第二章 数控机床的组成和工作原理

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1、2、数控机床的组成和工作原理2.1概述2.1.1机床的数字控制数字控制（NC）-指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控；数控机床（NC机床）-是一种采用计算机技术，利用数字进行控制的高效、能自动化加工的机床，能够按照数字和文字编码方式，把各种机械位移量、工艺参数、辅助功能，用数字、文字符号表示出来，经过程序控制系统（即数控系统的逻辑处理和运算），发出各种控制指令，实现要求的机械动作，自动完成加工任务；数控系统-包含了数控装置和伺服控制部分两部分；2.1.2数控技术-实现FMS和CIMS的基础技术2.2数控机床的组成数控机床由信息输入、

2、信息运算及控制、伺服驱动系统、机床本体、机电接口等五大部分组成。信息运算控制位置控制速度控制机床本体CRT磁盘手摇脉冲发生器信息接口机电接口冷却液电动机限位开关位置反馈速度反馈数控机床的组成示意图2.2数控机床的组成（1）信息输入手动数据输入（MDI）-按键+显示器CRT；磁盘输入；手摇脉冲发生器（电子手轮）输入-调整机床、对刀；通讯接口输入-由上位机输入；（2）信息运算及控制（数控装置-数控机床的核心）数控装置的组成-CPU+存储器+总线+相应的软件；数控装置的主要功能：具有多轴联动、多坐标控制；实现多种函数的插补计算；程序的编辑、输入和修改功能；信息转换功

3、能；补偿功能；多种加工方式选择；故障自诊断功能；显示功能；通讯和联网功能。2.2数控机床的组成（3）伺服驱动系统（装置）主轴驱动单元-实现速度控制；a.伺服驱动装置包括：进给驱动单元-实现速度控制和位置控制；回转工作台和刀库伺服控制装置+相应的伺服电机；直流伺服系统-使用直流伺服电机；交流伺服系统-使用交流伺服电机；b.伺服系统按所用电机的类型分为：安装在伺服电机（或机床的执行部件）上的速度、位移检测元件及其电路；（常用的检测装置-测速电机、旋转变压器、脉冲编码器、感应同步器、光栅、磁性检测元件、霍尔检测元件）2.2数控机床的组成（4）机床本体（主机）数控机床

4、本体由主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件组成。数控机床与普通机床在结构上的区别有:伺服电机驱动（无级变速）-传动链短、结构简单；采用精密滚珠丝杠和直线滚动导轨-实现快速响应特性；机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻尼精度、耐磨性及抗热变形性能-实现高精度、高效率、高自动化加工。2.2数控机床的组成（5）机电接口机电接口-指数控装置与机床之间的接口。作用：实现数控机床强电线路与低压下工作的控制电路或弱电线路的连接，将数字控制信息和开关控制信息很好地协调起来，实现机床的正常运转和工作。数控机床的开关量控制（动作控制），一般采用可编程控制器(PC、PL

5、C、PMC)来实现。数控系统-CNC装置+伺服驱动装置+PLC控制+检测装置；伺服系统-伺服驱动单元（速度控制环）+伺服电机+机械传动环节；数控机床的逻辑组成2.2数控机床的组成2.3数控机床的基本工作原理（1）数控机床的加工过程零件几何信息加工工艺信息NC程序计算机数控装置输入各轴驱动电路伺服电机工作转换放大各轴实现运动产品2.3数控机床的基本工作原理（2）点位控制与轮廓加工控制点位控制-控制点到点之间的距离。特点：与刀具路径无关。包括钻、镗、攻螺纹等加工。轮廓加工控制-亦称连续轨迹控制，分为加工平面曲线（X,Y轴运动的合成）和加工空间曲线（X,Y,Z轴运动

6、的合成）两种情况。轮廓加工控制的特点：对各坐标轴的移动量、速度及相互间的比例同时进行控制。2.3数控机床的基本工作原理（2）点位控制与轮廓加工控制点位控制及轮廓加工控制均通过插补运算来实现。插补-指在被加工轨迹的起点和终点之间，插进许多中间点（数据点的密化），然后用已知线型逼近的过程。如直线、圆弧、抛物线插补等等。数控系统将插补运算的结果通过伺服驱动装置（伺服控制）来实现机床各坐标轴的运动。伺服控制-分为关断控制和调节控制两种控制方式。适用于点位控制适用于轮廓控制定义P172.3数控机床的基本工作原理（3）数控机床的基本（电气）控制要求运动控制位移速度加速度各

7、伺服轴的插补运动控制主轴速度控制主轴定位控制主轴及各轴的插补控制逻辑控制简单逻辑输入输出控制组合逻辑控制主轴电机正反转、停止；冷却泵电机的启动和停止；机械原点限位开关信号的检测。定时润滑、刀库控制、主轴管理等。（4）数控机床常用的调试功能：P17由逻辑编程实现由PLC来实现2.4数控机床的基本类型（1）点位控制系统-代表：数控钻床，数控镗床，etc.只控制刀具相对于工件定位点的位置精度，不控制刀具的运动轨迹，刀具运动过程中不进行切削。（2）直线控制系统-代表：数控车床，数控铣床，etc.控制起点与终点间的准确位置的同时，还要求刀具的运动轨迹为一直线，并能控制位

8、移速度，刀具运动过程中进行切削加工。点