數(shù)控機床的組成教材

1、 數(shù)控機床組成教材 http:/ 機床 操作 面板 輸入/ 輸出 設備 PLC 裝置 CNC 數(shù)控 裝置 測量裝置 進給伺服單元 主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置 進給驅(qū)動裝置 機 床 本 體 電氣控制裝置輔助裝置 CNC系統(tǒng) http:/ 機床 操作 面板 輸入/ 輸出 設備 PLC 裝置 CNC 數(shù)控 裝置 測量裝置 進給伺服單元 主軸伺服單元主軸驅(qū)動裝置 進給驅(qū)動裝置 機 床 本 體 電氣控制裝置輔助裝置 CNC系統(tǒng) http:/ 輸入輸出裝置 1、操作面板 它是操作人員與數(shù)控裝置進行信息交流的工具組成：按鈕站/狀態(tài)燈/按鍵陣列/ 顯示器。下圖為西門子的一款數(shù)控系統(tǒng)的操作面板， http:/ 2

2、、控制介質(zhì) 人與數(shù)控機床之間建立某種聯(lián)系的中間媒介物就是控制介質(zhì)，又稱為信息載體。 常用的控制價質(zhì)有穿孔帶、穿孔卡、磁盤和磁帶。 3、人機交互設備 數(shù)控機床在加工運行時，通常都需要操作人員對數(shù)控系統(tǒng)進行狀態(tài)干預，對 輸入的加工程序進行編輯、修改和調(diào)試，對數(shù)控機床運行狀態(tài)進行顯示等，也就 是數(shù)控機床要具有人機聯(lián)系的功能。具有人機聯(lián)系功能的設備統(tǒng)稱人機交互設備。 常用的人機交互設備有鍵盤、顯示器、光電閱讀機等。 4、通訊、通訊 現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設備進行信息交換外，一般都具有用通訊方 式進行信息交換的能力。它們是實現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術。 采用的方式有： 串行

3、通訊（RS-232等串口） 自動控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等） 網(wǎng)絡技術（internet，LAN等）。 DNC是Direct Numerical Control或Distributed Numerical Control英文一 詞的縮寫，意為直接數(shù)字控制或分布數(shù)字控制。 輸入輸出裝置 http:/ 計算機數(shù)控（CNC）裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞。CNC裝置(CNC單元) 組成：計算機系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模 塊以及相應的控制軟件。 http:/ 計算機數(shù)控（CNC）裝置 作用作用： 根據(jù)輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處 理、機床

4、輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí) 行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由 CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有 條不紊地進行工作的。CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心 http:/ 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng) 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服控制電路、功率放大電路和伺服電 動機組成。伺服驅(qū)動的作用，是把來自數(shù)控裝置的位置控制移 動指令轉(zhuǎn)變成機床工作部件的運動，使工作臺按規(guī)定軌跡移動 或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件，即把數(shù)控裝置送來 的微弱指令信號，放大成能驅(qū)動伺動電動機的大功率信號。 常用的伺服電動機有步進電動機、直流伺服電動機和交流伺 服電動機。 根據(jù)接收指令的不

5、同，伺服驅(qū)動有脈沖式和模擬式， 模擬式伺服驅(qū)動方式按驅(qū)動電動機的電源種類，可分為直流 伺服驅(qū)動和交流伺服驅(qū)動。 步進電動機采用脈沖驅(qū)動方式， 交、直流伺服電動機采用模擬式驅(qū)動方式。 http:/ 機床電氣控制 機床電氣控制包括兩個方面，可如圖所示箭頭所指的內(nèi)容。PLC（可編程的邏輯 控制器）用于完成與邏輯運算有關順序動作的I/O控制，而機床I/O電路和裝置則是 用來 實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏 輯電路； http:/ 測量裝置 下圖所示是顯示了數(shù)控機床中的反饋系統(tǒng)的工作，反饋系統(tǒng)的作用是通過測 量裝置將機床移動的實際位置、速度參數(shù)檢測出來，轉(zhuǎn)換成電信

6、號，并反饋 到CNC裝置中，使CNC能隨時判斷機床的實際位置、速度是否與指令一致， 并發(fā)出相應指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。 http:/ 機床本體 數(shù)控機床的機械部件包括：主運動部件，進給運動執(zhí)行部件， 如工作臺、拖板及其傳動部件，床身、立柱等支承部件；此外， 還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。 對于加工中心類的數(shù)控機床，還有存放刀具的刀庫，交換刀 具的機械手等部件。 數(shù)控機床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化加工機床，與普通機 床相比，應具有更好的抗振性和剛度，要求相對運動面的摩擦因 數(shù)要小，進給傳動部分之間的間隙要小。所以其設計要求比通用 機床更嚴格，加工制造要求精密，并采用加強剛性、減小熱變形、

7、 提高精度的設計措施。 輔助控制裝置包括刀庫的轉(zhuǎn)位換刀、液壓泵、冷卻泵等控制 接口電路。 http:/ 數(shù)控機床的分類 http:/ 一、按工藝用途分類 1、金屬切削類數(shù)控機床、金屬切削類數(shù)控機床 這類機床和傳統(tǒng)的通用機床品種一樣，有數(shù)控車床，數(shù) 控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控鏜床以及加工中心等。 加工中心是一種帶有自動換刀裝置（刀庫和自動交換刀具的 機械手）能進行銑削、鉆削、鏜削加工的復合型數(shù)控機床。 特別是箱體類零件，在加工中心上一次定位裝卡后，即能在 多個側(cè)面上完成銑削、鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻絲等工 作，所以在生產(chǎn)上應用越來越多，加工中心還分為車削中心、 磨削中心等。而且還出現(xiàn)了在

8、加工中心上增加交換工作臺， 以及采用主軸或工作臺進行立、臥轉(zhuǎn)換的五面體加工中心等。 http:/ 一、按工藝用途分類 2. 金屬成型類及特種加工類數(shù)控機床金屬成型類及特種加工類數(shù)控機床 這是指金屬切削類以外的數(shù)控機床，如數(shù) 控彎管機，數(shù)控線切割機床，數(shù)控電火花成形 機床，數(shù)控激光切割機床，數(shù)控沖床、數(shù)控火 焰切割機，數(shù)控三坐標測量機等。 http:/ 二、按數(shù)控系統(tǒng)特征分類 1、點位控制系統(tǒng)、點位控制系統(tǒng) 點位控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)只控制刀具或機床工作臺， 從一點淮確地移動到另一點，而點與點之間運動的軌跡 不需要嚴格控制的系統(tǒng)。為了減少移動部件的運動與定 位時間，一般先以快速移動到終點附近位置，

9、然后以低 速準確移動到終點定位位置，以保證良好的定位精度。 移動過程中刀具不進行切削。使用這類控制系統(tǒng)的主要 有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等。下圖是點位 控制加工示意圖。 http:/ 1、點位控制系統(tǒng)、點位控制系統(tǒng) http:/ 2、點位直線控制系統(tǒng) 點位直線控制系統(tǒng)是指數(shù)控系統(tǒng)不僅控制刀具或工作臺從一個點準 確地移動到下一個點，而且保證在兩點之間的運動軌跡是一條直線的控 制系統(tǒng)。刀具移動過程可以進行切削。應用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控車床、 數(shù)控鉆床和數(shù)控銑床等。下圖是直線控制切削加工示意圖。 http:/ 3、輪廓控制系統(tǒng) 輪廓控制系統(tǒng)也稱連續(xù)切削控制系統(tǒng)，是指數(shù)控系統(tǒng)能夠?qū)蓚€或兩個以

10、 上的坐標軸同時進行嚴格連續(xù)控制的系統(tǒng)。它不僅能控制移動部件從一個點淮確 地移動到另一個點，而且還能控制整個加工過程每一點的速度與位移量，將零件 加工成一定的輪廓形狀。應用這類控制系統(tǒng)的有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控齒輪 加工機床和加工中心等。下圖是輪廓控制加工示意圖。 http:/ 三、按控制方式分類三、按控制方式分類 1、開環(huán)控制數(shù)控機床、開環(huán)控制數(shù)控機床 開環(huán)控制系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)中沒有檢測反饋裝置，指令信息單方向傳 送，并且指令發(fā)出后，不再反饋回來，故稱開環(huán)控制。 受步進電動機的步距精度和工作頻率以及傳動機構的傳動精度影響， 開環(huán)系統(tǒng)的速度和精度都較低。但由于開環(huán)控制結構簡單，調(diào)試方便，容

11、易維修，成本較低，仍被廣泛應用于經(jīng)濟型數(shù)控機床上。典型的開環(huán)數(shù)控 系統(tǒng)如下圖所示。 http:/ 三、按控制方式分類三、按控制方式分類 2、 半閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如下圖所示。 半閉環(huán)控制數(shù)控機床不是直接檢測工 作臺的位移量，而是采用轉(zhuǎn)角位移檢測元件，測出伺服電動機或絲杠的轉(zhuǎn)角， 推算出工作臺的實際位移量，反饋到計算機中進行位置比較，用比較的差值 進行控制。由于反饋環(huán)內(nèi)沒有包含工作臺，故稱半閉環(huán)控制。 半閉環(huán)控制精度較閉環(huán)控制差，但穩(wěn)定性好，成本較低，調(diào)試維修也較 容易，兼顧了開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩者的特點，因此應用比較普通。 http:/ 三、按控制方式分類三

12、、按控制方式分類 3、 閉環(huán)控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如下圖所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是，利用安裝在 工作臺上的檢測元件將工作臺實際位移量反饋到計算機中，與所要求的位 置指令進行比較，用比較的差值進行控制，直到差值消除為止?？梢姡] 環(huán)控制系統(tǒng)可以消除機械傳動部件的各種誤差和工件加工過程中產(chǎn)生的干 擾的影響，從而使加工精度大大提高。速度檢測元件的作用是將伺服電動 機的實際轉(zhuǎn)速變換成電信號送到速度控制電路中，進行反饋校正，保證電 動機轉(zhuǎn)速保持恒定不變。常用速度檢測元件是測速電動機。 http:/ 3、 閉環(huán)控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制的特點是加工精度高，移動速度快。這

13、閉環(huán)控制的特點是加工精度高，移動速度快。這 類數(shù)控機床采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作類數(shù)控機床采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作 為驅(qū)動元件，電動機的控制電路比較復雜，檢測元件為驅(qū)動元件，電動機的控制電路比較復雜，檢測元件 價格昂貴。因而調(diào)試和維修比較復雜，成本高。價格昂貴。因而調(diào)試和維修比較復雜，成本高。 http:/ 四、按功能水平分類功能水平分類 通常把數(shù)控機床分為高、中、低檔（亦稱經(jīng)濟通常把數(shù)控機床分為高、中、低檔（亦稱經(jīng)濟 型）三類。這種分法目前并無確切的定義，但可以型）三類。這種分法目前并無確切的定義，但可以 給人們一個較清晰的一般給人們一個較清晰的一般“水平水平”的概念，

14、數(shù)控機的概念，數(shù)控機 床水平的高低主要指它們的主要技術參數(shù)，功能指床水平的高低主要指它們的主要技術參數(shù)，功能指 標和關鍵部件的功能水平等內(nèi)涵。諸如下面一些：標和關鍵部件的功能水平等內(nèi)涵。諸如下面一些： http:/ 1. 中央處理單元（中央處理單元（CPU） 低檔數(shù)控一般采用8位CPU；而中檔、高檔數(shù)控已經(jīng)由16位CPU，發(fā)展到32位 或64位CPU，并用具有精簡指令集的（RISC）CPU。 2.分辨率和進給速度分辨率和進給速度 低檔數(shù)控分辨率為10m，進給速度為8-15m/min；中檔數(shù)控的分辨率為1m， 進給速度為15-24m/min；高檔數(shù)控的分辨率為0.1m或更小，進給速度為24- 100m/min，或更高。 3.多軸聯(lián)動功能多軸聯(lián)動功能 低檔數(shù)控機床多為2-3軸聯(lián)動；中、高檔數(shù)控機床則都是3-5軸聯(lián)動，或更多。 4.顯示功能顯示功能 低檔數(shù)控一般只有簡單的數(shù)碼顯示或簡單的CRT字符顯示；中檔數(shù)控有較齊全 的CRT顯示：不僅有字符、而且還有圖形、人機對話、自診斷等功能顯示；高檔數(shù) 控還有三維動態(tài)圖形顯示。 5.通訊功能通訊功能 低檔數(shù)控無通訊功能；中檔數(shù)控有RS232或DNC（直接數(shù)控，也稱群