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1、数控设备与编程数控设备与编程（第二版）（第二版）（数控技术运用专业）第2版 主编 杨仲冈下页下页返回返回n n-1-1数控机床的组成及工作原理数控机床的组成及工作原理n n n n 数控设备基本知识n n数控技术概念n n 采用数字信号构成的控制程序对某一对象进行控制一门技术。（NC）n n数控设备n n 采用数控技术的机械设备，数控加工就是采用数字信号控制设备的工作过程。数控设备特点数控设备特点数控机床数控机床的特点是什么的特点是什么?答：答：1 1、对加工对象改型的适应性强、对加工对象改型的适应性强2 2、加工精度高、加工生产率高、加工精度高、加工生产率高3 3、操作者的劳动强度减轻、操作
2、者的劳动强度减轻4 4、良好的经济效益、良好的经济效益5 5、有利于生产管理的现代化、有利于生产管理的现代化6 6、调试和维修较复杂，需专门的技、调试和维修较复杂，需专门的技 术人员术人员下页下页上页上页1-3 数控机床的组成与工作原理数控机床的组成与工作原理图：数控机床的组成图：数控机床的组成人机交人机交互设备互设备控制控制介质介质（程（程序）序）数控数控装置装置辅助控制辅助控制装置装置进给伺服进给伺服驱动系统驱动系统检测反检测反馈装置馈装置机床本体（进机床本体（进给运动、主运给运动、主运动、辅助操作）动、辅助操作）主轴伺服主轴伺服驱动系统驱动系统返回返回控控 制制 介介 质质定义：定义：要
3、对机床进行控制，就必须在人与数控机床要对机床进行控制，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就是之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物就是控制介质控制介质，又称信息载体。，又称信息载体。作用：作用：用于记载各种加工信息，如零件加工的工艺用于记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零过程、工艺参数等，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。件的机械加工。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回人人 机机 交交 互互 设设 备备定义：定义：具有人机联系功能的设备统称为具有人机联系功能的设备统
4、称为人机交互设人机交互设备备。作用：作用：它是操作人员与数控装置进行信息交流的工它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。具。组成：组成：MDI键盘和显示器。键盘和显示器。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回数数 控控 装装 置置数控装置是数控机床的中枢数控装置是数控机床的中枢作用：作用：数控装置从内部存储器中取出或接受控制介数控装置从内部存储器中取出或接受控制介质输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经质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、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，运算和逻辑处
5、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控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。动和动作。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回进进 给给 伺伺 服服 驱驱 动动 系系 统统作用：作用：把来自数控装置的位置控制移动指令转变成把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的零件。或精确定位，加工出符合图样要求的零件。组成：组成：驱动电路、反馈电路、伺服电机组成驱动电路、反馈电路、伺服电机组成。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返
6、回主主 轴轴 驱驱 动动 系系 统统作用：作用：主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中主轴驱动系统也叫主传动系统，是在系统中完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过完成主运动的动力装置部分。主轴驱动系统通过该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切该传动机构转变成主轴上安装的刀具或工件的切削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想削力矩和切削速度，配合进给运动，加工出理想的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精的零件。它是零件加工的成型运动之一，它的精度对零件的加工精度有较大的影响。度对零件的加工精度有较大的影响。下页下页上页上页返回返回主轴电动机主轴电动机主轴组件主轴组件下页下页上页上页
7、返回返回辅辅 助助 控控 制制 系系 统统作用：作用：接收数控装置输出的开关量指令信号，经过接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经功率放大后驱动相编译、逻辑判别和运算，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的开关量动作。装置完成指令规定的开关量动作。辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换辅助控制装置包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、夹紧，润滑装置的启停，工件和机床部件的松开、
8、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。分度工作台转位分度等开关辅助动作。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回检检 测测 反反 馈馈 装装 置置作用：作用：检测反馈装置将数控机床各坐标轴的实际位检测反馈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。值进行比较，控制驱动装置按指令设定值运动。测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和
9、人的眼睛。相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回机机 床床 本本 体体 数控机床的机床本体与传统机床相似，只是数控机床的机床本体与传统机床相似，只是在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。结构以及操作机构等方面发生了很大的变化。下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回数控机床伺服系统n n按控制方式分按控制方式分n n1 1、开环控制系统、开环控制系统n n2 2、闭环控制系统、闭环控制系统n n3 3、半闭环控制系统、半闭环控制系统n
10、 n（1 1）开环伺服系统）开环伺服系统 系统中没有位置测量装置，信号系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置流是单向的（数控装置进给系统），故系统稳定性好。进给系统），故系统稳定性好。n n（2 2）闭环控制机床闭环控制机床n n这类数控机床的进给伺服驱动是按闭环反馈控制方式工作这类数控机床的进给伺服驱动是按闭环反馈控制方式工作的，其驱动电动机可采用直流或交流两种伺服电机，并需的，其驱动电动机可采用直流或交流两种伺服电机，并需要配置反馈，在加工中随时检测移动部件的实际位移量，要配置反馈，在加工中随时检测移动部件的实际位移量，并及时反馈给数控系统中的比较器，进而带动位移部件以并及时反馈
11、给数控系统中的比较器，进而带动位移部件以消除位移误差。消除位移误差。n n半闭环控制系统n n 其位移检测装置不直接测量执行件的位移，而是检测与伺服驱动电动机联系的传动元件（如电动机轴及丝杆上）。n n按控制原理分按控制原理分 n n （1 1）开环伺服系统）开环伺服系统 系统中没有位置测量装系统中没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置置，信号流是单向的（数控装置进给系统），进给系统），故系统稳定性好。故系统稳定性好。n n开环伺服系统的特点：开环伺服系统的特点：1.1.一般以功率步进电一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。机作为伺服驱动元件。2.2.无位置反馈，精度无位置反馈，精度相对闭环
12、系统来讲不高，机床运动精度主要取决相对闭环系统来讲不高，机床运动精度主要取决于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。于伺服驱动电机和机械传动机构的性能和精度。步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动步进电机步距误差，齿轮副、丝杠螺母副的传动误差都会反映在零件上，影响零件的精度。误差都会反映在零件上，影响零件的精度。3.3.结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉；因此在精度和速度要求不高、驱动力矩格低廉；因此在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控不大的场合得到广泛应用。一般用于经济型数控机床。机床。n n（2）闭环伺服系统 系统中有反馈控制系统,位置采样点从工作台引出，可直接对最终运动部件的实际位置进行检测；能得到更高的速度、精度和驱动功率。闭环伺服系统的特点：1.从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和 失动量。具有很高的位置控制精度。从理论上讲，机床运动精度只取决于检测装置的精度，与传动链误差无关。但实际对传动链和机床结构仍有严格要求。2.由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试。