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数控机床的组成与加工原理

日期：2010年10月12　来源：沈阳机床集团　关键字：数控机床

      l数控机床的基本组成
    数控机床是最典型的数控设备。为了了解数控机床的基本组成，首先需要分析数控机床加工零件的工作过程。在数控机床上，为了进行零件的加工，可以通过如下步骤进行：
    I)根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式，将刀具的移动轨迹、加工工艺过程、工艺参数、切削用量等编写成数控系统能够识别的指令形式，即编写加工程序。
    2)将所编写的加工程序输入数控装置。
    3)数控装置对输入的程序（代码）进行译码、运算处理，并向各坐标轴的伺服驱动装置和辅助机能控制装置发出相应的控制信号，以控制机床的各部件的运动。
    4)在运动过程中，数控系统需要随时检测机床的坐标轴位置、行程开关的状态等，并与程序的要求相比较，以决定T一步动作，直Jlmi出合格的零件。
    5)操作者可以随时对机床的加工情况、工作状态进行观察、检查，必要时还需要对机床动作和加工程序进行调整，以保证杌床安全、可靠地运行。
    由此可知，作为数控机床的基本组成，它应包括：输入／输出装置、数控装置、伺服驱  动和反馈装置、辅助控制装置以及机床本体等部分（图1-1所示）。
    图中，输入／输出装置、数控装置、伺服驱动和反馈装置构成了机床数控系统，作用如前所述。
    反馈装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，其作用是检测数控机床坐标轴的实际位置和移动速度，并反馈到数控装置或伺服驱动中，构成闭环调节系统。检测装置的安装、检测信号反馈的位置，决定于数控系统的结构型式，伺服电动机内装式脉冲编码器、测速机以及直线光栅都是NC机床常用的检测器件。
    由于先进的伺服都采用了数字式伺服驱动技术（称为数字伺服），伺服驱动和数控装置间一般都采用总线进行连接：反馈信号在大多数场合都是与伺服驱动进行连接，并通过总线传送到数控装置。只有在少数场合或采用模拟量控制的伺服驱动（称为模拟伺服）时，反馈装置才需要直接和数控装置进行连接。
    辅助控制装置的主要作用是根据数控装置输出主轴的转速、转向和启停指令；刀具的选择和交换指令；冷却、润滑装置的启停指令：工件和机床部件的松开、夹紧工作台转位等辅助指令所提供的信号，以及机床上检测开关的状态等信号，经过必要的编译和逻辑运算，经放大后驱动相应的执行元件，带动机床机械部件、液压气动等辅助装置完成指令舰定的动作。它通常由眦和强电控制回路构成，PLC在结构上可以与CNC -体化(内置式的PLC)，也可以是相对独立(外置式的PLC)。
    机床本体与传统的机床基本相同，它也是由主传动系统、进给传动系统、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等部分组成。但为了满足数控的要求，充分发挥机床性能，它在总体布局、外观造型、传动系统结构、刀具系统以及操作性能方面都已发生了很大的变化。
    2数控加工原理
在传统的金属切削机床上，加工零件时需要操作者根据图样的要求，通过不断改变刀具的运动轨迹和运动速度等参数，使刀具对工件进行切削加工，最终加工出合格零件。
数控机床的加工，其实质是应用了“微分”原理。其工作原理与过程可以简要描述如下(见图l一2):
1)数控装置根据加工程序要求的刀具轨迹，将轨迹按机床对应的坐标轴，以最小移动量（脉冲当量）进行微分（图1-2中的AX、AY），并计算出各坐标轴需要移动的脉冲数。
2)通过数控装置的“插补”软件或“插补”运算器，把要求的轨迹用以“最小移动单位”为单位的等效折线进行拟合，井找出最接近理论轨迹的拟合折线。
3)数控装置根据拟合折线的轨迹，给相应的坐标轴连续不断地分配进给脉冲，井通过伺服驱动使机床坐标轴按分配的脉冲运动。
由上可见：第一，只要数控机床的最小移动量（脉冲当量）足够小，所用的拟合折线就可以等效代替理论曲线。第二，只要改变坐标轴的脉冲分配方式，即可以改变拟合折线的形状，从而达到改变加工轨迹的目的。第三，只要改变分配脉冲的频率，即可改变坐标轴（刀具）的运动速度。这样就实现了数控机床控制刀具移动轨迹的根本目的。
以上根据给定的数学函数，在理想轨迹（轮廓）的己知点之间，通过数据点的密化，确定一些中间点的方法，称为插补。能同时参与插补的坐标轴数，称为联动轴数。显然，当数控机床的联动轴数越多，机床加工轮廓的性鸵就越强。因此，联动轴的数量是衡量数控机床性能的重要技术指标之一。

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