數(shù)控機床（Numerical Control Tools）是采用數(shù)字化信號，通過可編程的自動控制工作方式，實現(xiàn)對設(shè)備運行及其加工過程產(chǎn)生的位置、角度、速度、力等信號進行控制的新型自動化機床。數(shù)控機床的計算機信息處理及控制的內(nèi)容主要包括：基本的數(shù)控數(shù)據(jù)輸入輸出、直線和圓弧插補運算、刀具補償、間隙補償、螺距誤差補償和位置伺服控制等。一些先進的數(shù)控機床甚至還具有某些智能的功能，如螺旋線插補、刀具監(jiān)控、在線測量、自適應(yīng)控制、故障診斷、軟鍵（SoftKey）菜單、會話型編程、圖形仿真等。數(shù)控機床的大部分功能對實時性要求很強，信息處理量也較大，因此許多數(shù)控機床都采用多微處理器數(shù)控方式。
一般數(shù)控機床通常是指數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜銑床等，它們的下述特點對其組成自動化制造系統(tǒng)是非常重要的。
1、柔性高
數(shù)控機床按照數(shù)控程序加工零件，當(dāng)加工零件改變時，—般只需要更換數(shù)控程序和配備所需的刀具，不需要靠模、樣板、鉆鏜模等專用工藝裝備。數(shù)控機床可以很快地從加工一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ち硪环N零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，適合于多品種小批量生產(chǎn)。
2、自動化程度高
數(shù)控程序是數(shù)控機床加工零件所需的幾何信息和工藝信息的集合。幾何信息有走刀路徑、插補參數(shù)、刀具長度和半徑補償；工藝信息有刀具、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、冷卻液開/關(guān)等。在切削加工過程中，自動實現(xiàn)刀具和工件的相對運動，自動變換切削速度和進給速度，自動開/關(guān)冷卻液，數(shù)控車床自動轉(zhuǎn)位換刀。操作者的任務(wù)是裝卸工件、換刀、操作按鍵、監(jiān)視加工過程等。
3、加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定
現(xiàn)代數(shù)控機床裝備有CNC數(shù)控裝置和新型伺服系統(tǒng)，具有很高的控制精度，普遍達到1 rn，高精度數(shù)控機床可達到0.2 m。數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，對反向間隙和絲杠螺距誤差以及刀具磨損進行補償，因而數(shù)控機床能達到較高的加工精度。對中小型數(shù)控機床，定位精度普遍可達到0.03mm，重復(fù)定位精度可達到0.0lmm。數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)和機床結(jié)構(gòu)都具有很高的剛度和穩(wěn)定性，制造精度也比普通機床高。當(dāng)數(shù)控機床有3～5軸聯(lián)動功能時，可加工各種復(fù)雜曲面，并能獲得較高精度。由于按照數(shù)控程序自動加工，避免了人為的操作誤差，因而同一批加工零件的尺寸一致性好，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
4、生產(chǎn)效率較高
零件加工時間由機動時間和輔助時間組成，數(shù)控機床加工的機動時間和輔助時間比普通機床明顯減少。數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速范圍和進給速度范圍比普通機床大，主軸轉(zhuǎn)速范圍通常在 10～6000r/min，高速切削加工時可達15000r/min，進給速度范圍上限可達到10～12m/min，高速切削加工進給速度甚至超過30m /min，快速移動速度超過30～60m/min。主運動和進給運動一般為無級變速，每道工序都能選用最有利的切削用量，空行程時間明顯減少。數(shù)控機床的主軸電動機和進給驅(qū)動電動機的驅(qū)動能力比同規(guī)格的普通機床大，機床的結(jié)構(gòu)剛度高，有的數(shù)控機床能進行強力切削，有效地減少機動時間。
5、具有刀具壽命管理功能
構(gòu)成FMC和FMS的數(shù)控機床具有刀具壽命管理功能，可對每把刀的切削時間進行統(tǒng)計，當(dāng)達到給定的刀具耐用度時，自動換下磨損刀具，并換上備用刀具。
6、具有通信功能
現(xiàn)代數(shù)控機床一般都具有通信接口，可以實現(xiàn)上層計算機與數(shù)控機床之間的通信，也可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，同時還可以直接對幾臺數(shù)控機床進行控制。通信功能是實現(xiàn)DNC、FMC、FMS的必備條件。
圖1 數(shù)控裝置的基本組成框圖
圖 1是數(shù)控裝置的基本組成框圖，其中1為加工零件的圖樣，作為數(shù)控裝置工作的原始數(shù)據(jù)，2為程序編制部分，3為控制介質(zhì)，也稱為信息載體，通常用穿孔紙帶、磁帶、軟磁盤或光盤作為記載控制指令的介質(zhì)?？刂平橘|(zhì)上存儲了加工零件所需要的全部操作信息，是數(shù)控系統(tǒng)用來指揮和控制設(shè)備進行加工運動的唯一指令信息。但在現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)中，可不經(jīng)控制介質(zhì)，而是將計算機輔助設(shè)計的結(jié)果及自動編制的程序加以后置處理，直接輸入數(shù)控裝置。
圖1中的4為數(shù)控系統(tǒng)，它是數(shù)控機床的核心環(huán)節(jié)。數(shù)控系統(tǒng)的作用是按接收介質(zhì)輸入的信息，經(jīng)處理運算后去控制機床運行。按數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成特征來分類，可分為硬線數(shù)控與軟線數(shù)控。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)（即系統(tǒng)的核心數(shù)字控制裝置）是由各種邏輯元件、記憶元件組成的隨機邏輯電路，是采用固定接線的硬件結(jié)構(gòu)，數(shù)控功能是由硬件來實現(xiàn)的，這類數(shù)控系統(tǒng)稱之為硬件數(shù)控。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，微處理器和微型計算機功能增強，價格下降，數(shù)字控制裝置已發(fā)展成為計算機數(shù)字控制（Computer Numerical Contro1）裝置，即所謂的 CNC裝置，它由軟件來實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。CNC系統(tǒng)是由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器（PC或可編程邏輯控制器 PLC）、主軸控制單元及速度控制單元等部分組成，如圖2所示。CNC系統(tǒng)中，可編程控制器PC是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)計算機。它采用可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等特定功能的用戶操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PC已成為數(shù)控機床不可缺少的控制裝置。CNC和PC（PLC）諧調(diào)配合共同完成數(shù)控機床的控制，其中CNC主要完成與數(shù)字運算和管理有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補運算、譯碼、位置伺服控制等。PC主要完成與邏輯運算有關(guān)的一些動作，沒有軌跡上的具體要求，它接受CNC的控制代碼 M（輔助功能）、S（主軸轉(zhuǎn)速）、T（選刀、換刀）等順序動作信息，對其進行譯碼，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制，控制輔助裝置完成機床相應(yīng)的開關(guān)動作，如工件的裝夾、刀具的更換、切削液的開關(guān)等一些輔助動作，它還接受機床操作面板的指令，一方面直接控制機床的動作，另一方面將一部分指令送往CNC用于加工過程的控制。
圖2 CNC系統(tǒng)框圖
圖 1中5為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它包括伺服驅(qū)動電路（伺服控制線路、功率放大線路）和伺服電動機等驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。它們與工作本體上的機械部件組成數(shù)控設(shè)備的進給系統(tǒng)，其作用是把數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令（脈沖信號）轉(zhuǎn)換成執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移。數(shù)控裝置可以以足夠高的速度和精度進行計算并發(fā)出足夠小的脈沖信號，關(guān)鍵在于伺服系統(tǒng)能以多高的速度與精度去響應(yīng)執(zhí)行，整個系統(tǒng)的精度與速度主要取決于伺服系統(tǒng)。伺服驅(qū)動電路把數(shù)控裝置發(fā)出的微弱電信號（5V 左右，毫安級）放大成強電的驅(qū)動電信號（幾十、上百伏，安培級）去驅(qū)動執(zhí)行元件。伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件主要有步進電動機、電液脈沖馬達、直流伺服電動機和交流伺服電動機等，其作用是將電控信號的變化轉(zhuǎn)換成電動機輸出軸的角速度和角位移的變化，從而帶動機械本體的機械部件做進給運動。
圖1中6 為坐標(biāo)軸或執(zhí)行機構(gòu)的測量裝置。前者用以測量坐標(biāo)軸（如工作臺）的實際位置，并將測量結(jié)果反饋到數(shù)控系統(tǒng)（或伺服驅(qū)動系統(tǒng)），形成全閉環(huán)控制；后者用以測量執(zhí)行伺服電動機軸的位置，并予以反饋，形成半閉環(huán)控制。測量反饋裝置的引入，有效地改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，大大提高了零件的加工精度。
圖1中7為輔助控制單元，用于控制其他部件的工作，如主軸的起停、刀具交換等。
圖1中8為坐標(biāo)軸，如平面運動工作臺的X、Y軸。
數(shù)控系統(tǒng)的工作本體是加工運動的實際執(zhí)行部件，主要包括主運動部件、進給運動執(zhí)行部件、工作臺及床身立柱等支撐部件，此外還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置，存放刀具的刀架、刀庫或交換刀具的自動換刀機構(gòu)等。對工作本體的要求是，應(yīng)有足夠的剛度和抗振性，要有足夠的精度，熱變形小，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要簡單，便于實現(xiàn)自動控制。
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