數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理

1、數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控機(jī)床主要是由機(jī)床本體和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)兩大部分組成，如圖5所示。

（1）、機(jī)床本體
機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，由基礎(chǔ)件（如床身、底座）和運(yùn)動(dòng)件（如工作臺(tái)、主軸箱等）組成。它不僅要實(shí)現(xiàn)由數(shù)控裝置控制的各種運(yùn)動(dòng)，而且還要承受包括切削力在內(nèi)的各種力，因此機(jī)床本體必須保證具有良好的幾何精度、足夠的剛度、小的熱變形、低的摩擦阻力，才能有效地保證數(shù)控機(jī)床的加工精度。
數(shù)控機(jī)床本體與普通機(jī)床相比，具有以下特點(diǎn)：
①、采用了高性能主軸部件及傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡化，傳動(dòng)鏈較短。
②、機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高剛度和耐磨性，熱變形小。
③、更多地采用高效傳動(dòng)部件，如滾珠絲杠、靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌等。
（2）、數(shù)控系統(tǒng)
為了對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行數(shù)字化信息控制，必須具備相應(yīng)的硬件和軟件。用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息控制的硬件和軟件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng)（Numerical Control System）。
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心，由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置（CNC）、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置（或執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、可編程控制器（PLC）及電氣控制裝置、輔助裝置、測(cè)量裝置等組成。
①、輸入輸出設(shè)備
輸入輸出裝置是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進(jìn)行信息交流、實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的交互設(shè)備。
輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。根據(jù)控制介質(zhì)的不同，相應(yīng)有不同的輸入裝置。如對(duì)應(yīng)穿孔紙帶，有光電閱讀機(jī)；對(duì)應(yīng)磁帶，有錄放機(jī)；對(duì)應(yīng)磁盤，有磁盤驅(qū)動(dòng)器等。
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床，可以通過鍵盤，用手動(dòng)方式（MDI方式）直接輸入數(shù)控系統(tǒng)，也可以由計(jì)算機(jī)編程后，用通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。
輸出裝置是顯示器，有CRT顯示器或彩色液晶顯示器兩種。輸出裝置的作用是：數(shù)控系統(tǒng)通過顯示器為操作人員提供必要的信息。顯示的信息可以是正在編輯的程序、坐標(biāo)值以及報(bào)警信號(hào)等。
②、數(shù)控裝置（CNC裝置）
數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，是由硬件和軟件兩部分組成的。它接受的是輸入裝置送來的脈沖信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進(jìn)行編輯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令，控制機(jī)床的各個(gè)部分，使其進(jìn)行規(guī)定的、有序的動(dòng)作。這些控制中基本的信號(hào)是各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和位移量指令，還有主軸的變速、換向和啟停信號(hào)，選擇和交換刀具的刀具指令信號(hào)，控制且血液、潤滑油汽艇、工件和機(jī)床部件松開、夾緊、分度工作和轉(zhuǎn)位的輔助指令信號(hào)等。
③、伺服單元
伺服單元接受來自數(shù)控裝置的速度和位移指令。這些指令經(jīng)伺服單元交換和功率放大后，通過驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)變成機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、方向和位移。因此，伺服單元是數(shù)控裝置與機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數(shù)控裝置的微弱指令信號(hào)放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。伺服單元分為主軸單元和進(jìn)給單元等，伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分。
④、驅(qū)動(dòng)裝置
驅(qū)動(dòng)裝置是把經(jīng)過伺服單元放大的指令信號(hào)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，使工作臺(tái)定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。目前常用的驅(qū)動(dòng)裝置有直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。
伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置，計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，伺服驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機(jī)床的功能主要取決于數(shù)控裝置，而數(shù)控機(jī)床的性能主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
⑤、輔助控制裝置
輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的主運(yùn)動(dòng)換向、變速、啟停，刀具的選擇和變換，以及其他輔助控制裝置等指令信息，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判別和運(yùn)算，經(jīng)過功率方大后直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床機(jī)械部件、液壓氣動(dòng)等輔助裝置完成指令規(guī)定的動(dòng)作。
⑥、可編程控制器（PLC）
數(shù)控機(jī)床通過CNC和PLC共同完成控制功能，其中CNC主要完成與數(shù)字運(yùn)算和管理等有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、刀具運(yùn)動(dòng)的位置伺服控制等；而PLC主要完成與邏輯運(yùn)算無關(guān)的一些動(dòng)作，它接收CNC的控制代碼M（輔助功能）、S（主軸轉(zhuǎn)速）、T（選刀、換刀）等開關(guān)量動(dòng)作信息，對(duì)開關(guān)量動(dòng)作信息進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作，如工件的裝夾、刀具的更換、切削液的開關(guān)等一些輔助動(dòng)作。它還接收機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作（如手動(dòng)操作機(jī)床），另一方面將一部分指令送往數(shù)控裝置用于加工過程的控制。
⑦、測(cè)量反饋裝置
測(cè)量反饋裝置的作用是將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的位移指令檢測(cè)值反饋到機(jī)床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對(duì)反饋回來的實(shí)際位移值進(jìn)行比較后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。
2、數(shù)控機(jī)床的工作原理
數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其工作原理的不同之處在于數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的。通常需要以下幾個(gè)步驟：
（1）、根據(jù)零件圖上的圖樣和技術(shù)條件，編寫出工件的加工程序，并記錄在控制介質(zhì)即載體上；
（2）、把程序載體上的程序通過輸入裝置輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置中去；
（3）、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置將輸入的程序經(jīng)過運(yùn)算處理后，由輸出裝置向各個(gè)坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置發(fā)出指令信號(hào)；
（4）、伺服系統(tǒng)把接收的指令信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，輔助控制裝置根據(jù)指令信號(hào)控制主軸電機(jī)等運(yùn)轉(zhuǎn)；
（5）、通過機(jī)床的機(jī)械部件帶動(dòng)刀具及工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出符合圖樣要求的工件；
（6）、位置檢測(cè)反饋系統(tǒng)檢測(cè)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，并將信號(hào)反饋給數(shù)控裝置，以減少加工誤差。
當(dāng)然，對(duì)于開環(huán)機(jī)床來說，沒有檢測(cè)、反饋系統(tǒng)。

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