數(shù)控機床

　　主要特點

　　數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機床的

　　大腦。與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點：

　　1、對加工對象的適應性強，適應模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點，為模具的制造提供了合適的加工方法；

　　2、加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；

　　3、可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；

　　4、加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間；

　　5、機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍）；

　　6、機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；

　　7、有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機床使用數(shù)字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設(shè)計、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)；

　　8、對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高；

　　9、可靠性高。

　　數(shù)控機床與傳統(tǒng)機床相比，具有以下一些特點。

　　1、具有高度柔性

　　在數(shù)控機床上加工零件，主要取決于加工程序，它與普通機床不同，不必

　　制造，更換許多模具、夾具，不需要經(jīng)常重新調(diào)整機床。因此，數(shù)控機床適用于所加工的零件頻繁更換的場合，亦即適合單件，小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，從而縮短了生產(chǎn)準備周期，節(jié)省了大量工藝裝備的費用。

　　2、加工精度高

　　數(shù)控機床的加工精度一般可達0.05—0.1MM，數(shù)控機床是按數(shù)字信號形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一脈沖信號，則機床移動部件移動一具脈沖當量（一般為0.001MM），而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進行曲補償，因此，數(shù)控機床定位精度比較高。

　　3、加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠

　　加工同一批零件，在同一機床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。

　　4、生產(chǎn)率高

　　數(shù)控機床可有效地減少零件的加工時間和輔助時間，數(shù)控機床的主軸聲速

　　五軸聯(lián)動加工中心

　　和進給量的范圍大，允許機床進行大切削量的強力切削。數(shù)控機床正進入高速加工時代，數(shù)控機床移動部件的快速移動和定位及高速切削加工，極大地提高了生產(chǎn)率。另外，與加工中心的刀庫配合使用，可實現(xiàn)在一臺機床上進行多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時間，提高了生產(chǎn)率。

　　5、改善勞動條件

　　數(shù)控機床加工前是經(jīng)調(diào)整好后，輸入程序并啟動，機床就能有自動連續(xù)地進行加工，直至加工結(jié)束。操作者要做的只是程序的輸入、編輯、零件裝卸、刀具準備、加工狀態(tài)的觀測、零件的檢驗等工作，勞動強度大降低，機床操作者的勞動趨于智力型工作。另外，機床一般是結(jié)合起來，既清潔，又安全。

　　6、利用生產(chǎn)管理現(xiàn)代化

　　數(shù)控機床的加工，可預先精確估計加工時間，對所使用的刀具、夾具可進行規(guī)范化，現(xiàn)代化管理，易于實現(xiàn)加工信息的標準化，已與計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）有機地結(jié)合起來，是現(xiàn)代化集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。

　　基本組成

　　數(shù)控機床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)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。

　　1、加工程序載體

　　數(shù)控機床工作時，不需要工人直接去操作機床，要對數(shù)控機床進行控制，必

　　高速數(shù)控機床

　　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(shù)（進給量主軸轉(zhuǎn)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，通過數(shù)控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。

　　2、數(shù)控裝置

　　數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心?，F(xiàn)代數(shù)控裝置均采用CNC（ComputerNumericalControl）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(xiàn)數(shù)控功能，因此又稱軟件數(shù)控（SoftwareNC）。CNC系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，它是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)插補出理想的運動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需要的零件。因此，數(shù)控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構(gòu)成。而所有這些工作都由計算機的系統(tǒng)程序進行合理地組織，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進行工作。

　　1）輸入裝置：將數(shù)控指令輸入給數(shù)控裝置，根據(jù)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(tǒng)直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC（直接數(shù)控）輸入，現(xiàn)仍有不少系統(tǒng)還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。

　?。?）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(nèi)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(shù)據(jù)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(tài)（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數(shù)控裝置上，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(guān)的尺寸數(shù)字，就可自動生成加工程序。

　?。?）采用DNC直接數(shù)控輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中，CNC系統(tǒng)一邊加工一邊接收來自計算機的后續(xù)程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM軟件設(shè)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

　　不同類型的數(shù)控機床(13張)息，由信息處理部分按照控制程序的規(guī)定，逐步存儲并進行處理后，通過輸出單元發(fā)出位置和速度指令給伺服系統(tǒng)和主運動控制部分。CNC系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)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(guān)等），數(shù)據(jù)處理的目的是完成插補運算前的準備工作。數(shù)據(jù)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(gòu)相聯(lián)。輸出裝置根據(jù)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(tǒng)，經(jīng)過功率放大，驅(qū)動伺服系統(tǒng)，從而控制機床按規(guī)定要求運動。

　　3、伺服系統(tǒng)和測量反饋系統(tǒng)

　　伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，用于實現(xiàn)數(shù)控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形處理后，轉(zhuǎn)換成機床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運動。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的最后環(huán)節(jié)，其性能將直接影響數(shù)控機床的精度和速度等技術(shù)指標，因此，對數(shù)控機床的伺服驅(qū)動裝置，要求具有良好的快速反應性能，準確而靈敏地跟蹤數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號，并能忠實地執(zhí)行來自數(shù)控裝置的指令，提高系統(tǒng)的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。

　　伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機構(gòu)兩大部分。驅(qū)動裝置由主軸驅(qū)動單元、進給驅(qū)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(qū)動裝置。

　　測量元件將數(shù)控機床各坐標軸的實際位移值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機床的數(shù)控裝置中，數(shù)控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(tǒng)輸出達到設(shè)定值所需的位移量指令。

　　4、機床主體

　　機床主機是數(shù)控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺、主軸箱、進給機構(gòu)、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數(shù)控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統(tǒng)的機床相比，數(shù)控機床主體具有如下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。通常用提高結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜剛度、增加阻尼、調(diào)整結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性，使機床主體能適應數(shù)控機床連續(xù)自動地進行切削加工的需要。采取改善機床結(jié)構(gòu)布局、減少發(fā)熱、控制溫升及采用熱位移補償?shù)却胧?，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(qū)動和進給伺服驅(qū)動裝置，使數(shù)控機床的傳動鏈縮短，簡化了機床機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

　　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。

　　5、數(shù)控機床的輔助裝置

　　輔助裝置是保證充分發(fā)揮數(shù)控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(zhuǎn)工作臺和數(shù)控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置。

　　技術(shù)應用

　　數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床，能夠根據(jù)已編好的程序，使機床動作并加工零件。它綜合了機械、自動化、計算機、測量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器，在數(shù)控機床上應用的傳感器主要有光電編碼器、直線光柵、接近開關(guān)、溫度傳感器、霍爾傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、速度傳感器等，主要用來檢測位置、直線位移和角位移、速度、壓力、溫度等。

　　1、數(shù)控機床對傳感器的要求

　　1）可靠性高和抗干擾性強；

　　2）滿足精度和速度的要求；

　　3）使用維護方便，適合機床運行環(huán)境；

　　4）成本低。

　　不同種類數(shù)控機床對傳感器的要求也不盡相同，一般來說，大型機床要求速度響應高，中型和高精度數(shù)控機床以要求精度為主。

　　2、感應同步器的應用

　　感應同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的。其功能是將角度或直線位移轉(zhuǎn)變成感應電動勢的相位或幅值，可用來測量直線或轉(zhuǎn)角位移。按其結(jié)構(gòu)可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。直線式感應同步器由定尺和滑尺兩部分組成，定尺安裝在機床床身上，滑尺安裝于移動部件上，隨工作臺一起移動；旋轉(zhuǎn)式感應同步器定子為固定的圓盤，轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)動的圓盤。感應同步器具有較高的精度與分辨力、抗干擾能力強、使用壽命長、維護簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)式感應同步器則被廣泛地用于機床和儀器的轉(zhuǎn)臺以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。