TPM企業數控機床如何運行
來源/作者： TPM咨詢服務中心 丨 發布時間：2017-06-15 丨 瀏覽次數：
TPM咨詢公司提出：企業數控機床（Numerical Control Tools）是采用數字化信號，通過可編程的自動控制工作方式，實現對設備運行及其加工過程產生的位置、角度、速度、力等信號進行控制的新型自動化機床。
企業數控機床的計算機信息處理及控制的內容主要包括：基本的數控數據輸入輸出、直線和圓弧插補運算、刀具補償、間隙補償、螺距誤差補償和位置伺服控制等。一些先進的數控機床甚至還具有某些智能的功能，如螺旋線插補、刀具監控、在線測量、自適應控制、故障診斷、軟鍵（SoftKey）菜單、會話型編程、圖形仿真等。數控機床的大部分功能對實時性要求很強，信息處理量也較大，因此許多數控機床都采用多微處理器數控方式。
一般數控機床通常是指數控車床、數控銑床、數控鏜銑床等，它們的下述特點對其組成自動化制造系統是非常重要的。
1、企業數控機床柔性高
數控機床按照數控程序加工零件，當加工零件改變時，—般只需要更換數控程序和配備所需的刀具，不需要靠模、樣板、鉆鏜模等專用工藝裝備。數控機床可以很快地從加工一種零件轉變為加工另一種零件，生產準備周期短，適合于多品種小批量生產。
2、企業數控機床自動化程度高
數控程序是數控機床加工零件所需的幾何信息和工藝信息的集合。幾何信息有走刀路徑、插補參數、刀具長度和半徑補償；工藝信息有刀具、主軸轉速、進給速度、冷卻液開/關等。在切削加工過程中，自動實現刀具和工件的相對運動，自動變換切削速度和進給速度，自動開/關冷卻液，數控車床自動轉位換刀。操作者的任務是裝卸工件、換刀、操作按鍵、監視加工過程等。
企業數控機床
3、加工精度高、質量穩定
現代企業數控機床裝備有CNC數控裝置和新型伺服系統，具有很高的控制精度，普遍達到1 rn，高精度數控機床可達到0.2 m。數控機床的進給伺服系統采用閉環或半閉環控制，對反向間隙和絲杠螺距誤差以及刀具磨損進行補償，因而數控機床能達到較高的加工精度。
對中小型數控機床，定位精度普遍可達到0.03mm，重復定位精度可達到0.0lmm。數控機床的傳動系統和機床結構都具有很高的剛度和穩定性，制造精度也比普通機床高。當數控機床有3～5軸聯動功能時，可加工各種復雜曲面，并能獲得較高精度。由于按照數控程序自動加工，避免了人為的操作誤差，因而同一批加工零件的尺寸一致性好，加工質量穩定。
4、生產效率較高
零件加工時間由機動時間和輔助時間組成，數控機床加工的機動時間和輔助時間比普通機床明顯減少。數控機床主軸轉速范圍和進給速度范圍比普通機床大，主軸轉速范圍通常在 10～6000r/min，高速切削加工時可達15000r/min，進給速度范圍上限可達到10～12m/min，高速切削加工進給速度甚至超過30m /min，快速移動速度超過30～60m/min。
主運動和進給運動一般為無級變速，每道工序都能選用最有利的切削用量，空行程時間明顯減少。數控機床的主軸電動機和進給驅動電動機的驅動能力比同規格的普通機床大，機床的結構剛度高，有的數控機床能進行強力切削，有效地減少機動時間。
5、具有刀具壽命管理功能
構成FMC和FMS的數控機床具有刀具壽命管理功能，可對每把刀的切削時間進行統計，當達到給定的刀具耐用度時，自動換下磨損刀具，并換上備用刀具。
6、具有通信功能
現代企業數控機床一般都具有通信接口，可以實現上層計算機與數控機床之間的通信，也可以實現幾臺數控機床之間的數據通信，同時還可以直接對幾臺數控機床進行控制。通信功能是實現DNC、FMC、FMS的必備條件。
數控裝置的基本組成框圖，其中1為加工零件的圖樣，作為數控裝置工作的原始數據，2為程序編制部分，3為控制介質，也稱為信息載體，通常用穿孔紙帶、磁帶、軟磁盤或光盤作為記載控制指令的介質。控制介質上存儲了加工零件所需要的全部操作信息，是數控系統用來指揮和控制設備進行加工運動的唯一指令信息。但在現代CAD/CAM系統中，可不經控制介質，而是將計算機輔助設計的結果及自動編制的程序加以后置處理，直接輸入數控裝置。
4為企業數控機床系統，它是數控機床的核心環節。數控系統的作用是按接收介質輸入的信息，經處理運算后去控制機床運行。按數控系統的軟硬件構成特征來分類，可分為硬線數控與軟線數控。傳統的數控系統（即系統的核心數字控制裝置）是由各種邏輯元件、記憶元件組成的隨機邏輯電路，是采用固定接線的硬件結構，數控功能是由硬件來實現的，這類數控系統稱之為硬件數控。
隨著半導體技術、計算機技術的發展，微處理器和微型計算機功能增強，價格下降，數字控制裝置已發展成為計算機數字控制（Computer Numerical Contro1）裝置，即所謂的 CNC裝置，它由軟件來實現部分或全部數控功能。CNC系統是由程序、輸入輸出設備、計算機數字控制裝置、可編程控制器（PC或可編程邏輯控制器 PLC）、主軸控制單元及速度控制單元等部分組成。
CNC系統中，可編程控制器PC是一種專為在工業環境下應用而設計的工業計算機。它采用可編程序的存儲器，在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等特定功能的用戶操作指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。
PC已成為數控機床不可缺少的控制裝置。CNC和PC（PLC）諧調配合共同完成數控機床的控制，其中CNC主要完成與數字運算和管理有關的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等。
PC主要完成與邏輯運算有關的一些動作，沒有軌跡上的具體要求，它接受CNC的控制代碼 M（輔助功能）、S（主軸轉速）、T（選刀、換刀）等順序動作信息，對其進行譯碼，轉換成對應的控制，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作，如工件的裝夾、刀具的更換、切削液的開關等一些輔助動作，它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分指令送往CNC用于加工過程的控制。
為伺服驅動系統，它包括伺服驅動電路（伺服控制線路、功率放大線路）和伺服電動機等驅動執行機構。它們與工作本體上的機械部件組成數控設備的進給系統，其作用是把數控裝置發來的速度和位移指令（脈沖信號）轉換成執行部件的進給速度、方向和位移。數控裝置可以以足夠高的速度和精度進行計算并發出足夠小的脈沖信號，關鍵在于伺服系統能以多高的速度與精度去響應執行，整個系統的精度與速度主要取決于伺服系統。
伺服驅動電路把數控裝置發出的微弱電信號（5V 左右，毫安級）放大成強電的驅動電信號（幾十、上百伏，安培級）去驅動執行元件。伺服系統執行元件主要有步進電動機、電液脈沖馬達、直流伺服電動機和交流伺服電動機等，其作用是將電控信號的變化轉換成電動機輸出軸的角速度和角位移的變化，從而帶動機械本體的機械部件做進給運動。
為坐標軸或執行機構的測量裝置。前者用以測量坐標軸（如工作臺）的實際位置，并將測量結果反饋到數控系統（或伺服驅動系統），形成全閉環控制；后者用以測量執行伺服電動機軸的位置，并予以反饋，形成半閉環控制。測量反饋裝置的引入，有效地改善了系統的動態特性，大大提高了零件的加工精度。
為輔助控制單元，用于控制其他部件的工作，如主軸的起停、刀具交換等。
為坐標軸，如平面運動工作臺的X、Y軸。
企業數控機床系統的工作本體是加工運動的實際執行部件，主要包括主運動部件、進給運動執行部件、工作臺及床身立柱等支撐部件，此外還有冷卻、潤滑、轉位和夾緊等輔助裝置，存放刀具的刀架、刀庫或交換刀具的自動換刀機構等。對工作本體的要求是，應有足夠的剛度和抗振性，要有足夠的精度，熱變形小，傳動系統結構要簡單，便于實現自動控制。
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