數(shù)控設(shè)備

數(shù)控設(shè)備的使用環(huán)境

為提高數(shù)控設(shè)備的使用壽命，一般要求要避免陽光的直接照射和其他熱輻射，要避免太潮濕、粉塵過多或有腐蝕氣體的場所。精密數(shù)控設(shè)備要遠(yuǎn)離振動大的設(shè)備，如沖床、鍛壓設(shè)備等。

良好的電源保證

為了避免電源波動幅度大(大于±10%)和可能的瞬間干擾信號等影響，數(shù)控設(shè)備一般采用專線供電(如從低壓配電室分一路單獨供數(shù)控機(jī)床使用)或增設(shè)穩(wěn)壓裝置等，都可減少供電質(zhì)量的影響和電氣干擾。

制定有效操作規(guī)程

在數(shù)控機(jī)床的使用與管理方面，應(yīng)制定一系列切合實際、行之有效的操作規(guī)程。例如潤滑、保養(yǎng)、合理使用及規(guī)范的交接班制度等，是數(shù)控設(shè)備使用及管理的主要內(nèi)容。制定和遵守操作規(guī)程是保證數(shù)控機(jī)床安全運行的重要措施之一。實踐證明，眾多故障都可由遵守操作規(guī)程而減少。

數(shù)控設(shè)備不宜長期封存

購買數(shù)控機(jī)床以后要充分利用，尤其是投入使用的第一年，使其容易出故障的薄弱環(huán)節(jié)盡早暴露，得以在保修期內(nèi)得以排除。加工中，盡量減少數(shù)控機(jī)床主軸的啟閉，以降低對離合器、齒輪等器件的磨損。沒有加工任務(wù)時，數(shù)控機(jī)床也要定期通電，最好是每周通電1~2次，每次空運行1小時左右，以利用機(jī)床本身的發(fā)熱量來降低機(jī)內(nèi)的濕度，使電子元件不致受潮，同時也能及時發(fā)現(xiàn)有無電池電量不足報警，以防止系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)的丟失。

按加工工藝方法分類

1.金屬切削類數(shù)控機(jī)床

與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應(yīng)的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床等。盡管這些數(shù)控機(jī)床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機(jī)床的動作和運動都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度。

在普通數(shù)控機(jī)床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機(jī)床。加工中心機(jī)床進(jìn)一步提高了普通數(shù)控機(jī)床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎(chǔ)上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進(jìn)行銑、鏜、鉆、擴(kuò)、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機(jī)床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機(jī)床的臺數(shù)和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

2.特種加工類數(shù)控機(jī)床

除了切削加工數(shù)控機(jī)床以外，數(shù)控技術(shù)也大量用于數(shù)控電火花線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控等離子弧切割機(jī)床、數(shù)控火焰切割機(jī)床以及數(shù)控激光加工機(jī)床等。

3.板材加工類數(shù)控機(jī)床

常見的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等。

近年來，其它機(jī)械設(shè)備中也大量采用了數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控多坐標(biāo)測量機(jī)、自動繪圖機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等。

按控制運動軌跡分類

1.點位控制數(shù)控機(jī)床

點位控制數(shù)控機(jī)床的特點是機(jī)床移動部件只能實現(xiàn)由一個位置到另一個位置的精確定位，在移動和定位過程中不進(jìn)行任何加工。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點的坐標(biāo)值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐標(biāo)軸之間的運動無任何聯(lián)系。可以幾個坐標(biāo)同時向目標(biāo)點運動，也可以各個坐標(biāo)單獨依次運動。

這類數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機(jī)等。點位控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。

2.直線控制數(shù)控機(jī)床

直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)變化。

直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩個坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動動力頭帶有多軸箱的軸向進(jìn)給進(jìn)行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機(jī)床。

數(shù)控鏜銑床、加工中心等機(jī)床，它的各個坐標(biāo)方向的進(jìn)給運動的速度能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機(jī)床應(yīng)該稱為點位/直線控制的數(shù)控機(jī)床。

3.輪廓控制數(shù)控機(jī)床

輪廓控制數(shù)控機(jī)床能夠?qū)蓚€或兩個以上運動的位移及速度進(jìn)行連續(xù)相關(guān)的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機(jī)床移動部件的起點與終點坐標(biāo)，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。

常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機(jī)床。數(shù)控火焰切割機(jī)、電火花加工機(jī)床以及數(shù)控繪圖機(jī)等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點位/直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過程中需要不斷進(jìn)行插補運算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制。

現(xiàn)在計算機(jī)數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計算機(jī)數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。

按驅(qū)動裝置的特點分類

1.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

這類控制的數(shù)控機(jī)床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進(jìn)給指令，經(jīng)驅(qū)動電路功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機(jī)床的信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。

開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進(jìn)行監(jiān)測，也不能進(jìn)行誤差校正。因此，步進(jìn)電動機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機(jī)床，特別是簡易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。

2.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在機(jī)床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，直接對工作臺的實際位移進(jìn)行檢測，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進(jìn)行比較，用差值對機(jī)床進(jìn)行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關(guān)，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當(dāng)位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進(jìn)行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。

閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的定位精度高，但調(diào)試和維修都較困難，系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。

3.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床

半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是在伺服電動機(jī)的軸或數(shù)控機(jī)床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置(如光電編碼器等)，通過檢測絲杠的轉(zhuǎn)角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進(jìn)行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進(jìn)行比較，用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。

半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機(jī)設(shè)計成一體，這樣，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。

4.混合控制數(shù)控機(jī)床

將以上三類數(shù)控機(jī)床的特點結(jié)合起來，就形成了混合控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因為大型或重型數(shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式:

(1)開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機(jī)械系統(tǒng)的誤差。

(2)半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中A是速度測量元件(如測速發(fā)電機(jī))，B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。

數(shù)控設(shè)備就是指應(yīng)用這種技術(shù)的設(shè)備。數(shù)控技術(shù)也叫計算機(jī)數(shù)控技術(shù)(CNC，Compute Numerical Control)，目前它是采用計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的運動軌跡和外設(shè)的操作時序邏輯控制功能。由于采用計算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實現(xiàn)，均可通過計算機(jī)軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動電機(jī)或液壓執(zhí)行元件帶動設(shè)備運行。