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1、数控机床的基本组成,1 数控机床的产生 随着科学技术的不断发展，机械产品日趋精密、复杂，改型也日益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能够提高产品质量和生产线，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企业采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线,在机械制造工业中，单件、小批量生产的零件约占机械加工总量的70-80。科学技术的进步和机械产品市场竞争的日趋激烈，致使机械产品不断改型、更新换代，批量相对减少，质量要求越来越高。采用专用的自动机床加工这类零件就显得很不合理，而且调整或改装用的“刚性
2、”自动生产线投资大、周期长，有时从技术上甚至是不可能实现的。 为了解决上述问题，满足多品种、小批量，特别是结构复杂、精度要求高的零件的自动化生产，迫切需要一种灵活的、通用的、能够适于产品频繁变化的“柔性”自动化机床。随计算机科学技术的发展，1952年，美国帕森斯公司(Parsons)和麻省理工学院(MIT)合作，研制成功了世界L第一台以数字计算机为基础的数字控制(numerical control，简称NC)3坐标直线插补铣床，从而使机械制造业进入了一个新阶段。,2 计算机数控的概念与发展,1计算机数控的概念 (1)数字控制(数控)的概念 NC的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断地
3、引人数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。 (2)数控机床：若机床的操作命令以数值数据形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床。 (3)数控系统： 数控系统是指计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动装置等相关设备的总称。有时则仅指其中的计算机数字控制装置。为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为数控装置。,2输入装置,输入装置的作用是将控制介质(信息载体)上的数控代码传递并存人数控系统内。根据控制介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控加上程序也是通过键盘，用手工方式直接输入数控系统。零件加工程序输人过程有两种不同的方式：一种是边读入
4、边加工，另一种是一次将军件加工程序全部读入数控装置内部的存储养，加工时再从存储器中逐段调出进行加工。,3数控装置,数控装置是数控机床的中枢。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置它的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。,4驱动装置和检测装置,驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加工出符合图样要求的零什。因此，它的伺服梢度和动态响应性能是机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器(含功率放
5、大器)和执行机构两大部分。目前大都采用自流或交流伺服电动机作为执行机构。 检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置中。数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。,5辅助控制装置,辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译，逻辑辨别和运算，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。,6机床本体,数控机床的机床本体与传统
6、机床相似，由主轴传动装置，进给传动装置、床身、工助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。,数控机床的工作原理,1程序输入 输入程序的功能有两种：一是把零件程序从阅读机或键盘经相应的缓冲器输入到零件程序存储器，二是将零件程序从程序存储器取出送入缓冲器。输入程序中均有阅读机中断处理程序、键盘中断处理程序和输入管理程序。阅读机中断处理程序将光电阅读机读入的零件加工程序，通过中导孔产生中断的方式逐行读人缓冲器，经过有效性判别、纸带垂直奇偶校验和水平奇偶检验、代码转换，在输入管理程序的配合下将内部代码存入零件
7、程序存储区。如用键盘输入零件程序(MDI方式)，则每次按键表示向CPU申请一次中断，调出键盘服务程序，对相应的键盘命令进行处理。一次中断只读一个字符，而输入管理程序则负责缓冲器的管理、读入字符的存放等。,数控机床的工作原理,2译码 译码就是从数控加工程序缓冲器或MDI缓冲器中逐个读人字符，先识别出其中的文字码和数字码，然后根据文字码所代表的功能，将后续数字码送到相应译码结果缓冲器单元中。译码程序的功能主要包括代码识别和功能代码的解释两部分。,(1)代码的识别 (2)功能代码的译码,3数据处理程序,数据处理程序有三个任务，即刀具半径补偿，速度计算(即根据合成速度算出各轴的分速度)以及辅助功能的处
8、理等。 刀具半径补偿是把零件的轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹；速度计算确定加工数据段的运动速度，开环系统根据给定进给速度F计算出频率f，而闭环、半闭环系统则根据F算出位移量；辅助功能处理是指换刀，主轴启动、停止，冷却液开、停等辅助功能的处理。数据处理是为了减轻插补工作及速度控制程序的负担，提高系统的实时处理能力，故也称为预计算。,4插补计算,插补计算是CNC系统中最重要的计算工作之一。采用数据采样的插补方法，将插补功能分割成软件插补和硬件插补两部分，控制软件把刀具轨迹分割成若干段，而硬件电路再在段的起点和终点之间进行数据的“密化”，使刀具轨迹控制在允许的误差之内。即软件实现粗插补，硬件实现细插补,5伺服(位置)控制,伺服位置控制软件的主要功能是对插补值进行处理(取全值或取其半值)，计算出位臂的命令值，同时读一次实际的反馈值，然后计算出命令值与反馈值间的差值(称为位置跟随误差)，再乘上增益系数，并加上补偿量从而得到速度命令值。,6输出程序,(1)进行伺服控制。 (2)反向间隙补偿处理 反向间隙值由程序预置。若某一轴由止向变成负向运动，则在反向前输出Q个正向脉冲；反之，若由负向变成正向运动，则在反向前输出Q个负向脉冲。 (3)进行丝杠螺距误差补偿。 (4)M，S，T辅助功能的输出,
