数控系统启动装置设计Word文档格式.docx

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关键词：

数控机床气动装置;

数控系统;

气动系统;

气动系统应用

目录

摘要…………………………………………………………………………II

一、绪论…………………………………………………………………1

1．1数控技术的发展趋势……………………………………………………1

1．2数控机床组成……………………………………………………………2

1．3数控机床的特点…………………………………………………………2

二、气动技术知识………………………………………………………………………3

2．1气动技术的基本知识…………………………………………………………3

1．气动技术的概念………………………………………………………3

2．气动控制装置特点……………………………………………………3

3．气动系统组成…………………………………………………………3

2．2气动元件的介绍………………………………………………………………5

1．空气处理元件的介绍…………………………………………………5

2．气动控制元件的介绍…………………………………………………5

2．3气动技术的优点特点…………………………………………………………7三、气动技术在数控中应用发展…………………………………………7

3．1气动系统的分类………………………………………………………7

3．2应用实例一DMC63V立式加工中心气动系统…………………………………8

3．3数控机床使用气动技术优点……………………………………………9

3．4气动技术在数控中发展趋势………………………………………………9

结论…………………………………………………………………………10

参考文献……………………………………………………………………11

一、绪论

1．1数控技术的发展趋势

现代制造业的飞速拓展和信息技术的发展应用，促使数控技术不断更新，变化日新月异，其发展的新趋势基本朝着五个大的方向：

1．高速化发展新趋势

效率是先进制造技术的主体，高速加工技术可极大地提生产高效，目前高速加工中心进给速度达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。

当今世界上许多汽车厂，包括在我国的一些汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。

2.精密化发展新趋势

高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，提高市场竞争能力。

在加工精度方面，由于各组件加工的精密化，微米的误差已不是问题，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。

以计算机辅助生产（CAM）系统的发展带动数控控制器的功能越来越多。

而为实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。

3.智能化发展新趋势

未来的数控装备将具有一定智能化的功能，智能化内容包括数控系统中的各个方面：

如为追求加工效率和加工质量方面的智能化，加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；

简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；

为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等。

4.开放化发展新趋势

数控系统开放化已成为数控系统的未来之路。

开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。

它解决了传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。

目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

5.网络化发展新趋势

网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。

数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。

1．2数控机床组成

图1．1数控机床构成

1．3数控机床的特点

1）加工精度高:

数控机床是精密机械和自动化技术的综合体。

机床的数控装置可以对机床运动中产生的位移、热变形等导致的误差，通过测量系统进行补偿而获得很高且稳定的加工精度。

由于数控机床实现自动加工，所以减少了操作人员素质带来的人为误差，提高了同批零件的一致性。

2）生产较高：

就生产效率而言，相对普通机床，数控机床的效率一般能提高2～3倍、甚至十几倍。

主要体现在以下几个方面:

a.一次装夹完成多工序加工，省去了普通机床加工的多次变换工种、工序间的转件以及划线等工序。

b.简化了夹具及专用工装等，由于是一次装夹完成加工。

所以普通机床多工序的夹具省去了，即使偶尔必须用到专用夹具。

由于数控机床的超强功能夹具的结构也可简化。

3）减轻劳动强度，数控机床的操作由体力型转为智力型。

4）改善劳动条件，如深扬公司的产品采用全封闭护罩,机床不会有水、油、铁屑溅出，可有效保持工作环境的清洁。

5）有利于生产管理：

a.程序化控制加工、更换品种方便；

b.一机多工序加工，减化生产过程的管理，减少管理人员；

c.可实现无人化生产。

二、气动技术知识

2.1气动技术的基本知识

1.基本概念

气动技术是以压缩空气作为介质，以空气压缩机作为动力源，来实现能量传递或信号传递与控制的工程技术，是流体传动与控制的重要组成技术之一，也是实现工业自动化和机电一体化的重要途径。

2.气动控制装置的特点

空气廉价且不污染环境，用过的气体可直接排入大气

速度调整容易

元件结构紧凑，可靠性高

受湿度等环境影响小

使用安全便于实现过载保护

气动系统的稳定性差

工作压力低，功率重量比小

元件在行程中途停止精度低

3.气动系统的组成

1.气动系统基本由下列装置组成

（1）动力装置:

动力装置是指能将原动机的机械能转换成气压能的装置，它是气压传动系统的动力源。

对气压传动系统来说是气压发生装置，也称为气源装置，其作用是为气压传动系统提供压缩空气。

（2）控制调节装置:

它包括各种阀类元件，其作用是用来控制工作介质的流动方向、压力和流量，以保证执行元件和工作机构按要求工作。

（3）执行元件:

执行元件指缸或马达，是将压力能转换为机械能的装置，其作用是在工作介质的作用下输出力和速度（或转矩和转速），以驱动工作机构作功。

（4）辅助装置:

除以上装置外的其它元器件部称为辅助装置，如油箱、过滤器、蓄能器、冷却器、分水滤气器、油雾器、消声器、管件、管接头以及各种信号转换器等。

它们是一些对完成主运动起辅助作用的元件，在系统中也是必不可少的，对保证系统正常工作有着重要的作用。

（5）工作介质:

工作介质指传动气体，在气压传动系统中通常指压缩空气。

4.气动系统基本由下列元件组成

（1）气源装置——气动系统的动力源提供压缩空气

（2）空气处理装置——调节压缩空气的洁净度及压力

（3）控制元件

方向控制元件——切换空气的流向

流量控制元件——调节空气的流量

（4）逻辑元件——与或非

（5）执行元件——将压力能转换为机械功

（6）辅助元件——保证气动装置正常工作的一些元件

压缩机

a）气源装置储气罐

后冷却器

过滤器

油雾分离器

减压阀

b）空气调节油雾器

处理装置空气净化单元

干燥器

其它

电磁阀

气压控制阀

方向控制阀机械操作阀

手动阀

其它

速度控制阀

C）控制元件速度控制阀

逻辑阀

2.2气动元件介绍

1.空气处理元件

压缩空气中含有各种污染物质。

由于这些污染物质降低了气动元件的使用寿命。

并且会经常造成元件的误动作和故障。

空气处理元件包括：

1）空气滤清器

2）油雾分离器

①活性炭

②用与油有良好亲和能力的玻璃纤维、纤维素等制成的多孔滤芯

3）空气干燥器

4）空气处理装置

a）空气处理三联件（FRL装置）

空气处理三联件俗称气动三大件。

它是由滤清器、调压阀和油雾器三件组成的，

b）空气处理双联件

这是由组合式过滤器减压阀与油雾器组成的空气处理装置。

c）空气处理四联件

它是由滤清器、油雾分离器、调压阀和油雾器四件组成，用于需要优质压缩空气的地方。

5）调压阀（减压阀）

6）油雾器

2．气动控制元件

1）方向控制阀

方向控制阀是气动控制回路中用来控制气体流动方向和气流通断，从而使气路中的执行元件能按要求方向进行动作的元件。

在各类元件中，方向控制阀的种类最多。

主要有换向阀和单向阀两大类。

前者包括电磁阀，气控阀等，后者主要有单向阀，梭阀等，应用都很广泛。

1换向阀

换向阀主要有转阀和滑阀两大类本公司主要使用滑阀结构的换向阀。

滑阀依靠其中的滑柱式阀芯处在不同位置上来接通或切断气路的。

一般地讲，阀芯的切换位置主要有二个或三个，即有二位阀和三位阀之分。

2）流量控制阀

在气动系统中，如要对气缸运动速度加以控制或需要延时元件计时时，就要控制压缩空气的流量。

在流量控制时，只要设法改变管道的截面就可。

流量控制阀分为节流阀，速度控制阀和排气节流阀数种等。

①节流阀

可调式节流阀依靠改变的流通面积来调节气流。

②速度控制阀

速度控制阀由节流阀和单向阀组合而成。

故而又叫单向节流阀，通过调节流量达到控制执行元件速度的目的。

3）压力控制阀

压力控制阀是利用阀芯上的气压作用力和弹簧力保持平衡来进行工作的，平衡状态的任何破坏都会使阀芯位置产生变化，其结果不是改变阀口开度的大小（例如溢流阀、减压阀），就是改变阀口的通断（例如安全阀，顺序阀）。

1.溢流阀

溢流阀由进口（P）处的气压压力控制阀芯动作，当进口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口导通，从而实现溢流作用。

如图2.3（a）所示。

图2.3（a）

2.减压阀

减压阀则是由出口处压力驱动阀芯，当出口处压力达到预设值时阀芯克服弹簧力动作使得进、出口截断，从而实现减压作用。

4）执行元件

气动系统中将压缩空气的压力转换成机械能，从而实现所要求运动的驱动元件，称为执行元件。

它分为气缸和气动马达两大类。

相对于液压和机械传动，它结构简单，维修方便。

但由于压缩空气的压力通常为0.3-0.6Mpa故而输出力小。

气缸是用压缩空气作动力源，产生直线运动或摆动，输出力或力矩做功的元件。

2．3气动技术的优点、特点

1）.气动技术有以下优点：

（1）结构简单轻便、方便安装维护t

（2）输出速度一般在50-500mm／s，速度快于液压和电气方式，

（3）对冲击负载和负载过载的适应能力较强；

（4）可靠性高、使用寿命长、安全无污染且成本较低。

2）.气动技术有以下特点：

（1）结构装置简单、轻便，易于安装和维护，且可靠性高、使用寿命长；

（2）工作介质大多是采用空气，来源方便，而且使用后直接排出的气体，既不污染环境，又能适应“绿色生产”的需要；

（3）工作环境适应性强，特别是在易燃、易爆、多尘埃、辐射、振动等恶劣的场合；

（4）气动系统易于实现快速动作，输出力和运动速度的调节都很方便，且成本低，同时在过载时能自动保护；

（5）压缩空气的工作压力一般在0．4～0．8MPa，故输出力和力矩不太大，传动效率低，且气缸的动作速度易随负载的变化而变化。

三、气动技术在数控中的应用发展

3．1气动系统的分类

根据气动伺服系统按功能一般可分为：

（1）位置控制系统

（2）速度控制系统

（3）力控制系统

（4）位置与力复合控制系统

其中，位置控制系统和力控制系统应用研究比较多，速度控制系统应用研究比较少。

3．2应用举例——DMC63V立式加工中心气动系统

图3—1气动换刀系统的功能原理图

1、气源调节装置2、4、6、9、电磁换向阀

3、5、10、11、单向节流阀7、消声器8、快速排气阀

换刀气动系统的工作原理说明

当数控系统发出换刀指令时,主轴停止旋转,同时4YA通电,压缩空气经气源调节装置1、换向阀4和单向节流阀5进入主轴定位缸A的右腔，气缸A活塞左移，使主轴自动定位。

定位后压下无触点开关，使6YA通电，压缩空气经换向阀6和快速排气阀8进入气液增压缸B的上腔，增压腔的高压油使活塞伸出，实现主轴松刀，同时使8YA通电，压缩空气经换向阀9和单向节流阀11进入气缸C的上腔，气缸C下腔排气，活塞下移实现拔刀。

由回转刀库交换刀具，同时1YA通电，压缩空气经换向阀2和单向节流阀3向主轴锥孔吹气。

稍后1YA断电、2YA通电，停止吹气，8fA断电、7YA通电，压缩空气经换向阀9、单向节流阀10进入气缸C下腔，活塞上移，实现插刀动作。

6YA断电、5YA通电，压缩空气经换向阀6进入气液增压缸B的下腔，活塞退回，主轴的机械机构使刀具夹紧。

4YA断电、3YA通电，缸A的活塞在弹簧力作用下复位，回复到开始状态，换刀结束。

完成电磁铁动作顺序表：

1YA

2YA

3YA

4YA

5YA

6YA

7YA

8YA

主轴定位

-

+

-

主轴松刀

拔刀

--

主轴锥孔吹气

吹气停

插刀

刀具夹紧

主轴复位

3．3数控机床使用气动技术的几大优点：

在数控机床中，由于易实现高频率换向、可大范围调速、节省空间体积、简化机床结构等特点，气动技术主要应用于以下装置中：

1、机床部件的移动，主要用于进给运动传动，如主轴、工作台的移动等。

2、数控机床中的辅助装置中，如固定循环、自动换刀、工作台的夹紧松开、自动门的开合、吹气、工件夹紧、工件的自动上、下料、搬送堆放等处，可以缩短加工辅助时间，减轻工人劳动强度，充分发挥数控设备的高效性能。

3、自动吹屑，如工件、交换工作台、工具定位面等处。

4、运动部件的平衡，如主轴箱的重力平衡、机械手、刀库的平衡装置等。

5、检测功能，如工件位置的确认、刀具缺损的确认等。

3．4气动技术在数控中的发展趋势

随着IT工业、通信技术、传感技术的不断发展，以及新技术、新产品、新工艺、新材料等在工业界的应用，气动元件、气动技术数控中作为主机配套的重要基础件也发生了革命性的变化。

主要体现在标准化、微型化、模块化、集成化、系统化、智能化、状态监测/可诊断等方面。

结论

从1952年第一台数控机床在美国问世，至今已有40多年的历史，计算机数控（CNC）从70年代中期出现，到现在也已有20多年了，数控技术日趋成熟。

特别是近几年来微型计算机、微电子工业及电力电子工业的迅速发展，微型计算机与CNC技术的紧密结合，使得开发和生产CNC系统的技术被越来越多的自动化装备生产厂所掌握。

因此，就当今全世界范围来说，CNC技术已经不再被少数几个国家的几个CNC系统生产厂所垄断。

到80年代末，几乎每个工业发达的国家都有了自己的数控设备生产厂，生产满足各自国家数控机床及其他机械装备所需要的数控系统。

甚至很多大型的数控机床生产厂都有自己的产品，并部分出售数控系统。

因此，CNC系统生产厂之间的竞争为激烈，数控技术的发展进入了新的阶段。

现代工业生产中，中、小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精度要求迅速提高，传统的普通机床已经越来越难以适应现代化生产的要求，而数控机床具有高精度、高效率、一机多用，可以完成复杂型面加工的特点，特别是计算机技术的迅猛发展并广泛应用于数控系统中，数控装置的主要功能几乎全由软件来实现，硬件几乎能通用，从而使其更具加工柔性，功能更加强大。

制造业的竟争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竟争，发展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竟争，将面临知识——技术——产品的更新周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境保护、绿色制造的意识不断加强。

因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竟争和生存、发展的主要手段。

气动技术作为自动化柔性生产重要基础的数控机床在生产机床中所占比例将越来越多。

参考文献

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机械工业出版社，1991．

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[7]SMC（中国）有限公司编现代实用气动技术北京机械工业出版社1999

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