數(shù)控機床的組成及基本原理

1、第第1 1章章 緒緒 論論1.1概述概述1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理1.3數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.4數(shù)控機床的特點數(shù)控機床的特點本章要點本章要點圖庫圖庫下頁下頁返回返回1.1 概述概述 下頁下頁上頁上頁返回返回|數(shù)控技術(shù)的基本概念數(shù)控技術(shù)的基本概念| 數(shù)控技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床數(shù)控技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)與數(shù)控機床 數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（Numerical ControlNC）是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機進行控制，一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了

2、計算機進行控制，因此，也可以稱為計算機數(shù)控（因此，也可以稱為計算機數(shù)控（Computerized Numerical ControlCNC）。）。 為了對機械運動及加工過程進行數(shù)字化信息控制，為了對機械運動及加工過程進行數(shù)字化信息控制，必須具備相應(yīng)的硬件和軟件。用來實現(xiàn)數(shù)字化信息控必須具備相應(yīng)的硬件和軟件。用來實現(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)（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)的核心是數(shù)控裝置），數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置（Numerical Controller）。）。 圖庫圖庫1.1 概述概述 由于數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控裝置

3、的英文縮寫亦采用由于數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控裝置的英文縮寫亦采用NC（或（或CNC），因此，在實際應(yīng)用中，在不同場合），因此，在實際應(yīng)用中，在不同場合NC（或（或CNC）具有三種不同含義，即：既可以在廣義）具有三種不同含義，即：既可以在廣義上代表一種控制技術(shù)，又可以在狹義上代表一種控上代表一種控制技術(shù)，又可以在狹義上代表一種控制系統(tǒng)的實體，此外還可以代表一種具體的控制裝制系統(tǒng)的實體，此外還可以代表一種具體的控制裝置置數(shù)控裝置。數(shù)控裝置。 數(shù)控系統(tǒng)和計算機技術(shù)的發(fā)展始終保持同步，數(shù)控系統(tǒng)和計算機技術(shù)的發(fā)展始終保持同步，至今已經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路、計算至今已經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路、計算

4、機到微處理機的演變，系統(tǒng)功能的日益增強，應(yīng)用機到微處理機的演變，系統(tǒng)功能的日益增強，應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大，發(fā)展異常迅速，更新?lián)Q代十分頻領(lǐng)域的日益擴大，發(fā)展異常迅速，更新?lián)Q代十分頻繁。繁。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1.1 概述概述 采用數(shù)控技術(shù)進行控制的機床，稱為數(shù)控機床采用數(shù)控技術(shù)進行控制的機床，稱為數(shù)控機床（NC機床）。它是一種綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、自機床）。它是一種綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機床設(shè)計等先進技術(shù)動控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機床設(shè)計等先進技術(shù)的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。的典型機電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。機床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用

5、最早、最廣泛的領(lǐng)域，機床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，數(shù)控機床的水平代表了當前的數(shù)控技術(shù)的性能、水數(shù)控機床的水平代表了當前的數(shù)控技術(shù)的性能、水平和發(fā)展方向，因此，本書將以數(shù)控機床為主線，平和發(fā)展方向，因此，本書將以數(shù)控機床為主線，介紹數(shù)控技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容。介紹數(shù)控技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1.1 概述概述| NCNC機床、加工中心、機床、加工中心、FMCFMC、FMSFMS與與CIMSCIMS 數(shù)控機床種類繁多，有鉆銑鏜類、車削類、數(shù)控機床種類繁多，有鉆銑鏜類、車削類、磨削類、電加工類、鍛壓類、激光加工類和其他磨削類、電加工類、鍛壓類、激光加工類和其他特殊用途的

6、專用數(shù)控機床等等，凡是采用了數(shù)控特殊用途的專用數(shù)控機床等等，凡是采用了數(shù)控技術(shù)進行控制的機床統(tǒng)稱技術(shù)進行控制的機床統(tǒng)稱NC機床。機床。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1.1 概述概述| NCNC機床與程控機床機床與程控機床 NCNC機床與程控機床是兩種不同含義的機床，它機床與程控機床是兩種不同含義的機床，它們的控制要求和控制對象有本質(zhì)的不同。一般來說，們的控制要求和控制對象有本質(zhì)的不同。一般來說，機床自動控制主要包括三方面內(nèi)容：機床自動控制主要包括三方面內(nèi)容： 1)1)機床動作順序的程序控制，典型的有組合機床、機床動作順序的程序控制，典型的有組合機床、自動生產(chǎn)線等的流程與工步控制。其主要控制

7、要求自動生產(chǎn)線等的流程與工步控制。其主要控制要求是根據(jù)機床的動作順序表（如電磁閥等執(zhí)行元件的是根據(jù)機床的動作順序表（如電磁閥等執(zhí)行元件的動作表）。按規(guī)定的順序通過執(zhí)行原件依次動作，動作表）。按規(guī)定的順序通過執(zhí)行原件依次動作，完成機床的動作流程。完成機床的動作流程。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1.1 概述概述| NCNC機床與程控機床機床與程控機床 2)2)主電機與輔助電機的啟動、停止、變速、冷卻、主電機與輔助電機的啟動、停止、變速、冷卻、潤滑、排屑、自動換刀等輔助機能的控制。這些控潤滑、排屑、自動換刀等輔助機能的控制。這些控制有的是實現(xiàn)機械加工必須的，有的是機床特殊動制有的是實現(xiàn)機械加工

8、必須的，有的是機床特殊動作和功能方面的需要。它可以通過繼電器、接觸器、作和功能方面的需要。它可以通過繼電器、接觸器、變頻器、調(diào)速器等進行控制。變頻器、調(diào)速器等進行控制。 對于只需要上述對于只需要上述1 1）、）、2 2）兩方面控制的加工設(shè)備，）兩方面控制的加工設(shè)備，稱為程序控制機床，簡稱程控機床。如：組合機床、稱為程序控制機床，簡稱程控機床。如：組合機床、自動生產(chǎn)線等。可編程控制器（自動生產(chǎn)線等?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Programmable ControllerController），是實現(xiàn)以上控制的最佳選擇。），是實現(xiàn)以上控制的最佳選擇。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1

9、.1 概述概述| NCNC機床與程控機床機床與程控機床 3)3)刀具（或坐標軸）移動軌跡控制。對刀具運動軌跡進行刀具（或坐標軸）移動軌跡控制。對刀具運動軌跡進行控制，使加工輪廓的必要條件，它包括移動速度控制、移動位控制，使加工輪廓的必要條件，它包括移動速度控制、移動位置控制、移動軌跡控制等幾個方面的基本要求，必須通過采用置控制、移動軌跡控制等幾個方面的基本要求，必須通過采用數(shù)控技術(shù)才能實現(xiàn)。數(shù)控技術(shù)才能實現(xiàn)。 在數(shù)控機床上，對于運動部件的位移量控制，一般需要通在數(shù)控機床上，對于運動部件的位移量控制，一般需要通過檔鐵、行程開關(guān)等檢測元件的發(fā)信和對執(zhí)行元件的通斷控制過檔鐵、行程開關(guān)等檢測元件的發(fā)信

10、和對執(zhí)行元件的通斷控制實現(xiàn)。即便采用了侍服驅(qū)動裝置的程控機床，一般也只能對各實現(xiàn)。即便采用了侍服驅(qū)動裝置的程控機床，一般也只能對各運動部件的移動速度、移動位置進行單獨的控制和調(diào)整，因此，運動部件的移動速度、移動位置進行單獨的控制和調(diào)整，因此，程控機床能夠?qū)崿F(xiàn)點位控制，但不能實現(xiàn)各部件間的程控機床能夠?qū)崿F(xiàn)點位控制，但不能實現(xiàn)各部件間的“聯(lián)動聯(lián)動”，任意改變坐標軸（或刀具）在平面或空間的移動軌跡，故不能任意改變坐標軸（或刀具）在平面或空間的移動軌跡，故不能成為數(shù)控機床。成為數(shù)控機床。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫1.1 概述概述| NCNC機床與程控機床機床與程控機床 在數(shù)控機床上，通過數(shù)控系統(tǒng)

11、的在數(shù)控機床上，通過數(shù)控系統(tǒng)的“插插補補”運算，實現(xiàn)了坐標軸的聯(lián)動功能。它不運算，實現(xiàn)了坐標軸的聯(lián)動功能。它不僅可以控制移動部件的起點與終點坐標，而僅可以控制移動部件的起點與終點坐標，而且還能同時控制各運動部件每一時刻的速度且還能同時控制各運動部件每一時刻的速度和位移，以及各運動部件間的相互關(guān)系，從和位移，以及各運動部件間的相互關(guān)系，從而可以將工件加工要求的輪廓形狀。這是數(shù)而可以將工件加工要求的輪廓形狀。這是數(shù)控機床與其他機床的本質(zhì)區(qū)別，也是機床采控機床與其他機床的本質(zhì)區(qū)別，也是機床采取數(shù)控技術(shù)的根本原因。取數(shù)控技術(shù)的根本原因。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 1.1 概述概述 下頁下頁上頁上

12、頁返回返回|數(shù)控系統(tǒng)及其組成數(shù)控系統(tǒng)及其組成| 機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成 數(shù)控系統(tǒng)是所有數(shù)控設(shè)備的核心。數(shù)控系統(tǒng)的主數(shù)控系統(tǒng)是所有數(shù)控設(shè)備的核心。數(shù)控系統(tǒng)的主要控制對象是坐標軸的位移（包括移動速度、方向、要控制對象是坐標軸的位移（包括移動速度、方向、和位置等），其控制信息主要來源于數(shù)控加工或運動和位置等），其控制信息主要來源于數(shù)控加工或運動控制程序。因此，作為數(shù)控系統(tǒng)最基本的組成應(yīng)該包控制程序。因此，作為數(shù)控系統(tǒng)最基本的組成應(yīng)該包括：程序的輸入括：程序的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動這三輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動這三部分。部分。 圖庫圖庫 1.1 概述概述 下頁下頁上

13、頁上頁返回返回|數(shù)控系統(tǒng)及其組成數(shù)控系統(tǒng)及其組成| 機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成 （1）輸入）輸入/輸出裝置輸出裝置 輸入輸入/輸出裝置的主要作用是進行數(shù)控加工或運動輸出裝置的主要作用是進行數(shù)控加工或運動控制程序、加工與控制數(shù)據(jù)、機床參數(shù)以及坐標軸位控制程序、加工與控制數(shù)據(jù)、機床參數(shù)以及坐標軸位置、檢測開關(guān)的狀態(tài)等數(shù)據(jù)的輸入、輸出。鍵盤和顯置、檢測開關(guān)的狀態(tài)等數(shù)據(jù)的輸入、輸出。鍵盤和顯示器是任何數(shù)控設(shè)備必須的最基本的輸入輸出裝置。示器是任何數(shù)控設(shè)備必須的最基本的輸入輸出裝置。此外，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，還可以配光電閱讀機、此外，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的不同，還可以配光電閱讀機、磁帶機或軟盤

14、驅(qū)動器等。作為外圍設(shè)備，計算機是目磁帶機或軟盤驅(qū)動器等。作為外圍設(shè)備，計算機是目前常用的輸入前常用的輸入/輸出裝置之一。輸出裝置之一。 圖庫圖庫 1.1 概述概述 下頁下頁上頁上頁返回返回|數(shù)控系統(tǒng)及其組成數(shù)控系統(tǒng)及其組成| 機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成 （2）數(shù)控裝置）數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。它由輸入數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心。它由輸入/輸出接口輸出接口線路、控制器、運算器和存儲器等部分組成。數(shù)控裝線路、控制器、運算器和存儲器等部分組成。數(shù)控裝置的作用是將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的邏輯置的作用是將輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部的邏輯電路或控制軟件進行編譯、運算和處

15、理，并輸出各種電路或控制軟件進行編譯、運算和處理，并輸出各種信息和指令，以控制機床的各部分進行規(guī)定的動作。信息和指令，以控制機床的各部分進行規(guī)定的動作。 在這些控制信息和指令中，最基本的是坐標軸的進給速度、進給方向和進給位移量在這些控制信息和指令中，最基本的是坐標軸的進給速度、進給方向和進給位移量指令；它經(jīng)插補運算后生成，提供給伺服驅(qū)動，經(jīng)驅(qū)動器放大，最終控制坐標軸的位移。指令；它經(jīng)插補運算后生成，提供給伺服驅(qū)動，經(jīng)驅(qū)動器放大，最終控制坐標軸的位移。它直接決定了刀具或坐標軸的移動軌跡。它直接決定了刀具或坐標軸的移動軌跡。 圖庫圖庫 1.1 概述概述 下頁下頁上頁上頁返回返回|數(shù)控系統(tǒng)及其組成數(shù)

16、控系統(tǒng)及其組成| 機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成 此外，根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的不同，如：在數(shù)控機床上，此外，根據(jù)系統(tǒng)和設(shè)備的不同，如：在數(shù)控機床上，還可能有主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和起、停指令；刀具的選擇和還可能有主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和起、停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤滑裝置的起、停指令；工件的松開、交換指令；冷卻、潤滑裝置的起、停指令；工件的松開、夾緊指令；工作臺的分度等輔助指令。在基本的數(shù)控系統(tǒng)夾緊指令；工作臺的分度等輔助指令。在基本的數(shù)控系統(tǒng)中，它們是通過接口，以信號的形式提供外部輔助控制裝中，它們是通過接口，以信號的形式提供外部輔助控制裝置，由外部輔助控制裝置對以上信號進行必要的編

17、譯和邏置，由外部輔助控制裝置對以上信號進行必要的編譯和邏輯運算，放大后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件，帶動機床機械部件、輯運算，放大后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件，帶動機床機械部件、液壓氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。液壓氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。 圖庫圖庫 1.1 概述概述 下頁下頁上頁上頁返回返回|數(shù)控系統(tǒng)及其組成數(shù)控系統(tǒng)及其組成| 機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成機床數(shù)控系統(tǒng)的基本組成 （3）伺服驅(qū)動）伺服驅(qū)動 伺服驅(qū)動通常由伺服放大器（亦稱：驅(qū)動器、伺伺服驅(qū)動通常由伺服放大器（亦稱：驅(qū)動器、伺服單元）和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。服單元）和執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。 在數(shù)控機床上，目前一般采用交流伺服電動機作在數(shù)控機床上

18、，目前一般采用交流伺服電動機作為執(zhí)行機構(gòu)；在先進的高速加工機床上，已經(jīng)開始使為執(zhí)行機構(gòu)；在先進的高速加工機床上，已經(jīng)開始使用直線電動機。用直線電動機。 圖庫圖庫 1.1 概述概述| 數(shù)控系統(tǒng)及組成：數(shù)控系統(tǒng)及組成：| NC(CNC)、SV與與PC(PLC、PMC) NC(CNC) ：數(shù)控（：數(shù)控（Numerical Control）的常用）的常用英文縮寫。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機控制，因英文縮寫。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計算機控制，因此，可以認為此，可以認為NC 和和CNC 的含義完全等同。如前所的含義完全等同。如前所述，述，NC(CNC)在廣義上代表一種控制技術(shù)在廣義上代表一種控制技術(shù)-數(shù)控數(shù)

19、控技術(shù)；在狹義上代表一種控制系統(tǒng)的實體技術(shù)；在狹義上代表一種控制系統(tǒng)的實體-數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)；此外，還可以代表系統(tǒng)；此外，還可以代表 一種具體的控制裝置一種具體的控制裝置-數(shù)控裝置。數(shù)控裝置。下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 1.1 概述概述| 數(shù)控系統(tǒng)及組成：數(shù)控系統(tǒng)及組成：| NC(CNC)、SV與與PC(PLC、PMC) SV ：伺服驅(qū)動（：伺服驅(qū)動（Servo Drive,簡稱伺服）的常用簡稱伺服）的常用英文縮寫。按日本英文縮寫。按日本JIS標準規(guī)定的術(shù)語，它是標準規(guī)定的術(shù)語，它是“以以物體的位置、方向、狀態(tài)等作為空置量，追蹤目標物體的位置、方向、狀態(tài)等作為空置量，追蹤目標值的任意變化的控

20、制機構(gòu)值的任意變化的控制機構(gòu)”。簡言之，它是一種能。簡言之，它是一種能夠自動跟隨目標位置等物理量的控制裝置。夠自動跟隨目標位置等物理量的控制裝置。 在數(shù)控機床上，伺服驅(qū)動的作用主要有兩個方面：一是按照數(shù)控裝置給定的在數(shù)控機床上，伺服驅(qū)動的作用主要有兩個方面：一是按照數(shù)控裝置給定的速度運行；二是按照數(shù)控裝置給定的位置定位。因此，伺服驅(qū)動的精度和動態(tài)響應(yīng)速度運行；二是按照數(shù)控裝置給定的位置定位。因此，伺服驅(qū)動的精度和動態(tài)響應(yīng)性能是影響數(shù)控機床的加工進度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。性能是影響數(shù)控機床的加工進度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。 下頁下頁上頁上頁返回返回圖庫圖庫 1.2數(shù)控機床的

21、基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床的基本組成 在數(shù)控機床上，為了進行零件的加工，可以通過如在數(shù)控機床上，為了進行零件的加工，可以通過如下步驟進行：下步驟進行： 1）根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代）根據(jù)被加工零件的圖樣與工藝方案，用規(guī)定的代碼和程序格式，將刀具的移動軌跡、加工工藝過程、工碼和程序格式，將刀具的移動軌跡、加工工藝過程、工藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的指令形藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的指令形式。式。 2）將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。）將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。 3）數(shù)控裝置對輸入的程序（代碼）進行

22、譯碼、運算）數(shù)控裝置對輸入的程序（代碼）進行譯碼、運算處理，并向各坐標軸的伺服驅(qū)動裝置和輔助機能控制裝處理，并向各坐標軸的伺服驅(qū)動裝置和輔助機能控制裝置發(fā)出響應(yīng)的控制信號，以控制機床的各部件的運動。置發(fā)出響應(yīng)的控制信號，以控制機床的各部件的運動。下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床的基本組成 4）在運動過程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時檢測機床的）在運動過程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時檢測機床的坐標軸位置、行程開關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比坐標軸位置、行程開關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比較，以決定下一步動作，直到加工出合格

23、的零件。較，以決定下一步動作，直到加工出合格的零件。 5）操作者可以隨時對機床的加工情況、工作狀態(tài)）操作者可以隨時對機床的加工情況、工作狀態(tài)進行觀察、檢查，必要時還需要對機床動作和加工程序進行觀察、檢查，必要時還需要對機床動作和加工程序進行調(diào)整，以保證機床安全、可靠地運行。進行調(diào)整，以保證機床安全、可靠地運行。 由此可知，作為數(shù)控機床的基本組成，它應(yīng)包由此可知，作為數(shù)控機床的基本組成，它應(yīng)包括：輸入括：輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動和反饋裝輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動和反饋裝置、輔助控制裝置以及機床本體等部分置、輔助控制裝置以及機床本體等部分 。 （見圖（見圖1-1 ）數(shù)控機床的基本組成）

24、數(shù)控機床的基本組成 下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床的基本組成 圖圖1-1中的輸入中的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動和輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動和反饋裝置構(gòu)成了機床數(shù)控系統(tǒng)，其作用見前述。測量裝反饋裝置構(gòu)成了機床數(shù)控系統(tǒng)，其作用見前述。測量裝置的作用是檢測數(shù)控機床坐標軸的實際位置和移動速度，置的作用是檢測數(shù)控機床坐標軸的實際位置和移動速度，檢測信號被反饋輸入到機床的數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，檢測信號被反饋輸入到機床的數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動對反饋的實際位置和速度與給定值數(shù)控裝置或伺服驅(qū)

25、動對反饋的實際位置和速度與給定值進行比較，并向機床輸出新的位移、速度指令。檢測裝進行比較，并向機床輸出新的位移、速度指令。檢測裝置的安裝、檢測信號反饋的位置，決定于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)置的安裝、檢測信號反饋的位置，決定于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。構(gòu)形式。 下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床的基本組成 數(shù)控裝置發(fā)出的一個進給脈沖所對應(yīng)的機床坐數(shù)控裝置發(fā)出的一個進給脈沖所對應(yīng)的機床坐標軸的位移量，稱為數(shù)控機床的最小移動單位，亦稱標軸的位移量，稱為數(shù)控機床的最小移動單位，亦稱脈沖當量。根據(jù)機床精度的不同，常用的脈沖當量有脈沖

26、當量。根據(jù)機床精度的不同，常用的脈沖當量有0.01mm、0.005mm、0.001mm等，在高精度數(shù)控等，在高精度數(shù)控機床上，可以達到機床上，可以達到0.0005mm、0.0001mm甚至更小。甚至更小。 下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床的基本組成 輔助控制裝置的主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置輸出的主軸輔助控制裝置的主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置輸出的主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和啟停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和啟停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤滑裝置的啟停指令；工件和機床部件的松開、夾緊與潤滑裝置的啟停指令

27、；工件和機床部件的松開、夾緊與工作臺轉(zhuǎn)位等輔助指令所提供的信號，以及機床上檢測工作臺轉(zhuǎn)位等輔助指令所提供的信號，以及機床上檢測開關(guān)的狀態(tài)等信號，經(jīng)過必要的編譯和邏輯運算，經(jīng)放開關(guān)的狀態(tài)等信號，經(jīng)過必要的編譯和邏輯運算，經(jīng)放大后驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行的元件，帶動機床機械部件、液壓氣大后驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行的元件，帶動機床機械部件、液壓氣動等輔助裝置完成規(guī)定的動作。輔助控制裝置通常由動等輔助裝置完成規(guī)定的動作。輔助控制裝置通常由PLC和強電控制回路構(gòu)成。和強電控制回路構(gòu)成。下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床的基本組成 機床本體

28、與傳統(tǒng)的機床基本相同，它也是由主傳動系統(tǒng)、機床本體與傳統(tǒng)的機床基本相同，它也是由主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣進給傳動系統(tǒng)、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等部分組成。但為了滿足數(shù)動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等部分組成。但為了滿足數(shù)控的要求，充分發(fā)揮機床性能，它在總體布局、外觀造型、控的要求，充分發(fā)揮機床性能，它在總體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、刀具系統(tǒng)以及操作性能方面都已發(fā)生了很傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、刀具系統(tǒng)以及操作性能方面都已發(fā)生了很大的變化。大的變化。 下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本

29、組成和工作原理|數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的工作原理 在傳統(tǒng)的金屬切削機床上，零件加工是由操作者根在傳統(tǒng)的金屬切削機床上，零件加工是由操作者根據(jù)圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運動軌跡和運動據(jù)圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運動軌跡和運動速度等參數(shù)，使刀具對工件進行切削加工，最終加工速度等參數(shù)，使刀具對工件進行切削加工，最終加工出合格零件。出合格零件。下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控機床的加工，其實質(zhì)是應(yīng)用了數(shù)控機床的加工，其實質(zhì)是應(yīng)用了“微分微分”原理。其工原理。其工作原理與過程如下（如圖

30、作原理與過程如下（如圖1-2所示）：所示）： 1）數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按）數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按機床對應(yīng)的坐標軸，以最小移動量（脈沖當量）進行微分機床對應(yīng)的坐標軸，以最小移動量（脈沖當量）進行微分（圖（圖1-2中的中的X、Y），并計算出各軸需要移動的脈沖數(shù)。），并計算出各軸需要移動的脈沖數(shù)。 2）通過數(shù)控裝置的插補軟件或插補運算器，把要求的）通過數(shù)控裝置的插補軟件或插補運算器，把要求的軌跡用以軌跡用以“最小移動單位最小移動單位”為單位的等效折線進行擬合，為單位的等效折線進行擬合，并找出最接近理論軌跡的擬合折線。并找出最接近理論軌跡的擬合折線。 3）數(shù)

31、控裝置根據(jù)擬合折線的軌跡，給相應(yīng)的坐標軸連）數(shù)控裝置根據(jù)擬合折線的軌跡，給相應(yīng)的坐標軸連續(xù)不斷地分配進給脈沖，并通過伺服驅(qū)動使機床坐標軸按續(xù)不斷地分配進給脈沖，并通過伺服驅(qū)動使機床坐標軸按分配的脈沖運動。分配的脈沖運動。下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 1.2數(shù)控機床的基本組成和工作原理數(shù)控機床的基本組成和工作原理|數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的工作原理 由上可見：第一、只要數(shù)控機床的最小移動量（脈由上可見：第一、只要數(shù)控機床的最小移動量（脈沖當量）足夠小，所用的擬合折線就安全可以等效代替沖當量）足夠小，所用的擬合折線就安全可以等效代替理論曲線；第二、只要改變坐標軸的脈沖分配方式，既理論曲線；第

32、二、只要改變坐標軸的脈沖分配方式，既可以改變擬合折線的形狀，從而達到改變加工軌跡的目可以改變擬合折線的形狀，從而達到改變加工軌跡的目的；第三、只要改變分配脈沖的頻率，既可以改變坐標的；第三、只要改變分配脈沖的頻率，既可以改變坐標軸（刀具）的運動速度。這樣就實現(xiàn)了數(shù)控機床控制刀軸（刀具）的運動速度。這樣就實現(xiàn)了數(shù)控機床控制刀具移動軌跡的根本目的。以上根據(jù)給定的數(shù)學(xué)函數(shù)，在具移動軌跡的根本目的。以上根據(jù)給定的數(shù)學(xué)函數(shù)，在理想軌跡（輪廓）的已知點之間，通過數(shù)據(jù)點的變化，理想軌跡（輪廓）的已知點之間，通過數(shù)據(jù)點的變化，確定一些中間點的方法，稱為插補。顯然，當數(shù)控機床確定一些中間點的方法，稱為插補。顯然

33、，當數(shù)控機床的聯(lián)動軸數(shù)越多，機床加工輪廓的性能就越強。因此，的聯(lián)動軸數(shù)越多，機床加工輪廓的性能就越強。因此，聯(lián)動軸的數(shù)量是衡量數(shù)控機床性能的重要技術(shù)指標之一。聯(lián)動軸的數(shù)量是衡量數(shù)控機床性能的重要技術(shù)指標之一。下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回1.3 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床品種規(guī)格繁多，對數(shù)控機床的分類方法數(shù)控機床品種規(guī)格繁多，對數(shù)控機床的分類方法較多，但定義明確、分類較為確切的一般有下面幾種較多，但定義明確、分類較為確切的一般有下面幾種分類方法。分類方法。 下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 按加工工藝方法分類按加工工藝方法分類 按伺服驅(qū)動的特點分類按伺服驅(qū)動的特點分類 其他分類其

34、他分類1.3 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回1.3 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回錐度電火花線切割機床 1.3 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回數(shù)控車床1.3數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類|按加工工藝方法分類：按加工工藝方法分類： 普通數(shù)控機床普通數(shù)控機床: 普通數(shù)控機床是指加工用途、加工工普通數(shù)控機床是指加工用途、加工工藝相對單一的數(shù)控機床。藝相對單一的數(shù)控機床。 加工中心加工中心 : 在普通數(shù)控機床增加自動換刀裝置在普通數(shù)控機床增加自動換刀裝置（ATC）可以成為加工中心）可以成為加工中心 下頁下頁上頁上頁

35、圖庫圖庫返回返回1.3數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類|按伺服驅(qū)動的特點分類：按伺服驅(qū)動的特點分類： 開環(huán)控制數(shù)控機床開環(huán)控制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回1.3數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類|按伺服驅(qū)動的特點分類：按伺服驅(qū)動的特點分類：|開環(huán)控制數(shù)控機床開環(huán)控制數(shù)控機床下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 無位置反饋裝置的數(shù)控機床稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。無位置反饋裝置的數(shù)控機床稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。使用步進電動機（包括電液脈沖馬達）作為伺服執(zhí)行元件，使用步進電動機（包括電液脈沖馬達）作為伺服執(zhí)行元件，是其最明顯的特點。在開

36、環(huán)控制數(shù)控機床中，數(shù)控裝置輸是其最明顯的特點。在開環(huán)控制數(shù)控機床中，數(shù)控裝置輸出的脈沖，經(jīng)過步進驅(qū)動器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件出的脈沖，經(jīng)過步進驅(qū)動器的環(huán)形分配器或脈沖分配軟件的處理，并通過驅(qū)動電路進行功率放大，最終控制了步進的處理，并通過驅(qū)動電路進行功率放大，最終控制了步進電動機的角位移。步進電動機再經(jīng)過減速裝置（或直接聯(lián)電動機的角位移。步進電動機再經(jīng)過減速裝置（或直接聯(lián)接）帶動了絲桿旋轉(zhuǎn)，通過絲桿將角位移轉(zhuǎn)換為移動部件接）帶動了絲桿旋轉(zhuǎn)，通過絲桿將角位移轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移。因此，控制步進電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，就可的直線位移。因此，控制步進電動機的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，就可以間接控制移動部件的移

37、動速度與位移量。以間接控制移動部件的移動速度與位移量。 1.3數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類|按伺服驅(qū)動的特點分類：按伺服驅(qū)動的特點分類：|半閉環(huán)控制數(shù)控機床半閉環(huán)控制數(shù)控機床下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 特點是：機床的轉(zhuǎn)動絲桿或伺服電動機上裝有角位特點是：機床的轉(zhuǎn)動絲桿或伺服電動機上裝有角位移檢測裝置（如光電編碼器等），通過它檢測絲桿的轉(zhuǎn)角，移檢測裝置（如光電編碼器等），通過它檢測絲桿的轉(zhuǎn)角，從而間接地檢測了移動部件的位移。角位移信號被反饋到從而間接地檢測了移動部件的位移。角位移信號被反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，實現(xiàn)了從數(shù)控裝置到電動機輸出數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，實現(xiàn)了從數(shù)控裝置到電動機輸出

38、轉(zhuǎn)角間的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)。同樣，由于伺服電動機和絲桿相轉(zhuǎn)角間的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)。同樣，由于伺服電動機和絲桿相連，通過絲桿將旋轉(zhuǎn)活動轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移，因連，通過絲桿將旋轉(zhuǎn)活動轉(zhuǎn)換為移動部件的直線位移，因此，間接控制了移動部件的移動速度與位移量。這種結(jié)構(gòu)，此，間接控制了移動部件的移動速度與位移量。這種結(jié)構(gòu)，只對電動機或絲桿的角位移進行了閉環(huán)控制，沒有實現(xiàn)對只對電動機或絲桿的角位移進行了閉環(huán)控制，沒有實現(xiàn)對最終輸出的直線位移的閉環(huán)控制，故稱為最終輸出的直線位移的閉環(huán)控制，故稱為“半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制”。1.3數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類|按伺服驅(qū)動的特點分類：按伺服驅(qū)動的特點分類：|閉環(huán)控制數(shù)控機床

39、閉環(huán)控制數(shù)控機床下頁下頁上頁上頁圖庫圖庫返回返回 特點是：機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝特點是：機床移動部件上直接安裝直線位移檢測裝置，檢測裝著檢測最終位移輸出量。實際位移值被反饋到置，檢測裝著檢測最終位移輸出量。實際位移值被反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，它可以直接與輸入的指令位移值數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中，它可以直接與輸入的指令位移值進行比較，用誤差進行控制，最終實現(xiàn)移動部件的精確運進行比較，用誤差進行控制，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上說，對于這樣的閉環(huán)系統(tǒng)，其運動精動和定位。從理論上說，對于這樣的閉環(huán)系統(tǒng)，其運動精度僅取決于檢測裝置的檢測精度，它與機械傳動的誤差無度僅取決于檢測裝