數(shù)控類外文翻譯--數(shù)控機床
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- 1 - 數(shù)控機床 數(shù)控機床是 20世紀 50年代初期發(fā)展起來的一種應用數(shù)控技術解決機械加工過程的新型自動化機床。隨著現(xiàn)代機械制造業(yè)向更高層次發(fā)展,它已成為柔性制造單元 (FMC )、柔性制造系統(tǒng) (FMS )以及計算機集成制造系統(tǒng) (C 的基礎裝備之一。作為數(shù)控機床的關鍵技術,數(shù)控技術是機械專業(yè)的工科大學生必備的專業(yè)技能之一。 一、數(shù)控機床的組成 機床的數(shù)控技術包括機床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術,其組成見表: - 2 - 數(shù)控機床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機床主機組成?,F(xiàn)對各組成部 分簡介如下: 1、控制介質(zhì) 數(shù)控機床加工時,所需的各種控制信息要靠某種中間載體攜帶和傳輸,這種載體稱作控制介質(zhì)??刂平橘|(zhì)是存儲數(shù)控加工所需的全部動作和刀具相對于工件位置信息的媒介物,它記載著零件的加工程序。 控制介質(zhì)有多種,如穿孔帶、穿孔卡、磁帶及磁盤等,也可通過通信接口直接輸入所需各種信息,采用何種控制介質(zhì)則取決于數(shù)控裝置的類型。 2、 數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心,是高技術密集型產(chǎn)品。它集成了微電子技術、信息技術、自動控制技術、驅(qū)動技術、監(jiān)控檢測技術、軟件工程技術和機械加工工藝知識。數(shù)控機床正是它 的控制下,按照給定的程序自動地對機械零件進行加工。自 20 世紀 50 年代數(shù)控機床問世以來,數(shù)控裝置已由 展到 別是微處理器和微型計算機在數(shù)控裝置上成功的應用后,使計算機數(shù)控裝置的性能和可靠性不斷提高,成本不斷下降,其高性能價格比促進了數(shù)控機床的迅速發(fā)展。 裝置由硬件和軟件組成。 硬件為一專用計算機,由軟件來實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能,通過改變軟件很容易更改或擴展其功能。 裝置的基本功工作有:輸入、譯碼、刀具補償、進給速度處理、插補、位置控制、處理、顯示和診斷等,它具備的主要功能如下: (1) 多坐標控制( 多軸聯(lián)動) (2) 實現(xiàn)多種函數(shù)的插補; (3) 多種程序輸入(人機對話、手動數(shù)據(jù)輸入,由上級計算機及其它計算機設備的借口輸入),以及編輯和修改。 (4) 信息轉換; (5) 補償(刀具半徑補償,刀具長度補償,傳動間隙補償,螺距誤差補償?shù)龋? - 3 - (6) 多種加工方式選擇; (7) 故障自診顯示; (8) 通信和聯(lián)網(wǎng)。 3、伺服系統(tǒng) 機床伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置與機床的連接環(huán)節(jié),它是以機床移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng),用來接受數(shù)控裝置(或計算計)插補生成的進給脈沖或進給位移量,驅(qū)動機床執(zhí)行機構運動。它包括主軸驅(qū)動單元(主要是速度控制)、進給驅(qū)動單元 、主軸電機和進給電機等。一般來說,數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)要求有良好的快速相應性能,進給速度范圍要大,靈敏而準確的跟蹤指令功能和轉速,在較大范圍內(nèi)有良好的工作穩(wěn)定性?,F(xiàn)在用的是直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng),且交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng)。 4、測量反饋裝置 該裝置可以包括在伺服系統(tǒng)中。它由檢測元件和相應的電路組成,其作用主要是檢測速度和位移,并將信息反饋回控制系統(tǒng),構成閉環(huán)控制。無測量反饋裝置的系統(tǒng)成為開環(huán)系統(tǒng)。常用的測量元件有脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁尺及激光位移監(jiān)測系統(tǒng)。 5、機床主機 主 機是數(shù)控機床的主體,包括床身、箱體、導軌、主軸、進給機構等機械部件。數(shù)控機床的結構有下面幾個特點: ( 1) 由于采用了高性能的主軸進給伺服驅(qū)動裝置,簡化了數(shù)控機床的機械傳動結構,傳動鏈較短。 ( 2) 數(shù)控機床的機械結構具有較高的動態(tài)特性、動態(tài)剛度、阻尼精度、耐磨性以及抗熱變形性能,適應連續(xù)自動化加工。 ( 3) 較多地采用高效傳動件,如滾珠絲杠副、直線滾動導軌、靜壓導軌等。 - 4 - 二、 數(shù)控機床的特點 1、 工對象改型的適應性強 由于在數(shù)控機床上改變加工件時,只需要重新編制程序,更換一條新的穿孔紙帶或者手動輸入就能實現(xiàn)對零件的加工。它不同于 傳統(tǒng)的機床,不需要制造、更換許多工具、夾具和模具,更不需要重新調(diào)整機床。因此數(shù)控機床可以很快的從加工一種零件轉變?yōu)榧庸ち硪环N零件,這就為單件、小批量以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。它縮短了生產(chǎn)準備周期,而且節(jié)省了大量工藝裝備費用。對于使用點位控制系統(tǒng)的多孔零件的加工,當需要修改設計,改變其中某些孔的位置和尺寸時,只需局部修改增刪孔帶的相應部分,花費很短的生產(chǎn)準備時間就可以把修改后的新產(chǎn)品制造出來,為產(chǎn)品結果的不斷攻心提供了有利條件。 精 度高 數(shù)控機床是按以數(shù)字形式給出的指令進行加工的,由于目前數(shù)控裝置的脈沖當量普遍達到了 且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償,因此,數(shù)控機床能達到較高的加工精度。對于中小型數(shù)控機床,定位精度普遍可達到 復定位精度為 因為數(shù)控及傳動系統(tǒng)與機床的結構都具有很高的剛度和熱穩(wěn)定性,而且提高了它的制造精度,特別是數(shù)控機床的自動加工方式避免了生產(chǎn)者的人為操作誤差,同一批加工零件的尺寸一致性好,產(chǎn)品合格率高,加工質(zhì)量十分穩(wěn)定。 在采用點位控制系統(tǒng)的鉆孔加工中,由于不需要使用鉆模板與鉆套,鉆模板的坐標誤差造成的影響也不復存在 。又由于加工中排除切削的條件得以改善,可以進行有效的冷卻,被加工孔的精度及表面質(zhì)量都有所提高。對于復雜零件的輪廓加工,在編制程序是已考慮到對進給速度的控制,可以做到在曲率變化時,刀具沿輪廓的切向進給速度基本不變,被加工表面就可獲得較高的精度和表面質(zhì)量。 3、 產(chǎn)率高 零件加工所需要的時間包括機動時間和輔助時間兩部分。數(shù)控機床能夠有效的減少這兩部分時間,因而加工生產(chǎn)率比一般機床高得多。數(shù)控機床主軸轉速和進給量的范圍比普通機床的范圍大,每一道工序都能選用最有利的切削量,良 - 5 - 好的結構剛性允許數(shù)控機床進行大切削用量的 強力切削,有效的節(jié)省了機動時間。數(shù)控機床移動部件的快速移動和定位均采用了加速與減速措施,因而選用了很高的空行程運動速度,消耗在快進、快退和定位的時間要比一般機床的少得多。 數(shù)控機床在更換被加工零件是幾乎不需要重新調(diào)整機床,而零件又都安裝在簡單的定位加緊裝置中,用于停機進行零件安裝調(diào)整的時間可以節(jié)省不少。 數(shù)控機床的加工精度比較穩(wěn)定,在穿孔帶經(jīng)過校驗以及刀具完好的情況下,一般只作首件校驗或工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗。因而可以減少停機檢驗的時間。因此數(shù)控機床的利用系數(shù)比一般機床的高得多。 在使用帶有刀庫和自動換刀 裝置的數(shù)控加工中心機床時,在一臺機床上實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工,減少了半成品的周轉時間,生產(chǎn)效率的提高更為明顯。 操作者的勞動強度 數(shù)控機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的,操作者除了安放穿孔帶或操作鍵盤,裝卸零件、關鍵工序的中間測量以及觀察機床的運行之外,不需要進行繁重的重復性手工操作,勞動強度與緊張程度均可大為減輕,勞動條件也得到相應的改善。例如電子工業(yè)中印刷電路板的鉆孔,如果在臺式鉆床上進行手動加工,單調(diào)頻繁的手工操作很容易造成工人視覺的極度疲勞,從而產(chǎn)生不少差錯,因此通常很難進行一小時以上的 連續(xù)操作。當采用高速數(shù)控鉆床時,就能根本的改善操作者的勞動條件。 良好的經(jīng)濟效益 使用數(shù)控機床加工零件時,分攤在每個零件上的設備費用是較昂貴的。但在單件、小批量生產(chǎn)情況下,可以節(jié)省許多其他方面的費用,因此能夠獲得良好的經(jīng)濟效益。 使用數(shù)控機床,在加工之前節(jié)省了劃線工時,在零件安裝到機床上以后可以減少調(diào)整、加工和檢驗時間,減少了直接生產(chǎn)費用。另一方面,由于數(shù)控機床加工零件不需要手工制作模型,凸輪、鉆模板及其它工夾具,節(jié)省了工藝裝備費用。還由于數(shù)控機床的加工精度穩(wěn)定,減少了廢品,使生產(chǎn)成本進一步降低。 6、有利 于生產(chǎn)管理 - 6 - 用數(shù)控機床加工零件,能準確的計算零件的加工工時,并有效的簡化了檢驗和工夾具、半成品的管理工作。這些特點都有利于使生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。 數(shù)控機床使用數(shù)字信息與標準代碼輸入,最適宜于與數(shù)字計算機聯(lián)系,目前已成為計算機輔助設計、制造及管理一體化的基礎。 三、數(shù)控機床的應用范圍 數(shù)控機床確實存在一般機床不具備的許多優(yōu)點,但是這些優(yōu)點是以一定條件為前提的。數(shù)控機床的應用范圍正在不斷擴大,但它并不能完全代替其他類型的機床,也不能以最經(jīng)濟的方式解決機械加工中的所有問題。數(shù)控機床通常最適合加工具有以下特點的零件: 品種小批量生產(chǎn)的零件 圖 1 表示了三類機床的零件加工數(shù)量與綜合費用的關系。從圖中看出零件加工批量的增大對于選數(shù)控機床是不利的。原因在于數(shù)控機床設備費 用高昂,與大批量生產(chǎn)采用的專用機床相比,其效率還不夠高。 2、結構比較復雜的零件 圖 2 表示了三類機床的被加工零件復雜程度與零件 批量大小的關系。通常數(shù)控機床適宜于加工結構比較復雜,在非數(shù)控機床上加工是需要有昂貴的工藝裝備(工具、夾具和模 具)的零件。 繁改型的零件 在國防與尖端工業(yè)部門中,零件頻繁改型的必要性是眾所周知的。在民用工業(yè)部門中引入了競爭機制,市場上銷售的產(chǎn)品也必須不斷更新,這就為數(shù)控機床提供了用戶。它節(jié)省了大量的工藝裝備費用, - 7 - 使綜合費用下降。 價值昂貴,不允許報廢的關鍵零件 需要最少生產(chǎn)周期的急需零件 廣泛推廣數(shù)控機床的最大障礙是設備的初始投資大,由于系統(tǒng)本身的復雜性,又增加了維修費用。如果缺少完善的售后服務,往往不能及時排除設備故障,將會在一定程度上影響機床的利用率,這些因素都會增加綜合生產(chǎn)費用。 位置控制系統(tǒng)是數(shù)控機床的一個 重要部分, 現(xiàn)在介紹 其 控制 的具體原理。 位置控制伺服機構,將施加在當?shù)弥笓]站里操作輪上的運動在某個遙遠的地方再現(xiàn)出來。輸入運動可被用來將一個很重的物體移動到一個期望的位置上,于是指令的功率放大與精確再現(xiàn)是必不可少的。 信號可以通過機械連接或通過液壓導管、氣動導管或電纜直接傳送。與機械連接不同,最迅速的傳送方式是電連接,這是非常普遍的,盡管并不總是如此。當它被應用時,機械輸入與輸出信號首先被轉換成一定比例的電信號,然后通過導線將其傳送到比較裝置上,比較裝置會產(chǎn)生一個正比于誤差的信號。 低功率的誤差信號被送到放大 器,放大器從外部電源獲得功率并將可控的功率傳送到電動機。 傳感器與比較器元件的組合構成了誤差監(jiān)測器,放大器就是控制器,電動機與它的變速箱構成了輸出元件。如果電動機是用電的,那么放大器可以是純電的。若電動機是液壓的或氣動的,那么放大器必須是電 氣的。 需強調(diào)的是,這個系統(tǒng)的任務就是供可旋轉的物體盡可能的復現(xiàn)操作輪的運動。先考慮當物體一開始處于靜止狀態(tài),操作輪的位置被非??斓霓D動一個角度i? 后,將會出現(xiàn)什么情況。該物體一開始沒有速度并且輸出位置 0? 是零,于是一個信號 立刻會出現(xiàn)在放大器的輸入端上;放大器的輸出被傳送到電動機上,電動機隨后驅(qū)動這個物體使誤差減少。當 0? 接近 i? 時,誤差變得很小,于是傳送到電動機上的功率也隨著減小。所涉及的系統(tǒng)通常是物體恰好超過所要求的位置 ,既然 0? 此時比 i? 大,誤差變負,電動機使 物體停止并且改變方向。在物體最終穩(wěn)定在所要求的位置之前,可能會產(chǎn)生達到給定位置或進一步超過給定值 - 8 - 的現(xiàn)象。只有當完全一致時,放大器的輸入才為零,電動機被迫朝一個方向或另一個方向轉動直至所有的運動都停止。因此只有放大器的輸入信號為零時(即當輸入為質(zhì)量權與指令一樣時),電動機才會停止工作。 從上面的討論我們可以知道,除非精心設計,否則相當有可能在期望位置附近震蕩加劇而不是快速衰減。震蕩加劇的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,因此在控制工程中的許多設計工作都與產(chǎn)生一個穩(wěn)定的系統(tǒng)有關。當然,使黨的穩(wěn)定性僅僅是幾個要求中的 一個。另一項要求是如實的復現(xiàn)各類輸入信號。圖 4 所使得系統(tǒng)不可能在任何程度上復現(xiàn)輸入位置突然變化。另一類輸入指令可能由恒角速度的操縱輪運動構成。那么這個系統(tǒng)將具有震蕩的瞬態(tài)相應,物體中會穩(wěn)定在與指令相同的速度上,但是在位置上角度輸入有一個小的角度滯后。輸入與輸出位置之間的細微差別將具有這樣的數(shù)量級,使得電機產(chǎn)生一個足以使物體克服摩擦力矩并以所需的速度轉動的輸出力矩。誤差不能為零,否則電動機將會停止并且新的誤差又會重新產(chǎn)生。 因此很明顯,在靜止條件下當輸出 0? 自動地與指 令 i? 一致時,在動態(tài)條件下,輸出運動只會逼近指令的運動。然而這個逼近程度通常相當高,足以克服許多物理問題。例如,某些型自動制的仿行銑床的跟蹤精度已達到 寸。 定位控制系統(tǒng)的另一項任務是在負載劇烈變化干擾下,它必須有能力保持輸出位置與指令相等。例如,無論是否存在隨即陣風,發(fā)射架必須要與期望方向保持一致。如果進行正確的設計,圖 4 所市的位置控制系統(tǒng)將能過實現(xiàn)相當好的調(diào)整用以抵消這類負載的擾動,但是一個固定的負載擾動將會在輸出和指令之間不可避免的產(chǎn)生一個小的角偏 差。在系統(tǒng)中,如果這種角偏差不容許的,那么必須用更復雜類型的控制器。 - 9 - NC C as a in 0s of 0th C to of NC of As C NC is of of a to to It to s is by to to of as 1- 10 - of on of of as is is in it is so of of to be by 2he is is It is to to on 0's 0 to s is NC C. of to to to up of is by NC is a or by to be to or to so It is as (1) (2)of - 11 - (3) of by As as 4) (5)so (6) (7)8) 3he is It is on of as of NC to or of or It In of a in of a to is is 4be in It of is to to No is 5C is As a of NC a - 12 - of of of as as NC of As C to of a or we be to of It is of a of no C a a of It a of of of to a on be to 2on in of C up C be NC NC be NC a to a of of is of of of - 13 - to to of be be be of of is be in to is be 3s of is of to of NC a of a by of is to a of a in of in a to of of 4s NC is to to as as to on in If on - 14 - is to in so a of It is or of NC be to s 5to in so a to in as NC as NC 6it is to a to an of to to of to s he to as on is to it of in to of is by 1- 15 - of of to an of NC in a to a of to to a 2 of of of a in is 3to n is in in NC It a of 4no 5at an NC to as of It in f sale- 配套講稿:
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