【正文】 磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤滑條件也比較優(yōu)越。3）機械傳動機構(gòu)除了部分主軸箱內(nèi)的齒輪傳動等機構(gòu)外，數(shù)控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎(chǔ)上，作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進給箱、溜板箱及其絕大部分傳動機構(gòu)，而僅保留了縱、橫進給的螺旋傳動機構(gòu)，并在驅(qū)動電動機至絲杠間增設(shè)了(少數(shù)車床未增設(shè))可消除其側(cè)隙的齒輪副。螺旋傳動機構(gòu) 數(shù)控車床中的螺旋副，是將驅(qū)動電動機所輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成刀架在縱、橫方向上直線運動的運動副。構(gòu)成螺旋傳動機構(gòu)的部件，一般為滾珠絲杠副，如圖12所示。1一螺母 2一絲杠 3一滾珠 4一滾珠循環(huán)裝置圖12 滾珠絲杠副滾珠絲杠副的摩擦阻力小，可消除軸向間隙及預(yù)緊，故傳動效率及精度高，運動穩(wěn)定，動作靈敏。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造技術(shù)要求較高，所以成本也較高。另外，自行調(diào)整其間隙大小時，難度亦較大。齒輪副 在較多數(shù)控車床的驅(qū)動機構(gòu)中，其驅(qū)動電動機與進給絲杠間設(shè)置有一個簡單的齒輪箱（架）。齒輪副的主要作用是，保證車床進給運動的脈沖當(dāng)量符合要求，避免絲杠可能產(chǎn)生的軸向竄動對驅(qū)動電動機的不利影響。4）自動轉(zhuǎn)動刀架 除了車削中心采用隨機換刀(帶刀庫)的自動換刀裝置外，數(shù)控車床一般帶有固定刀位的自動轉(zhuǎn)位刀架，有的車床還帶有各種形式的雙刀架。5）檢測反饋裝置檢測反饋裝置是數(shù)控車床的重要組成部分，對加工精度、生產(chǎn)效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類，其中工件尺寸檢測裝置又分為機內(nèi)尺寸檢測裝置和機外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少量的高檔數(shù)控車床上配用。6）對刀裝置除了極少數(shù)專用性質(zhì)的數(shù)控車床外，普通數(shù)控車床幾乎都采用了各種形式的自動轉(zhuǎn)位刀架，以進行多刀車削。這樣，每把刀的刀位點在刀架上安裝的位置，或相對于車床固定原點的位置，都需要對刀、調(diào)整和測量，并以確認(rèn)，以保證零件的加工質(zhì)量。（2） 數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)數(shù)控車床與普通車床的主要區(qū)別就在于是否具有數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)這兩大部分。如果說，數(shù)控車床的檢測裝置相當(dāng)于人的眼睛，那么，數(shù)控裝置相當(dāng)于人的大腦，伺服系統(tǒng)則相當(dāng)于人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數(shù)控車床中所處的重要位置了。 數(shù)控裝置 數(shù)控裝置的核心是計算機及其軟件，它在數(shù)控車床中起“指揮”作用：數(shù)控裝置接收由加工程序送來的各種信息，并經(jīng)處理和調(diào)配后，向驅(qū)動機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行命令；在執(zhí)行過程中，其驅(qū)動、檢測等機構(gòu)同時將有關(guān)信息反饋給數(shù)控裝置，以便經(jīng)處理后發(fā)出新的執(zhí)行命令。伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確地執(zhí)行數(shù)控裝置發(fā)出的命令，通過驅(qū)動電路和執(zhí)行元件（如步進電機等），完成數(shù)控裝置所要求的各種位移。 數(shù)控車床加工的工作原理數(shù)控車床的工作過程如圖13所示。圖13 數(shù)控車床的工作過程 （1）首先根據(jù)零件加工圖樣進行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)。（2）用規(guī)定的程序代碼和格式規(guī)則編寫零件加工程序單；或用自動編程軟件進行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。（3）將加工程序的內(nèi)容以代碼形式完整記錄在信息介質(zhì)（如穿孔帶或磁帶）上。（4）通過閱讀機把信息介質(zhì)上的代碼轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并輸送給數(shù)控裝置。由手工編寫的程序，可以通過數(shù)控機床的操作面板輸入程序；由編程軟件生成的程序，通過計算機的串行通信接口直接傳輸?shù)綌?shù)控機床的數(shù)控單元（MCU）。（5）數(shù)控裝置將所接受的信號進行一系列處理后，再將處理結(jié)果以脈沖信號形式向伺服系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行的命令。（6）伺服系統(tǒng)接到執(zhí)行的信息指令后，立即驅(qū)動車床進給機構(gòu)嚴(yán)格按照指令的要求進行位移，使車床自動完成相應(yīng)零件的加工。第二章 數(shù)控車床的進給系統(tǒng)數(shù)控機床的進給系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行元件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)，機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng)，檢測元件與反饋電路組成檢測裝置，亦稱檢測系統(tǒng)。數(shù)控機床進給系統(tǒng)中的機械傳動裝置和器件具有高壽命、高剛度、無間隙、高靈敏度和低摩擦阻力等特點。目前，數(shù)控機床進給驅(qū)動系統(tǒng)中常用的機械傳動裝置有以下幾種：滾珠絲杠副、靜壓蝸桿一蝸母條、預(yù)加載荷雙齒輪齒條及直線電動機。數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)多采用伺服電機直接或通過同步齒形帶帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)。 其橫向進給傳動系統(tǒng)是帶動刀架作橫向（X 軸）移動的裝置，它控制工件的徑向尺寸；縱向進給裝置是帶動刀架作軸向（Z 軸）運動的裝置，它控制工件的軸向尺寸。進給伺服系統(tǒng)用于完成坐標(biāo)軸的驅(qū)動，是數(shù)控機床的重要組成部分。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)和常規(guī)機床的進給系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別：常規(guī)機床的進給系統(tǒng)只能傳送恒定的驅(qū)動力和速度，不能接受隨機信號對其進行修正伺服驅(qū)動系統(tǒng)是一個完整的控制系統(tǒng)它由伺服控制電路、功率放大電路和伺服電動機組成。伺服驅(qū)動的作用，是把來自數(shù)控裝置的位置控制移動指令轉(zhuǎn)變成機床工作部件的運動，使工作臺按規(guī)定軌跡移動或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件，即把數(shù)控裝置送來的微弱指令信號，放大成能驅(qū)動伺動電動機的大功率信號。常用的伺服電動機有步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機。根據(jù)接收指令的不同，伺服驅(qū)動有脈沖式和模擬式，而模擬式伺服驅(qū)動方式按驅(qū)動電動機的電源種類，可分為直流伺服驅(qū)動和交流伺服驅(qū)動。步進電動機采用脈沖驅(qū)動方式，交、直流伺服電動機采用模擬式驅(qū)動方式。電機伺服進給系統(tǒng) 當(dāng)前廣泛應(yīng)用的電機伺服直線進給系統(tǒng)，通常由變頻調(diào)速電機、機械傳動環(huán)節(jié)、機床滑臺和位置調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)組成，見圖21。圖21 電機伺服進給系統(tǒng)構(gòu)造原理 帶有數(shù)字式變頻接口的同步電動機越來越多地用作驅(qū)動源。為了抵消幾何誤差和提高直線運動的動態(tài)性能，同步電動機通過抗扭的小慣量聯(lián)軸節(jié)同滾珠絲桿傳動副相連。如果需要變速或減小慣量力矩以適應(yīng)電機特性，可以應(yīng)用齒形帶傳動。為了優(yōu)化高速傳動滾珠絲桿的定位，最好使用特制的向心推力球軸承。成型滾動導(dǎo)軌能夠滿足高速導(dǎo)向的要求。直接或間接位置測量光學(xué)系統(tǒng)采用增量式計數(shù)，通過應(yīng)用特殊的插值方法，可以使測量分辨率在(40～60)m/min 進給速度下達到1?m以內(nèi)。上述組件的任意組合可能導(dǎo)致局部發(fā)生矛盾的作用，會影響高速進給系統(tǒng)的功效，需要仔細(xì)選擇優(yōu)化。直線電機驅(qū)動的進給系統(tǒng)固有頻率woL600s1，比電機伺服進給系統(tǒng)的固有頻率woL=(40～120)s1提高數(shù)倍。加上定位精度高和調(diào)節(jié)頻帶寬，運動速度高和加速能力極強，直接直線驅(qū)動尤其在測量系統(tǒng)中、激光和高速切削加工中得到應(yīng)用。 圖22 直流電機工作原理 直線電機由原始級和次級部件兩個要素構(gòu)成，見圖22。原始級部件常用旋轉(zhuǎn)式電機的定子來比擬。次級部件是永久磁鐵所在之處或者異步電機中作為反應(yīng)件工作的那部分。直線電機也有同步和異步之分。同步電機的次級部件必須在整個進給長度上配裝有相對昂貴的永久磁鐵。需要量比旋轉(zhuǎn)式電機多許多倍。另一個缺點是失電時仍具有磁吸引力，而且很難通過罩蓋阻切止屑粘附在次級部件上，加大了裝配和去屑的難度。異步電機的次級部件由短路棒組成，制造上價廉物美，在行程很長時明顯比永久磁鐵勵磁的電機便宜。同步電機的基本優(yōu)點是持續(xù)進給力較高，次級部件中無電功率損失。能否可及時地保護次級部件避免在生產(chǎn)時受到切屑影響，將決定同步電機在金屬切削機床上的用。 通過位置的時間微分或者借助狀態(tài)觀察器估計，可以確定直線電機進給系統(tǒng)的進給速度。同旋轉(zhuǎn)式電機相比，當(dāng)進給速度較高時，由于所謂的長度末端效應(yīng)直線電機的運動可能發(fā)生偏差。伺服系統(tǒng)性能的高低會直接影響數(shù)控機床加工的速度、位置精度及加工的形狀精度。在使用較多的交流伺服系統(tǒng)中，一些制造商已經(jīng)在伺服系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置了提高控制精度和防止產(chǎn)生機械振動的電路和控制軟件，在機床安裝調(diào)試時伺服系統(tǒng)可以自動進行過程均衡。 進給系統(tǒng)的控制原理一般情況，機床單軸模擬進給系統(tǒng)構(gòu)成如圖23 所示，數(shù)控系統(tǒng)主要用于對位置運動的控制。在給定位置輸入Xi(s)后就會產(chǎn)生位置偏差信號E(s)，伺服驅(qū)動系統(tǒng)就根據(jù)此偏差驅(qū)動電機帶動絲桿轉(zhuǎn)動，并通過絲桿螺母移動工作臺產(chǎn)生位移輸出X0(s)，固定在工作臺上的直線位移檢測裝置（光柵尺）將輸出X0(s)檢測出來，檢測結(jié)果再經(jīng)過放大作為反饋信號B(s)與輸入Xi(s)進行比較。如果跟隨誤差E(s)= Xi(s) X0(s)≠0，則繼續(xù)通過驅(qū)動裝置驅(qū)動工作臺移動直到跟隨誤差E(s)=0，系統(tǒng)輸出才會停止改變。這就是典型的反饋控制回路，如無反饋回路，則此系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)。電流環(huán)一般包含在所用的驅(qū)動器中，而速度環(huán)僅檢測電機和絲桿的轉(zhuǎn)速，所以在此處暫不考慮電流環(huán)和速度環(huán)。圖23 數(shù)控機床進給系統(tǒng) ：床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑：410mm；滑板上最大工件回轉(zhuǎn)直徑：210mm；尾架套筒行程：100mm最大加工長度：750mm；X/Z軸最大行程：200/750mm主軸通孔直徑：52 mm、定位精度 縱向(z) 橫向(x) 重復(fù)定位精度：縱向(z) 橫向(x) 快速進給速度：X軸（橫向）4000mm/mi