GSK980TDc数控车床的运行分析(DOC).doc

GSK980TDc数控车床的运行分析(DOC)

自动化制造系统大作业

GSK980TDc数控机床
的工作运行分析

姓名：
学号：
班级：
1

GSK980TDc数控机床的工作运行分析
一、 GSK980TDc产品简介
广州数控设备有限公司新开发制造的GSK980TDc车床CNC数控装置，是基于GSK980TDb升级软硬件推出的新产品具有横式和竖式两种结构。采用8.4英寸彩色LCD，可控制5个进给轴（含C轴）、2个模拟主轴，小指令单位0.1μm。该产品采用图形化界面设计，对话框式操作，人机界面更为友好。PLC梯形图在线显示、实时监控，具有手脉试切功能。作为GSK980TDb的升级产品，GSK980TDc是数控车床技术升级的更好选择

二、 GSK980TDc主要功能
Ø X、Z、Y、4th、5th五轴控制，Y、4th、5th轴的轴名、轴型可定义„
Ø 2ms插补周期，控制精度1μm、0.1μm可选„
Ø 高速度60m/min（0.1μm时高速度24m/min）„
Ø 适配伺服主轴可实现主轴连续定位、刚性攻丝、刚性螺纹加工„
Ø 内置多PLC程序，当前运行的PLC程序可选择„
Ø G71代码支持凹槽外形轮廓的循环切削„
Ø 支持语句式宏代码编程，支持带参数的宏程序调用„
Ø 支持公制/英制编程，具有自动对刀、自动倒角、刀具寿命管理功能
Ø 支持中文、英文、西班牙文、俄文显示，由参数选择„
Ø 具备USB接口，支持U盘文件操作、系统配置和软件升级
Ø 2路0V～10V模拟电压输出，支持双主轴控制
Ø 1路手脉输入，支持手持单元„
Ø 41点通用输入/36点通用输出„
Ø 外形安装尺寸、指令系统与GSK980TDb、GSK980TDa完全兼容
三、 数控机床的组成
数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、输出装置、数控装置（CNC）、可编程逻辑控制器(PLC)、伺服单元、驱动装置及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。

(一) 程序编制及程序载体
数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或CAD/CAM设计。
编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。
(二) 输入和输出装置
输入和输出装置是机床数控系统和操作人员进行信息交流、实现人机对话的交互设备。输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（数控系统内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从内部存储器中逐段逐段调出进行加工。输出装置的作用是：数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息。显示的信息可以是正在编辑的程序、坐标值以及报警信号等。
(三) 数控（CNC）装置
数控装置是数控机床的核心，是由硬件和软件两部分组成的。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。这些控制信号中最基本的信号是各坐标轴(即作进给运动的各执行部件)的进给速度、进给方向和位移量指令(送到伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动)，还有主轴的变速、换向和启停信号，选择和交换刀具的刀具指令信号，控制冷却液、润滑油启停．控制工件和机床部件松开、夹紧，控制分度工作台转位的辅助指令信号等。数控装置主要包括微处理器(cPU)、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与CNC系统他组成部分联系的接口等。
零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。
(四) 可编程逻辑控制器(PLC)
数控机床通过CNC和PLC共同完成控制功能，其中，CNC主要完成与数字运算和管理等有关的功能，如零件程序的编辑、插补运算、译码、刀具运动的位置伺服控制等。而PLC主要完成与逻辑运算有关的一些动作．它接收CNC的控制代码M(辅助功能)、S(主轴转速)、T(选刀、换刀)等开关量动作信息，对开关量动作信息进行译码，转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作，如工件的装夹、刀具的更换、冷却液的开关等一些辅助动作。它还接收机床操作面板的指令，一方面直接控制机床的动作(如手动操作机床)，另一方面将一部分指令送往数控装置，用于加工过程的控制。
(五) 伺服单元
伺服单元接收来自数控装置的速度和位移指令。这些指令经伺服单元变换和放大后，通过驱动装置转变成机床进给运动的速度、方向和位移。因此，伺服单元是数控装置与机床本体的联系环节，它把来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。伺服单元分为主轴单元和进给单元等，伺服单元就其系统而言又有开环系统、半闭环系统和闭环系统之分。
(六) 驱动装置和位置检测装置
驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。
位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。
(七) 辅助控制装置
辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。
由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。
(八) 机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，即数控机床的机械部件，包括主运动部件、进给运动执行部件(工作台、拖板及其传动部件)和支承部件(床身、立柱等)，还包括具有冷却、润滑、转位和夹紧等功能的辅助装置。加工中心类的数控机床还有存放刀具的刀库、交换刀具的机械手等部件，数控机床机械部件的组成与普通机床相似。由于数控机床高速度、高精度、大切削用量和连续加工的要求，其机械部件在精度、刚度、抗振性等方面要求更高。机床本体由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
此外，为保证数控机床功能的充分发挥．还有一些辅助系统，如冷却系统、润滑系统、液压(或气动)系统、排屑系统、防护系统等。
伺服驱动器及位置检测装置

机床本体
数控程序
数控装置
输入装置

辅助控制装置

四、 数控机床的主要性能指标
(1)主要规格尺寸。数控车床主要有床身与刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等规格尺寸；数控铣床主要有工作台、工作台T形槽、工作台行程等规格尺寸。
(2)主轴系统。数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽的调速范围和较高的回转精度，主轴本身刚度与抗振性比较好。现在，数控机床主轴普遍达到5000—10000t／iltln，甚至更高的转速，对提高加工质量和各种小孔的加工极为有利；主轴可以通过操作面板上的转速倍率开关直接改变转速，每档间隔5％，其调节范围为50％～120％；在加工端面时，主轴具有恒定的切削速度(恒线速单位：mm／…)。
(3)进给系统。该系统有进给速度范围、快进(空行程)速度范围、运动分辨率(最小移动增量)、定位精度和螺距范围等主要技术参数。
①进给速度是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，直接受到数控装置运算速度、机床运动特性和工艺系统剐度的限制。数控机床的进给速度可达到10—30nv’lIlin。其中，最大进给速度为加工的最大速度，最大快进速度为不加工时移动的最快速度，进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整，每档间隔为10％，其调整范围为10％～200％。
②脉冲当量(分辨率)是CNC重要的精度指标。有两个方面的内容，一是机床坐标轴可达到的控制精度(可以控制的最小位移增量)，表示CNC每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量；二是内部运算的最小单位，称之为内部脉冲当量，一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置得要小，为的是在运算过程中不损失精度，数控系统在输出位移量之前．自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。
数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量数的大小。普通数控机床的脉冲当量一般为0.001mm，简易数控机床的脉冲当量一般为。叭mm，精密或超精密数控机床的脉冲当量一般为0.0001mm，脉冲当量越小．数控机床的加工精度和表面质量越高。
③定位精度和重复定位精度。定位精度是指数控机床工作台或其他运动部件实际运动位置与指令位置的一致程度，其不一致的差量即为定位误差。引起定位误差的因素包括伺服系统、检测系统、进给系统误差，以及运动部件导轨的几何误差等。定位误差直接影响加工零件的尺寸精度。重复定位精度是指在相同的操作方法和条件下，在完成规定操作次数过程中得到结果的一致程度。重复定位精度一般是呈正态分布的偶然性误差，它会影响批量加工零件的一致性，是一项非常重要的性能指标。一般数控机床的定位精度为±0.0lmm，重复定位精度为±0005itIm。
(4)刀具系统。包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度等内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率，通常中小型加工中心的刀库容量为16～60把，大型加工中心可达100把以上。换刀时间是指自动换刀系统将主轴上的刀具与刀库中的刀具进行交换所需要的时间．一般可在5—20s的时间内完成换刀。
(5)电气。包括主电动机、伺服电动机的规格型号和功率等。
(6)冷却系统。包括冷却箱容量、冷却泵输出量等。数控机床性能指标
规格尺寸
主轴系统
进给系统
刀具系统
电气系统
冷却系统
辅助系统

五、 数控机床的工作原理

数控机床是用数字信息进行控制的机床。凡是用代码化的数字信息将刀具移动轨迹信息记录在程序介质上，然后送人数控系统经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需工件的一类机床即为数控机床。数控加工的基本过程。
在数控机床加工工件前，要分析零件图，拟定零件加工工艺方案，明确加工工艺参数，然后按编程规则编制数控加工程序。当加工零件的几何信息和工艺信息转换为数字化信息后，可以用不同方法输入到机床的数控系统中，经检查无误即可启动机床，运行数控加工程序数控装置自动完成数控加工程序发出的各种控制指令。如果不出现故障，直到加工程序运行结束，零件加工完毕为止。数控加工的控制过程与计算机控制打印机的打印过程，特别是与计算机控制绘图机的绘图过程非常相似。
数字控制是相对于模拟控制而言的。数字控制系统或计算机数字控制系统用字长来表示不同精度信息，可进行复杂的算术运算、逻辑运算和信息处理，通过改变软件(而非电路或机械机构)实现信息处理方式和过程的转换，具有很好的柔性功能。CNC系统方便、可靠、精度高，广泛应用于机械运动的轨迹、检测和辅助运动控制等各方面，其中，轨迹控制是机床和工业机器人的主要控制内容。
六、 数控加工的工艺流程
数控加工工艺是伴随着数控机床的产生不断发展和逐步完善起来的一门应用技术。数控加工工艺就是将传统的加工工艺、计算机数控技术、计算机辅助设计和辅助制造技术有机地结合在一起，它的一个典型特征是将数控技术融入到普通加工工艺中。
 (1)数控加工工艺数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用的各种方法和技术手段的总和,应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术,它是人们大量数控加工实践的总结。
(2)数控加工工艺过程数控加工工艺过程是指利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等,使其成为成品和半成品的过程。数控加工工艺过程往往不是从毛坯到成品的整个工艺过程,而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。
(3)数控加工工艺与数控编程的关系数控加工工艺是数控编程的前提和依据,没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺,就没有真正可行的数控加工程序。而数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。
数控加工工艺分析和规划主要包括以下内容。
1）确定加工对象。通过对零件模型进行分析，确定这一工件的哪些部位需要加工。数控铣的工艺适应性当然也是有一定限制的，对于一些尖角、细小的筋条等部位是不适合用数控加工的，最好使用线切割或者电加工来加工；而另外一些加工部位，使用普通机床反而会有更好的经济性，如孔的加工、回转体的加工。
（2）规划加工区域。按零件形状、功能及精度、粗糙度等方面的要求将加工对象分割成数个加工区域。对加工区域进行合理的规划可以达到既提高加工效率又提高加工质量的目的。
（3）规划工艺路线。即从粗加工到半精加工和精加工，再到清根加工的流程及加工余量的合理分配。
（4）确定加工工艺和加工方式。如刀具选择、加工工艺参数和切削方式选 择等。
在完成工艺分析后，还应该填写一张CAM数控加工工序表，表中的项目应该包括加工区域、走刀方式、刀具、主轴转速和切削进给等选项。完成了工艺分析和规划后，即完成了CAM数控加工大部分的工作。同时，工艺分析的水平原则上决定了NC程序的质量。

数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图所示，编程工作主要包括：

11