数控车床刀架故障与维修.doc
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1、本科生毕业设计(论文)( 2011 届 ) 学 生 姓 名 洪 方 院 (系) 武汉理工大学独立本科段 专 业 机电一体化 学 号 9 导师姓名、职称 丁群燕 高锦南 设计(论文)题目 数控车床刀架故障与维修 第1章 数控车床的维修掩护基础1.1 数控车床基础概念1.1.1 数控技巧与数控机床数控技巧,简称数控(Numerical ControlNC),是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行把持的一种方法。由于现代数控都采用了盘算机进行把持,因此,也可以称为盘算机数控(Computerized Numerical ControlCNC)。为了对机械运动及加工过程进行数字化信息把持,必须具备相
2、应的硬件和软件。用来实现数字化信息把持的硬件和软件的整体成为数控系统(Numerical Control System),数控系统的核心是数控装置(Numerical Controller)。采用数控技巧进行把持的机床,称为数控机床(NC机床)。它是一种综合利用了盘算机技巧、主动把持技巧、精密测量技巧和机床设计等先进技巧的范例机电一体化产品,是现代制作技巧的基础。把持机床也是数控技巧利用最早、最广泛的领域,因此,数控机床的程度代表了当前数控技巧的性能、程度和发展方向。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、激光加工类和其他特别用处的专用数控机床等等,凡是采用了数控技巧
3、进行把持的机床统称为NC机床。带有主动换刀装置ATC(Automatic Tool ChangerATC)的数控机床(带有回转刀架的数控车床除外)称为加工中心(Machine CenterMC)。它通过刀具的主动交换,工件可以一次装、夹完成多工序的加工,实现了工序集中和工艺的复合,从而缩短了赞助加工时间,前进了机床的效率;减少了工件安装、定位次数,前进了加工精度。加工中心是目前数控机床中产量最大、利用最广的数控机床。在加工中心的基础上,通过增长多工作台(托盘)主动交换装置(Auto Pallet ChangerAPC)以及其他相干装置,组成的加工单元称为柔性加工单元(Flexible Manu
4、facturing CellFMC)。FMC不仅是现了工序的集中和工艺的复合,而且通过工作台(托盘)的主动交换和较完善的主动监测、监控功效,可以进行必定时间的无人化加工,从而进一步前进了设备的加工效率。FMC既是柔性制作系统FMS(Flexible Manufacturing System)的基础,又可以作为独立的主动化加工设备应用,因此其发展速度较快。在FMC和加工中心的基础上,通过增长物流系统、工业机器人以及相干设备,并由中央把持系统进行集中、统一把持和管理,这样的制作系统称为柔性制作系统FMS(Flexible Manufacturing System)。FMS不仅可以进行长时间的无人化
5、加工,而且可以实现多品种零件的全数加工和部件装配,实现了车间制作过程的主动化,它是一种高度主动化的先进制作系统。随着科技发展,为了适应市场需求多变的形势,对现代制作业来说,不仅需要发展车间制作过程的主动化,而且要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制作直到产品销售的全面主动化。将这些请求综合、构成的完整的生产制作系统,称为盘算机集成制作系统(Computer Integrated Manufacturing SystemCIMS)。CIMS将一个更长的生产、经营运动进行了有机的集成,实现了更高效益、更高柔性的智能化生产,是当今主动化制作技巧发展的最高阶段。在CIMS中,不仅是生产设备的集成
6、,更重要的是以信息为特点的技巧集成和功效集成。盘算机是集成的工具,盘算机赞助的主动化单元技巧是集成的基础,信息和数据的交换及共享是集成的桥梁,最终形成的产品,可以看成是信息和数据的物质体现。1.1.2 数控系统及其组成1. 数控系统的基础组成数控系统是所有数控设备的核心。数控系统的重要把持对象是坐标轴的位移(包含移动速度、方向、地位等),其把持信息重要起源于数控加工或运动把持程序。因此,作为数控系统的最基础组成应包含:程序的输入/输出装置、数控装置、伺服驱动这三部分。(1) 输入/输出装置 输入/输出装置的作用是进行数控加工或运动把持程序、加工与把持数据、机床参数以及坐标轴地位、检测开关的状态
7、等数据的输入、输出。键盘和显示器是任何数控设备都必备的最基础的输入/输出装置。此外,根据数控系统的不同,还可以配光电浏览机、磁带机或软盘驱动器等。作为外围设备,盘算机是目前常用的输入/输出装置之一。(2) 数控装置 数控装置是数控系统的核心。它由输入/输出接口线路、把持器、运算器和存储器等部分组成。数控装置的作用是将输入装置输入的数据,通过内部的逻辑电路或把持软件进行编译、运算和处理,并输出各种信息和指令,以把持机床的各部分进行规定的动作。在这些把持信息和指令中,最基础的是坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量指令。它经插补运算后生成,供给给伺服驱动,经驱动器放大,最终把持坐标轴的位移。它直接
8、决定了刀具或坐标轴的移动轨迹。此外,根据系统和设备的不同,如:在数控机床上,还可能有主轴的转速、转向和起、停指令;刀具的选择和交换指令;冷却、润滑装置的起、停指令;工件的松开、夹紧指令;工作台的分度等赞助指令。在数控系统中,它们是通过接口,以信号的情势供给给外部赞助把持装置,由赞助把持装置对以上信号进行必要的编译和逻辑运算,放大后驱动相应的履行器件,带动机床机械部件、液压气动等赞助装置完成指令规定的动作。(3) 伺服驱动 伺服驱动通常由伺服放大器(亦称驱动器、伺服单元)和履行机构等部分组成。在数控机床上,目前一般都采用交换伺服电动机作为履行机构;在先进的高速加工机床上,已经开端应用直线电动机。
9、另外,在20世纪80年代以前生产的数控机床上,也有采用直流伺服电动机;对于简易数控机床,也有用作为履行器件。伺服放大器的情势决定于履行器件,它必须与驱动电动机配套应用。以上是数控系统最基础的组成部分。随着数控技巧的发展和机床性能程度的前进,对系统的功效请求也日益加强,为了满足不同机床的把持请求,保证数控系统的完整性和统一性,并轻易用户应用,常用较为先进的数控系统,一般都带有内部可编程把持器作为机床的赞助把持装置。此外,在金属切削机床上,主轴驱动装置也可以成为数控系统的一个部分;在闭环数控机床上,测量、检测装置也是数控系统必不可少的。对于先进的数控系统,有时甚至采用盘算机作为系统的人机界面和数据
10、的管理、输入/输出设备,从而使数控系统的功效更强、性能更完善。总之,数控系统的组成决定于把持系统的性能和设备的具体把持请求,其配置和组成具有很大的差别,除加工程序的输入/输出装置、数控装置、伺服驱动这三个最基础的组成部分外,还可能有更多的把持装置。图1-1的虚线框部分表现盘算机数控系统。2. NC、CNC、SV与PLC的概念NC(CNC)、SV与PLC(PC、PMC)是数控设备中最为常用的英文缩写,在实际应用中,在不同的场合具有不同的含义。(1) NC(CNC) NC与CNC分辨是数控(Numerical Control)与盘算机数控(Computerized Numerical Contro
11、l)的常用英文缩写。由于现代数控都采用了盘算机把持,因此,可以认为NC和CNC的含义完整等同。在工程利用上,根据应用处合的不同,NC(CNC)通常有三种不同的含义:在广义上代表一种把持技巧数控技巧;在狭义上代表一种把持系统的实体数控系统;此外,还可以代表一种具体的把持装置数控装置。(2) SV SV是伺服驱动(Servo Drive,简称伺服)的常用英文缩写。按日本JIS标准规定的术语,它是“以物体的地位、方向、状态作为把持量,追踪目标值的任意变更的把持机构”。简言之,它是一种能够主动追随目标地位等物理量的把持装置。在数控机床上,伺服驱动的作用重要有两个方面:一是使坐标轴按照数控装置给定的速度
12、运行;二是使坐标轴按照数控装置给定的地位定位。伺服驱动的把持对象通常是机床坐标轴的位移和速度;履行机构是伺服或;对输入指令信号进行把持和功率放大的部分常称为伺服放大器(亦称为驱动器、放大器、伺服单元等),它是伺服驱动的核心。伺服驱动不仅可以和数控装置配套应用,而且还可以单独作为一个地位(速度)伴随系统应用,故也常称为伺服系统。在早期的数控系统上,地位把持部分一般与CNC制成一体,伺服驱动只进行速度把持,因此,伺服驱动又常称为速度把持单元。(3) PLC PC是可编程序把持器(Programmable Controller)的英文缩写。随着个人盘算机的日益普及,为了避免和个人盘算机(亦称PC)混
13、杂,现在一般都将可编程序把持器称为可编程序逻辑把持器(Programmable Logic ControllerPLC)或可编程序机床把持器(Programmable Machine ControllerPMC)。因此,在数控机床上,PC、PLC、PMC具有完整雷同的含义。PLC具有响应快、性能可靠、应用轻易、编程和调试容易等特点,并可直接驱动部分机床电器,因此,被广泛用来作为数控设备的赞助把持装置。目前,大多数数控系统都带有内部PLC,用于处理数控机床的赞助指令,从而大大简化了机床的赞助把持装置。此外,在很多场合,通过PLC的轴把持模块、定位模块等特别功效模块,还可以直接利用PLC,实现点位
14、把持、直线把持以及简略的轮廓把持,组成数控专用机床或数控生产线。1.1.3 数控车床的组成与加工原理1. 数控机床的基础组成数控机床是最范例的数控设备。为了懂得数控机床的基础组成,起首需要分析数控机床加工零件的工作过程。在数控机床上,为了进行零件的加工,可以通过如下步骤进行: 据被加工零件的图样与工艺方案,用规定的代码和程序格式,将刀具的移动轨迹、加工工艺过程、工艺参数、切削用量等编写成数控系统能够辨认的指令情势,即编写加工程序。 将所编写的加工程序输入数控装置。 数控装置对输入的程序(代码)进行译码、运算处理,并向各坐标轴的伺服驱动装置和赞助机能把持装置发出相应的把持信号,以把持机床的各部件
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