第一章數(shù)控機(jī)床概述周維先

1、12n1.1 1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展n1.2 1.2 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理n1.3 1.3 數(shù)控機(jī)床的分類及應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的分類及應(yīng)用3 一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及基本概念一、數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生及基本概念 隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。在機(jī)械制造業(yè)中并不是所有的業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。在機(jī)械制造業(yè)中并不是所有的產(chǎn)品零件都具有很大的批量，單件與小批量生產(chǎn)零產(chǎn)品零件都具有很大的批量，單件與小批量生產(chǎn)零件（批量在件（批量在10100件）約占機(jī)械加工總量的件）約占機(jī)械加工總量的80%80%以以上，尤

2、其造船、航天上，尤其造船、航天 、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機(jī)械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量械零件，精度要求更高，形狀更為復(fù)雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備。較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備。1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生與發(fā)展4 為了滿足多品種、小批量的自動化生產(chǎn)，迫切為了滿足多品種、小批量的自動化生產(chǎn)，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化需要一種靈活的、通用的、能夠適應(yīng)產(chǎn)品頻繁變化的柔性自動化機(jī)床。普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自的柔性自動化機(jī)床。普通機(jī)床或?qū)I(yè)化程度高的自動化機(jī)床顯然無法適應(yīng)這些要求。動化機(jī)

3、床顯然無法適應(yīng)這些要求。 一種新型的生產(chǎn)設(shè)備一種新型的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生數(shù)控機(jī)床就應(yīng)運(yùn)而生了了 。它為單件、小批量生產(chǎn)精密復(fù)雜零件提供了自。它為單件、小批量生產(chǎn)精密復(fù)雜零件提供了自動化加工手段。動化加工手段。5數(shù)控：（數(shù)控：（NumericalNumerical Control Control， NCNC） 是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動化方法。動化方法。 數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床： 用數(shù)控技術(shù)控制的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。用數(shù)控技術(shù)控制的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床

4、。6計(jì)算機(jī)數(shù)控：計(jì)算機(jī)數(shù)控：（ Computer Numerical Computer Numerical ControlControl縮寫為縮寫為CNC CNC ） 用計(jì)算機(jī)控制加工功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，稱計(jì)算用計(jì)算機(jī)控制加工功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，稱計(jì)算機(jī)數(shù)控。機(jī)數(shù)控。采用數(shù)控技術(shù)的自動控制系統(tǒng)為數(shù)控系統(tǒng)，采用采用數(shù)控技術(shù)的自動控制系統(tǒng)為數(shù)控系統(tǒng)，采用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的自動控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的自動控制系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，其被控對象可以是生產(chǎn)過程或設(shè)備。其被控對象可以是生產(chǎn)過程或設(shè)備。（如果被控對象是機(jī)床，則稱為數(shù)控機(jī)床。）（如果被控對象是機(jī)床，則稱為數(shù)控機(jī)床。） 7二、數(shù)控

5、技術(shù)的發(fā)展史二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展史1 1、19461946年世界上誕生了第一臺電子計(jì)算機(jī)。年世界上誕生了第一臺電子計(jì)算機(jī)。2 2、第一臺計(jì)算機(jī)誕生、第一臺計(jì)算機(jī)誕生6 6年年后，即在后，即在19521952年，計(jì)算機(jī)年，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上。技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上。 19521952年美國空軍當(dāng)局委托美國麻省理工大學(xué)與帕年美國空軍當(dāng)局委托美國麻省理工大學(xué)與帕森斯公司合作研制了第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床。森斯公司合作研制了第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床。 英國和日本在英國和日本在19581958年、德國在年、德國在19591959年相繼制造出年相繼制造出數(shù)控機(jī)床。從此，傳統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。數(shù)控機(jī)床。從此，傳

6、統(tǒng)的機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。 8 第一臺數(shù)控機(jī)床誕生至今六十三年以來，數(shù)控機(jī)第一臺數(shù)控機(jī)床誕生至今六十三年以來，數(shù)控機(jī)床的核心床的核心數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了二個階段和六代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了二個階段和六代的發(fā)展。的發(fā)展。 1 1、數(shù)控（、數(shù)控（NCNC）階段）階段 2 2、計(jì)算機(jī)數(shù)控（、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNCCNC）階段）階段 9數(shù)控（數(shù)控（NCNC）階段（）階段（1952197019521970） 早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對當(dāng)時的科學(xué)計(jì)算早期的計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度低，這對當(dāng)時的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響不大，但它不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的和數(shù)據(jù)處理影響不大，但它不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電

7、路，搭成機(jī)床專用要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路，搭成機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控，簡稱為計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件連接數(shù)控，簡稱為數(shù)控（數(shù)控（NCNC）。）。 隨著電子元器件的發(fā)展，這個階段又歷經(jīng)三代隨著電子元器件的發(fā)展，這個階段又歷經(jīng)三代: : 1952 1952年的第一代電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；電子管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)； 19591959年的第二代晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)；晶體管計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)； 19651965年的第三代小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。小規(guī)模的集成電路計(jì)算機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)。10計(jì)算機(jī)數(shù)控（計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNCCNC）階段）階段 這

8、階段從這階段從19701970年開始至今。年開始至今。19701970年成功研制大規(guī)模年成功研制大規(guī)模集成電路，并將其用于通用小型計(jì)算機(jī)。此時的小型集成電路，并將其用于通用小型計(jì)算機(jī)。此時的小型計(jì)計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度比五、六十年代的計(jì)算機(jī)有了大幅度的算機(jī)，運(yùn)算速度比五、六十年代的計(jì)算機(jī)有了大幅度的提高。比專門搭成的專用計(jì)算機(jī)成本低，可靠性高。于提高。比專門搭成的專用計(jì)算機(jī)成本低，可靠性高。于是，小型計(jì)算機(jī)被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)是，小型計(jì)算機(jī)被用作數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入入了計(jì)算機(jī)數(shù)控（了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNCCNC）階段。）階段。 計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代:

9、: 19701970年第四代年第四代小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)；小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)； 19741974年第五代年第五代微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng)微處理器組成的數(shù)控系統(tǒng) 19901990年第六代年第六代基于基于PCPC的數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng) 。11n1948195619481956年年 數(shù)控機(jī)床處于研究試制階段數(shù)控機(jī)床處于研究試制階段n1956196019561960年年 數(shù)控機(jī)床處于工業(yè)應(yīng)用階段數(shù)控機(jī)床處于工業(yè)應(yīng)用階段n19601960年以后年以后 數(shù)控機(jī)床處于高速發(fā)展階段數(shù)控機(jī)床處于高速發(fā)展階段n2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代末、年代末、8080年代初年代初數(shù)控機(jī)床得到廣泛的普數(shù)控機(jī)床得到廣泛的普 及和應(yīng)用

10、及和應(yīng)用12n國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展情況19581958年年19651965年年我國數(shù)控機(jī)床處于研制、開發(fā)時期，比我國數(shù)控機(jī)床處于研制、開發(fā)時期，比 國外相比起步晚了十年；國外相比起步晚了十年；19681968年年清華大學(xué)研制成功我國第一臺小型數(shù)控立銑；清華大學(xué)研制成功我國第一臺小型數(shù)控立銑；19801980年前年前我國數(shù)控機(jī)床我國數(shù)控機(jī)床8080為線切割機(jī)床為線切割機(jī)床( (低端數(shù)控機(jī)床低端數(shù)控機(jī)床) )19801980年后年后引進(jìn)日、美等國數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)技術(shù)，開引進(jìn)日、美等國數(shù)控裝置及伺服系統(tǒng)技術(shù)，開 始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機(jī)床，數(shù)控裝置的穩(wěn)始合資批量生產(chǎn)一些數(shù)控機(jī)床

11、，數(shù)控裝置的穩(wěn) 定性、可靠性有了改善，開始為用戶所接受；定性、可靠性有了改善，開始為用戶所接受；19851985年后年后我國已經(jīng)能生產(chǎn)我國已經(jīng)能生產(chǎn)4545種各類數(shù)控機(jī)床來滿足工業(yè)種各類數(shù)控機(jī)床來滿足工業(yè) 發(fā)展的需要，同時數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)廠發(fā)展的需要，同時數(shù)控機(jī)床功能部件的專業(yè)廠 也逐漸形成規(guī)模；也逐漸形成規(guī)模；19901990年后年后 國產(chǎn)數(shù)控裝置也開始嶄露頭角，進(jìn)入國產(chǎn)數(shù)控裝置也開始嶄露頭角，進(jìn)入2121世紀(jì)，世紀(jì)， 國產(chǎn)數(shù)控才開始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)國產(chǎn)數(shù)控才開始形成生產(chǎn)規(guī)模，擁有自主版權(quán)的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對高端數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，打破了西方對高端

12、數(shù)控系統(tǒng)的壟斷。13n三、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢三、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 1 1、高速、高精度加工、高速、高精度加工 2 2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián) 動和復(fù)合加工的控制功能動和復(fù)合加工的控制功能 3 3、數(shù)控系統(tǒng)開放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)控系統(tǒng)開放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化141 1、 高速、高精度加工高速、高精度加工 目前加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)目前加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)4000040000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分分、進(jìn)給速度可達(dá)、進(jìn)給速度可達(dá)2424米米/ /分分- -3030米米/ /分分，定位精，定位精度都在幾微米。這就要求數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)采用高速度都在幾微米。這就要求數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)

13、采用高速高精度的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)采用直線電動高精度的數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)采用直線電動機(jī)作為進(jìn)給伺服系統(tǒng)、采用高速永磁同步電動機(jī)作為進(jìn)給伺服系統(tǒng)、采用高速永磁同步電動機(jī)。機(jī)。15n2、數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)具有多軸控制、多軸聯(lián)動 和復(fù)合加工的控制功能和復(fù)合加工的控制功能 理論上數(shù)控機(jī)床只需要理論上數(shù)控機(jī)床只需要3 3軸聯(lián)動，但在實(shí)際加工中軸聯(lián)動，但在實(shí)際加工中3 3軸軸聯(lián)動對于三維曲面加工很難用上刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行聯(lián)動對于三維曲面加工很難用上刀具的最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅加工效率低而且表面粗糙度高，往往采用手動切削，不僅加工效率低而且表面粗糙度高，往往采用手動進(jìn)行修補(bǔ)，

14、但在修補(bǔ)過程中，已加工的表面也可能喪失精進(jìn)行修補(bǔ)，但在修補(bǔ)過程中，已加工的表面也可能喪失精度。度。5 5軸聯(lián)動除了軸聯(lián)動除了X X、Y Y、Z Z這這3 3個軸外，主要還有刀具軸旋個軸外，主要還有刀具軸旋轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)這兩種方式的復(fù)合運(yùn)動，采用轉(zhuǎn)、工作臺旋轉(zhuǎn)這兩種方式的復(fù)合運(yùn)動，采用5 5軸聯(lián)動可以軸聯(lián)動可以使用刀具的最佳幾何形狀對工件進(jìn)行加工。所以使用刀具的最佳幾何形狀對工件進(jìn)行加工。所以5 5軸聯(lián)動數(shù)軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)的制高點(diǎn)標(biāo)志之一。控機(jī)床是數(shù)控技術(shù)的制高點(diǎn)標(biāo)志之一。16n3、數(shù)控系統(tǒng)的開放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)控系統(tǒng)的開放化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化 將來的數(shù)控機(jī)床中的將來的數(shù)控機(jī)床中的N

15、CNC系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計(jì)師系統(tǒng)能部分代替機(jī)床設(shè)計(jì)師和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工和操作者的大腦，具有一定的智能，能把特殊的加工工藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能嵌入藝、管理經(jīng)驗(yàn)和操作技能嵌入NCNC系統(tǒng)，同時也具有圖形系統(tǒng)，同時也具有圖形交互、診斷等功能，也就是說要求交互、診斷等功能，也就是說要求CNCCNC控制器透明以使控制器透明以使機(jī)床制造商和最終用戶可以自由地實(shí)現(xiàn)自己的思想。機(jī)床制造商和最終用戶可以自由地實(shí)現(xiàn)自己的思想。171.2 數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理數(shù)控機(jī)床的組成與工作原理 一、數(shù)控機(jī)床的組成一、數(shù)控機(jī)床的組成 1、程序編制及程序載體、程序編制及程序載體 2、輸入裝置、

16、輸入裝置 3、數(shù)控裝置（、數(shù)控裝置（CNC） 4、伺服單元與驅(qū)動裝置、伺服單元與驅(qū)動裝置 5、輔助控制裝置、輔助控制裝置 6、機(jī)床本體等幾部分組成、機(jī)床本體等幾部分組成 18 數(shù)控機(jī)床的組成系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的組成系統(tǒng)框圖框圖191、程序編制及程序載體、程序編制及程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動加工零件的工作指令。數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床自動加工零件的工作指令。先確定安裝位置、尺寸、工藝、輔助裝置的動作等先確定安裝位置、尺寸、工藝、輔助裝置的動作等參數(shù)，將信息用由文字、數(shù)字和符號組成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)參數(shù)，將信息用由文字、數(shù)字和符號組成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，

17、編制零件加工的數(shù)控程序單。控程序單。 20 2、輸入裝置、輸入裝置 輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼傳遞并存入輸入裝置的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。 操作面板是操作人員與機(jī)床數(shù)控裝置進(jìn)行信操作面板是操作人員與機(jī)床數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具，如操作命令的輸入、加工程序的編輯、修息交流的工具，如操作命令的輸入、加工程序的編輯、修改和調(diào)試；同時也以信號燈或數(shù)碼管的方式，為操作人員改和調(diào)試；同時也以信號燈或數(shù)碼管的方式，為操作人員顯示數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)信息，如坐標(biāo)值、機(jī)床的顯示數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)信息，如坐標(biāo)值、機(jī)床的工作狀態(tài)、報(bào)警信號等。工作狀態(tài)、報(bào)

18、警信號等。 輸入設(shè)備有鍵盤、顯示器、穿孔紙帶、磁帶、磁盤和輸入設(shè)備有鍵盤、顯示器、穿孔紙帶、磁帶、磁盤和光盤，其中鍵盤和顯示器是必不可少的人機(jī)交互設(shè)備，操光盤，其中鍵盤和顯示器是必不可少的人機(jī)交互設(shè)備，操作人員可通過鍵盤和顯示器輸入程序、編輯修改程序和發(fā)作人員可通過鍵盤和顯示器輸入程序、編輯修改程序和發(fā)送操作命令，進(jìn)行手動數(shù)據(jù)輸入。送操作命令，進(jìn)行手動數(shù)據(jù)輸入。 21 3、數(shù)控裝置、數(shù)控裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，由運(yùn)算器、控制器數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，由運(yùn)算器、控制器（運(yùn)算器和控制器構(gòu)成（運(yùn)算器和控制器構(gòu)成CPU）、存儲器、輸入接口、輸）、存儲器、輸入接口、輸出接口等組成。出接口等組成

19、。 其本質(zhì)是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)插補(bǔ)出理想的運(yùn)動軌跡，然其本質(zhì)是根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)插補(bǔ)出理想的運(yùn)動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件后輸出到執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和機(jī)床伺服單元、驅(qū)動裝置和機(jī)床)，加工出，加工出需要的零件。需要的零件。22 4、伺服單元和驅(qū)動裝置、伺服單元和驅(qū)動裝置 伺服單元接收來自伺服單元接收來自CNCCNC裝置的進(jìn)給指令，經(jīng)變換和放裝置的進(jìn)給指令，經(jīng)變換和放大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機(jī)床工作臺的位移和速度。大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成機(jī)床工作臺的位移和速度。 驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動，通過簡驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動，通過簡單的機(jī)械連接到驅(qū)動機(jī)床工作臺，使工件臺按規(guī)定的軌

20、跡單的機(jī)械連接到驅(qū)動機(jī)床工作臺，使工件臺按規(guī)定的軌跡做嚴(yán)格的相對運(yùn)動，加工出符合圖紙要求的零件。做嚴(yán)格的相對運(yùn)動，加工出符合圖紙要求的零件。 伺服單元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機(jī)伺服單元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動力裝置，床工作的動力裝置，CNCCNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實(shí)施，所以伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。諸實(shí)施，所以伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。 23 5、輔助控制裝置、輔助控制裝置 PLC PLC是可編程邏輯控制器，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機(jī)床是可編程邏輯控制器，現(xiàn)已廣泛用作數(shù)控機(jī)床的輔助控制裝置，它主要用于控

21、制機(jī)床順序動作，完成與的輔助控制裝置，它主要用于控制機(jī)床順序動作，完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些控制?？刂茩C(jī)床輔助裝置完成機(jī)床相邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些控制?？刂茩C(jī)床輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開應(yīng)的開關(guān)動作，如工件的裝夾、刀具的更換、冷卻液的開關(guān)等一些輔助動作；他接受機(jī)床操作面板的指令，一方面關(guān)等一些輔助動作；他接受機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動作，一方面將一部分指令送往直接控制機(jī)床的動作，一方面將一部分指令送往CNCCNC用于加用于加工過程的控制。機(jī)床工過程的控制。機(jī)床I/OI/O電路和裝置是指繼電器、行程開關(guān)、電路和裝置是指繼電器、行程開關(guān)、電磁閥的

22、電器以及由他們組成的邏輯電路。電磁閥的電器以及由他們組成的邏輯電路。24 6、機(jī)床本體、機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動裝置、進(jìn)給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運(yùn)動裝置裝置、進(jìn)給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運(yùn)動裝置液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化。這種變化以及操作機(jī)構(gòu)等方面都已發(fā)生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求

23、和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的目的是為了滿足數(shù)控機(jī)床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。 25 二、數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床的工作原理 數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字化的信息來實(shí)現(xiàn)自動控制的。數(shù)控機(jī)床是用數(shù)字化的信息來實(shí)現(xiàn)自動控制的。 在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，根據(jù)圖紙的要求，需要不斷改在傳統(tǒng)的金屬切削機(jī)床上，根據(jù)圖紙的要求，需要不斷改變刀具的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度等參數(shù)變刀具的運(yùn)動軌跡和運(yùn)動速度等參數(shù) ，使刀具對工件進(jìn)行切削，使刀具對工件進(jìn)行切削加工，最終加工出合格零件。加工，最終加工出合格零件。 在數(shù)控機(jī)床上，加工過程中人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)所取代在數(shù)控機(jī)床上，加工過程中人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)所取代, ,其工作過程如

24、下其工作過程如下: :首先要將加工圖紙上幾何信息和工藝信息數(shù)字首先要將加工圖紙上幾何信息和工藝信息數(shù)字化化, ,即將刀具與工件的相對運(yùn)動軌跡按規(guī)定的規(guī)則、代碼和格式即將刀具與工件的相對運(yùn)動軌跡按規(guī)定的規(guī)則、代碼和格式編寫成加工程序，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、編寫成加工程序，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動作相互處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動作相互協(xié)調(diào)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動，自動完成零件的加工。協(xié)調(diào)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動，自動完成零件的加工。26數(shù)控機(jī)床的加工原理數(shù)控機(jī)床的加工原理1、

25、逼近處理：、逼近處理： 先對曲線進(jìn)行逼近處先對曲線進(jìn)行逼近處理，即按系統(tǒng)的插補(bǔ)時間理，即按系統(tǒng)的插補(bǔ)時間t和加工所需要的進(jìn)給速和加工所需要的進(jìn)給速度度F，將曲線分割成若干小，將曲線分割成若干小線段，曲線即為所有小線線段，曲線即為所有小線段之和。段之和。2、插補(bǔ)運(yùn)算：、插補(bǔ)運(yùn)算： 在逼近處理后，將小在逼近處理后，將小線段分解為線段分解為X軸和軸和Y軸移動軸移動分量，他們的位置將不斷分量，他們的位置將不斷變化。變化。3、指令輸出：、指令輸出： 將算出的將算出的t時間內(nèi)時間內(nèi)的的x 和和y 作為指令輸作為指令輸出給出給X軸和軸和Y軸，控制它們軸，控制它們運(yùn)動。運(yùn)動。 由此可見，只要能連由此可見，只要

26、能連續(xù)地自動控制續(xù)地自動控制X和和Y兩個進(jìn)兩個進(jìn)給軸在給軸在t時間內(nèi)移動量，時間內(nèi)移動量，就可以實(shí)現(xiàn)曲線輪廓零件就可以實(shí)現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。的加工。 xyXY數(shù)控機(jī)床加工原理示意圖數(shù)控機(jī)床加工原理示意圖272829在在CRTCRT上上“1”1”表示通，表示通，“0”0”表示斷。表示斷。30三、數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類按運(yùn)動軌跡分類按運(yùn)動軌跡分類1 1、點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)位置精確控制，點(diǎn)位置精確控制，保證的是定位精度，以保證的是定位精度，以慢快慢的運(yùn)動方式。慢快慢的運(yùn)動方式。 這類機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)這類機(jī)床主要有數(shù)控坐標(biāo)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控點(diǎn)焊機(jī)鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控點(diǎn)

27、焊機(jī)和數(shù)控折彎機(jī)等，其相應(yīng)的數(shù)和數(shù)控折彎機(jī)等，其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為點(diǎn)位控制數(shù)控裝置?？匮b置稱為點(diǎn)位控制數(shù)控裝置。AB31、直線控制數(shù)控機(jī)床、直線控制數(shù)控機(jī)床 位置控制位置控制+ +速度和路線控制，只能沿某個坐標(biāo)軸方速度和路線控制，只能沿某個坐標(biāo)軸方向（平行或向（平行或4545）切削加工。）切削加工。這類機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控鏜銑床這類機(jī)床主要有數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控鏜銑床等，相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為直線控制裝置。等，相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為直線控制裝置。323 3、輪廓控制數(shù)控機(jī)床、輪廓控制數(shù)控機(jī)床每點(diǎn)的位置每點(diǎn)的位置+ +速度速度+ +路線控制，可對路線控制，可對2 2坐標(biāo)或坐標(biāo)或2 2坐

28、坐標(biāo)以上坐標(biāo)軸進(jìn)行控制。標(biāo)以上坐標(biāo)軸進(jìn)行控制。屬于這類機(jī)床的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工屬于這類機(jī)床的有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制裝置。輪中心等。其相應(yīng)的數(shù)控裝置稱為輪廓控制裝置。輪廓數(shù)控裝置比點(diǎn)位、直線控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，廓數(shù)控裝置比點(diǎn)位、直線控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，功能齊全得多。功能齊全得多。33n按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類按進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型分類n1 1、開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床、開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)通常不帶有位置檢測元件，伺服驅(qū)開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)通常不帶有位置檢測元件，伺服驅(qū)動元件一般為步進(jìn)電動機(jī)。動元件一般為步進(jìn)電動機(jī)。 34 步進(jìn)步進(jìn)

29、電動機(jī)（電動機(jī)（Step Motor），是一種用電脈沖信號控制，可將電脈），是一種用電脈沖信號控制，可將電脈沖信號按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電脈沖沖信號按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前，步進(jìn)頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前，步進(jìn)電動機(jī)主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，一般采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。電動機(jī)主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，一般采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 步進(jìn)電動機(jī)的步距角是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，常步進(jìn)電動機(jī)的步距角是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，常見

30、的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的步距角一般為見的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的步距角一般為0.53，一般情況下，步距，一般情況下，步距角越小，加工精度越高，步進(jìn)電動機(jī)的工作方式和一般電動機(jī)的不同，角越小，加工精度越高，步進(jìn)電動機(jī)的工作方式和一般電動機(jī)的不同，它是采用脈沖控制方式工作的。只有按它是采用脈沖控制方式工作的。只有按定規(guī)律對各相繞組輪流通電，定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。 步進(jìn)電動機(jī)352 2閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床n閉環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)帶有位置檢測元件，隨時可以閉環(huán)進(jìn)給控制系統(tǒng)帶有位置檢測元件，隨時可以檢測出工作臺的實(shí)際位移，并反饋給數(shù)控裝置，

31、并與檢測出工作臺的實(shí)際位移，并反饋給數(shù)控裝置，并與設(shè)定的指令值進(jìn)行比較，利用其差值控制伺服電動機(jī)設(shè)定的指令值進(jìn)行比較，利用其差值控制伺服電動機(jī)，直至差值為零為止。，直至差值為零為止。 36伺服電機(jī)分為伺服電機(jī)分為直流直流伺服電機(jī)和伺服電機(jī)和交流交流伺服電機(jī)。伺服電機(jī)。直流直流伺服電動機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷三部分組成。定子磁場由定伺服電動機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷三部分組成。定子磁場由定子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，將直流伺服電動機(jī)分為永磁式和電子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，將直流伺服電動機(jī)分為永磁式和電磁式（它勵式）。永磁式的磁極由永磁材料制成，電磁式（它勵式）的磁磁式（它勵式）。永磁

32、式的磁極由永磁材料制成，電磁式（它勵式）的磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，需要在勵磁線圈中通直流電流才能產(chǎn)生恒定磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，需要在勵磁線圈中通直流電流才能產(chǎn)生恒定磁場。轉(zhuǎn)子又叫電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時，場。轉(zhuǎn)子又叫電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時，在定子磁場使用下產(chǎn)生帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩在定子磁場使用下產(chǎn)生帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，需要采用機(jī)械方式（電刷、換向片）換向。一般電刷與外保持恒定方向，需要采用機(jī)械方式（電刷、換向片）換向。一般電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。直流伺

33、服電動機(jī)的工作原理與加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。直流伺服電動機(jī)的工作原理與普通直流電動機(jī)相同，只是為滿足快速響應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)上細(xì)長一些。普通直流電動機(jī)相同，只是為滿足快速響應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)上細(xì)長一些。 伺服電機(jī)37交流伺服電動機(jī) 交流交流伺服電動機(jī)，沒有直流電動機(jī)所具有的電刷，且無換向器磨損問題，伺服電動機(jī)，沒有直流電動機(jī)所具有的電刷，且無換向器磨損問題，無需經(jīng)常維護(hù)。無需經(jīng)常維護(hù)。 交流伺服電動機(jī)有異步型交流伺服電動（交流伺服電動機(jī)有異步型交流伺服電動（IM）和同步型交流伺服電動機(jī)）和同步型交流伺服電動機(jī)（SM）。異步型交流伺服電動機(jī)指交流感應(yīng)電動機(jī)，有三相和單相之分，也）。異步型交

34、流伺服電動機(jī)指交流感應(yīng)電動機(jī)，有三相和單相之分，也有籠型和線繞式之分，通常采用籠型三相感應(yīng)電動機(jī)。同步型交流伺服電動有籠型和線繞式之分，通常采用籠型三相感應(yīng)電動機(jī)。同步型交流伺服電動機(jī)指永磁式交流伺服電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)主要由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)機(jī)指永磁式交流伺服電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)主要由三部分組成：定子、轉(zhuǎn)子和檢測元件（轉(zhuǎn)子位置傳感器和測速發(fā)電機(jī)）。其中定子有齒槽，內(nèi)有子和檢測元件（轉(zhuǎn)子位置傳感器和測速發(fā)電機(jī)）。其中定子有齒槽，內(nèi)有三相繞組，形狀與普通感應(yīng)電動機(jī)的定子相同，轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和鐵心三相繞組，形狀與普通感應(yīng)電動機(jī)的定子相同，轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和鐵心組成，氣隙磁密較高，極數(shù)較

35、多。同一種鐵心和相同的磁鐵塊數(shù)可以裝成不組成，氣隙磁密較高，極數(shù)較多。同一種鐵心和相同的磁鐵塊數(shù)可以裝成不同的極數(shù)。同的極數(shù)。38檢測元件n1 1、位置環(huán)由位置調(diào)節(jié)控制模塊、位置檢測和反饋控制部分組成。、位置環(huán)由位置調(diào)節(jié)控制模塊、位置檢測和反饋控制部分組成。 （如光柵尺等）（如光柵尺等）n2 2、速度環(huán)由速度比較調(diào)節(jié)器、速度反饋和速度檢測裝置（如測、速度環(huán)由速度比較調(diào)節(jié)器、速度反饋和速度檢測裝置（如測 速發(fā)電機(jī)、光電脈沖編碼器等）組成。速發(fā)電機(jī)、光電脈沖編碼器等）組成。n3 3、電流環(huán)由電流調(diào)節(jié)器、電流反饋和電流檢測環(huán)節(jié)組成。、電流環(huán)由電流調(diào)節(jié)器、電流反饋和電流檢測環(huán)節(jié)組成。n4 4、電力電子

36、驅(qū)動裝置由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器等組成。、電力電子驅(qū)動裝置由驅(qū)動信號產(chǎn)生電路和功率放大器等組成。 393 3半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床n半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是將位置檢測元件安裝在伺半閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)是將位置檢測元件安裝在伺服電動機(jī)的軸上或滾珠絲杠的端部，不直接反饋機(jī)床服電動機(jī)的軸上或滾珠絲杠的端部，不直接反饋機(jī)床的位移量，而是檢測伺服機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角，將此信號反饋的位移量，而是檢測伺服機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角，將此信號反饋給數(shù)控裝置進(jìn)行指令值比較，用差值控制伺服電動機(jī)給數(shù)控裝置進(jìn)行指令值比較，用差值控制伺服電動機(jī)。 40三、伺服系統(tǒng)的組成 數(shù)控伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)（數(shù)控伺服系統(tǒng)由伺服電

37、機(jī)（M M）、驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路、電力電子驅(qū)動）、驅(qū)動信號控制轉(zhuǎn)換電路、電力電子驅(qū)動放大模塊、電流調(diào)解單元、速度調(diào)解單元、位置調(diào)解單元和相應(yīng)的檢測裝置放大模塊、電流調(diào)解單元、速度調(diào)解單元、位置調(diào)解單元和相應(yīng)的檢測裝置（如光電脈沖編碼器（如光電脈沖編碼器G G）等組成。一般閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。它是一）等組成。一般閉環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示。它是一個三環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其中，外環(huán)是位置環(huán)，中環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。個三環(huán)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其中，外環(huán)是位置環(huán)，中環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。41光柵尺圖片42n光柵尺：又叫光柵尺位移傳感器，是利用光柵的光學(xué)原理工光柵尺：又叫光柵尺位移傳感器，是利用光柵的光

38、學(xué)原理工作的測量反饋裝置，可用作直線位移或者角位移的檢測。常作的測量反饋裝置，可用作直線位移或者角位移的檢測。常用于機(jī)床與現(xiàn)在加工中心以及測量儀器等方面。用于機(jī)床與現(xiàn)在加工中心以及測量儀器等方面。43光柵尺的結(jié)構(gòu)：由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一光柵尺的結(jié)構(gòu)：由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床活動部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上，指示般固定在機(jī)床活動部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床固定部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。下圖所示：光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。下圖所示：簡單的說：光讀頭通過檢測莫爾條紋個數(shù)，來讀取光柵刻度，然后簡單的說：光讀頭通過檢測莫爾條紋個數(shù)，來讀取光

39、柵刻度，然后再根據(jù)驅(qū)動電路的作用，計(jì)算出光柵尺的位移和速度。再根據(jù)驅(qū)動電路的作用，計(jì)算出光柵尺的位移和速度。44光電編碼器圖片第三部分第三部分 數(shù)控伺服驅(qū)動數(shù)控伺服驅(qū)動451.光電編碼器，又稱光電軸角位置傳感器。是集成光光電編碼器，又稱光電軸角位置傳感器。是集成光機(jī)機(jī)電為一體電為一體 的數(shù)字測角裝置，主要是以高精度計(jì)量光柵為檢測元件，通過光電的數(shù)字測角裝置，主要是以高精度計(jì)量光柵為檢測元件，通過光電轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換；2.將軸的機(jī)械角位移信息以將軸的機(jī)械角位移信息以LED光源為介質(zhì)通過光柵碼盤轉(zhuǎn)換成相光源為介質(zhì)通過光柵碼盤轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字代碼，用他可以實(shí)現(xiàn)角位移、角速度、和角加速度及其他應(yīng)的數(shù)字代碼，

40、用他可以實(shí)現(xiàn)角位移、角速度、和角加速度及其他物理量的精確測量，輸出信號與計(jì)算機(jī)相連接，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字物理量的精確測量，輸出信號與計(jì)算機(jī)相連接，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字測量與數(shù)字控制，而且與其他同類用途的傳感器相比，具有精度高測量與數(shù)字控制，而且與其他同類用途的傳感器相比，具有精度高、測量范圍廣、使用可靠、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)；、測量范圍廣、使用可靠、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)；3.已普遍應(yīng)用在雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)已普遍應(yīng)用在雷達(dá)、光電經(jīng)緯儀、地面指揮儀、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床和高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域，是自動化設(shè)備理想的角度傳床和高精度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域，是自動化設(shè)備理想的角度傳感器感器 。

41、464.工作原理工作原理(如下圖如下圖)1：光源（：光源（LED） 2：透鏡（：透鏡（Lens） 3：指示光柵：指示光柵 4：碼盤（：碼盤（Disk） 5：接受器（：接受器（ASIC） 原理：當(dāng)點(diǎn)光源（原理：當(dāng)點(diǎn)光源（LED）發(fā)出的光經(jīng)過透鏡（）發(fā)出的光經(jīng)過透鏡（Lens）的折射變成準(zhǔn)直的平行光，通過光）的折射變成準(zhǔn)直的平行光，通過光柵和碼盤，照射到光電接受器上，如果碼盤發(fā)生轉(zhuǎn)動，光線就會把碼盤轉(zhuǎn)動的情況反應(yīng)柵和碼盤，照射到光電接受器上，如果碼盤發(fā)生轉(zhuǎn)動，光線就會把碼盤轉(zhuǎn)動的情況反應(yīng)到接受器上。接受器會把這些光信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出，從而以電脈沖的形式反應(yīng)出物到接受器上。接受器會把這些光信號轉(zhuǎn)換

42、成電信號輸出，從而以電脈沖的形式反應(yīng)出物理的運(yùn)動量（位移、角速度、加速度）。理的運(yùn)動量（位移、角速度、加速度）。 47二、伺服系統(tǒng)的分類（1）按控制方式分類p1、開環(huán)伺服系統(tǒng)p2、閉環(huán)伺服系統(tǒng)p3、半閉環(huán)系統(tǒng) （2）按被控對象分類p1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)p2、主軸伺服系統(tǒng) 第三部分第三部分 數(shù)控伺服驅(qū)動數(shù)控伺服驅(qū)動48 步進(jìn)步進(jìn)電動機(jī)（電動機(jī)（Step Motor），是一種用電脈沖信號控制，可將電脈），是一種用電脈沖信號控制，可將電脈沖信號按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電脈沖沖信號按正比關(guān)系轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動機(jī)

43、的轉(zhuǎn)速。目前，步進(jìn)頻率成正比，通過改變脈沖頻率就可以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前，步進(jìn)電動機(jī)主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，一般采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。電動機(jī)主要用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動，一般采用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 步進(jìn)電動機(jī)的步距角是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，常步進(jìn)電動機(jī)的步距角是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，常見的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的步距角一般為見的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的步距角一般為0.53，一般情況下，步距，一般情況下，步距角越小，加工精度越高，步進(jìn)電動機(jī)的工作方式和一般電動機(jī)的不同，角越小，加工精度越高，步進(jìn)電動機(jī)的工作方式和一般電動機(jī)的不同，它是采用脈沖控制方式工作的。只有按它是采用

44、脈沖控制方式工作的。只有按定規(guī)律對各相繞組輪流通電，定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。 第三部分第三部分 數(shù)控伺服驅(qū)動數(shù)控伺服驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)工作原理及特性49 步進(jìn)電動機(jī)工作方式和一般電動機(jī)的不同，它是采用脈沖控制方式工步進(jìn)電動機(jī)工作方式和一般電動機(jī)的不同，它是采用脈沖控制方式工作的，只有按作的，只有按定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。定規(guī)律對各相繞組輪流通電，步進(jìn)電動機(jī)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。同一臺步進(jìn)電動機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行時的步距角也是不同的。工作同一臺步進(jìn)電動機(jī)，因通電方式不同，運(yùn)行時的步距角也是不同的。工作方式有單方式有單m拍，雙拍，

45、雙m拍、三拍、三m拍及拍及2m拍等，拍等，m是電動機(jī)的相數(shù)。所謂單是電動機(jī)的相數(shù)。所謂單m拍是指每拍只有一相通電，循環(huán)拍數(shù)為拍是指每拍只有一相通電，循環(huán)拍數(shù)為m；雙；雙m拍是指每拍同時有兩相通拍是指每拍同時有兩相通電，循環(huán)拍數(shù)為電，循環(huán)拍數(shù)為m；三；三m拍是每拍有三相通電，循環(huán)拍數(shù)為拍是每拍有三相通電，循環(huán)拍數(shù)為m拍；拍；2m拍是拍是各拍既有單相通電，也有兩相或三相通電。通常為各拍既有單相通電，也有兩相或三相通電。通常為12相通電或相通電或23相通相通電，循環(huán)拍數(shù)為電，循環(huán)拍數(shù)為2m，步進(jìn)電動機(jī)相數(shù)越多，工作方式也越多，若按相反的，步進(jìn)電動機(jī)相數(shù)越多，工作方式也越多，若按相反的順序通電，則電動

46、機(jī)反轉(zhuǎn)。順序通電，則電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 第三部分第三部分 數(shù)控伺服驅(qū)動數(shù)控伺服驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動50伺服系統(tǒng)的分類及控制2、閉環(huán)數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床的位置檢測裝置安裝在進(jìn)給系統(tǒng)末段端的執(zhí)行部件上，可實(shí)測這類機(jī)床的位置檢測裝置安裝在進(jìn)給系統(tǒng)末段端的執(zhí)行部件上，可實(shí)測進(jìn)給系統(tǒng)的位移量或位置。數(shù)控裝置將位移指令與工作臺端測得的實(shí)際位置進(jìn)給系統(tǒng)的位移量或位置。數(shù)控裝置將位移指令與工作臺端測得的實(shí)際位置反饋信號進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動，使運(yùn)動部件嚴(yán)格按照實(shí)際需反饋信號進(jìn)行比較，根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動，使運(yùn)動部件嚴(yán)格按照實(shí)際需要的位移量運(yùn)動；還可利用測速元器件隨時測得驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將速度反

47、要的位移量運(yùn)動；還可利用測速元器件隨時測得驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將速度反饋信號與速度指令信號相比較，對驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時進(jìn)行修正。饋信號與速度指令信號相比較，對驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨時進(jìn)行修正。 比較器功率放大電路直流或交流伺服電動機(jī)機(jī)械傳動鏈輸入脈沖機(jī)床運(yùn)動部件位置檢測裝置51伺服系統(tǒng)的分類及控制 3 、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床的檢測元件裝在驅(qū)動電機(jī)或傳動絲杠的端部，可間接測量執(zhí)行這類機(jī)床的檢測元件裝在驅(qū)動電機(jī)或傳動絲杠的端部，可間接測量執(zhí)行部件的實(shí)際位置或位移。部件的實(shí)際位置或位移。 這種系統(tǒng)不直接檢測工作臺的位移量，而是采用轉(zhuǎn)角位移檢測元件，測這種系統(tǒng)不直接檢測工作臺的位移量，而是采

48、用轉(zhuǎn)角位移檢測元件，測出伺服電機(jī)或絲桿的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實(shí)際位移量，反饋到計(jì)算機(jī)中進(jìn)出伺服電機(jī)或絲桿的轉(zhuǎn)角，推算出工作臺的實(shí)際位移量，反饋到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。行位置比較，用比較的差值進(jìn)行控制。 由于采用高分辨率的測量元件，如光電編碼器，因此可以獲得比較滿意由于采用高分辨率的測量元件，如光電編碼器，因此可以獲得比較滿意的精度與速度。半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)更高的精度，但由于機(jī)的精度與速度。半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)更高的精度，但由于機(jī)械傳動鏈的誤差無法得到消除或校正，因此它的位移精度比閉環(huán)系統(tǒng)的要低。械傳動鏈的誤差無法得到消除或校正，因此它的位移精度比

49、閉環(huán)系統(tǒng)的要低。但成本低些，所以大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制。但成本低些，所以大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用半閉環(huán)控制。52伺服系統(tǒng)的分類及控制 3 、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床、半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 半閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖半閉環(huán)控制的系統(tǒng)框圖 比較器輸入脈沖前置及功率放大電路直流或交流伺服電動機(jī)脈沖編碼器機(jī)械傳動鏈機(jī)床運(yùn)動部件53 根據(jù)所配電動機(jī)不同，分為根據(jù)所配電動機(jī)不同，分為直流直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、交流交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)和步進(jìn)步進(jìn)伺服驅(qū)動系統(tǒng)三大類。伺服驅(qū)動系統(tǒng)三大類。 直流直流伺服電動機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷三部分組成。定子磁場由定伺服電動機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和電刷三部分組成。定子磁場由定子的磁

50、極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，將直流伺服電動機(jī)分為永磁式和電子的磁極產(chǎn)生。根據(jù)產(chǎn)生磁場的方式，將直流伺服電動機(jī)分為永磁式和電磁式（它勵式）。永磁式的磁極由永磁材料制成，電磁式（它勵式）的磁磁式（它勵式）。永磁式的磁極由永磁材料制成，電磁式（它勵式）的磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，需要在勵磁線圈中通直流電流才能產(chǎn)生恒定磁極由沖壓硅鋼片疊壓而成，需要在勵磁線圈中通直流電流才能產(chǎn)生恒定磁場。轉(zhuǎn)子又叫電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時，場。轉(zhuǎn)子又叫電樞，由硅鋼片疊壓而成，表面嵌有線圈，通以直流電時，在定子磁場使用下產(chǎn)生帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩在定子磁場使用下產(chǎn)生帶動負(fù)載旋

51、轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。為使所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，需要采用機(jī)械方式（電刷、換向片）換向。一般電刷與外保持恒定方向，需要采用機(jī)械方式（電刷、換向片）換向。一般電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。直流伺服電動機(jī)的工作原理與加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接。直流伺服電動機(jī)的工作原理與普通直流電動機(jī)相同，只是為滿足快速響應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)上細(xì)長一些。普通直流電動機(jī)相同，只是為滿足快速響應(yīng)的要求，結(jié)構(gòu)上細(xì)長一些。 伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)54直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性公式如下：直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性公式如下： 從上公式可知，調(diào)節(jié)電樞電壓、勵磁電流（電磁式）或電樞回從上公式可知，調(diào)節(jié)電樞電壓、勵磁電流（電磁式

52、）或電樞回路電阻均可實(shí)現(xiàn)直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般采用調(diào)節(jié)電樞供電電路電阻均可實(shí)現(xiàn)直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般采用調(diào)節(jié)電樞供電電壓壓U和調(diào)節(jié)勵磁磁通和調(diào)節(jié)勵磁磁通（僅限于電磁式）的方法來調(diào)節(jié)直流伺服電動（僅限于電磁式）的方法來調(diào)節(jié)直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，分別稱為調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。機(jī)的轉(zhuǎn)速，分別稱為調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速。 直流伺服電動機(jī)調(diào)速控制：TCCRCUnmeaec2a 電樞電阻 T 電磁轉(zhuǎn)矩 Ic 電動機(jī)電樞電流 電動機(jī)轉(zhuǎn)速cmICT電樞電壓 C 轉(zhuǎn)矩常數(shù) C 電動勢常數(shù) 電動機(jī)主磁通n55一、點(diǎn)檢一、點(diǎn)檢n點(diǎn)檢點(diǎn)檢按有關(guān)維護(hù)文件的規(guī)定，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定點(diǎn)、按有關(guān)維護(hù)文件的規(guī)定，對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行

53、定點(diǎn)、 定時的檢查和維護(hù)定時的檢查和維護(hù)n點(diǎn)檢要求和內(nèi)容點(diǎn)檢要求和內(nèi)容n 專職點(diǎn)檢專職點(diǎn)檢重點(diǎn)設(shè)備、部位（設(shè)備部門）重點(diǎn)設(shè)備、部位（設(shè)備部門）n 日常點(diǎn)檢日常點(diǎn)檢一般設(shè)備的檢查及維護(hù)（車間）一般設(shè)備的檢查及維護(hù)（車間）n 生產(chǎn)點(diǎn)檢生產(chǎn)點(diǎn)檢開機(jī)前檢查、潤滑、日常清潔、緊固等工作開機(jī)前檢查、潤滑、日常清潔、緊固等工作n （操作者）（操作者）56二、數(shù)控系統(tǒng)的日常維護(hù)二、數(shù)控系統(tǒng)的日常維護(hù)1、檢測反饋元件的維護(hù)、檢測反饋元件的維護(hù) 光電編碼器、接近開關(guān)、行程開關(guān)與撞塊、光柵等的檢查和維護(hù)。光電編碼器、接近開關(guān)、行程開關(guān)與撞塊、光柵等的檢查和維護(hù)。2、備用電路板的定期通電、備用電路板的定期通電 備用電路板應(yīng)定期裝到備用電路板應(yīng)定期裝到CNC系統(tǒng)上通電運(yùn)行，長期停用的數(shù)控機(jī)床也要系統(tǒng)上通電運(yùn)行，長期停用的數(shù)控機(jī)床也要經(jīng)常通電，利用電器元件本身的發(fā)熱來驅(qū)散電氣柜內(nèi)的潮氣。保證電器元經(jīng)常通電，利用電器元件本身的發(fā)熱來驅(qū)散電氣柜內(nèi)的潮氣。保證電器元件性能的穩(wěn)定可靠。件性能的穩(wěn)定可靠。3、機(jī)床電氣柜的散熱通風(fēng)、機(jī)床電氣柜的散熱通風(fēng) 門上熱交換器