2017年5月19日

數控機床的基本組成

精工機床的基本組成包括加工程序載體、精工裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置。下面分別對各組成部分的基本工作原理進行概要說明。加工程序載體精工機床工作時，不需要工人直接去操作機床，要對精工機床進行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數（進給量主軸轉速等）和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等，通過精工機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。機床主體機床主機是精工機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在精工機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統的機床相比，精工機床主體具有如下結構特點：1）采用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結構。通常用提高結構系統的靜剛度、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度和抗震性，使機床主體能適應精工機床連續自動地進行切削加工的需要。采取改善機床結構布局、減少發熱、控制溫升及采用熱位移補償等措施，可減少熱變形對機床主機的影響。2）廣泛采用高性能的主軸伺服驅動和進給伺服驅動裝置，使精工機床的傳動鏈縮短，簡化了機床機械傳動系統的結構。3）采用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件，如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動導軌、直線滾動導軌、靜壓導軌等。精工裝置精工裝置是精工機床的核心。現代精工裝置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，這種CNC裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟件形式實現精工功能，因此又稱軟件精工（Software NC）。CNC系統是一種位置控制系統，它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡，然后輸出到執行部件加工出所需要的零件。因此，精工裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都由計算機的系統程序進行合理地組織，使整個系統協調地進行工作。1）輸入裝置：將精工指令輸入給精工裝置，根據程序載體的不同，相應有不同的輸入裝置。主要有鍵盤輸入、磁盤輸入、CAD/CAM系統直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC（直接精工）輸入，現仍有不少系統還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。（1）紙帶輸入方式。可用紙帶光電閱讀機讀入零件程序，直接控制機床運動，也可以將紙帶內容讀入存儲器，用存儲器中儲存的零件程序控制機床運動。（2）MDI手動數據輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令，它適用于比較短的程序。在控制裝置編輯狀態（EDIT）下，用軟件輸入加工程序，并存入控制裝置的存儲器中，這種輸入方法可重復使用程序。一般手工編程均采用這種方法。在具有會話編程功能的精工裝置上，可按照顯示器上提示的問題，選擇不同的菜單，用人機對話的方法，輸入有關的尺寸數字，就可自動生成加工程序。（3）采用DNC直接精工輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中，CNC系統一邊加工一邊接收來自計算機的后續程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM軟件設計的復雜工件并直接生成零件程序的情況。2）信息處理：輸入裝置將加工信息傳給CNC單元，編譯成計算機能識別的信息，由信息處理部分按照控制程序的規定，逐步存儲并進行處理后，通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服系統和主運動控制部分。CNC系統的輸入數據包括：零件的輪廓信息（起點、終點、直線、圓弧等）、加工速度及其他輔助加工信息（如換刀、變速、冷卻液開關等），數據處理的目的是完成插補運算前的準備工作。數據處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功能的處理等。3）輸出裝置：輸出裝置與伺服機構相聯。輸出裝置根據控制器的命令接受運算器的輸出脈沖，并把它送到各坐標的伺服控制系統，經過功率放大，驅動伺服系統，從而控制機床按規定要求運動。伺服與測量反饋系統伺服系統是精工機床的重要組成部分，用于實現精工機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統的作用是把接受來自精工裝置的指令信息，經功率放大、整形處理后，轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。由于伺服系統是精工機床的最后環節，其性能將直接影響精工機床的精度和速度等技術指標，因此，對精工機床的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟蹤精工裝置發出的數字指令信號，并能忠實地執行來自精工裝置的指令，提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩大部分。驅動裝置由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機是常用的驅動裝置。測量元件將精工機床各坐標軸的實際位移值檢測出來并經反饋系統輸入到機床的精工裝置中，精工裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較，并向伺服系統輸出達到設定值所需的位移量指令。精工機床輔助裝置輔助裝置是保證充分發揮精工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、潤滑裝置，回轉工作臺和精工分度頭，防護，照明等各種輔助裝置。

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