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        數(shù)控機床及其系統(tǒng)設計探析

        2010-11-16 05:51:10盛夏
        中國新技術新產(chǎn)品 2010年7期
        關鍵詞:單節(jié)數(shù)控銑工作臺

        盛夏

        (杭州師范大學錢江學院,浙江 杭州 310012)

        1 引言

        隨著現(xiàn)代科技及工業(yè)的發(fā)展,自由曲面已廣泛應用于各行各業(yè),大到汽車外形,飛機機身,船舶船體,小到電話機座等。因此,如何精確、高效地設計和制造自由曲面件成為必須解決的問題。

        數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床;該程序控制系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規(guī)定的程序;數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床的加工過程:將各種機床動作由數(shù)字化的代碼表示,通過某種載體將信息輸入數(shù)控系統(tǒng),控制計算機對輸入的數(shù)據(jù)進行處理,從而控制機床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行原件,使機床加工出所需的工件。

        2 數(shù)控機床的控制原理

        數(shù)控機床是一種高度自動化的機床,在加工工藝與加工表面形成方法上,與普通機床是基本相同的,最根本的不同在于實現(xiàn)自動化控制的原理與方法上。數(shù)控機床是用數(shù)字化的信息來實現(xiàn)自動控制的,將與加工零件有關的信息—工件與刀具相對運動軌跡的尺寸參數(shù)(進給執(zhí)行部件的進給尺寸),切削加工的工藝參數(shù)(主運動和進給運動的速度、切削深度等),以及各種輔助操作(主運動變速、刀具更換、冷卻潤滑液啟停、工件加緊松開等)等加工信息一一用規(guī)定的文字、數(shù)字和符號組成的代碼,按一定的格式編寫成加工程序單,將加工程序通過控制介質(zhì)輸入到數(shù)控裝置中,由數(shù)控裝置經(jīng)過分析處理后,發(fā)出各種與加工程序相對應的信號和指令控制數(shù)控機床進行加工。數(shù)控機床的控制原理通過下述的數(shù)控機床的各系統(tǒng)得以實現(xiàn)其功能。

        3 數(shù)控機床的組成

        3.1 程序編制及程序載體

        數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。在對加工零件進行工藝分析的基礎上,確定:零件坐標系在基礎坐標系上的相對位置,即零件在機床上的安裝位置;刀具與零件相對運動的尺寸參數(shù);零件加工的工藝路線或加工順序、切削加工的工藝參數(shù)以及輔助裝置的動作等。

        3.2 輸入裝置

        它的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應的電脈沖信號,傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。

        3.3 數(shù)控裝置及強電控制裝置

        數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心,它接受輸入裝置送來的脈沖信號,經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行編譯令控制機床的各個部分,進行規(guī)定的運算和邏輯處理后,輸出各種信號和指有序的動作。

        3.4 伺服驅動系統(tǒng)及位置檢測裝置

        伺服驅動系統(tǒng)由伺服驅動電路和伺服驅動裝置(電機)組成,并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。

        3.5 機床的機械部分

        數(shù)控機床的機械部分包括:主運動部件,進給運動執(zhí)行部件如工作臺、拖板及其傳動部件和床身立柱等支撐部件,此外,還有冷卻、潤滑、排屑、轉位和加緊等輔助裝置。

        4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件部分

        本數(shù)控銑床系統(tǒng)是基于“銑床專用數(shù)控器”的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其基本結構由機床本體、銑床專用數(shù)控器、數(shù)字交流伺服進給驅動器及電機、無刷直流主軸電機及驅動器等裝置組成。系統(tǒng)硬件的主要組成部分如下:

        1 臺H4C-M銑床專用數(shù)控器;1塊輸入信號板INPUT;1塊輸出信號板OUTPUT;3臺ASDA-B系列ASD-B0221-A交流伺服驅動器;3臺PM型交流伺服電機ECMA-C30602ES;1臺主軸57BL-1O15H1-LK-001無刷直流電機;1臺B L-2203 C無刷直流電機驅動器;配套電源、若干排線、若干接近開關等。

        5 數(shù)控系統(tǒng)的軟件部分

        此數(shù)控銑床系統(tǒng)的軟件部分由H4C-M銑床專用數(shù)控器自帶。為了滿足數(shù)控銑床系統(tǒng)要求,需要修改銑床專用數(shù)控器的一些參數(shù)。同時,對需要使用到的程序的編輯輸入操作及程序設計及指令進行說明。

        5.1 參數(shù)設置

        參數(shù)設置的方法如下:連按兩下【自動/MDI】進入MDI模式中,執(zhí)行M9999指令,即可進入?yún)?shù)修改模式中(或按住【M】鍵5秒鐘,也可進入?yún)?shù)修改模式中),各參數(shù)代碼,可以參照參數(shù)表,修改完成后必需按下【RESET】。

        5.1.1 分辨率分子或分母設定值

        分辨率分子或分母設定值是依據(jù)機械軸向傳動裝置規(guī)格和伺服電機回授的脈波數(shù)來決定。

        X軸扮杠螺距=4.OOOmm,馬達ENCODER=2_500pulse,倍率=4,齒數(shù)比 1:1。

        5.1.2 馬達旋轉方向設定

        工作臺設計,各廠不一。因此伺服馬達裝在扮杠的位置可左可右,可前可后。伺服馬達裝上之后,如果工作臺行走方向正好相反,可以利用參數(shù)把工作臺方向修正過來。設定0為旋轉正方向,1為旋轉負方向。根據(jù)數(shù)控銑床實際情況設定:X軸電機旋轉方向為1,Y軸電機旋轉方向為0,Z軸電機旋轉方向為0。

        5.1.3 各軸最高進給速度設定

        此數(shù)控銑床較小,各軸行程均較短,過高的速度造成較大的沖擊,會損害電機及滾珠絲杠。因此,將各軸最高進給速度設定如下:X軸向最高進給速度為1000即表示X軸最高進給速度是每分鐘1000毫米,同樣Y,Z軸最高進給速度也設為10000

        5.2 程序的選擇

        H4C-M銑床專用數(shù)控器,可以存儲編號00-0999的程序。在這些程序中,可以任選其中一程序編輯或執(zhí)行。程序選擇的方式:快按【編輯/程式選擇】鍵兩次,進入程序選擇模式,顯示檔案目錄頁,LCD顯示如下圖所示。移動游標至欲選擇的程序后,可以通過輸入鍵或選取鍵選擇。

        在此模式下,可輸入程序注解而可用的字符張度1到12字。

        5.3 修改舊程序

        在修改舊程序的過程中,可以分為以下幾種情況:

        5.3.1 增加(修改)一個指令

        在程序語句區(qū),將光標移動到要增加(修改)指令的單節(jié);在數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)依次輸入增加(修改)指令所需的字母和數(shù)字;再次按刪除鍵即可完成。

        5.3.2 刪除一個指令

        在程序語句區(qū),將光標移動到要刪除指令的單節(jié);在數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū),依次輸入該指令所需的字母,而在該字母后面不輸入任何數(shù)值;再次按輸入鍵,即可完成。

        5.3.3 插入一個單節(jié)

        在程序語句區(qū),將光標移動到需要插入單節(jié)程序的上一個單節(jié);在數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū),輸入插入單節(jié)第一個指令所需的字母和數(shù)字,按下輸入鍵即可完成。

        5.3.4 刪除一個單節(jié)

        在程序語句區(qū),將光標移動到需要刪除的單節(jié);按下刪除鍵;即可完成。

        6 數(shù)控系統(tǒng)的機械部分

        本數(shù)控銑床系統(tǒng)為二軸聯(lián)動數(shù)控銑床系統(tǒng),如下圖所示。鑒于機床本身的誤差和需要加工零件的精度,需要對機床進行誤差補償。

        6.1 聯(lián)軸器

        本數(shù)控銑床系統(tǒng)的聯(lián)接結構采用電機與滾珠扮杠直接相聯(lián)的方式,需要借助聯(lián)軸器讓它們相聯(lián)。聯(lián)軸器是用來將原動機所產(chǎn)生的轉矩傳遞給從動機的裝置。

        6.2 工作臺

        數(shù)控銑床的工作臺,不僅要平整還要與主軸刀具保持垂直。即使把工作磨得很光滑平整、主軸及刀具的垂直度精度很高。也會存在著裝配誤差以及由于地基不平所帶來的誤差。因此,這里工作臺的加工方式采用“自干自”的加工方法。

        7 總結

        本文結合當前國內(nèi)外機械設計制造的發(fā)展趨勢,結合機械制造技術基礎、機床設計理論、數(shù)控技術、電子技術應用理論、計算機應用技術、曲線和曲面論、CATIA自由曲面造型及CATIA數(shù)控加工等論述了機械設計及其自動化方向技術。在一定程度上有一定的理論意義和借鑒價值,特別是對從事曲面件設計和制造以及數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控裝置開發(fā)的人員。

        [1]廖效果,數(shù)控技術,湖北科學技術出版社,2000年

        [2]土志勇,翁迅編,數(shù)控機床與編程技術,北京大學出版社,2008.

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