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1.1數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床是由普通機(jī)床演變而來(lái)的，它采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制方式，各個(gè)坐標(biāo)方向的運(yùn)動(dòng) 均由獨(dú)立的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，取代了普通機(jī)床上復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)鏈。數(shù)控機(jī)床（數(shù)控加工中心）通過(guò)X、Y、 Z三個(gè)坐標(biāo)來(lái)控制刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它由信息輸入設(shè)備、信息運(yùn)算及控制裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)床本體、機(jī)電接口五大部分組成，如圖1-1所示，其中除機(jī)床本體之外的部分統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC)系統(tǒng)。

1.1.1數(shù)控機(jī)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(jī)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(guò) 信息輸入設(shè)備送進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（信息運(yùn)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(pán)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，簡(jiǎn)單零件的加工程序都是采用按鍵配合顯示器（CRT) 的手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI)方式；在調(diào)整機(jī)床和對(duì)刀時(shí)采用手搖脈沖發(fā)生器的方式輸入；通過(guò) 通信接口，可采用上位機(jī)的方式輸人。

2. 信息運(yùn)算及控制裝置

信息運(yùn)算及控制裝置是由中央處理單元（CPU)、存儲(chǔ)器、總線和相應(yīng)的軟件構(gòu)成的專用計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱數(shù)控裝置（CNC裝置）。它接收到輸入的信息后，經(jīng)過(guò)譯碼、軌跡計(jì)算（速度計(jì)算）、插補(bǔ)運(yùn)算和補(bǔ)償計(jì)算，再給各個(gè)坐標(biāo)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送速度、位移指令。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，數(shù)控機(jī)床的功能強(qiáng)弱主要由這一部分決定，它具備的主要功能

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

如下：

1) 多軸聯(lián)動(dòng)、多坐標(biāo)控制。

2) 實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ)（直線、圓弧、拋物線、螺旋線、極坐標(biāo)、樣條函數(shù)等）。

3) 多種程序輸入（人機(jī)對(duì)話、手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入、由上級(jí)計(jì)算機(jī)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(biāo)轉(zhuǎn)換、絕對(duì)值/增量

值轉(zhuǎn)換等。

5) 補(bǔ)償功能。包括刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)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(dòng)態(tài)三維圖形。

9) 通信和聯(lián)網(wǎng)功能。

3.伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)又稱為伺服驅(qū)動(dòng)裝置，它接受計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后分配來(lái)的信號(hào)。該信號(hào)經(jīng) 過(guò)解調(diào)、轉(zhuǎn)換、放大后去驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)裝置分為主軸驅(qū)動(dòng)單元（主要是速度控制）、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元（包括速度控制和位置控制）、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和刀庫(kù)伺服控制裝置及其相應(yīng)的伺服電動(dòng)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的伺服系統(tǒng) 在某些具體場(chǎng)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(jī)構(gòu)。伺服系統(tǒng)還包括安裝在伺服電動(dòng)機(jī)上（或機(jī)床的執(zhí)行部件上）的速度、位移檢測(cè)元件及相應(yīng)的電路，該部分能及時(shí)將信息反饋回來(lái)，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(cè)反饋）。常用檢測(cè)裝置有測(cè)速發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、感應(yīng)同步器、光柵、磁性檢測(cè)元件、霍耳檢測(cè)元件等。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有很好的快速響應(yīng)性能，能夠靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤指令。所以，伺服驅(qū)動(dòng)及檢測(cè)反饋是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4.機(jī)床本體

數(shù)控機(jī)床的本體包括機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(tái)（刀架）、導(dǎo)軌等。普通機(jī)床上各個(gè)傳動(dòng)鏈之間有著復(fù)雜的齒輪聯(lián)系，而數(shù)控機(jī)床由計(jì)算機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)控制各個(gè)坐標(biāo)軸之間的運(yùn)動(dòng)，因此數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)鏈短，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。為了保證快速響應(yīng)，數(shù)控機(jī)床上普遍采用精密滾珠絲杠和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。為了保證數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率和髙自動(dòng)化加工，機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的動(dòng)態(tài)特性、動(dòng)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(kù)和自動(dòng)交換刀具的機(jī)械手。另外，數(shù)控機(jī)床上還有一些良好的配套設(shè)施，如冷

卻、自動(dòng)排屑、防護(hù)、潤(rùn)滑系統(tǒng)，編程機(jī)和對(duì)刀儀等，以利于充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。

5.機(jī)電接口

數(shù)控機(jī)床上除了點(diǎn)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(kāi)，各種輔助交流電動(dòng)機(jī)的起停，電磁鐵的吸合、釋放，離合器的開(kāi)合，電磁閥的打開(kāi)與關(guān)閉等。它們的動(dòng)力是由電源變壓器、控制變壓器、各種斷路器、保護(hù)開(kāi)關(guān)、接觸器、功率斷路器及熔斷器等組成的強(qiáng)電線路提供的，而這種強(qiáng)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(guò)斷路器、熱動(dòng)開(kāi)關(guān)、中間繼電器等轉(zhuǎn)換成直流低壓下工作的觸點(diǎn)的開(kāi)、合（關(guān)）動(dòng)作，成為繼電器邏輯電路或PLC可接收的信號(hào)。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(hào)，如急停、進(jìn)給保持、循環(huán)啟動(dòng)、NC準(zhǔn)備好、行程限位、JOG命令（手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給）、NC報(bào)警、程序停止、復(fù)位、M信號(hào)、S信號(hào)、T信號(hào)等，也需由PLC來(lái)傳送。這些動(dòng)作都按機(jī)床工作的邏輯順序由PLC來(lái)控制。PLC控制的是動(dòng)作的先后順序，它處理的是數(shù)字信息0和1，無(wú)論是由 PLC自帶的CPU，還是由數(shù)控裝置內(nèi)的CPU來(lái)處理這些信息，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置都能將數(shù)字控制信息和開(kāi)關(guān)量控制信息很好地協(xié)調(diào)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。

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