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數(shù)控機(jī)床的組成與加工原理
日期：2010年10月12 來(lái)源：沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán) 關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
l數(shù)控機(jī)床的基本組成
數(shù)控機(jī)床是最典型的數(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(guò)程。在數(shù)控機(jī)床上，為了進(jìn)行零件的加工，可以通過(guò)如下步驟進(jìn)行：
I)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(dòng)軌跡、加工工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的指令形式，即編寫加工程序。
2)將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。
3)數(shù)控裝置對(duì)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(dòng)裝置和輔助機(jī)能控制裝置發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，以控制機(jī)床的各部件的運(yùn)動(dòng)。
4)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時(shí)檢測(cè)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T一步動(dòng)作，直Jlmi出合格的零件。
5)操作者可以隨時(shí)對(duì)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(duì)機(jī)床動(dòng)作和加工程序進(jìn)行調(diào)整，以保證杌床安全、可靠地運(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(dòng)和反饋裝置、輔助控制裝置以及機(jī)床本體等部分（圖1-1所示）。
圖中，輸入／輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)和反饋裝置構(gòu)成了機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，作用如前所述。
反饋裝置是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)環(huán)節(jié)，其作用是檢測(cè)數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的實(shí)際位置和移動(dòng)速度，并反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動(dòng)中，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。檢測(cè)裝置的安裝、檢測(cè)信號(hào)反饋的位置，決定于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，伺服電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝式脈沖編碼器、測(cè)速機(jī)以及直線光柵都是NC機(jī)床常用的檢測(cè)器件。
由于先進(jìn)的伺服都采用了數(shù)字式伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)（稱為數(shù)字伺服），伺服驅(qū)動(dòng)和數(shù)控裝置間一般都采用總線進(jìn)行連接：反饋信號(hào)在大多數(shù)場(chǎng)合都是與伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)行連接，并通過(guò)總線傳送到數(shù)控裝置。只有在少數(shù)場(chǎng)合或采用模擬量控制的伺服驅(qū)動(dòng)（稱為模擬伺服）時(shí)，反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進(jìn)行連接。
輔助控制裝置的主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置輸出主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和啟停指令；刀具的選擇和交換指令；冷卻、潤(rùn)滑裝置的啟停指令：工件和機(jī)床部件的松開、夾緊工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等輔助指令所提供的信號(hào)，以及機(jī)床上檢測(cè)開關(guān)的狀態(tài)等信號(hào)，經(jīng)過(guò)必要的編譯和邏輯運(yùn)算，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行元件，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艦定的動(dòng)作。它通常由眥和強(qiáng)電控制回路構(gòu)成，PLC在結(jié)構(gòu)上可以與CNC -體化(內(nèi)置式的PLC)，也可以是相對(duì)獨(dú)立(外置式的PLC)。
機(jī)床本體與傳統(tǒng)的機(jī)床基本相同，它也是由主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)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(jī)床性能，它在總體布局、外觀造型、傳動(dòng)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。
2數(shù)控加工原理
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(guò)不斷改變刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，使刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。
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(guò)程可以簡(jiǎn)要描述如下(見圖l一2):
1)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(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸，以最小移動(dòng)量（脈沖當(dāng)量）進(jìn)行微分（圖1-2中的AX、AY），并計(jì)算出各坐標(biāo)軸需要移動(dòng)的脈沖數(shù)。
2)通過(guò)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“最小移動(dòng)單位”為單位的等效折線進(jìn)行擬合，井找出最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，井通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)使機(jī)床坐標(biāo)軸按分配的脈沖運(yùn)動(dòng)。
由上可見：第一，只要數(shù)控機(jī)床的最小移動(dòng)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(dòng)速度。這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床控制刀具移動(dòng)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）的己知點(diǎn)之間，通過(guò)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(dòng)軸數(shù)。顯然，當(dāng)數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多，機(jī)床加工輪廓的性鴕就越強(qiáng)。因此，聯(lián)動(dòng)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)之一。
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