關(guān)于數(shù)控機(jī)床,你了解多少?作者:藍(lán)藍(lán)科技來(lái)源:藍(lán)藍(lán)科技 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展水平不僅體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展水平,更是衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一。 清楚了世界數(shù)控機(jī)床與中國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展過程以及它的意義所在。雖然我國(guó)發(fā)展迅速,但在數(shù)控床領(lǐng)域,我國(guó)同先進(jìn)工業(yè)國(guó)家之間差距難以想象,更是目前一時(shí)半會(huì)難以達(dá)到的,與此同時(shí)我們正在努力縮小差距。 小到一枚螺絲釘、機(jī)械零件,大到汽車、船舶、飛機(jī)、鐵路,都離不開工廠里轟鳴的機(jī)床。機(jī)床是制造工件的機(jī)器,是一個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)的根本。機(jī)床行業(yè)技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量是衡量一個(gè)國(guó)家裝備制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。而數(shù)控機(jī)床作為高端機(jī)床,是“大國(guó)重器”零部件的生產(chǎn)機(jī)器,更是智能裝備發(fā)展的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床的重要性可見一斑。 機(jī)床的發(fā)展歷程
當(dāng)前,數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理1. 數(shù)控機(jī)床的組成 數(shù)控機(jī)床由主體部分、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置、編程及其他附屬裝備等組成。 (1) 主機(jī):主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體部分,包括機(jī)身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件,主要用于完成各種切削加工。 (2) 數(shù)控裝置:數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心,包括硬件(印刷電路板、CRT顯示器、鍵盤、紙帶閱讀器等)以及相應(yīng)的軟件,用于輸入數(shù)字化的加工程序,并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。 (3) 驅(qū)動(dòng)裝置:驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件,包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。驅(qū)動(dòng)裝置在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí),可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 (4) 輔助裝置:輔助裝置指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件,用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行,如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。輔助裝置包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭,還包括刀具及監(jiān)控監(jiān)測(cè)裝置等。 (5) 編程及其他附屬裝備:可用來(lái)在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。 以一臺(tái)小型立式加工中心的外形圖為例,可以直觀地看出數(shù)控機(jī)床的基本組成部分。 2. 數(shù)控機(jī)床的工作原理 數(shù)控機(jī)床的工作過程一般為:數(shù)控裝置內(nèi)的計(jì)算機(jī)對(duì)通過輸入裝置以數(shù)字和字符編碼方式所記錄的信息進(jìn)行一系列處理后,再通過伺服系統(tǒng)及可編程序控制器向機(jī)床主軸及進(jìn)給等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令,機(jī)床主體則在檢測(cè)反饋裝置的配合下按照這些指令,對(duì)工件加工所需的各種動(dòng)作,如刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量和進(jìn)給速度等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,從而完成工件的加工。 數(shù)控機(jī)床的工作原理可以簡(jiǎn)單概括為:通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),將加工程序轉(zhuǎn)化為機(jī)床控制信號(hào),控制機(jī)床在三維空間內(nèi)進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)和加工操作,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加工。 數(shù)控機(jī)床的分類在數(shù)控機(jī)床的工作原理中,最為重要的部分是:將工藝分析得到的工藝流程編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的加工程序。數(shù)控系統(tǒng)既是把數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床區(qū)分開的重要標(biāo)志,也是數(shù)控機(jī)床行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床的品牌規(guī)格多種多樣,分類方式也各有不同,其中,大致有以下四種分類方式。 1. 按照工藝用途分類 按照數(shù)控機(jī)床的工藝用途分類,有以下四類:金屬切削類、金屬成型類、特種加工類、測(cè)量繪圖類。金屬切削類指采用車、銑、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機(jī)床。金屬成型類指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機(jī)床,常用的有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控旋壓機(jī)等;特種加工類主要有數(shù)控電火花線切割機(jī)、數(shù)控電火花成型機(jī)、數(shù)控火焰切割機(jī)、數(shù)控激光加工機(jī)等;測(cè)量、繪圖類主要有三坐測(cè)量?jī)x、數(shù)控對(duì)刀儀、數(shù)控繪圖儀等。 其中,金屬切削類數(shù)控機(jī)床中有很重要的一種為加工中心。加工中心能自動(dòng)更換工具,可以對(duì)一次裝夾的工件實(shí)現(xiàn)多工序加工。加工中心同樣可以按照加工工序和控制軸數(shù)分類,另外也可以按照主軸與工作臺(tái)的相對(duì)位置分為臥式加工中心、立式加工中心等。加工中心主要適用于加工形狀復(fù)雜、工序多、精度要求比較高的工件,如:箱體類工件,復(fù)雜曲面類工件,異形件,盤、套、板類工件等。箱體類工件一般都要求進(jìn)行多工位孔系以及平面的加工,定位精度要求高,在加工中心上加工的時(shí)候,一次裝夾能完成普通機(jī)床一半以上的工序內(nèi)容。除此之外,在加工中心上還可以進(jìn)行特殊加工,如在主軸上安裝調(diào)頻電火花電源,可對(duì)金屬表面進(jìn)行表面淬火。 2. 按照運(yùn)動(dòng)方式分類 數(shù)控機(jī)床按照刀具的運(yùn)動(dòng)方式分類可以分為三類:點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床,點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床,輪廓控制數(shù)控機(jī)床。刀具的運(yùn)動(dòng)方式也有相應(yīng)的三種,第一種只看起點(diǎn)和終點(diǎn),不規(guī)定過程;第二種,規(guī)劃路徑和速度,通過某一個(gè)方向控制過程,但是只能按照既定路線運(yùn)動(dòng);第三種,按照加工要求,通過兩個(gè)及以上的方向控制刀具的運(yùn)動(dòng)路線,實(shí)時(shí)修正路徑和進(jìn)給速度。也就是說(shuō),點(diǎn)位控制只控制刀具或工作臺(tái)從一點(diǎn)移至另一點(diǎn)的精準(zhǔn)定位,點(diǎn)位直線控制在點(diǎn)位控制的基礎(chǔ)上再通過控制一個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)按照確定的速度和軌跡控制刀具的運(yùn)動(dòng),輪廓控制能夠連續(xù)控制兩個(gè)或者兩個(gè)以上運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的位移和速度。 點(diǎn)位控制通常用于執(zhí)行孔加工和直線銑削操作的數(shù)控機(jī)床上,具有點(diǎn)位控制功能的機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控沖床、數(shù)控鏜床等。點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床在移動(dòng)的過程中刀具能以指定的進(jìn)給速度進(jìn)行切割,一般只能加工矩形、臺(tái)階形零件。目前,僅使用點(diǎn)位控制或點(diǎn)位直線控制的數(shù)控機(jī)床已不多見,除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 輪廓控制類機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割機(jī)床、加工中心等,其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)?,F(xiàn)在計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實(shí)現(xiàn),增加輪廓控制功能不會(huì)帶來(lái)成本的增加。 3. 按照聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)分類 數(shù)控機(jī)床控制的坐標(biāo)軸主要有X、Y、Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸和圍繞這些直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸A、B、C軸。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō),聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多,自由度就越多,加工能力越強(qiáng),可以加工的零件就越復(fù)雜。所以為了滿足更復(fù)雜的加工要求,隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展,聯(lián)動(dòng)軸數(shù)也在不斷增多,數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)現(xiàn)在以五軸聯(lián)動(dòng)為主。理論情況下,五軸聯(lián)動(dòng)可以加工任意非閉合形狀,但是因?yàn)榈毒?、刀柄以及夾具干涉問題,一些形狀比如葉輪則需要特制刀具。 數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)最少的是二軸聯(lián)動(dòng),二軸聯(lián)動(dòng)主要用于數(shù)控車床加工旋轉(zhuǎn)曲面或數(shù)控銑床加工曲線柱面。二軸半聯(lián)動(dòng)主要用于三軸以上機(jī)床的控制,其中兩根軸可以聯(lián)動(dòng),而另外一根軸可以作周期性進(jìn)給,由于不全程參與機(jī)床控制,故稱為“兩軸半聯(lián)動(dòng)”。 三軸聯(lián)動(dòng)有兩種,一種是常見的三個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng),比較多的用于數(shù)控銑床、加工中心等。另一類是除了兩個(gè)直線坐標(biāo)軸外,還同時(shí)控制圍繞其中某一直線坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。如車削加工中心,它除了縱向(Z軸)、橫向(X軸)兩個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外,還需同時(shí)控制圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的主軸(C軸)。三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床一般多是三條直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng),一次只能加工一個(gè)面,適合加工一些盤類零件,難以在多個(gè)加工面上加工孔或者凹槽。 四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床是在三軸聯(lián)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸,[SYT8] 能在水平面無(wú)障礙低速旋轉(zhuǎn),適用于加工箱體類零件,大多數(shù)數(shù)控機(jī)床也允許工件旋轉(zhuǎn),這種機(jī)床既可以當(dāng)銑床也可以充當(dāng)車床,適合用來(lái)在零件的側(cè)面或者圓柱體的曲面鉆孔,四軸聯(lián)動(dòng)能在保證高加工精度的情況下大大加快加工進(jìn)程。 現(xiàn)在常用的是五軸聯(lián)動(dòng),除X/Y/Z三個(gè)直線坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)外,還同時(shí)控制A、B、C坐標(biāo)軸中的兩個(gè)坐標(biāo)軸,形成五軸聯(lián)動(dòng)的模式,這時(shí)刀具可以被定在空間的任意方向。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高、專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床,這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)航空、航天[SYT9] 、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)都有著舉足輕重的影響力。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)可以用來(lái)加工葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等重要零件。 4. 按照控制方式分類 數(shù)控機(jī)床的控制方式有開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制三種,這里的“環(huán)”可以參照?qǐng)D2數(shù)控機(jī)床的工作原理中含有信息反饋的閉環(huán)回路。開環(huán)控制系統(tǒng)是指不帶反饋裝置的控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,在伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置,可以間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移,然后反饋到數(shù)控裝置中。閉環(huán)控制系統(tǒng)是在機(jī)床移動(dòng)部件位置上直接裝有直線位置檢測(cè)裝置。 簡(jiǎn)而言之,三者的區(qū)別在于,一個(gè)是不帶反饋裝置,一個(gè)是間接反饋裝置,一個(gè)是直接反饋裝置。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度不能很好地滿足數(shù)控機(jī)床的要求,所以為了保證精度,最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠?qū)?shù)控機(jī)床工作臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)量并通過反饋控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)將數(shù)控機(jī)床本身包括在位置控制環(huán)之內(nèi),因此機(jī)械系統(tǒng)引起的誤差可由反饋控制得以消除。 開環(huán)控制系統(tǒng)的信息流是單向的,在加工過程中的誤差都將會(huì)影響被加工零件的精度,所以開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不高的中小型數(shù)控機(jī)床。 半閉環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)所能達(dá)到的精度、速度和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)于開環(huán)伺服機(jī)構(gòu),主要應(yīng)用在大多數(shù)中小型數(shù)控機(jī)床,如數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。 閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)許多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性、間隙都是非線性的,所以會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定,使閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試非常困難。該系統(tǒng)目前主要用于生產(chǎn)工藝要求精度非常高的機(jī)床,如鏜床、超精車床、超精磨床和一些大型數(shù)控加工設(shè)備。 總結(jié)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛覆蓋了半導(dǎo)體、新能源、汽車、電子、船舶、模具等關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)。在航空航天領(lǐng)域,數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也尤為重要。當(dāng)前,國(guó)家越來(lái)越重視數(shù)控機(jī)床行業(yè)的發(fā)展,在中國(guó)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略中,智能數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備行業(yè)被列為中國(guó)制造業(yè)的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域之一。 在此基礎(chǔ)上,隨著裝備制造業(yè)的迅速發(fā)展,中國(guó)在重型機(jī)床方面可謂是碩果累累,成功研制出了多個(gè)世界最大的數(shù)控機(jī)床,一件件“中國(guó)制造”走出國(guó)門。如今的中國(guó),不僅是世界機(jī)床生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),也是世界機(jī)床出口大國(guó)。當(dāng)然,由于起步較晚,我們與外國(guó)頂尖水平還存在一些差距,但即便如此,差距也在一步步縮小。相信在中國(guó)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下,中國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)能夠更上一層樓,努力突破技術(shù)難題,推進(jìn)高端數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 藍(lán)藍(lán)科技成立于2010年3月,主營(yíng)生產(chǎn)數(shù)控五軸、四軸、臥加轉(zhuǎn)臺(tái)、搖/擺頭、探頭等產(chǎn)品。 公司堅(jiān)持“自主技術(shù)創(chuàng)新,全面實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代,穩(wěn)步進(jìn)軍智能數(shù)控裝備領(lǐng)域”為發(fā)展戰(zhàn)略。 |