数控机床组成及各部分的工作原理。
2023-01-09本文主要是 数控机床组成及各部分的工作原理。 相关的知识问答，如果你也了解，请帮忙补充。
数控机床是有控制介质、人机交互设备、计算机数控（CNC）装置、进给伺服系统、主轴驱动系统、可编程控制器（PLC）、反馈系统、自适应控制和机床本体等部分组成，其工作原理如下：
控制介质，要对数控机床进行控制，就必须在人与数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物质就是控制介质。
人机交互设备，数控机床在加工运行时，通常需要操作人员对数控系统进行干预及对输入的加工程序进行编辑、修改和调试，数控系统也要显示数控机床运行状态等。
计算机数控装置，数控装置是数控机床的中枢，目前，绝大部分数控机床采用微型计算机控制。
进给伺服驱动系统，伺服驱动系统的作用是把来自数控装置的位置控制移动指令变成机床工作部件的运动。
主轴驱动系统，机床的主轴驱动系统和进给伺服驱动系统。
可编程控制器，的作用是对数控机床进行辅助控制。
反馈系统，包括位置反馈和速度反馈。
自适应控制器，数控机床工作台的位移量和速度等过程参数可在编写程序时用指令确定。
机床主体，数控机床主体由床身、立柱和工作台等组成。
数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。加工程序载体：数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。数控装置：数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC（Computer Numerical Control）形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（Software NC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。1）输入装置：将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC（直接数控）输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。
（1）纸带输入方式。可用纸带光电阅读机读入零件程序，直接控制机床运动，也可以将纸带内容读入存储器，用存储器中储存的零件程序控制机床运动。（2）MDI手动数据输入方式。操作者可利用操作面板上的键盘输入加工程序的指令，它适用于比较短的程序。在控制装置编辑状态（EDIT）下，用软件输入加工程序，并存入控制装置的存储器中，这种输入方法可重复使用程序。一般手工编程均采用这种方法。在具有会话编程功能的数控装置上，可按照显示器上提示的问题，选择不同的菜单，用人机对话的方法，输入有关的尺寸数字，就可自动生成加工程序。（3）采用DNC直接数控输入方式。把零件程序保存在上级计算机中，CNC系统一边加工一边接收来自计算机的后续程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM软件设计的复杂工件并直接生成零件程序的情况。2）信息处理：输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括：零件的轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等）、加工速度及其他辅助加工信息（如换刀、变速、冷却液开关等），数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。3）输出装置：输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规定要求运动。伺服与测量反馈系统：伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。测量元件将数控机床各坐标
机床主体：机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点：1）采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减少热变形对机床主机的影响。2）广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。3）采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。数控机床辅助装置：辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。
参考知识B 第一节 输入装置输入装置是整个数控系统的初始工作机构，它将准确可靠的接收信息介质上所记录的“工程语言”、运算及操作指令等原始数据，转为数控装置能处理的信息，并同时输送给数控装置。
输入信息的方式分手动输入和自动输入。手动输入简单、方便但输入速度慢容易出错。现代数控机床普遍采用自动输入，其输入形式有光电阅读机、磁带阅读机及磁盘驱动器以及无带自动输入方式。
其它输入方式:
1.无带自动输入方式
在高档数控机床上，设置有自动编程系统和动态模拟显示器（CRT）。将这些设备通过计算机接口与机床的数控系统相连接,自动编程所编制的加工程序即可直接在机床上调用,无需经制控制介质后再另行输入。
2.触针接触式阅读机输入方式
又称为程控机头或电报机头，结构简单，阅读速度较慢，但输入可靠、价格低廉故在部分线切割机床加工中仍在用。
3.磁带、磁盘输入方式
磁带输入方式进行信息输入，其信息介质为“录音”磁带，只不过录制的不是声音，而是各种数据。
加工程序等数据信息一方面由微机内的磁盘驱动器“写入”磁盘上进行储存，另外也由磁盘驱动器进行阅读并通过微机接口输入到机床数控装置中去。
第二节 数控装置
数控装置是数控机床的核心，数控机床几乎所有的控制功能（进给坐标位置与速度，主轴、刀具、冷却及机床强电等多种辅助功能）都由它控制实现。因此数控装置的发展，在很大程度上代表了数控机床的发展方向。
数控装置的作用是接收加工程序等送来的各种信息，并经处理分配后，向驱动机构发出执行的命令，在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，经处理后，发出新的命令。
一、数控装置的组成
1、数字控制的信息
1）几何信息——是指通过被加工零件的图样所获得的几何轮廓的信息。
这些信息由数控装置处理后，变为控制各进给轴的指令脉冲，最终形成刀具的移动轨迹。几何信息的指令，由准备功能G具体规定。
2）工艺信息———通过工艺处理后所获得的各种信息。
包括工艺准备、刀具选择、加工方案（走刀路线、切削用量等）及补偿方案等各方面信息。
加工实际经验的积累，也是获得工艺信息的有效途径。
3）辅助信息——泛指除几何、工艺信息之外的其它信息，其作用主要为控制机床辅助动作。 如主轴的启、停与调速、换向，冷却液的开、关，零件的夹紧与松开，以及找刀、换刀等各种信息。
2、数控机床用计算机简介
数控的实质是计算机控制。计算机技术的高速发展，开辟了数字技术综合应用的新领域，促进了生产过程自动化的不断发展。
1）电子计算机的组成:电子计算机由软件和硬件两大部分组成。
硬件即指设备，它包括构成计算机的集成电路、存储器、接口元件等。软件是以程序为中心的信息组合，软硬件结合,才能实现所给定的功能。
电子计算机的基本结构（硬件）:电子计算机的基本结构由中央处理器（CPU）、存储器（PAM、 ROM和输入/输出部分（I/O）三部分组成。
电子计算机的软件部分:上述计算机的基本结构式是指硬件部分，但仅有硬件部分，只是具备了计算机或过程控制的可能性。要使计算机真正能进行计算或过程控制，还必须软件的支持。计算机运行的程序通过程序设计确定，使计算机完成指定的工作。
二、数控装置的工作原理
数控装置的工作原理就是指控制各进给坐标所需进给脉冲的基本规律。通过插补原理和逐点比较法进行说明。
1、插补原理
1）脉冲当量是数控机床的一个基本参数，数控系统每发出一个进给脉冲，机床机械运动机构就产生一个相应的位移量，一个脉冲所对应的位移量称为脉冲当量。它是脉冲分配计算中的基本单位。用Q表示:
Q——脉冲当量（MM）
θ——步距角（伺服电机在输入一个脉冲时所转过的角度）
L——传动螺旋副的导程
i——伺服电机至螺旋副间的传动比
同理可得刀具位移的关系式：S=QN
S——刀具运动的位移量（MM）
N——脉冲个数
2）插补的概念
插补运动的产生
将两个或两个以上的进给轴的直线运动合成，以实现所需轮廓的运动轨迹。在数控技术中这种合成的复杂运动称为插补运动。数控装置为了完成机床所需插补运动而进行的一系列运算，即称为插补运算；在其插补运动过程中，每一个单位脉冲（即每一步）所到达的终点，称为插补点。
插补运动的实际轨迹始终不可能与其理想轨迹完全相同，插补点一般也不会落在理想轨迹上。
当进给运动的轨迹不与坐标轴平行时，则经数控插补后的实际轨迹均由很多线段组成，其折线交点即插补点不能与理想轨迹重合，每一个交点的位置将由数控系统确定并控制。 因为数控系统所进行的插补运算，是以最小设定单位为插补单位的，所以在完成加工的零件上，看不出实际插补轨迹的折线形状。实际终点与理想终点的误差，一般不超过半个脉冲。
数控系统的脉冲当量越小，插补运动的实际轨迹就越接近理想轨迹，加工精度就越高。 插补概念——根据给定的信息，在理想轮廓（或轨迹）上的已知两点之间，确定一些中间点的一种方法。
插补原理——通过插补计算的结果，对各进给坐标所需进给脉冲个数、频率及方向进行分配，以实现进给轨迹控制，这就是插补原理。
插补原理是数控技术中的基本原理之一，它广泛应用在除点位控制机床以外的各种机床?Q?Li360
数控装置中。
插补的类型由其给定的信息的类型决定，给定信息为一次函数时计算机进行的插补类型为直线插补；二次函数时根据二次曲线的不同类型又有圆弧、抛物线、椭圆、渐开线及螺旋线等插补类型。它们都可以通过计算机软件方式实现。
2、逐点比较法
应用插补原理的方法有很多种，如逐点比较法、数字积分法及单步追踪法等。在对平面曲线进行插补的各种方法中，最常用的是逐点比较法。采用这种方法进行插补的优点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输入脉冲的速度变化小，以及调节方便、简便易行。 逐点比较法是一种边判别边逼近的方法，帮又称为逼近法或区域判别法。在逐点比较法的应用中，插补点在主运动的坐标轴方向每进一步都必须经过偏差判别、刀具进给、偏差计算并判别、终点判别四个工作节拍。
第三节 数控机床主传动系统
一、主传动系统的要求
1、宽调速、无极调速
2、高刚度、低噪声
3、高抗振性、高热稳定性
二、主传动的变速方式
1、经皮带和变速齿轮的主传动
传动方式特点：可扩大恒功率调速范围,扩大主轴出转距,具有齿轮传动缺点。
2、齿轮变速方式
主轴正反转、启停与制动均是靠直接制动电机 来实现，而齿轮的变速操纵常采用液压拨叉与电磁离合器来实现。
带传动与齿轮传动的传动系统图
3、由调速电机直接驱动的主传动
这种电动机是将主电动机直接与主轴连接，带动主轴转动，大大简化了主轴箱体结构
,
有效提高了主轴刚度。
缺点：减少了皮带降速传动，其主轴的输出转矩更小，而且主电动机的发热对主轴精度的影响更大。
2、经带传动的主传动
由无极变速的主轴电机经皮带传动直接带动主轴运转的主运动形式。这种变速方式一般用于中小型数控机床，用于调速范围不大，转距也不需太高的场合。它可避免齿轮传动时引起的振动与噪声，从而大提高主轴的运转精度。
随现代主轴伺服电动机的发展，出现了能实现宽范围无极调速的宽域主电动机，使主的输出特性得到很好的改善，扩大了恒功率的调速范围，并提高了输出转距。在避免齿轮传动不足的情况下，又能保持齿轮传动带来的优点。使数控机床在机械结构上朝着优化的方向前进了一大步。
第四节 伺服系统
一、伺服系统的作用及分类
1、伺服系统的作用
伺服系统位于数控装置与机床主体之间，它的作用是将从数控装置输出线路接收到的微弱电信号（脉冲电压约5V左右，脉冲电流为毫安级），经功率放大等电路放大为较强的电信号（驱动电压约几十伏至几百伏，电流可达几十安培）然后将接收的上述数字量信息转换成模拟量（执行电机轴的角位移和角速度）信息，从而驱动执行电机带动机床运动部件按约定的速度和位置进行运动。
二、数控进给伺服系统的要求
与普通机床相比，对数控机床进给系统的设计要求，除了具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，系统跟踪指令信号的响应要快，稳定性要好，可概括为以下几点要求：
1．高的精度要求
2．宽的调速范围
3．快的响应速度
4．好的稳定性
5．大的转矩输出
三、数控进给系统的伺服驱动装置
数控机床的伺服系统一般由驱动装置与机械传动执行件等组成，对于半闭环、闭环控制系统还包括位置检测环节。而驱动装置是由驱动元件电动机和电动机驱动控制单元两部分组成，通常它们由同一生产厂家配套提供给机床制造厂。进给伺服驱动装置用于数控机床各坐标轴的进给运动，进给驱动用的伺服电动机主要有步进电动机和交流、直流调速电动机，电动机作为驱动元件是伺服系统的关键之一。
四、数控进给传动结构
进给传动结构是进给伺服系统的主要组成部分，它是将伺服电动机的旋转运动转化为执行部件的直线移动或回转运动，以保证刀具与工件相对位置关系为目的。在数控机床中，进给运动是数字控制系统的直接控制对象。无论是开环还是闭环伺服进给系统，工件的精度均要受到进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，数控机床的进给系统应力求做到减少摩擦力，提高传动精度与刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量等。目前，在数控机床进给驱动系统中常用的机械传动装置主要有：滚珠丝杠螺母副、静压蜗杆－蜗母条、预加载荷双齿轮－齿条及双导程蜗杆等。
1．滚珠丝杠螺母副传动
为了提高数控机床进给系统的快速响应性能和运动精度，必须减少运动件的摩擦阻。
2．光栅与磁栅
(1)光栅。计量光栅有长光栅和圆光栅两种，前述的增量式光电脉冲编码器实际上就是属于一种圆光栅。通常的光栅尺是指长光栅。光栅尺是一种直线精密检测元件，在数控机床上属于直接测量，用于直接测量工作台的移动，通常是全闭环控制系统用得较多且历史悠久的测量装置。
光栅尺由标尺光栅和指示光栅组成。标尺光栅安装在机床移动部件上，其有效长度即为工作台移动的全行程，光栅长度较长，也称长光栅。而指示光栅安装在机床固定部件上，相当于一个读数头，也称短光栅。两光栅均为长度不同的条形光学玻璃，其上刻有一系列均匀密集的刻纹，两块光栅的刻纹密度相同，是根据所测精度决定的。通常每毫米刻50，100，200，250等条纹。当两光栅平行放置且保持一定间隙(0．05～0．1 mm)，并将指示光栅在其自身平面内转过一个很小角度时，由于光的衍射作用，就会产生明暗交替的干涉条纹，称为莫尔(横向)条纹，其方向与光栅刻线几乎垂直。如果将标尺光栅在光栅长度方向上移动，则可看到莫尔条纹也跟着移动，但方向与光栅移动方向垂直，当标尺光栅移动一个条纹时，莫尔条纹也正好移动一个条纹。通过光敏元件可以测定莫尔条纹的数目和频率，即可测出光栅移动的距离和速度。同光电编码器类似，用相位差1／4周期的两个光敏元件，还可以测得工作台移动的方向。
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不知道你要的是什么公司产的，我学的是这样的：
伺服驱动器采用松下Panasonic交流伺服驱动器,型号是MSDA023A1A,与该驱动器配套的伺服电机型号是MSMA022A1C，电机电压为200V，电机额定输出功率为200W，电机额定转速为3000r/min,配套的编码器为11线2500脉冲/转增量式编码器。
运动控制器采用固高公司生产的GT-400-SV运动控制卡，核心是ADSP2181数字信号处理器。
系统各硬件的连接如图1，图中运动控制卡控制四个电机，在该实验系统中采用两轴工作平台，所以运动控制卡只需要控制两个电机。运动控制卡插在PC机的扩展槽中，连接板、驱动器被封装在电控箱中，电机和光电编码器安装在X/Y工作平台工作轴的非负载端。
系统信号的流向如图1所示，由PC机作为上位机主要完成译码、将插补指令下发到下位机（运动控制卡）以及控制各种辅助动作及其连锁等，并显示各种控制信号的状态。PC机与运动控制卡通过PCI总线进行通讯。
连接板主要起控制卡将理论位置信号与反馈回来的电机实际位置信号进行处理来达到X/Y工作平台的精确定位，同时给伺服驱动器速度指令。
伺服驱动器将运动控制卡给的速度指令与反馈回来的电机实际速度进行比较后给出进给指令，并经过放大后驱动伺服电机。
光电编码器同电机一起旋转，通过输出脉冲的频率来检测电机的角位移和旋转速度，将电机的位置信号和速度信号分别反馈给运动控制卡和伺服驱动器。
该数控系统属于半闭环控制，光电编码器实际检测的是电机的实际位置和速度，而不是X/Y工作平台的实际位置。系统的控制方框图如下
