转塔头根据指令转过一个或几个刀位，选下一工步所需的刀具。转塔刀架可由电机或液压马达驱动。图615为转位传动机构简图。第18页/共43页3.动力刀架车削中心C轴功能 第19页/共43页 （四）床身与导轨 数控车床的床身由四种结构形式，如图616。水平的床身加工工艺性好，但床身下部空间小，排屑困难，一般只在经济型数控车床中使用。中小规格的现代数控车床多采用斜床身和平床身与斜滑板的结构，便于排屑，

7、占地面积小，便于操作，容易实现封闭式防护和便于安装机械手，可实现单机自动化。第20页/共43页 （四）床身与导轨 经济型数控车床一般采用塑料粘接导轨，成本低，性能较好。滚动导轨由于摩擦特性好，数控机床应用广泛。第21页/共43页 二、经济型数控车床的CNC数控系统 以CKL6132系统为例，作一介绍。（一）主要技术参数与功能（略）（二）硬件结构 该机的控制系统框图如图617所示 该机控制系统以一台16位工控机为主机，以Z80 CPU微处理器为核心的单板机作从机，构成二级控制系统。主机担负数据处理、插补控制及一些功能管理等任务；从机担负辅助机能的控制任务（如调速、换刀等），还担任手动操作方面的控

8、制任务。第22页/共43页第23页/共43页（二）硬件结构 主机可利于进一步开发，其接口电路，其中：8255主要用来传送数据和扫描开关量，并控制伺服驱动系统。8253主要用来采集主轴脉冲信号和作为G00快速进给的定时控制，8279用于中断控制。Z80单板机的PIO接口电路用于扫描开关和强电控制，CTC接口电路用于主轴直流调速和刀具快速移动的定时控制。主轴脉冲发生器与主轴同步回转。它起两个作用：一方面用于进给控制，另一方面用于主轴调速的数字反馈。第24页/共43页 （三）软件结构 1。软件的总体结构 该车床的软件总体框图如图618所示。经济型，功能简单，速度要不高，车床无刀具半径补偿计算，开环

9、中断 很少 （读入）译码一段加工一段第25页/共43页第26页/共43页 2。特殊功能模块程序设计 （1）螺纹切削处理软件 加工螺纹时，与主轴同步回转的主轴脉冲发生器每转发出二组脉冲：一组脉冲为每转发1024个，用于控制主轴每转一转，刀架在z向移动一个螺距值。另一组脉冲每转发一个脉冲，用于保证每次走刀是在同一切削点切入加工，以免乱扣。第27页/共43页 2。特殊功能模块程序设计 （1）螺纹切削处理软件 为实现主轴每转一转，刀架在Z向移动一个螺距P（对应F个脉冲，F=P/)，可以采用数字积分法（DDA法），原理如下：用两个存储单元，其中一个用来寄存螺距值JV（严格地说，是经过换算，正比于实际螺距

10、值的数）作为被积函数，另一个用来寄存余数JR（累加器）。采用中断方式，主轴脉冲发生器每发一个脉冲，就产生一次中断，每次中断进行一次累加运算（被积函数往累加器累加）。当累加器有溢出时，即向Z方向发送一个进给脉冲。第28页/共43页 主轴每转中发1024个脉冲，累加运算1024次，进给方向共发P/个脉冲（P为实际的螺距，单位mm；为脉冲当量），就保证了主轴每转一转，刀架在Z向移动一个螺距值P。设余数寄存器的容量为R，则有关系式：R P/=JV 1024 由上式可求得寄存螺距值JV（被积函数）.书上：JV=F=P/则 R=1024 图619为DDA法第29页/共43页CTC常数设置法在单片机中可以利

11、用T0或T1计数器图6-20第30页/共43页 （2）刀具选择的软件设计 自动转位刀架的软件控制过程：当前刀位 转动角 转动时间到 刀位与指令值比较 电机反转 结束 指令刀位第31页/共43页 62 立式加工中心立式加工中心 以以XHK716型立式加工中心为例型立式加工中心为例 一、机床的用途与主要技术性能一、机床的用途与主要技术性能 用途：用途：自动换刀、三坐标直线插补、任意二轴圆弧插补、闭环控制，自动换刀、三坐标直线插补、任意二轴圆弧插补、闭环控制，数控系统采用数控系统采用FANUC-6MB系统系统，适合于复杂型面零件的多工序加工。，适合于复杂型面零件的多工序加工。技术参数（略）技术参数（

12、略）二、机床的组成和传动系统二、机床的组成和传动系统 组成：组成：机床部件、主轴箱、进给系统、自动换刀装置、液压系统、气动系统机床部件、主轴箱、进给系统、自动换刀装置、液压系统、气动系统 外形图如图外形图如图621。第32页/共43页第33页/共43页二、机床的组成和传动系统二、机床的组成和传动系统 图图622为机床的传动系统原理图。为机床的传动系统原理图。主传动：主传动：宽调速直流电机宽调速直流电机1 轴轴I、II、III、IV 主轴主轴3，其中其中III轴到轴到IV 轴，由两档变速轴，由两档变速 进给运动（三个方向）：进给运动（三个方向）：直流伺服电机（直流伺服电机（4、7、9）张紧环结合

13、子（张紧环结合子（5、6、8）滚珠丝杆滚珠丝杆 工作台（十字滑台、垂向滑座）工作台（十字滑台、垂向滑座）进给运动中无传动齿轮，电机直接带动丝杆。进给运动中无传动齿轮，电机直接带动丝杆。第34页/共43页第35页/共43页 三、机床的自动换刀装置 自动换刀装置由单盘式刀库12、刀库底座11、液压马达10、双臂回转机械手组成，见图622及图621。其中机械手安装在主轴箱的左侧面，换刀时可随同主轴箱一起在立柱上运动。自动换刀的工作过程见图623。在整个换刀过程中各项动作均由限位开关控制，只有前一个动作完成后，才能进行下一个动作，从而保证运动的可靠性。第36页/共43页第37页/共43页 四、FANU

14、C-6MB数控系统的基本功能 （一）概述 图626为FANUC系统的结构。每个进给坐标轴都配有一套伺服驱动系统。进给驱动电机采用直流伺服电机应用PWM晶体管脉宽调速电路。系统的位置控制框图如图627所示。CPU输出的位置指令经过专用大规模集成电路位置控制芯片MB8739处理后，送往D/A，再经速度控制单元控制电机运动。第38页/共43页第39页/共43页 位置控制芯片MB8739是FANUC公司专门设计的，它包括位置测量与反馈的全部线路，集成都非常高。其结构主要包括以下几部分：（1）DDA插补器：该插补器作细插补，它的输入是第一级软件插补一个插补周期的信息。（2）误差寄存器：实现指令位置与实际

15、位置的比较，并寄存比较后的跟随误差（实际上是多位可逆计数器）（3）位置增益调整：对位置误差乘以一定的比例系数，用来调整整个位置伺服系统的开环增益KV。KV是由软件根据实际系统的要求设定的。（4）PWM脉宽调制电路：将位置误差调制成某一固定频率、且宽度（占空比）与误差值成正比的矩形脉冲波，经PWM后，输出误差指令FCMD.（5）偏移补偿控制：当无位置指令输出时，自动补偿坐标轴可能出现的移动（如间隙等）（6）鉴相器：该线路用来处理脉冲编码器的反馈信号，转换为一系列脉冲。该线路包括辨向与倍频 （7）DMR：实际位移值的倍乘系数。当编程的指令单位与实际机床移动单位不一致时，用DMR进行调整，使其一致，以便进行比较。（8）基准计数器：机床坐标回到参考点时，由该计数器产生零点信号。第40页/共43页第41页/共43页 （二)FANUC-6MB数控系统的主要功能（略）第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页