数控铣钻床.doc

课程设计题目：机床数控系统反求

学生姓名：
专 业：机械制造
班 级：
指导教师：

2011年5月20日

本次实验的目的是对数控机床进行拆装分析,锻炼我们各方面的能力，使我们各个知识体系得到巩固、加强和融合。
通过对数控机床的拆装，结合数控机床实物及相关资料知道了以下内容：
1、主要用途：
数控铣钻床（XZK7532）是三轴联动的经济型机床，该机床可分别实现钻削、铣削、镗孔、铰孔，即可实现坐标镗孔又可精确、高效地完成三维的各种复杂曲面，如凸轮、样板、冲模、弧形槽等零件的自动加工。由于机床具有较高的定位基准和重复定位精度，加工时不需要模具，乣能保证加工精度，提高了生产率，具有较好的性能价格比，故本机床特别适合于：
① 工科院校的机制、机电一体化、工业自动化等学生的实验。
② 中专院校及企业数控机床、操作技能的培训。
③ 小型企业模具、异型零件的加工。

机床规格、技术参数
名称
单位
参数
工作台面宽度X长度
mm
300x1000
最大钻孔直径
mm
32
最大平铣刀直径
mm
63
最大立铣刀直径
mm
28
主轴锥孔

NO.3
工作台X轴行程
mm
600
工作台Y轴行程
mm
300
工作台Z轴行程
mm
500
主轴转速级数

6级
主轴转速范围
rpm
85-1600
X、Y、Z轴进给步进电机

110BYG201
主电机功率
Kw
0.85
主电机转速
rpm
1420或2800
冷却箱电机
W
1420或2800
机床外形尺寸
mm
1252x1382x2090
机床净重
Kg
1600

2、 数控铣钻床的组成部分
①主机：他是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。
②数控装置：是数控机床的核心，包括硬件以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
③驱动装置：他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
④辅助装置：指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
⑤编程及其他附属设备：可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。下图为数控机床的组成：

3、 机床的电气控制
①电气元件有：主轴电动机、进给电动机、冷却泵电动机、主电机起停接触器、进给电机正反转用接触器、快速移动用接触器、热继电器、熔断器、主轴换刀制动开关、转换开关、停止按钮、主电机起动按钮、工作台快速移动按钮、电磁制动器、进给及快速电磁离合器、工作台横向进给行程开关、工作台纵向及升降进给行程开关、进给变速点动开关、主轴变速点动开关、指示灯、照明灯、控制变压器、自动开关和连接片等
②电气控制电路图：一个完整的控制电路包括了电源电路、主电路、控制电路和辅助电路四部分。
下图为电气控制线路图

4、 机床的机械结构
机床的机械结构包括主运动结构、进给运动结构、传动装置结构和刀架结构。数控机床与普通机床相比较发现有以下不同：
（1） 从主运动和进给运动的联系来看
①数控机床：主运动与进给运动没有直接的机械联系，主运动、横向进给运动、纵向进给运动分别有独立的电机驱动，每条传动链短，结构简单。
②普通机床：主运动与进给运动存在直接的机械联系，主运动、横向进给运动、纵向进给运动由同一电机驱动，每条传动链长，结构复杂，变速时需人工调整。
（2）从变速和驱动方面看
①数控机床：主轴运动有两种驱动方式，分别是分段无级变速、带传动变速以及电机直接驱动变速：进给运动常采用步进电机、交流或直流电机通过有限级的传动进给运动机构实现工作台的直线运动或回转运动
②普通机床：主运动由电机经过皮带传动、离合器及滑移齿轮变速使得主轴获得正反方向的多级变速，而机床纵横向运动的实现是主轴通过交换齿轮架、进给箱传到刀架。
5.数控系统
这是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，完成数控计算、逻辑判断、输入/输出控制等功能。
(1)数控系统组成
系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。
CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
（2）基本结构
一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。 　　
控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。最新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成CNC、PLC的内部数据通讯和外部高次网络的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。
（3）硬件结构
数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部分之间通过I/O接口互连。 　　
数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板结构和功能模块（小板）结构；按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用型结构和个人计算机式结构；按CNC装置中微处理器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。
（4）软件结构
CNC软件分为应用软件和系统软件。CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的专用软件，也叫控制软件，存放在计算机EPROM内存中。各种CNC系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规模上差别很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管理程序和诊断程序。

（5）工作流程
①、输入：零件程序及控制参数、补偿量等数据的输入，可采用光电阅读机、键盘、磁盘、连接上级计算机的DNC 接口、网络等多种形式。CNC装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。 　　
②、译码：不论系统工作在MDI方式还是存储器方式，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的各种零件轮廓信息、加工速度信息和其他辅助信息)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误便立即报警。 　　
③、刀具补偿：刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前在比较好的CNC装置中，刀具补偿的工件还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，这就是所谓的C刀具补偿。 　　
④、进给速度处理： 编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些CNC装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制、软件的自动加减速等也在这里处理。 　　
⑤、插补：插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“ 数据点的密化 ”。插补程序在每个插补周期运行一次在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常，经过若干次插补周期后 ，插补加工完一个程序段轨迹，即完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。 　　
⑥、位置控制：位置控制处在伺服回路的位置环上， 这部分工作可以由软件实现， 也可以由硬件完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较， 用其差值去控制伺服电动机。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。 　　
⑦、I/0 处理：I/O 处理主要处理CNC装置面板开关信号，机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等) 。 　　
⑧、显示：CNC装置的显示主要为操作者提供方便，通常用于零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。 　　
⑨、诊断： 对系统中出现的不正常情况进行检查、定位，包括联机诊断和脱机诊断。

机床控制面板图

参考书籍及网址：
1、数控系统
2、数控车床 豆丁网（文档）
3、《XZK7532数控铣钻床使用说明书》

数控铣钻床图

实验说明
本次实验是对数控机床进行拆装分析，锻炼学生各方面的能力，使学生各个知识体系得到巩固、加强和融合，基本流程如下：
一、结合数控机床实物及相关资料完成以下内容：
1、了解数控机床的种类、结构、功能及主要性能指标；了解数控机床的组成、结构与拆装过程；理解掌握数控机床的电气控制、机械结构和数控系统原理。
2、按不同的需求，从不同的角度拆卸机床，理解掌握机床的电气控制线路，掌握各种电路元气件。
3、观察机床机械结构，并与普通机床作对比，比较各种零部件的差别；对进给驱动和主轴驱动进行观察分析，理解原理。
4、观察分析数控装置各种接口及连接，绘制计算机数控系统组成框图。
学生应上交纸质图、电子图、实验报告。各能力培养环节最终都必须通过指导教师的答辩，指导教师要及时了解学生情况，力争使学生在各环节都得到锻炼，有所收获。
成绩评定由能力考查、图纸、实验报告组成，比例4：4：2.
能力模块考查及成绩评定表
模块
内容
签字区
及格
良好
优
机械部分考查
主轴传动系统、进给传动系统、机床结构构造等

电气控制部分考查
机床常用电气元件、电气控制线路

数控部分
伺服驱动系统、位置监测、换刀装置、插补原理、微机原理及接口

制图部分
机械、电气、数控系统

能力综合成绩（40%）

图纸质量（40%）

其他报告或说明书（20%）

总成绩

指导教师在相应成绩栏签字确认，统计出能力综合成绩，并汇总总成绩。
时间安排为：9—12周星期五下午