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1、第一章第一章 數(shù)控機床的基本知識數(shù)控機床的基本知識1.1 數(shù)控機床的基本概念數(shù)控機床的基本概念1.2 數(shù)控機床的組成和工作原理數(shù)控機床的組成和工作原理1.3 數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類1.4 數(shù)控機床的特點和應(yīng)用范圍數(shù)控機床的特點和應(yīng)用范圍1.5 數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)場和發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)場和發(fā)展趨勢1.1 數(shù)控機床的基本概念數(shù)控機床的基本概念 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床數(shù)控機床是數(shù)字控制機床(numerically controlled machine tool)的簡稱，亦稱的簡稱，亦稱NC機床，就是通過數(shù)字化的信息對機床的運動及其機床，就是通過數(shù)字化的信息對機床的運動及其加工過程進行控制加工過程進

2、行控制.實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成加工任務(wù)的機實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成加工任務(wù)的機床。床。數(shù)控機床是典型的技術(shù)密集且自動化程度很高的機電一體化加數(shù)控機床是典型的技術(shù)密集且自動化程度很高的機電一體化加工設(shè)備，是為了滿足單件、小批、多品種自動化生產(chǎn)的需要而研工設(shè)備，是為了滿足單件、小批、多品種自動化生產(chǎn)的需要而研制的一種靈活、通用的能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機床。制的一種靈活、通用的能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機床。數(shù)控機床具有適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效數(shù)控機床具有適應(yīng)性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、降低加工成本、改善工人勞動條件等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了率高

3、、降低加工成本、改善工人勞動條件等優(yōu)點。它綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果。隨著機床數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床在多方面的技術(shù)成果。隨著機床數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床在機械制造業(yè)中的地位也越來越重要。機械制造業(yè)中的地位也越來越重要。計算機數(shù)字控制機床與計算機數(shù)字控制機床與NC系統(tǒng)的主要區(qū)別是該系統(tǒng)采用微處理系統(tǒng)的主要區(qū)別是該系統(tǒng)采用微處理器器CPU作為數(shù)控裝置的核心，作為數(shù)控裝置的核心，CPU的出現(xiàn)使數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能的出現(xiàn)使數(shù)控系統(tǒng)的軟件功能大幅度提高。大幅度提高。返回1.2 數(shù)控機床

4、數(shù)控機床的的組成和工作原理組成和工作原理 1.2.1 數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的組成 作為一類典型的機電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機床主要由程序載體、作為一類典型的機電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機床主要由程序載體、人機交互裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動及檢測裝置和機床本體等部人機交互裝置、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動及檢測裝置和機床本體等部分組成分組成.如如圖圖1一一1所示。所示。1.程序載體程序載體 在數(shù)控機床上加工零件，首先要對零件圖樣上的幾何形狀、尺在數(shù)控機床上加工零件，首先要對零件圖樣上的幾何形狀、尺寸和技術(shù)條件進行工藝分析，并在此基礎(chǔ)上確定加工順序和走刀寸和技術(shù)條件進行工藝分析，并在此基礎(chǔ)上確定加工順序和走刀路線，確定主

5、運動和進給運動的工藝參數(shù)，確定加工過程中的各路線，確定主運動和進給運動的工藝參數(shù)，確定加工過程中的各種輔助操作，之后用標準格式和代碼編制出零件的加工程序。要種輔助操作，之后用標準格式和代碼編制出零件的加工程序。要對數(shù)控機床進行控制，就必須把加工程序、各種參數(shù)和數(shù)據(jù)等相對數(shù)控機床進行控制，就必須把加工程序、各種參數(shù)和數(shù)據(jù)等相關(guān)信息通過輸入設(shè)備送到數(shù)控裝置，這就需要在人機之間建立某關(guān)信息通過輸入設(shè)備送到數(shù)控裝置，這就需要在人機之間建立某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中介物就是控制介質(zhì)，也稱為程序載體，如種聯(lián)系，這種聯(lián)系的中介物就是控制介質(zhì)，也稱為程序載體，如穿孔紙帶、磁盤、鍵盤（穿孔紙帶、磁盤、鍵盤（M DI

6、）、手搖脈沖發(fā)生器等。）、手搖脈沖發(fā)生器等。目前常用的方法是用手動數(shù)據(jù)輸入方式將加工程序輸入到數(shù)控目前常用的方法是用手動數(shù)據(jù)輸入方式將加工程序輸入到數(shù)控裝置中，也可以將加工程序存儲在程序載體上。裝置中，也可以將加工程序存儲在程序載體上。下一頁返回1.2 數(shù)控機床的組成和工作原理數(shù)控機床的組成和工作原理 2.人機交互裝置人機交互裝置 數(shù)控機床的操作人員通過人機交互裝置對數(shù)控系統(tǒng)進行操作和數(shù)控機床的操作人員通過人機交互裝置對數(shù)控系統(tǒng)進行操作和控制。人機交互裝置的作用是：將程序載體上的數(shù)控代碼信息轉(zhuǎn)控制。人機交互裝置的作用是：將程序載體上的數(shù)控代碼信息轉(zhuǎn)換成電脈沖信號傳送到數(shù)控裝置的內(nèi)存儲器；對輸入

7、的加工程序換成電脈沖信號傳送到數(shù)控裝置的內(nèi)存儲器；對輸入的加工程序進行編輯和調(diào)試；進行編輯和調(diào)試；顯顯示數(shù)控機床運行狀態(tài)示數(shù)控機床運行狀態(tài);顯顯示機床參數(shù)及坐標軸示機床參數(shù)及坐標軸位置等。鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)不可缺少的人機交互裝置，現(xiàn)位置等。鍵盤和顯示器是數(shù)控系統(tǒng)不可缺少的人機交互裝置，現(xiàn)代代數(shù)控機床可以利用機床上的顯示器及鍵盤以手動方式數(shù)控機床可以利用機床上的顯示器及鍵盤以手動方式輸輸入加工入加工程序，也可以通過計算機用通信方式將自動編程產(chǎn)生的加工程序程序，也可以通過計算機用通信方式將自動編程產(chǎn)生的加工程序傳送到數(shù)控裝置。傳送到數(shù)控裝置。根據(jù)程序載體的不同方式，人機交互裝置還可以是光電閱讀

8、機、根據(jù)程序載體的不同方式，人機交互裝置還可以是光電閱讀機、磁磁帶機或軟盤驅(qū)動器等。帶機或軟盤驅(qū)動器等。下一頁返回上一頁1.2 數(shù)控機床數(shù)控機床的的組成和工作原理組成和工作原理 3.數(shù)控裝置數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是一種專用計算機，是數(shù)控機床最重要的組成部分，數(shù)控裝置是一種專用計算機，是數(shù)控機床最重要的組成部分，一般由中央處理器、存儲器、總線和輸入一般由中央處理器、存儲器、總線和輸入/輸輸出接口等組成。數(shù)控出接口等組成。數(shù)控裝置的作用是將人機交互裝置輸入的信息，通過內(nèi)部的邏輯電路裝置的作用是將人機交互裝置輸入的信息，通過內(nèi)部的邏輯電路或系統(tǒng)的控制軟件進行譯碼、存儲、運算和處理，或系統(tǒng)的控制軟件進行譯

9、碼、存儲、運算和處理，將將加工程序轉(zhuǎn)加工程序轉(zhuǎn)換成控制機床運動的信號和指令，換成控制機床運動的信號和指令，以以控制機床的各部件完成加工控制機床的各部件完成加工程序中規(guī)定的動作。數(shù)控裝置是整個數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)的核心，程序中規(guī)定的動作。數(shù)控裝置是整個數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)的核心，決定了機床數(shù)控系統(tǒng)功能的強弱。決定了機床數(shù)控系統(tǒng)功能的強弱。4.伺服驅(qū)動及檢測裝置伺服驅(qū)動及檢測裝置 伺服系統(tǒng)是由伺服控制電路、功率放大電路和伺服電動機組成伺服系統(tǒng)是由伺服控制電路、功率放大電路和伺服電動機組成的數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)，其作用是把來自數(shù)控裝置的位置信息轉(zhuǎn)變的數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)，其作用是把來自數(shù)控裝置的位置信息轉(zhuǎn)變?yōu)楦髯鴺?/p>

10、軸方向的進給運動和定位運動。檢測裝置隨時檢測伺服為各坐標軸方向的進給運動和定位運動。檢測裝置隨時檢測伺服電動機或工作臺的實際運動情況，進行嚴格的速度和位置反饋控電動機或工作臺的實際運動情況，進行嚴格的速度和位置反饋控制。伺服驅(qū)動及檢測反饋是數(shù)控機床的關(guān)鍵部分，其控制精度和制。伺服驅(qū)動及檢測反饋是數(shù)控機床的關(guān)鍵部分，其控制精度和相應(yīng)動態(tài)特性，對機床的工作性能、加工精度和加工效率有直接相應(yīng)動態(tài)特性，對機床的工作性能、加工精度和加工效率有直接的影響。的影響。下一頁返回上一頁1.2 數(shù)控機床數(shù)控機床的組成和工作原理的組成和工作原理 5.機床本體機床本體 機床本體是數(shù)控機床的主體，包括機床的主運動部件、

11、執(zhí)行部件機床本體是數(shù)控機床的主體，包括機床的主運動部件、執(zhí)行部件以及底座、立柱、刀架、工作臺等基礎(chǔ)部件。數(shù)控機床是一種高以及底座、立柱、刀架、工作臺等基礎(chǔ)部件。數(shù)控機床是一種高精度、高生產(chǎn)率和高度自動化的加工機床，與普通機床相比，它精度、高生產(chǎn)率和高度自動化的加工機床，與普通機床相比，它應(yīng)具有較高的精度和剛度、更好的抗振性和精度保持性，進給傳應(yīng)具有較高的精度和剛度、更好的抗振性和精度保持性，進給傳動部件之間的間隙要小。動部件之間的間隙要小。所以其設(shè)計要求比通用機床更嚴格，加工制造要求更高。所以其設(shè)計要求比通用機床更嚴格，加工制造要求更高。1.2.2 數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的工作原理 當在普

12、通機床上加工零件時，操作者是按照工藝設(shè)計人員事先當在普通機床上加工零件時，操作者是按照工藝設(shè)計人員事先制定好的工藝規(guī)程進行加工的。工藝規(guī)程中規(guī)定了零件加工的工制定好的工藝規(guī)程進行加工的。工藝規(guī)程中規(guī)定了零件加工的工藝路線、工序的內(nèi)容、刀具的選擇、切削用量等內(nèi)容。在實際操藝路線、工序的內(nèi)容、刀具的選擇、切削用量等內(nèi)容。在實際操作時，機床的啟動和停止、主軸轉(zhuǎn)速的改變、進給速度和進給方作時，機床的啟動和停止、主軸轉(zhuǎn)速的改變、進給速度和進給方向的變化等，都是由操作者手工操縱的。由于操作者的操作水平向的變化等，都是由操作者手工操縱的。由于操作者的操作水平不同等因索的影響，零件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性很難保證。不

13、同等因索的影響，零件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性很難保證。下一頁返回上一頁1.2 數(shù)控機床數(shù)控機床的的組成和工作原理組成和工作原理 在數(shù)控機床上加工零件則與在普通機床上的方式不同，它是按在數(shù)控機床上加工零件則與在普通機床上的方式不同，它是按照事先編寫好的程序自動地進行加工。編程人員必須把加工過程照事先編寫好的程序自動地進行加工。編程人員必須把加工過程中的所有動作和信息中的所有動作和信息(如主軸的轉(zhuǎn)速、進給速度和方向、各坐標軸如主軸的轉(zhuǎn)速、進給速度和方向、各坐標軸的運動坐標等的運動坐標等)，按照一定的順序和格式編寫在程序中，操作者無，按照一定的順序和格式編寫在程序中，操作者無法臨時改變加工過程。因此，編寫數(shù)

14、控加工程序比制定普通機床法臨時改變加工過程。因此，編寫數(shù)控加工程序比制定普通機床的加工工藝規(guī)程要復(fù)雜和細致得多。同時的加工工藝規(guī)程要復(fù)雜和細致得多。同時.由于數(shù)控機床是按編制由于數(shù)控機床是按編制好的程序自動加工的，不受操作者操作水平的影響，所以能夠保好的程序自動加工的，不受操作者操作水平的影響，所以能夠保證零件穩(wěn)定的質(zhì)量和很高的加工精度。證零件穩(wěn)定的質(zhì)量和很高的加工精度。圖圖1一一2所示是數(shù)控機床的所示是數(shù)控機床的工作原理。工作原理。1.編制加工程序編制加工程序 根據(jù)被加工零件的圖樣進行工藝方案設(shè)計，用手工編程或自動根據(jù)被加工零件的圖樣進行工藝方案設(shè)計，用手工編程或自動編程方法，將加工零件所需

15、的機床的各種動作及工藝參數(shù)等編寫編程方法，將加工零件所需的機床的各種動作及工藝參數(shù)等編寫成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的信息代碼，即加工程序。成數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的信息代碼，即加工程序。下一頁返回上一頁1.2 數(shù)控機床數(shù)控機床的的組成和工作原理組成和工作原理 2.加工程序的輸入加工程序的輸入 可以通過手動輸入方式、光電讀帶機輸入、驅(qū)動器輸入或用計可以通過手動輸入方式、光電讀帶機輸入、驅(qū)動器輸入或用計算機和數(shù)控機床的接口直接進行通信等方法，將所編寫的零件加算機和數(shù)控機床的接口直接進行通信等方法，將所編寫的零件加工程序輸入數(shù)控裝置。工程序輸入數(shù)控裝置。3.數(shù)控裝置對加工程序進行譯碼和運算處理數(shù)控裝置對加工程序進

16、行譯碼和運算處理 進入數(shù)控裝置的信息代碼經(jīng)一系列的處理和運算變成脈沖信號，進入數(shù)控裝置的信息代碼經(jīng)一系列的處理和運算變成脈沖信號，有的脈沖信號送到機床的伺服系統(tǒng)，經(jīng)傳動機構(gòu)驅(qū)動機床相關(guān)部有的脈沖信號送到機床的伺服系統(tǒng)，經(jīng)傳動機構(gòu)驅(qū)動機床相關(guān)部件完成對零件的切削加工；有的脈沖信號送到可編程序控制器中，件完成對零件的切削加工；有的脈沖信號送到可編程序控制器中，按順序控制機床的其他輔助部件，從而完成零件的夾緊、松開，按順序控制機床的其他輔助部件，從而完成零件的夾緊、松開，切削液的開閉及刀具的自動更換等動作。切削液的開閉及刀具的自動更換等動作。4.加工過程的在線檢測加工過程的在線檢測 機床在執(zhí)行加工程

17、序的過程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時檢測機床的機床在執(zhí)行加工程序的過程中，數(shù)控系統(tǒng)需要隨時檢測機床的坐標軸位置、限位開關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比較，以決坐標軸位置、限位開關(guān)的狀態(tài)等，并與程序的要求相比較，以決定下一步動作，直到加工出合格的零件。定下一步動作，直到加工出合格的零件。返回上一頁1.3 數(shù)控機床數(shù)控機床的的分類分類 數(shù)控機床的種類繁多，根據(jù)數(shù)控機床的功能和組成不同，可以數(shù)控機床的種類繁多，根據(jù)數(shù)控機床的功能和組成不同，可以從多種角度對數(shù)控機床進行分類。從多種角度對數(shù)控機床進行分類。1.3.1 按運動方式分類按運動方式分類 1.點位控制點位控制 點位控制的特點是只控制刀具相對于工件定位點的

18、位置精度，點位控制的特點是只控制刀具相對于工件定位點的位置精度，不控制點與點之間的運動軌跡，在移動過程中刀具不進行切削，不控制點與點之間的運動軌跡，在移動過程中刀具不進行切削，如如圖圖1一一3所示。為了既提高生產(chǎn)效率又保證定位精度，機床工作所示。為了既提高生產(chǎn)效率又保證定位精度，機床工作臺臺(或刀架或刀架)移動時采用機床設(shè)定的最高進給速度移動時采用機床設(shè)定的最高進給速度快速移動，在接近終點前進行分級或連續(xù)降速，達到低速趨近定快速移動，在接近終點前進行分級或連續(xù)降速，達到低速趨近定位點，以減少因運動部件慣性引起的定位誤差。最典型的點位控位點，以減少因運動部件慣性引起的定位誤差。最典型的點位控制數(shù)

19、控機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控點焊機等。制數(shù)控機床有數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控點焊機等。下一頁返回1.3 數(shù)控機床數(shù)控機床的的分類分類 2.直線控制直線控制 直線控制的特點是除了控制起點與終點之間的準確位置外，還要直線控制的特點是除了控制起點與終點之間的準確位置外，還要求刀具由一點到另一點之間的運動軌跡為一條直線，并能控制移動求刀具由一點到另一點之間的運動軌跡為一條直線，并能控制移動的速度。因為這類數(shù)控機床的刀具在移動過程中要進行切削加工，的速度。因為這類數(shù)控機床的刀具在移動過程中要進行切削加工，直線控制系統(tǒng)的刀具切削路徑只沿著平行于某一坐標軸方向運動，直線控制系統(tǒng)的刀具切削路徑只沿著

20、平行于某一坐標軸方向運動，或者沿著與坐標軸成一定角度的斜線方向進行直線切削加工。采用或者沿著與坐標軸成一定角度的斜線方向進行直線切削加工。采用這類控制系統(tǒng)的機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。這類控制系統(tǒng)的機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。圖圖1一一4生所示為直生所示為直線控制應(yīng)用于加工階梯軸的數(shù)控車床。線控制應(yīng)用于加工階梯軸的數(shù)控車床。3.輪廓控制輪廓控制 輪廓控制又稱連續(xù)控制。它的特點是能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐輪廓控制又稱連續(xù)控制。它的特點是能夠?qū)蓚€或兩個以上的坐標方向同時進行連續(xù)控制，并能對移動速度進行嚴格的、不間斷的標方向同時進行連續(xù)控制，并能對移動速度進行嚴格的、不間斷的控制。這類數(shù)控機床需要控

21、制刀尖整個運動軌跡，使它嚴格地按加控制。這類數(shù)控機床需要控制刀尖整個運動軌跡，使它嚴格地按加工表面的輪廓形狀連續(xù)地運動，并在移動時進行切削加工，可以加工表面的輪廓形狀連續(xù)地運動，并在移動時進行切削加工，可以加工任意斜率的直線、圓弧和其他函數(shù)關(guān)系曲線。采用這類控制系統(tǒng)工任意斜率的直線、圓弧和其他函數(shù)關(guān)系曲線。采用這類控制系統(tǒng)的機床有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心及數(shù)控繪圖機的機床有數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心及數(shù)控繪圖機等。等。下一頁返回上一頁1.3 數(shù)控機床數(shù)控機床的的分類分類 這類數(shù)控機床絕大多數(shù)具有兩坐標或兩坐標以上的聯(lián)動功能，不這類數(shù)控機床絕大多數(shù)具有兩坐標或兩坐標以上

22、的聯(lián)動功能，不僅有刀具半徑補償、刀具長度補償功能，而且還具有機床軸向運動僅有刀具半徑補償、刀具長度補償功能，而且還具有機床軸向運動誤差補償，絲杠、齒輪的間隙補償?shù)纫幌盗泄δ?。誤差補償，絲杠、齒輪的間隙補償?shù)纫幌盗泄δ?。近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，軟件功能不斷完善，可以通過近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，軟件功能不斷完善，可以通過計算機插補軟件實現(xiàn)多坐標聯(lián)動的輪廓控制。計算機插補軟件實現(xiàn)多坐標聯(lián)動的輪廓控制。圖圖1一一5所示是輪廓控所示是輪廓控制數(shù)控機床加工示意圖。制數(shù)控機床加工示意圖。1.3.2 按工藝用途分類按工藝用途分類 按工藝用途分類，最常用的數(shù)控機床為數(shù)控鉆床、數(shù)控車床、數(shù)按工藝用途分

23、類，最常用的數(shù)控機床為數(shù)控鉆床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和數(shù)控齒輪加工機床等金屬切削類機控銑床、數(shù)控鏜床、數(shù)控磨床和數(shù)控齒輪加工機床等金屬切削類機床。盡管這些機床在加工工藝方面存在著很大差異，但它們都適用床。盡管這些機床在加工工藝方面存在著很大差異，但它們都適用于單件、小批量和多品種的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致于單件、小批量和多品種的零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生產(chǎn)率和自動化程度。除了金屬切削加工的數(shù)控機床外，性、很高的生產(chǎn)率和自動化程度。除了金屬切削加工的數(shù)控機床外，數(shù)控技術(shù)也大量用于沖床、壓力機、彎管機、折管機、線切割機床、數(shù)控技術(shù)也大量用于沖床、壓力

24、機、彎管機、折管機、線切割機床、焊接機、火焰切割機、等離子切割機、激光切割機和高壓水切割機焊接機、火焰切割機、等離子切割機、激光切割機和高壓水切割機等非金屬切割機床。近年來在非加工設(shè)備中也大量采用數(shù)控技術(shù)，等非金屬切割機床。近年來在非加工設(shè)備中也大量采用數(shù)控技術(shù)，如數(shù)控測量機、自動繪圖機、裝配機、工業(yè)機器人等。如數(shù)控測量機、自動繪圖機、裝配機、工業(yè)機器人等。下一頁返回上一頁1.3 數(shù)控機床數(shù)控機床的的分類分類 加工中心是一種帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床，它的出現(xiàn)突破加工中心是一種帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床，它的出現(xiàn)突破了一臺機床只能進行一種工藝加工的傳統(tǒng)模式。它是以工件為中了一臺機床只能進行一種

25、工藝加工的傳統(tǒng)模式。它是以工件為中心，能實現(xiàn)工件在一次裝夾后自動地完成多種工序的加工。常見心，能實現(xiàn)工件在一次裝夾后自動地完成多種工序的加工。常見的有以加工箱體類為主的鏜銑類加工中心和幾乎能夠完成各種同的有以加工箱體類為主的鏜銑類加工中心和幾乎能夠完成各種同轉(zhuǎn)體類零件所有工序加工的車削中心。轉(zhuǎn)體類零件所有工序加工的車削中心。1.3.3 按控制方式分類按控制方式分類 1.開環(huán)控制開環(huán)控制 開環(huán)控制是指不帶位置反饋裝置的控制方式。由功率步進電動開環(huán)控制是指不帶位置反饋裝置的控制方式。由功率步進電動機為驅(qū)動器件的運動系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制。數(shù)控裝置根據(jù)所要機為驅(qū)動器件的運動系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制。數(shù)控裝

26、置根據(jù)所要求的運動速度和位移量，向環(huán)形分配器和功率放大器輸出一定頻求的運動速度和位移量，向環(huán)形分配器和功率放大器輸出一定頻率和數(shù)量的脈沖，不斷改變步進電動機各相繞組的供電狀態(tài)，使率和數(shù)量的脈沖，不斷改變步進電動機各相繞組的供電狀態(tài)，使相應(yīng)坐標軸的步進電動機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角位移，再經(jīng)過機械傳動鏈，相應(yīng)坐標軸的步進電動機轉(zhuǎn)過相應(yīng)的角位移，再經(jīng)過機械傳動鏈，實現(xiàn)運動部件的直線移動或轉(zhuǎn)動。運動部件的速度與位移量是由實現(xiàn)運動部件的直線移動或轉(zhuǎn)動。運動部件的速度與位移量是由輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定的。輸入脈沖的頻率和脈沖數(shù)決定的。圖圖1-6所示是開環(huán)控制系統(tǒng)的示所示是開環(huán)控制系統(tǒng)的示意圖。意圖。下一頁返回上

27、一頁1.3 數(shù)控機床數(shù)控機床的的分類分類 開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)簡單、調(diào)試維修方便、工作穩(wěn)定、開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)簡單、調(diào)試維修方便、工作穩(wěn)定、成本較低。由于開環(huán)系統(tǒng)的精度主要取決于伺服元件和機床傳動成本較低。由于開環(huán)系統(tǒng)的精度主要取決于伺服元件和機床傳動元件的精度、剛度和動態(tài)特性，因此它的控制精度較低。目前在元件的精度、剛度和動態(tài)特性，因此它的控制精度較低。目前在國內(nèi)用于經(jīng)濟型數(shù)控機床以及對舊機床的改造。國內(nèi)用于經(jīng)濟型數(shù)控機床以及對舊機床的改造。2.閉環(huán)控制閉環(huán)控制 閉環(huán)控制是在機床最終的運動部件的相應(yīng)位置直接安裝直線或閉環(huán)控制是在機床最終的運動部件的相應(yīng)位置直接安裝直線或回轉(zhuǎn)式檢測裝

28、置，將直接測量到的位移或角位移反饋到數(shù)控裝置回轉(zhuǎn)式檢測裝置，將直接測量到的位移或角位移反饋到數(shù)控裝置的比較器中與輸入指令位移量進行比較，用差值控制運動部件，的比較器中與輸入指令位移量進行比較，用差值控制運動部件，使運動部件嚴格按實際需要的位移量運動。閉環(huán)控制的主要優(yōu)點使運動部件嚴格按實際需要的位移量運動。閉環(huán)控制的主要優(yōu)點是將機械傳動鏈的全部環(huán)節(jié)都包括在閉環(huán)之內(nèi)，因而從理論上說，是將機械傳動鏈的全部環(huán)節(jié)都包括在閉環(huán)之內(nèi)，因而從理論上說，閉環(huán)控制的運動精度主要取決于檢測裝置的精度，而與機械傳動閉環(huán)控制的運動精度主要取決于檢測裝置的精度，而與機械傳動鏈的誤差無關(guān)。很明顯其控制精度很高，這就為高精度

29、數(shù)控機床鏈的誤差無關(guān)。很明顯其控制精度很高，這就為高精度數(shù)控機床提供了技術(shù)保障。但閉環(huán)控制除了價格昂貴之外，而且對機床結(jié)提供了技術(shù)保障。但閉環(huán)控制除了價格昂貴之外，而且對機床結(jié)構(gòu)及傳動鏈還提出了嚴格的要求，傳動鏈的剛度、間隙，導(dǎo)軌的構(gòu)及傳動鏈還提出了嚴格的要求，傳動鏈的剛度、間隙，導(dǎo)軌的低速運動特性，以及機床結(jié)構(gòu)的抗振性等因索都會增加系統(tǒng)調(diào)試低速運動特性，以及機床結(jié)構(gòu)的抗振性等因索都會增加系統(tǒng)調(diào)試的困難，甚至使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。的困難，甚至使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖圖1-7所示是閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。所示是閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。下一頁返回上一頁1.3 數(shù)控機床數(shù)

30、控機床的的分類分類 3.半閉環(huán)控制半閉環(huán)控制 半閉環(huán)控制是在開環(huán)控制伺服電動機軸上裝有角位移檢測裝置，半閉環(huán)控制是在開環(huán)控制伺服電動機軸上裝有角位移檢測裝置，通過檢測伺服電動機的轉(zhuǎn)角間接地檢測運動部件的位移通過檢測伺服電動機的轉(zhuǎn)角間接地檢測運動部件的位移(或角位移或角位移)，然后再反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸入指令進行比較，用差，然后再反饋給數(shù)控裝置的比較器，與輸入指令進行比較，用差值控制運動部件。隨著脈沖編碼器的迅速發(fā)展和性能的不斷完善，值控制運動部件。隨著脈沖編碼器的迅速發(fā)展和性能的不斷完善，作為角位移檢測裝置可以方便地直接與交流伺服電動機同軸安裝，作為角位移檢測裝置可以方便地直接與交流伺

31、服電動機同軸安裝，特別是高分辨率的脈沖編碼器的誕生，為半閉環(huán)控制提供了一種特別是高分辨率的脈沖編碼器的誕生，為半閉環(huán)控制提供了一種高性能價格比的配置方案。由于慣性較大的機床運動部件不包括高性能價格比的配置方案。由于慣性較大的機床運動部件不包括在該閉環(huán)之內(nèi)，控制系統(tǒng)的調(diào)試十分方便并具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定在該閉環(huán)之內(nèi)，控制系統(tǒng)的調(diào)試十分方便并具有良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。甚至可以把脈沖編碼器與伺服電動機設(shè)計為一個整體，使系性。甚至可以把脈沖編碼器與伺服電動機設(shè)計為一個整體，使系統(tǒng)變得更加緊湊，使用起來更為方便。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精統(tǒng)變得更加緊湊，使用起來更為方便。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精度顯然沒有閉環(huán)系統(tǒng)高，

32、但是由于采用了高分辨率的測量元件，度顯然沒有閉環(huán)系統(tǒng)高，但是由于采用了高分辨率的測量元件，這種控制方式仍可獲得比較滿意的精度和速度。系統(tǒng)調(diào)試比閉環(huán)這種控制方式仍可獲得比較滿意的精度和速度。系統(tǒng)調(diào)試比閉環(huán)系統(tǒng)方便、穩(wěn)定性好，成本也比閉環(huán)系統(tǒng)低，是一般數(shù)控機床常系統(tǒng)方便、穩(wěn)定性好，成本也比閉環(huán)系統(tǒng)低，是一般數(shù)控機床常用的伺服控制系統(tǒng)。用的伺服控制系統(tǒng)。圖圖1-8所示是半閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。所示是半閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。下一頁返回上一頁1.3 數(shù)控機床數(shù)控機床的的分類分類 1.3.4 按功能水平分類按功能水平分類 按功能水平不同可以把數(shù)控機床分為以下幾種。按功能水平不同可以把數(shù)控機床分為以下幾種。1.

33、經(jīng)濟型數(shù)控機床經(jīng)濟型數(shù)控機床 經(jīng)濟型數(shù)控機床的控制系統(tǒng)比較簡單，通常采用以步進電動機經(jīng)濟型數(shù)控機床的控制系統(tǒng)比較簡單，通常采用以步進電動機為伺服驅(qū)動元件的開環(huán)控制系統(tǒng)，分辨率為為伺服驅(qū)動元件的開環(huán)控制系統(tǒng)，分辨率為0.0l m，進給速度在，進給速度在8-15 m/min之間，最多能控制之間，最多能控制3個軸，可實現(xiàn)三軸三聯(lián)動以下的控制個軸，可實現(xiàn)三軸三聯(lián)動以下的控制一般只有簡單的一般只有簡單的CTR字符顯示或簡單數(shù)碼顯示。數(shù)控系統(tǒng)多采用字符顯示或簡單數(shù)碼顯示。數(shù)控系統(tǒng)多采用8位位CPU制。程序編制方便，操作人員通過控制臺上的鍵盤手動輸制。程序編制方便，操作人員通過控制臺上的鍵盤手動輸入指令與數(shù)據(jù)，或直接進行操作。經(jīng)濟型數(shù)控機床通常采用單板入指令與數(shù)據(jù)，或直接進行操作。經(jīng)濟型數(shù)控機床通常采用單板機或單片機數(shù)控系統(tǒng)，功能較簡單，價格低廉，主要用于車床、機或單片機數(shù)控系統(tǒng)，功能較簡單，價格低廉，