數控機床的基本組成及工作原理你都了解嗎

數控機床是數字（zì）控製機床（chuáng）的（de）簡稱，是一種裝有程序控（kòng）製係統的自動化機床。該控製係統能夠（gòu）邏輯地處理具有控製編碼或其他符號指令規定的（de）程序（xù），並將其譯碼（mǎ），用代（dài）碼化的數字表示，通過（guò）信息（xī）載體輸入（rù）數（shù）控（kòng）裝置。經運算處（chù）理由數控裝置發出各種控製信號，控製機（jī）床的動作，按圖紙要求（qiú）的形狀和尺寸，自動（dòng）地將零件加工出來。鈦數控機床較好地解決了複（fù）雜、精密（mì）、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化（huà）機床，代表了現代機床控製技術的發展方向，是一種典型的機電一體（tǐ）化產品。

數控（kòng）機床一般由數控係統（tǒng）、包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服係統、主傳（chuán）動係統、強電控製櫃、機床本體（tǐ）和各類輔助裝簧組成。加上虛線部分即可表示數控加工（gōng）的基本工作過程。對具（jù）體備（bèi）類不同功能的數控機床，其組成部分略有不同。

一、數控係統

它是機床實現自動（dòng）加工的核心。主要（yào）有操（cāo）作係統、主控製係統、可編程控製器、各類輸出接口等組成。其中操作係統由顯（xiǎn）示器和操縱鍵盤組（zǔ）成，顯示器有數碼管、CRT、液晶等多種形式。主（zhǔ）控製係統與計算機主板有（yǒu）所類同（tóng），主要由CPU、存（cún）儲器、控製器等部分組成。數控係統所控製的是一般對（duì）象的位置、角度、速度等（děng）機械量，以及（jí）溫度（dù）、壓力、流量等物理量。

其控製方（fāng）式又可分為數據運算處理控製和時序邏輯控製兩大類（lèi），其中主控製器內的插補（bǔ）運算（suàn）模塊就是根據所讀（dú）入的零件程序，通過譯（yì）碼、編譯等信息處理後（hòu），進行相應（yīng）的刀軌跡插樸運（yùn）算，並通（tōng）過與各坐標伺服係統的位置、速度反饋信號比（bǐ）較，從而控製（zhì）機床各個（gè）坐標軸的位移（yí）；而時序邏輯控製通常主要由可編程式控製器PLC來完成，它根據機床加工過程中的各個動作要求進行協調，按各檢測信號進行邏輯（jí）判別，從而控製機床各（gè）個部件有（yǒu）條不紊地按序工作。

二、伺服係統

它是數控係統與機床本（běn）體之間（jiān）的電傳動聯係環節。主（zhǔ）要由伺服（fú）電動（dòng）機（jī）、驅動控製係（xì）統及位置檢測反饋裝置等組成。伺服電動機是係統的執行（háng）元（yuán）件，驅動控製（zhì）係統（tǒng）則是伺服電（diàn）動機的（de）動力源。數控係（xì）統發生的指令信號（hào）與位置檢測反饋信（xìn）號比較後作為位移指令，再經驅動控製係統功串放大後，驅動電動機運轉，從（cóng）而通過機械傳（chuán）動（dòng）裝置拖動工作（zuò）台（tái）或（huò）刀架運動。

伺服係統是數控機床的重要組成（chéng）部分，用於實現數控機床的進給伺（sì）服控製和主（zhǔ）軸伺服控製。伺服係（xì）統的作用是把接受來自數控裝置的指令信（xìn）息，經功（gōng）率放大、整（zhěng）形（xíng）處理後（hòu），轉換成機床執（zhí）行部件的直線位移或角位移運動。由於伺服係統是數控機床的最後環節，其性能（néng）將直接影響數控機床的精度和速度等技術（shù）指標，因此，對數控機床的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，並能（néng）忠實地執（zhí）行來自（zì）數控裝置的指令，提高係統的動態跟隨（suí）特（tè）性（xìng）和靜態跟蹤精度。

伺服係統包括驅動裝置（zhì）和執行機構兩（liǎng）大部分。驅動裝置由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺（sì）服電動機、進給伺服電動機組成。步進（jìn）電動機、直流（liú）伺（sì）服（fú）電動機和交流伺服（fú）電動機是常用的驅動裝置。

測量元件將數控機床各坐標軸的實際位移值檢測出來並經反饋係統輸入到機床的（de）數控裝置中，數控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較，並向伺服係統輸出達到設定值所需的位移量指令。

三、加工程序載體

數（shù）控機床工作時，不需要工人直接去操作機床，要對數控機床進行控製，必須編製加工（gōng）程（chéng）序。零（líng）件（jiàn）加工程序中，包括機床上刀具和工（gōng）件（jiàn）的相（xiàng）對運（yùn）動（dòng）軌跡、工藝參數（進給量主軸轉（zhuǎn）速等）和輔助運動（dòng）等。將零件加（jiā）工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上（shàng），如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁（cí）盤等，通過（guò）數控機床的輸（shū）入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。

四（sì）、數控裝置

數控裝置是數控機床（chuáng）的核心。現代數控裝置均（jun1）采用CNC（Computer Numerical Control）形式，這種CNC裝置一般使用多個微處理器，以程序（xù）化的軟件形式實現數控功能，因此又稱軟件數控（Software NC）。CNC係統是一種位置控製（zhì）係統（tǒng），它是根（gēn）據輸入數據插（chā）補出理想（xiǎng）的（de）運動軌跡，然後（hòu）輸出到執行部（bù）件加工出所需（xū）要的零件。因此，數控（kòng）裝置（zhì）主要由輸入、處理和輸出（chū）三個（gè）基本部分（fèn）構成（chéng）。而所有（yǒu）這些工作都由計算機的係統程序進行合理地組織，使整個（gè）係（xì）統協調地進行工作。

1、輸（shū）入裝置：將數控指令輸入給數控裝置，根據程序（xù）載體的不同，相（xiàng）應有不同的輸入裝（zhuāng）置。主要有鍵（jiàn）盤輸入、磁（cí）盤輸入、CAD/CAM係統直接（jiē）通信方式輸入和連接上級（jí）計算機的DNC（直接數控）輸入，現仍有不少（shǎo）係統還保留有光（guāng）電閱讀機的紙（zhǐ）帶輸入形式。

（1）紙（zhǐ）帶輸入方式。可用（yòng）紙帶光電閱（yuè）讀機讀入零件（jiàn）程序，直接控製機（jī）床運動，也可以將紙帶內容讀入存儲器（qì），用存儲器（qì）中儲存的零件程（chéng）序控製機床運動。

（2）MDI手動數據輸入方式。操作者可利用操作麵板上的鍵盤輸入加工程序的指令，它（tā）適用於比較短的程序。

在控製裝置編輯狀態（EDIT）下，用軟件輸入加工程序，並存入控製裝置的存儲器中，這種輸入方法可重複使（shǐ）用程序。一般手工編程均采（cǎi）用這種方法。

在具有會（huì）話編程功能（néng）的數控裝置（zhì）上，可（kě）按照顯示（shì）器上提（tí）示的問題，選擇不同的（de）菜單，用人機對話的方（fāng）法，輸入有關的尺寸數字，就可（kě）自（zì）動生成加工程序。

（3）采用DNC直接數控輸入方式。把零件程序保存在（zài）上級計算機中，CNC係統一邊加工一邊接收（shōu）來自計算機的後續程序段。DNC方式多（duō）用於采用CAD/CAM軟件設計的（de）複（fù）雜工件（jiàn）並直接生成零件程序的情況（kuàng）。

2、信息處理（lǐ）：輸（shū）入裝置將加工信息傳給CNC單（dān）元，編譯成計（jì）算機能識別（bié）的信息，由信息處理部分（fèn）按（àn）照控製程序的規定，逐步存儲並進行（háng）處理後，通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服係統和主運動控製部分。CNC係統的輸入數據包括：零（líng）件的輪廓信息（起點、終點、直線、圓弧等）、加工速度及其他輔助加工信息（xī）（如換刀、變速、冷卻液開關等），數據處理的目（mù）的是完成插補運算（suàn）前的準備工作（zuò）。數據處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功（gōng）能的處理（lǐ）等（děng）。

3、輸出裝置：輸出裝置與伺服機構相聯。輸出裝置根據控製器的命令（lìng）接受運算器的輸出脈衝，並把它送到各坐標的伺服控製係統（tǒng），經過功（gōng）率放大，驅動伺服（fú）係統，從而控製機床（chuáng）按規（guī）定要求運（yùn）動。

五、主（zhǔ）傳動係統

它是機床切削加工時（shí）傳（chuán）遞轉矩（jǔ）的主要部件之一。一般分為（wéi）齒輪有級變速和電氣無級調速（sù）兩種類型，較高（gāo）檔（dàng）的數控（kòng）機床都要求實現無級調速來（lái）滿足各種加工工藝的要求，它主要由主軸驅動控製係統、主軸電動機以及（jí）主軸機械傳動（dòng）機構等組成。

六、強電控製櫃

它主要用來安裝機床強電控製（zhì）的各種（zhǒng）電氣元器（qì）件（jiàn），除了提供數控、伺服等類弱電控製係（xì）統的輸入電源，以及各種短路、過載、欠壓等電氣保護外，主要在可編程控製器PLC的輸出接口（kǒu）與機床各類輔助裝置的電氣執行元器件之間起橋梁聯（lián）結作用，即控製機床（chuáng）輔助裝置的（de）各種交（jiāo）流電動機、液壓係統（tǒng）電磁閥或電磁離合器等，主要起（qǐ）到擴（kuò）展接點散和（hé）擴大觸點容量等作用。

另外，它（tā）也與機床操（cāo）作（zuò）台（tái）的有關手控按鈕連接。強電控製櫃由各種中間（jiān）繼電（diàn）器（qì）、接觸器、變壓器、電源開關、接線端子和各（gè）類（lèi）電氣保護（hù）元器件等構成。它與一般的普通機床電氣類似，但（dàn）為了提高對弱電控製係統的抗幹擾性，要求各類頻繁啟動或切換的電動機、接觸器等電磁感應器件（jiàn）均必須並接（jiē）RC阻容吸收器，對（duì）各種檢測信號的輸（shū）入均要（yào）求用屏蔽電纜連接。

七、輔助裝置

它（tā）主要包（bāo）括ATC刀自動交換機構、APC工件自動變換（huàn）機構、工件夾緊放鬆機構、回轉工作台、液（yè）壓（yā）控製係統、潤滑（huá）裝置、過載與限位保護功能（néng）等（děng）部（bù）分。機床加工功能與興型不同，所包含的部分也不同。輔助裝置是保（bǎo）證充分發揮數控（kòng）機床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝（zhuāng）置，回轉工作台和數控分度頭（tóu），防護，照明等各種輔助裝置。

八、機床本體

它指的是數（shù）控機床機械結構實體。它於傳（chuán）統的普通機床相比較（jiào），同樣由主傳動機構、進（jìn）給傳動機構（gòu）、工（gōng）作台、床身以（yǐ）及（jí）立柱等部分組成，但數控機床的整體（tǐ）布（bù）局、外觀（guān）造型（xíng）、傳動機構、刀係統及操作機構等方麵都發生（shēng）了很（hěn）大的變化。這種變（biàn）化的目（mù）的是（shì）為（wéi）了滿足數控技術的要求（qiú）和充分（fèn）發揮數控機床的特點。

機（jī）床主（zhǔ）機（jī）是數控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作（zuò）台、主軸箱、進給機（jī）構、刀架及（jí）自動換刀裝置等機械部件。鈦浩機（jī）械是以回轉（zhuǎn）頂尖、絲杠、軸加工（gōng）、數（shù）控車床加工、刀柄刀杆、夾頭接（jiē）杆為公（gōng）司的主打產品，它是在（zài）數控機床上自（zì）動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統的機床相比，數控機床主體具有（yǒu）如下結構特點：

1、采（cǎi）用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的（de）機床新結構（gòu）。通常（cháng）用提高結（jié）構係統（tǒng）的靜（jìng）剛度、增加阻尼、調整結構件質量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛（gāng）度和抗震性，使機床（chuáng）主體能適應數控機床連續自動地進行切削加工的需要（yào）。采取改善機床結構布局、減少發熱、控製溫升及采用（yòng）熱位移補償等措施，可減少熱變形（xíng）對機床主（zhǔ）機的影響。

2、廣泛采（cǎi）用高性能的主軸伺服（fú）驅動和進給伺服（fú）驅動裝置，使數控機床的傳動鏈縮短，簡化了機床機（jī）械傳動係統的結（jié）構。

3、采用高（gāo）傳（chuán）動效率（lǜ）、高（gāo）精度、無（wú）間隙的傳動裝置和運動部件，如滾珠絲杠螺（luó）母副、塑料滑動導軌（guǐ）、直線滾動導軌、靜壓導軌等。