数控机床的基本（běn）组成及工作原理（lǐ）你都了解（jiě）吗（ma）

数控机床（chuáng）是数字控制（zhì）机（jī）床的（de）简称，是一种装有程序控制系统的自（zì）动化机床。该控制系统能够（gòu）逻辑地（dì）处理具有控制编码或（huò）其他符号指令（lìng）规定的程序（xù），并将其译码，用代码（mǎ）化的数字表示，通过信息载体输入数控装置（zhì）。经运算处理由数控装置发出各种控（kòng）制信号，控制机床的动作，按图（tú）纸要求的形状和尺寸，自动地（dì）将（jiāng）零件（jiàn）加工出来。钛数控（kòng）机床较（jiào）好地解（jiě）决了复杂、精密、小批量、多品种（zhǒng）的零件（jiàn）加工问题（tí），是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技（jì）术的发展方向，是一（yī）种典型的机电一体化产品。

数控机床（chuáng）一般（bān）由数（shù）控系统、包（bāo）含伺服电动（dòng）机和检测反馈装置的伺服系统、主传动系统、强电控制（zhì）柜、机床（chuáng）本（běn）体和各类辅助装簧（huáng）组成（chéng）。加上虚线部分即可表示数控加工的基本工作过程。对具体备类不同功（gōng）能的数控机（jī）床，其组成部分略有（yǒu）不同（tóng）。

一（yī）、数控系统

它是机床（chuáng）实现自（zì）动加工的核心。主要有操作系统、主控制系统、可编程（chéng）控制器、各类输出（chū）接口等组成。其中操作系统由显示器和操纵键盘（pán）组成，显示器有数码管、CRT、液晶等（děng）多种（zhǒng）形式。主控（kòng）制系统与计算机主板有所类同，主（zhǔ）要由CPU、存储器、控制器等部分组（zǔ）成。数（shù）控系统所控制（zhì）的是一般对（duì）象（xiàng）的位（wèi）置、角度、速度等机械量，以及温（wēn）度、压力、流量等物理量。

其（qí）控制方（fāng）式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑（jí）控（kòng）制两大（dà）类，其中（zhōng）主控制器内的插（chā）补运算模（mó）块就（jiù）是根据所读入的零件程序，通过（guò）译码（mǎ）、编译等信息处理后，进行相应的刀轨迹插朴（pǔ）运算，并通过与各坐标伺（sì）服系统（tǒng）的位（wèi）置（zhì）、速度反馈信号比较（jiào），从而控制机床各个坐标轴（zhóu）的位移；而时序逻辑控制（zhì）通（tōng）常主要由（yóu）可编程式控制器PLC来（lái）完成，它根据机（jī）床（chuáng）加工过程中的各个动作要求进行协调，按各检测信号（hào）进行逻辑判别，从而控制机床各（gè）个部件有条不紊地按序工作（zuò）。

二、伺服系统

它是数控系统与机床（chuáng）本体之间的（de）电（diàn）传动联系环节（jiē）。主要由伺（sì）服电动机、驱动控制系统及位置检测反馈装置等组成。伺服电动机是系统的执行元件（jiàn），驱（qū）动控制系统则（zé）是伺服电动机的动力（lì）源。数控系（xì）统发生（shēng）的指令信号与位置检测反馈信号比（bǐ）较后作为位移（yí）指令（lìng），再经驱动控制系统功（gōng）串（chuàn）放大后，驱动（dòng）电动机运转，从而通过机（jī）械传动装置拖动工作台或刀架运动。

伺服系统是（shì）数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服（fú）控制。伺（sì）服系统的作用（yòng）是把接受来自数控装置的指令信息，经（jīng）功率放大、整（zhěng）形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将（jiāng）直接影响数控机床的精度和速度（dù）等技术指标，因此，对数控机床（chuáng）的伺服驱动装置，要（yào）求具有良好的快速反（fǎn）应性（xìng）能，准确而灵敏地跟踪数控装（zhuāng）置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态（tài）跟随特性和静态跟踪（zōng）精度。

伺服系统包括驱动装置和执（zhí）行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱（qū）动单（dān）元和主（zhǔ）轴伺服电动机、进给伺服电动机组（zǔ）成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。

测量元件将数控机床各坐（zuò）标（biāo）轴（zhóu）的实际位移值检测（cè）出来并（bìng）经反馈系统输入到机床的（de）数控装（zhuāng）置中，数控（kòng）装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较（jiào），并向伺服系统输出（chū）达（dá）到设定值所需的位移量指令。

三、加工程序载体

数控机床工作（zuò）时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行（háng）控制，必须编制加工程序。零件（jiàn）加工程序（xù）中，包括（kuò）机床上刀（dāo）具和工（gōng）件的相对运（yùn）动轨迹、工（gōng）艺参数（进给量主轴转（zhuǎn）速等）和辅助运（yùn）动等（děng）。将零件加工程序（xù）用一定的格式和代码（mǎ），存储在一种程序载体上，如（rú）穿孔（kǒng）纸带、盒式（shì）磁带、软（ruǎn）磁盘等，通过（guò）数控机床的输入装置，将程序信（xìn）息输入到CNC单元（yuán）。

四、数控装（zhuāng）置

数控装置是数控机床的（de）核心（xīn）。现代数控装（zhuāng）置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，这（zhè）种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化（huà）的软（ruǎn）件形式（shì）实现数控功能，因此又称软件数（shù）控（Software NC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输（shū）入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零（líng）件。因此，数控装置（zhì）主要由输入、处理（lǐ）和输出三个基本部分构成。而所有这些工作（zuò）都由计算机的系统程序进（jìn）行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。

1、输入装置：将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置（zhì）。主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入（rù）和连接上级计算机的（de）DNC（直接数控）输入，现仍有不少系统还（hái）保留有光电（diàn）阅读机的纸带输入形式。

（1）纸带输入方式。可用纸带光（guāng）电阅读机读入零件程序，直接控制机床运动，也可以将纸带内（nèi）容读入存储器，用存储器中储（chǔ）存的零件程序控制（zhì）机床运动。

（2）MDI手动数（shù）据输入方（fāng）式。操作者可利用操（cāo）作面板上的键盘（pán）输入加工程序的（de）指令，它适用于比较短的程序。

在控制装置编（biān）辑状（zhuàng）态（EDIT）下，用软件输入加工程序，并存入控制装置（zhì）的存储器中，这种输入方法可重复使用程序。一般手工编程均（jun1）采（cǎi）用这（zhè）种方法（fǎ）。

在具有会话编程功能的数（shù）控装置上，可按照显示器（qì）上提示的问题，选择不同的菜单，用人机对话的方（fāng）法，输入有关的尺寸数字（zì），就可自动生成加工程序。

（3）采用DNC直接数控输入方式。把零（líng）件程序保存在上级计算机中，CNC系统一边加工（gōng）一边接收来自计算机的后（hòu）续程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM软件（jiàn）设计的复杂工件并直接生成零件程序（xù）的情况。

2、信息处理：输入装置将加工信（xìn）息传给CNC单（dān）元，编译成计算机能识别的信（xìn）息，由信息（xī）处理（lǐ）部分按（àn）照控制程序的规定，逐（zhú）步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输（shū）入数据包括：零件的（de）轮廓信息（起点、终点、直线、圆（yuán）弧等）、加工速度及其他辅助加工（gōng）信息（xī）（如换刀、变速、冷却液开关等），数据处理（lǐ）的目的是（shì）完成插（chā）补运算前的准备工作。数据处理程（chéng）序还包括刀具半径（jìng）补（bǔ）偿、速度计算及辅助功能的处理（lǐ）等。

3、输出装置：输出装置与（yǔ）伺服机构相联。输（shū）出装（zhuāng）置根据控制（zhì）器的命令接（jiē）受运算器的输出脉（mò）冲（chōng），并把它送到各坐标的伺服控（kòng）制系统，经过功率放大，驱动伺服系统（tǒng），从而控（kòng）制机床按规定要求（qiú）运动。

五、主传动系统

它是机床切削加工时传递转矩的（de）主要部件之一。一（yī）般分为齿轮有级变速和电（diàn）气无级调（diào）速两种类型，较高档的数控机床都要求实现无级调速来满足各种加工工艺的要求，它主要由（yóu）主轴驱动控制系统、主轴电动机以及主轴机械（xiè）传动机构等组成。

六、强电控制柜

它主要用来安装机床强电控制的各种电气元（yuán）器件，除了提供数控、伺服等类弱电（diàn）控制系统的输入电源，以及各种短（duǎn）路（lù）、过载（zǎi）、欠（qiàn）压等（děng）电气保护外（wài），主要在可编程控制器PLC的输出接口与机床各类辅助装置的电气（qì）执（zhí）行元（yuán）器件之间起桥梁联结作用，即控制机床辅助装置的各种交流电（diàn）动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等，主要起到扩展接点散和扩（kuò）大触点容量等作用。

另外，它也与机床操作台的有关手（shǒu）控按钮连接（jiē）。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压（yā）器（qì）、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件（jiàn）等构成。它与一般的普通机（jī）床电气（qì）类似，但（dàn）为了（le）提高对弱电（diàn）控制系统（tǒng）的抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器（qì）件均必须并接RC阻容吸收器，对各种检测信号的输入均要求用屏蔽电缆连接。

七、辅助装置

它主要包括（kuò）ATC刀自动交换机构、APC工件自动变换机构、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置（zhì）、过（guò）载与限位保护功能等部分。机床加（jiā）工功能与兴型不（bú）同，所包含的部分也（yě）不同。辅（fǔ）助装（zhuāng）置是保（bǎo）证充分（fèn）发挥数控机床功能所（suǒ）必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作（zuò）台（tái）和（hé）数控分度头，防护，照明等各种辅助装（zhuāng）置。

八、机床本体

它指的是数控机床机械（xiè）结构实体（tǐ）。它于传统的普通机床相比较，同样由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分（fèn）组成，但数控机床的整体布局、外观造型、传动机构、刀系统（tǒng）及（jí）操作机构等方（fāng）面（miàn）都发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控技术的要求和充分（fèn）发挥数控机床的特点。

机床主机是数控机床的（de）主体。它包括床身、底座、立柱（zhù）、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀（dāo）架及自动换刀装置等机械部件（jiàn）。钛浩机械是以回转顶尖、丝杠、轴（zhóu）加工、数控车床加（jiā）工、刀（dāo）柄刀杆、夹头接杆为公（gōng）司的主打产品，它是在数控机床上自动地（dì）完成各种切削（xuē）加工的机械部分。与传统的机床相（xiàng）比，数（shù）控机床主体具有（yǒu）如下结构特点：

1、采（cǎi）用具有高刚度、高（gāo）抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加（jiā）阻尼、调整（zhěng）结构件（jiàn）质量和固有频率等方法来提高机床（chuáng）主机的刚度和抗震（zhèn）性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发（fā）热、控（kòng）制温升及采（cǎi）用热位移补（bǔ）偿等措施，可减少热（rè）变形对机床主机的（de）影响。

2、广泛采用高性能的主轴（zhóu）伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩（suō）短，简化了机（jī）床机械传动系统的结构。

3、采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动（dòng）部件，如滚珠丝（sī）杠螺母副、塑（sù）料滑（huá）动导轨、直线滚动导轨（guǐ）、静（jìng）压导轨等。