【正文】 第一章 概述 數(shù)控機(jī)床的基本組成及加工原理 數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床主要有以下幾個(gè)部分組成。1. 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。所有這些都是在CNC裝置協(xié)調(diào)控制、合理組織下，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地工作。他主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板、通信接口板、擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等模塊組成。2. 伺服驅(qū)動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)量裝置伺服驅(qū)動(dòng)單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置、主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。測(cè)量裝置是指位置和速度測(cè)量裝置，他是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。它是實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。主軸伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)加工的成形運(yùn)動(dòng)，其控制量為速度和位置，特點(diǎn)是能靈敏、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)CNC裝置的位置和速度指令3. 控制面板控制面板又稱為操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行信息交互的工具。操作人員可以通過它對(duì)數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行操作、編程、調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行修改和設(shè)定，也可以通過他了解對(duì)或查詢數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入輸出部件，主要由按扭站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器等部分組成4. 控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入輸出設(shè)備是磁盤和磁盤驅(qū)動(dòng)器等。此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可利用通信方式進(jìn)行信息交換。這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）/CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）的集成、FMS（柔性制造系統(tǒng)）和CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的基本技術(shù)。目前數(shù)控機(jī)床上常用的通信方式有：（1） 串行通信；（2） 自動(dòng)控制專用接口；（3） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。5. PLC、機(jī)床I/O（輸入/輸出）電路和裝置PLC是用于進(jìn)行計(jì)算機(jī)邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它有硬件和軟件組成。機(jī)床I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，是由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)：（1）接受CNC的M、S、T指令，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作；（2）接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后輸出指令控制的CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。6. 機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要有主運(yùn)動(dòng)部件（主軸、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給傳動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換（APC）系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換（ATC）系統(tǒng)和輔助裝置（如冷卻、潤滑、排削、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。 數(shù)控機(jī)床的基本加工原理 數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，先將加工過程所需的各種操作(如主軸變速、松夾工件、進(jìn)刀與退刀、開車與停車、選擇刀具、供給冷卻液等)和步驟以及與工件之間的相對(duì)位移等都用數(shù)字化的代碼表示，并按工藝先后順序組織成“NC程序”，通過介質(zhì)(如軟盤、電纜等)或手工將其輸入到機(jī)床的NC存儲(chǔ)單元中，NC裝置對(duì)輸入的程序、機(jī)床狀態(tài)、刀具偏置等信息進(jìn)行處理和運(yùn)算，發(fā)出各種驅(qū)動(dòng)指令來驅(qū)動(dòng)機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出尺寸和形狀都符合預(yù)期結(jié)果的零件。： 數(shù)控加工中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程 1. 譯碼(解釋) 譯碼程序的主要功能是將用文本格式（通常用ASCII碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標(biāo)值；進(jìn)給速度；主軸轉(zhuǎn)速；G代碼；M代碼；刀具號(hào)；子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。 2. 刀補(bǔ)處理(計(jì)算刀具中心軌跡) 用戶零件加工程序通常是按零件輪廓編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中控制的是刀具中心軌跡，因此在加工前必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的程序。 3. 插補(bǔ)計(jì)算 本模塊以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期△t定時(shí)運(yùn)行，它將由各種線形（直線，圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進(jìn)給速度F，實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)進(jìn)給軸在△t內(nèi)位移指令（△X △Y…），并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。 4. PLC控制PLC控制是對(duì)機(jī)床動(dòng)作的“順序控制”。即以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，冷卻、潤滑系統(tǒng)等的運(yùn)行等進(jìn)行的控制。5. 數(shù)控加工軌跡控制原理（1） 逼近處理① ，為欲加工的圓弧軌跡L，起點(diǎn)為P0，終點(diǎn)為Pe。CNC裝置先對(duì)圓弧進(jìn)行逼近處理。 數(shù)控加工原理圖②系統(tǒng)按插補(bǔ)時(shí)間⊿t和進(jìn)給速度F的要求，將 L分割成若干短直線 ⊿L1，⊿L2，…， ⊿Li，…，這里： ⊿Li = F⊿t （i=1，2，…）其中F：給定的進(jìn)給速度 ⊿t：數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)周期 ③用直線⊿Li逼近圓弧存在著逼近誤差δ，但只要δ足夠?。èSLi足夠短），總能滿足零件的加工要求。 ④當(dāng)F為常數(shù)時(shí)，而⊿t對(duì)數(shù)控系統(tǒng)而言恒為常數(shù)，則⊿Li的長度也為常數(shù)⊿L，只是其斜率與其在L上的位置有關(guān)。 （2）指令輸出 ①將計(jì)算出△ti 在時(shí)間內(nèi)的和作為指令輸出給Y軸，以控制它們聯(lián)動(dòng)。即：DXi222。 X 軸； DYi 222。 Y 軸。 ② 只要能連續(xù)自動(dòng)地控制X，Y 兩個(gè)進(jìn)給軸在△ti時(shí)間內(nèi)移動(dòng)量，就可以實(shí)現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的種類很多，從不同的角度進(jìn)行考察，就有不同的分類方法，通常有以下幾種分類方法。 按控制功能分類1. 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床只能控制兩個(gè)坐標(biāo)軸帶動(dòng)刀具或者工作臺(tái)，從一點(diǎn)（坐標(biāo)位置）準(zhǔn)確的快速移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)（坐標(biāo)位置），然后控制第三個(gè)坐標(biāo)進(jìn)行鉆、鏜等切削加工。他具有較高的位置定位精度，在移動(dòng)過程中不進(jìn)行切削加工，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒有要求。點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床主要用于加工平面內(nèi)的空系，主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。2. 直線控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，從一點(diǎn)以一條直線準(zhǔn)確的移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)，移動(dòng)過程中能進(jìn)行切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。現(xiàn)代組合機(jī)床采用的數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶著多軸箱向進(jìn)給進(jìn)行鉆、鏜等切削加工，它可以算做一種直線控制的數(shù)控機(jī)床。3. 輪廓控制數(shù)控機(jī)床這類數(shù)控機(jī)床具有控制幾個(gè)軸同時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，即多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)的能力，使刀具相對(duì)于工件按程序規(guī)定軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，能在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工。這類數(shù)控機(jī)床有用于加工曲線和曲面形狀零件的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心等?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是這種類型。若根據(jù)其聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)還可以細(xì)分為2軸（X、Z軸聯(lián)動(dòng)或X、Y軸聯(lián)動(dòng)）、（任意兩軸聯(lián)動(dòng)或第三軸周期進(jìn)給）、3軸聯(lián)動(dòng)（X、Y、Z 3軸聯(lián)動(dòng)）、4軸聯(lián)動(dòng)（X、Y、Z和A或B 4軸聯(lián)動(dòng)）、5軸聯(lián)動(dòng)（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和A、B 5軸聯(lián)動(dòng)