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 數(shù)控機床的組成與加工原理
數(shù)控機床的基本組成
數(shù)控機床是zui典型的數(shù)控設備。為了了解數(shù)控機床的基本組成，首先需要分析數(shù)控機床加工零件的工作過程。在數(shù)控機床上，為了進行零件的加工，可以通過如下步驟進行：

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，將刀具的移動軌跡、加工工藝過程、工藝參數(shù)、切削用量等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的指令形式，即編寫加工程序。
將所編寫的加工程序輸入數(shù)控裝置。
數(shù)控裝置對輸入的程序（代碼）進行譯碼、運算處理，并向各坐標軸的伺服驅動裝置和輔助機能控制裝置發(fā)出相應的控制信號，以控制機床的各部件的運動。
在運動過程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時檢測機床的坐標軸位置、行程開關的狀態(tài)等，并與程序的要求相比較，以決定下一步動作，直到加工出合格的零件。
操作者可以隨時對機床的加工情況、工作狀態(tài)進行觀察、檢查，必要時還需要對機床動作和加工程序進行調整，以保證機床安全、可靠的運行。
由此可知，作為數(shù)控機床的基本組成，它應包括：輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅動和反饋裝置、輔助控制裝置以及機床本體等部分（如圖1-1所示）。

圖1—1中的虛線框部分統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對機床主機的加工控制。目前數(shù)控系統(tǒng)大部分采用計算機數(shù)控（即CNC），圖中的輸入/輸出裝置、數(shù)控裝置、伺服驅動和反饋裝置構成的機床數(shù)控系統(tǒng)，作用在上面已經(jīng)敘述。下面再簡要介紹其他組成部分。

圖1—1數(shù)控機床的組成

 

 

測量反饋裝置它是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機床的檢測環(huán)節(jié)，其作用是通過現(xiàn)代化的測量元件：脈沖編碼器、旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁尺和激光測量儀等，將執(zhí)行元件（如、刀架等）或工作臺等的實際位移的速度和位移量檢測出來，反饋回伺服驅動裝置或數(shù)控裝置，并補償進給的速度或執(zhí)行機構的運動誤差，以達到提高運動機構精度的目的。檢測裝置的安裝、檢測信號反饋的位置，決定于數(shù)控系統(tǒng)的結構形式，伺服內裝式脈沖編碼器、測速機以及直線光柵等都是較常用的檢測部件。

由于*的伺服都采用了數(shù)字式伺服驅動技術（稱為數(shù)字伺服），伺服驅動和數(shù)控裝置間一般都采用總線進行連接；反饋信號在大多數(shù)場合都是與伺服驅動進行連接，并通過總線傳送到數(shù)控裝置。只有在少數(shù)場合或采用模擬量控制的伺服驅動（俗稱模擬伺服）時，反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進行連接。

輔助控制機構、進給傳動機構它是介于數(shù)控裝置和機床機械、液壓部件之間的控制部件。其主要作用是接受數(shù)控裝置輸出的主軸轉速、轉向和啟停指令；刀具選擇交換；冷卻、潤滑裝置的啟停指令；工件和機床部件的松開、夾緊工作臺轉位等輔助指令信號，以及機床上檢測開關的狀態(tài)等信號，經(jīng)必要的編譯、邏輯判斷、功率放大后直接驅動相應的執(zhí)行元件，帶動機床機械部件、液壓氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。它通常由PLC和強電控制回路構成，PLC在結構上可以與CNC一體化（內置式PLC），也可以相對獨立（外置式PLC）。

機床本體就是數(shù)控機床的機械結構件，也是由主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置、排屑、防護系統(tǒng)等部分組成。但為了滿足數(shù)控的要求，充分發(fā)揮機床性能，它在總體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)結構、刀具系統(tǒng)以及操作性能方面都已發(fā)生了很大的變化。機床機械部件包括床身、箱體、立柱、導軌、工作臺、主軸、進給機構、刀具交換機構等。

數(shù)控加工的原理
在傳統(tǒng)的金屬切削機床上，加工零件時需要操作者根據(jù)圖樣的要求，通過不斷改變刀具的運動軌跡和運動速度等參數(shù)，使刀具對工件進行切削加工，zui終加工出合格零件。

數(shù)控機床的加工，其實質是應用了“微分”原理。其工作原理與過程可以簡述如下（圖1-2）：

數(shù)控裝置根據(jù)加工程序要求的刀具軌跡，將軌跡按機床對應的坐標軸，以zui小移動量（脈沖當量）進行微分（圖1-2中的△X、△Y），并計算出各坐標軸需要移動的脈沖數(shù)。

通數(shù)控裝置的“插補”軟 件或“插補”運算器，把要求的軌跡用以“zui小移動單位”為單位的等效折線進行擬合，并找出zui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，給相應的坐標軸連續(xù)不斷地分配進給脈沖，并通過伺服驅動使機床坐標軸按分配的脈沖運動。圖1-2數(shù)控加工原理示意圖

由上可見：*，只要數(shù)控機床的zui小移動量（脈沖當量）足夠小，所用的擬合折線就可以等效代替理論曲線。第二，只要改變坐標軸的脈沖分配方式，即可以改變擬合折線的形狀，從而達到改變加工軌跡的目的。第三，只要改變分配脈沖的頻率，即可改變坐標軸（刀具）的運動速度。這樣就實現(xiàn)了數(shù)控機床控制刀具移動軌跡的根本目的。

以上根據(jù)給定的數(shù)學函數(shù)，在理想軌跡（輪廓）的已知點之間，通過數(shù)據(jù)點的密化，確定一些中間點的方法，稱為插補。能同時參與插補的坐標軸數(shù)，稱為聯(lián)動軸數(shù)。顯然，當數(shù)控機床的聯(lián)動軸數(shù)越多，機床加工輪廓的性能就越強。因此，聯(lián)動軸的數(shù)量是衡量數(shù)控機床性能的重要技術指標。