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 數(shù)控機(jī)床的組成與加工原理
數(shù)控機(jī)床的基本組成
數(shù)控機(jī)床是zui典型的數(shù)控設(shè)備。為了了解數(shù)控機(jī)床的基本組成，首先需要分析數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程。在數(shù)控機(jī)床上，為了進(jìn)行零件的加工，可以通過如下步驟進(jìn)行：

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，即編寫加工程序。
將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。
數(shù)控裝置對輸入的程序（代碼）進(jìn)行譯碼、運(yùn)算處理，并向各坐標(biāo)軸的伺服驅(qū)動裝置和輔助機(jī)能控制裝置發(fā)出相應(yīng)的控制信號，以控制機(jī)床的各部件的運(yùn)動。
在運(yùn)動過程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時(shí)檢測機(jī)床的坐標(biāo)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，直到加工出合格的零件。
操作者可以隨時(shí)對機(jī)床的加工情況、工作狀態(tài)進(jìn)行觀察、檢查，必要時(shí)還需要對機(jī)床動作和加工程序進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)床安全、可靠的運(yùn)行。
由此可知，作為數(shù)控機(jī)床的基本組成，它應(yīng)包括：輸入/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(jī)床本體等部分（如圖1-1所示）。

圖1—1中的虛線框部分統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)床主機(jī)的加工控制。目前數(shù)控系統(tǒng)大部分采用計(jì)算機(jī)數(shù)控（即CNC），圖中的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動和反饋裝置構(gòu)成的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，作用在上面已經(jīng)敘述。下面再簡要介紹其他組成部分。

圖1—1數(shù)控機(jī)床的組成

 

 

測量反饋裝置它是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機(jī)床的檢測環(huán)節(jié)，其作用是通過現(xiàn)代化的測量元件：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁尺和激光測量儀等，將執(zhí)行元件（如、刀架等）或工作臺等的實(shí)際位移的速度和位移量檢測出來，反饋回伺服驅(qū)動裝置或數(shù)控裝置，并補(bǔ)償進(jìn)給的速度或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動誤差，以達(dá)到提高運(yùn)動機(jī)構(gòu)精度的目的。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)構(gòu)形式，伺服內(nèi)裝式脈沖編碼器、測速機(jī)以及直線光柵等都是較常用的檢測部件。

由于*的伺服都采用了數(shù)字式伺服驅(qū)動技術(shù)（稱為數(shù)字伺服），伺服驅(qū)動和數(shù)控裝置間一般都采用總線進(jìn)行連接；反饋信號在大多數(shù)場合都是與伺服驅(qū)動進(jìn)行連接，并通過總線傳送到數(shù)控裝置。只有在少數(shù)場合或采用模擬量控制的伺服驅(qū)動（俗稱模擬伺服）時(shí)，反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進(jìn)行連接。

輔助控制機(jī)構(gòu)、進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)它是介于數(shù)控裝置和機(jī)床機(jī)械、液壓部件之間的控制部件。其主要作用是接受數(shù)控裝置輸出的主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和啟停指令；刀具選擇交換；冷卻、潤滑裝置的啟停指令；工件和機(jī)床部件的松開、夾緊工作臺轉(zhuǎn)位等輔助指令信號，以及機(jī)床上檢測開關(guān)的狀態(tài)等信號，經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行元件，帶動機(jī)床機(jī)械部件、液壓氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。它通常由PLC和強(qiáng)電控制回路構(gòu)成，PLC在結(jié)構(gòu)上可以與CNC一體化（內(nèi)置式PLC），也可以相對獨(dú)立（外置式PLC）。

機(jī)床本體就是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)件，也是由主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、床身、工作臺以及輔助運(yùn)動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置、排屑、防護(hù)系統(tǒng)等部分組成。但為了滿足數(shù)控的要求，充分發(fā)揮機(jī)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)生了很大的變化。機(jī)床機(jī)械部件包括床身、箱體、立柱、導(dǎo)軌、工作臺、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)等。

數(shù)控加工的原理
在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，加工零件時(shí)需要操作者根據(jù)圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度等參數(shù)，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，zui終加工出合格零件。

數(shù)控機(jī)床的加工，其實(shí)質(zhì)是應(yīng)用了“微分”原理。其工作原理與過程可以簡述如下（圖1-2）：

數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按機(jī)床對應(yīng)的坐標(biāo)軸，以zui小移動量（脈沖當(dāng)量）進(jìn)行微分（圖1-2中的△X、△Y），并計(jì)算出各坐標(biāo)軸需要移動的脈沖數(shù)。

通數(shù)控裝置的“插補(bǔ)”軟 件或“插補(bǔ)”運(yùn)算器，把要求的軌跡用以“zui小移動單位”為單位的等效折線進(jìn)行擬合，并找出zui接近理論軌跡的擬合折線。

③數(shù)控裝置根據(jù)擬合折線的軌跡，給相應(yīng)的坐標(biāo)軸連續(xù)不斷地分配進(jìn)給脈沖，并通過伺服驅(qū)動使機(jī)床坐標(biāo)軸按分配的脈沖運(yùn)動。圖1-2數(shù)控加工原理示意圖

由上可見：*，只要數(shù)控機(jī)床的zui小移動量（脈沖當(dāng)量）足夠小，所用的擬合折線就可以等效代替理論曲線。第二，只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達(dá)到改變加工軌跡的目的。第三，只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標(biāo)軸（刀具）的運(yùn)動速度。這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)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)，在理想軌跡（輪廓）的已知點(diǎn)之間，通過數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化，確定一些中間點(diǎn)的方法，稱為插補(bǔ)。能同時(shí)參與插補(bǔ)的坐標(biāo)軸數(shù)，稱為聯(lián)動軸數(shù)。顯然，當(dāng)數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動軸數(shù)越多，機(jī)床加工輪廓的性能就越強(qiáng)。因此，聯(lián)動軸的數(shù)量是衡量數(shù)控機(jī)床性能的重要技術(shù)指標(biāo)。