数控系统的选配

随着科学技术的发展,机械制造技术有了深刻的变化。由于社会对产品多样化的需求更加强烈,多品种、中小批量生产的比重明显增加,采用传统的普通加工设备已难以适应高效率、高质量、多样化的加工要求。机床数控技术的应用,大大缩短了机械加工的前期准备时间,并使机械加工的全过程自动化水平不断提高,同时也增强了制造系统适应各种生产条件变化的能力。

数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、反馈系统及机床本体。加工程序可由人工编写(如车床数控系统加工简单工件时),复杂的加工要求可在计算机上进行绘图(如铣床及加工中心加工曲面工件时),然后生成加工程序。程序的输入可由数控系统的面板进行手工输入,也可通过计算机的通讯口用电缆进行传输,也可以用计算机USB接口进行传输。

在选购数控机床时可从三个方面考虑,首先是机床本体能否符合自己的加工要求,机床的质量如何。其次是数控系统,数控系统有很多种类,选择合适的系统是选购数控机床的关键。最后是驱动单元,也是机床控制的关键,不同的驱动单元能达到的加工精度也不一样,在选择驱动单元时,要根据加工的工件的精度要求选择合适的驱动单元。

以下从数控系统及驱动单元两个方面进行分析:

1.数控系统的选配

数控系统是数控机床的“大脑”,对机床控制信息进行运算及处理。根据数控系统的原理可分为经济型数控系统和标准型数控系统两大类。

1.1经济型数控系统

经济型数控系统从控制方法来看,一般指开环数控系统,具有结构简单、造价低、维修调试方便、运行维护费用低等优点,但受步进电机矩频特性及精度、进给速度、力矩三者之间相互制约,性能的提高受到限制。所以,经济型数控系统常用于数控线切割及一些速度和精度要求不高的经济型数控车床、铣床等,在普通机床的数控化改造中也得到广泛的应用。

开环数控系统是指数控系统本身不带位置检测装置,由数控系统送出一定数量和频率的指令脉冲,由驱动单元进行机床定位。开环系统在外部因素影响的情况下,机床不动作或动作不到位,但系统已当机床到达了指定位置,此时机床的加工精度将大大降低。但因其结构简单、反应迅速、工作稳定可靠、调试及维修均很方便,加之价格十分低廉,因此目前在国内至今仍有最大的市场。

1.2标准型数控系统

标准型数控系统包括半闭环数控系统和全闭环数控系统。

半闭环数控系统一般指机床的伺服电机的位置信号(光电编码器)反馈到数控系统,系统能自动进行位置检测和误差比较,可对部分误差进行补偿控制,因此其控制精度比开环数控系统要高,但比全闭环的数控系统要低。

全闭环数控系统除包括机床的伺服电机的位置反馈外,还有机床工作台的位置检测装置(通常用光栅尺)的位置信号反馈到系统,从而形成全部位置随动控制,系统在加工过程中自动检测并补偿所有的位置误差。

全闭环数控系统的加工精度是最高的,但这种系统的调试、维修极其困难,而且系统的价格很高,只适用于中、高档的数控机床上。

因为开环控制系统的价格比闭环控制系统要低得多,因此在选择数控系统时,要考虑数控系统占整台数控机床的价格成本比例,然后根据机床的配置情况及机床本身的要求,中、低档机床采用开环控制系统,中、高档机床采用闭环控制系统。

2.驱动单元的选配

驱动单元包括驱动装置和电机两部分,对驱动单元的选购主要在于驱动装置的选择,因为电机是通用的部件,性能差别只存在于不同的厂家和型号。

驱动电机主要可分为:反应式步进驱动电机、混合式(也称永磁反应式)步进驱动电机和伺服驱动电机三大类。

反应式步进驱动电机的转子无绕组,由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。混合式步进电机的转子用永久磁钢,由励磁和永磁产生的电磁力矩实现步进运行。步进电机受脉冲的控制,通过改变通电的顺序可改变电机的旋转方向,改变脉冲的频率可改变电机的旋转速度。步进电机有一定的步距精度,没有累积误差。但步进电机的效率低,拖动负载的能力不大,脉冲当量不能太大,调速范围不大。目前步进电机可分为两相、三相、五相等几种,常用的是三相步进电机,如广州数控的DY3A即是三相混合式步进驱动器。在过去很长一段时间里,步进电机占很大的市场,但目前正逐步为伺服电机所取代。

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