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1.1數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)

數(shù)控機床是由普通機床演變而來的，它采用計算機數(shù)字控制方式，各個坐標方向的運動均由獨立的伺服電動機驅(qū)動，取代了普通機床上復(fù)雜的齒輪傳動鏈。數(shù)控機床（數(shù)控加工中心）通過X、Y、 Z三個坐標來控制刀具和工件間的相對運動。它由信息輸入設(shè)備、信息運算及控制裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機床本體、機電接口五大部分組成，如圖1-1所示，其中除機床本體之外的部分統(tǒng)稱為計算機數(shù)控（CNC)系統(tǒng)。

1.1.1數(shù)控機床各部分的功能

1. 信息輸入設(shè)備

信息輸入設(shè)備是數(shù)控機床（CNC加工中心）的信息輸人通道，加工零件所需的程序和各種參數(shù)、數(shù)據(jù)通過信息輸入設(shè)備送進計算機系統(tǒng)（信息運算及控制裝置）。早期的輸人方式為穿孔紙帶和磁帶，目前多采用磁盤。在生產(chǎn)現(xiàn)場，簡單零件的加工程序都是采用按鍵配合顯示器（CRT) 的手動數(shù)據(jù)輸入（MDI)方式；在調(diào)整機床和對刀時采用手搖脈沖發(fā)生器的方式輸入；通過通信接口，可采用上位機的方式輸人。

2. 信息運算及控制裝置

信息運算及控制裝置是由中央處理單元（CPU)、存儲器、總線和相應(yīng)的軟件構(gòu)成的專用計算機，簡稱數(shù)控裝置（CNC裝置）。它接收到輸入的信息后，經(jīng)過譯碼、軌跡計算（速度計算）、插補運算和補償計算，再給各個坐標的伺服驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送速度、位移指令。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，數(shù)控機床的功能強弱主要由這一部分決定，它具備的主要功能

• 2• 數(shù)控機床杻械系統(tǒng)維修與調(diào)試實用技術(shù)

如下：

1) 多軸聯(lián)動、多坐標控制。

2) 實現(xiàn)多種函數(shù)的插補（直線、圓弧、拋物線、螺旋線、極坐標、樣條函數(shù)等）。

3) 多種程序輸入（人機對話、手動數(shù)據(jù)輸入、由上級計算機和其他輸人設(shè)備的程序輸人）、編輯和修改功能。

4) 信息轉(zhuǎn)換功能。包括EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換，米制/英制轉(zhuǎn)換、坐標轉(zhuǎn)換、絕對值/增量

值轉(zhuǎn)換等。

5) 補償功能。包括刀具半徑補償、刀具長度補償、傳動間隙補償、螺距誤差補償?shù)取?/div>

6) 多種加工方式選擇。包括各種加工循環(huán)、重復(fù)加工、凸凹模加工和鏡像加工等。

7) 故障自診斷功能。

8) 顯示功能。用CRT可以顯示字符、軌跡、平面圖形和動態(tài)三維圖形。

9) 通信和聯(lián)網(wǎng)功能。

3.伺服驅(qū)動系統(tǒng)

伺服驅(qū)動系統(tǒng)又稱為伺服驅(qū)動裝置，它接受計算機運算處理后分配來的信號。該信號經(jīng) 過解調(diào)、轉(zhuǎn)換、放大后去驅(qū)動伺服電動機，帶動數(shù)控機床的執(zhí)行部件運動。數(shù)控機床的伺服驅(qū)動裝置分為主軸驅(qū)動單元（主要是速度控制）、進給驅(qū)動單元（包括速度控制和位置控制）、回轉(zhuǎn)工作臺和刀庫伺服控制裝置及其相應(yīng)的伺服電動機等。伺服系統(tǒng)分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，而交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng)；以步進電動機驅(qū)動的伺服系統(tǒng) 在某些具體場合仍可采用；直流伺服系統(tǒng)是適應(yīng)高速、髙精度的一種伺服機構(gòu)。伺服系統(tǒng)還包括安裝在伺服電動機上（或機床的執(zhí)行部件上）的速度、位移檢測元件及相應(yīng)的電路，該部分能及時將信息反饋回來，構(gòu)成閉環(huán)控制（交流數(shù)字閉環(huán)控制中還包括電流檢測反饋）。常用檢測裝置有測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、感應(yīng)同步器、光柵、磁性檢測元件、霍耳檢測元件等。一般來說，數(shù)控機床的伺服驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)具有很好的快速響應(yīng)性能，能夠靈敏而準確地跟蹤指令。所以，伺服驅(qū)動及檢測反饋是數(shù)控機床的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4.機床本體

數(shù)控機床的本體包括機床的主運動部件、進給運動部件、執(zhí)行部件和基礎(chǔ)部件，基礎(chǔ)部件包括床身、底座、立柱、滑鞍、工作臺（刀架）、導(dǎo)軌等。普通機床上各個傳動鏈之間有著復(fù)雜的齒輪聯(lián)系，而數(shù)控機床由計算機來協(xié)調(diào)控制各個坐標軸之間的運動，因此數(shù)控機床的傳動鏈短，結(jié)構(gòu)比較簡單。為了保證快速響應(yīng)，數(shù)控機床上普遍采用精密滾珠絲杠和直線滾動導(dǎo)軌副。為了保證數(shù)控機床的高精度、高效率和髙自動化加工，機床的機械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的動態(tài)特性、動態(tài)剛度、阻尼精度、耐磨性以及良好的抗熱變形性能。在加工中心上還配備有刀庫和自動交換刀具的機械手。另外，數(shù)控機床上還有一些良好的配套設(shè)施，如冷

卻、自動排屑、防護、潤滑系統(tǒng)，編程機和對刀儀等，以利于充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能。

5.機電接口

數(shù)控機床上除了點位、軌跡采用數(shù)字控制外，還有許多其他的控制，如主軸的起停，刀具的更換，工件的夾緊和松開，各種輔助交流電動機的起停，電磁鐵的吸合、釋放，離合器的開合，電磁閥的打開與關(guān)閉等。它們的動力是由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護開關(guān)、接觸器、功率斷路器及熔斷器等組成的強電線路提供的，而這種強電線路是不能與低壓下工作的控制電路或弱電線路直接連接的，只能通過斷路器、熱動開關(guān)、中間繼電器等轉(zhuǎn)換成直流低壓下工作的觸點的開、合（關(guān)）動作，成為繼電器邏輯電路或PLC可接收的信號。另外，為了保障人身和設(shè)備安全，或者操作與兼容性所必需的信號，如急停、進給保持、循環(huán)啟動、NC準備好、行程限位、JOG命令（手動連續(xù)進給）、NC報警、程序停止、復(fù)位、M信號、S信號、T信號等，也需由PLC來傳送。這些動作都按機床工作的邏輯順序由PLC來控制。PLC控制的是動作的先后順序，它處理的是數(shù)字信息0和1，無論是由 PLC自帶的CPU，還是由數(shù)控裝置內(nèi)的CPU來處理這些信息，數(shù)控機床的數(shù)控裝置都能將數(shù)字控制信息和開關(guān)量控制信息很好地協(xié)調(diào)起來，實現(xiàn)正常的運轉(zhuǎn)。

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