數(shù)控機床各組成部分結(jié)構(gòu)及控制原理

數(shù)控機床各組成部分結(jié)構(gòu)及控制原理目錄數(shù)控機床概述數(shù)控系統(tǒng)伺服系統(tǒng)主軸與進給系統(tǒng)輔助裝置與液壓系統(tǒng)檢測裝置與反饋系統(tǒng)數(shù)控機床的控制原理01數(shù)控機床概述數(shù)控機床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床，通過編程或其他方式，能夠自動完成加工過程的啟動、加工、檢測等工序。定義從20世紀50年代第一臺數(shù)控機床的誕生，到70年代微處理器的出現(xiàn)和計算機數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，再到現(xiàn)代高精度、高效率、高自動化程度的數(shù)控機床的廣泛應用，數(shù)控機床經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和完善。發(fā)展歷程定義與發(fā)展歷程分類按工藝用途可分為數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床等；按控制方式可分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制數(shù)控機床；按功能水平可分為經(jīng)濟型、普及型和高檔型數(shù)控機床。應用領(lǐng)域廣泛應用于汽車、航空航天、模具制造、能源裝備等制造業(yè)領(lǐng)域，以及醫(yī)療、教育等非制造業(yè)領(lǐng)域。數(shù)控機床的分類及應用領(lǐng)域組成主要由輸入/輸出設備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機床本體等部分組成。結(jié)構(gòu)包括床身、主軸箱、進給機構(gòu)、工作臺、刀庫及換刀裝置等機械結(jié)構(gòu)，以及液壓、氣動和潤滑等輔助系統(tǒng)。其中，床身是機床的基礎部件，用于支撐和固定其他部件；主軸箱是安裝主軸及其傳動件的部件，用于傳遞動力和扭矩；進給機構(gòu)是實現(xiàn)工件或刀具進給的部件，包括滾珠絲杠副、直線導軌副等；工作臺是承載工件的部件，可沿導軌移動或轉(zhuǎn)動；刀庫及換刀裝置是用于存儲和更換刀具的部件。數(shù)控機床的組成與結(jié)構(gòu)02數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)能夠按照預先設定的程序，對機床的各個運動軸進行精確的位置、速度和加速度控制?？刂乒δ茉诩庸み^程中，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)零件輪廓的幾何形狀，自動計算并分配各坐標軸的運動量，實現(xiàn)刀具軌跡的連續(xù)、平滑。插補功能數(shù)控系統(tǒng)還具備一些輔助功能，如主軸控制、刀具管理、冷卻液控制等，以支持加工過程的順利進行。輔助功能數(shù)控系統(tǒng)的基本功能用于將加工程序、參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，如鍵盤、紙帶閱讀機等。輸入設備中央處理單元（CPU）存儲器輸出設備是數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，負責執(zhí)行加工程序的譯碼、運算和控制等功能。用于存儲加工程序、系統(tǒng)參數(shù)、用戶數(shù)據(jù)等信息，包括RAM、ROM、EEPROM等。將數(shù)控系統(tǒng)的控制指令輸出到機床的執(zhí)行部件，如伺服驅(qū)動器、主軸驅(qū)動器等。數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成系統(tǒng)軟件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎軟件，包括操作系統(tǒng)、編程語言及編譯程序等，用于管理硬件資源、提供編程接口和實現(xiàn)基本功能?？刂栖浖菙?shù)控系統(tǒng)的核心軟件，負責實現(xiàn)各種控制算法和策略，如插補算法、速度控制算法等。應用軟件是針對不同機床和加工需求開發(fā)的專用軟件，如自動編程軟件、仿真軟件等，用于提高加工效率和精度。數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)03伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是指能夠精確跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，又稱隨動系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)定義通常由伺服電機、伺服驅(qū)動器、編碼器等組成。伺服系統(tǒng)組成在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)機床進給運動和主軸運動的關(guān)鍵部分，直接影響機床的加工精度和效率。伺服系統(tǒng)作用010203伺服系統(tǒng)的基本概念03直流電機調(diào)速性能好，但維護較為困難，逐漸被交流伺服電機所取代。01永磁同步電機具有高效率、高功率密度、低噪音等優(yōu)點，適用于高精度、高速度的應用場合。02異步電機結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，但控制精度相對較低，適用于一些對精度要求不高的場合。伺服電機的類型及特點伺服驅(qū)動器的功能及原理伺服驅(qū)動器可采用位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制等多種控制方式，以滿足不同應用場合的需求?？刂品绞浇邮諄碜詳?shù)控系統(tǒng)的指令信號，經(jīng)過放大、整形等處理后，驅(qū)動伺服電機進行相應的運動。功能伺服驅(qū)動器通常采用PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)，通過改變脈沖的寬度來控制電機的轉(zhuǎn)速和位置。同時，驅(qū)動器還具備過流、過壓、過熱等保護功能，確保電機的安全運行。原理04主軸與進給系統(tǒng)主軸結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的主軸通常采用高性能電動機驅(qū)動，通過傳動裝置（如皮帶、齒輪等）將動力傳遞給主軸，實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)運動。主軸的剛度、精度和穩(wěn)定性對加工質(zhì)量至關(guān)重要。工作原理主軸在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，按照預設的程序和參數(shù)進行旋轉(zhuǎn)運動。主軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和停止等動作均可通過數(shù)控系統(tǒng)進行精確控制，以滿足不同加工需求。主軸的結(jié)構(gòu)與工作原理進給系統(tǒng)主要由伺服電動機、滾珠絲杠、導軌、聯(lián)軸器等部件組成。伺服電動機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器將動力傳遞給工作臺或刀架，實現(xiàn)工件的進給運動。組成進給系統(tǒng)的主要功能是控制工件或刀具在加工過程中的位置、速度和加速度，保證加工精度和效率。同時，進給系統(tǒng)還具備自動換刀、自動定位等功能，提高加工自動化程度。功能進給系統(tǒng)的組成及功能主軸控制策略主軸的控制策略主要包括速度控制、位置控制和轉(zhuǎn)矩控制。速度控制是通過調(diào)節(jié)主軸電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對主軸旋轉(zhuǎn)速度的控制；位置控制是通過編碼器檢測主軸的實際位置，并與目標位置進行比較，從而調(diào)整主軸的位置；轉(zhuǎn)矩控制則是通過檢測主軸的負載轉(zhuǎn)矩并調(diào)整電動機的輸出轉(zhuǎn)矩，以保證主軸的穩(wěn)定運行。要點一要點二進給系統(tǒng)控制策略進給系統(tǒng)的控制策略主要包括位置控制、速度控制和加速度控制。位置控制是通過檢測工作臺或刀架的實際位置，并與目標位置進行比較，從而調(diào)整進給系統(tǒng)的位置；速度控制是通過調(diào)節(jié)伺服電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對工作臺或刀架進給速度的控制；加速度控制則是通過調(diào)整伺服系統(tǒng)的加速度參數(shù)，使工作臺或刀架在啟動、停止和變速過程中保持平穩(wěn)。主軸與進給系統(tǒng)的控制策略05輔助裝置與液壓系統(tǒng)用于自動清除切削過程中產(chǎn)生的切屑，保持機床和工件的清潔，防止切屑劃傷機床導軌和工件表面。排屑裝置保障操作者的安全，防止意外事故發(fā)生。安全防護裝置對切削區(qū)域進行冷卻，降低切削溫度，提高刀具耐用度和工件表面質(zhì)量。冷卻裝置對機床導軌、主軸等運動部件進行潤滑，減少摩擦磨損，提高機床精度和壽命。潤滑裝置為機床提供充足的照明，方便操作者觀察和操作。照明裝置0201030405輔助裝置的類型及作用液壓泵液壓缸或液壓馬達控制閥輔助元件液壓系統(tǒng)的組成及功能將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，為液壓系統(tǒng)提供動力?？刂坪驼{(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的壓力、流量和方向，實現(xiàn)工作機構(gòu)的各種動作要求。將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動工作機構(gòu)實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)運動。包括油箱、濾油器、冷卻器、加熱器等，保證液壓系統(tǒng)的正常工作。輔助裝置與液壓系統(tǒng)的控制原理電氣控制通過電氣元件（如按鈕、開關(guān)、接觸器等）實現(xiàn)對輔助裝置和液壓系統(tǒng)的啟動、停止、調(diào)速等操作。液壓控制利用液壓控制閥（如壓力閥、流量閥、方向閥等）對液壓系統(tǒng)中的壓力、流量和方向進行控制，以滿足工作機構(gòu)的各種動作要求。PLC控制采用可編程邏輯控制器（PLC）對輔助裝置和液壓系統(tǒng)進行自動化控制，實現(xiàn)復雜的邏輯關(guān)系和順序控制。傳感器與反饋控制通過傳感器實時監(jiān)測輔助裝置和液壓系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)（如壓力、溫度、流量等），并將信號反饋給控制系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)控制和自動調(diào)節(jié)。06檢測裝置與反饋系統(tǒng)位置檢測裝置用于檢測機床執(zhí)行部件的位置信息，如光柵尺、感應同步器等，將位置信息轉(zhuǎn)換為電信號以供數(shù)控系統(tǒng)處理。速度檢測裝置用于檢測機床進給速度或主軸轉(zhuǎn)速，如測速發(fā)電機、脈沖編碼器等，為數(shù)控系統(tǒng)提供速度反饋信號。電流檢測裝置用于檢測伺服電機或主軸電機的電流信號，以判斷負載情況并進行相應調(diào)整。檢測裝置的類型及作用比較環(huán)節(jié)將檢測裝置輸出的反饋信號與數(shù)控系統(tǒng)輸出的指令信號進行比較，得出偏差信號。放大環(huán)節(jié)對偏差信號進行放大處理，以驅(qū)動執(zhí)行部件進行相應動作。執(zhí)行環(huán)節(jié)根據(jù)放大后的偏差信號，驅(qū)動伺服電機或主軸電機等執(zhí)行部件進行相應運動。調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)對執(zhí)行部件的運動狀態(tài)進行實時監(jiān)測和調(diào)整，以保證加工精度和穩(wěn)定性。反饋系統(tǒng)的組成及功能閉環(huán)控制原理通過檢測裝置實時檢測執(zhí)行部件的位置、速度等參數(shù)，并將這些信息反饋給數(shù)控系統(tǒng)，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)反饋信息對執(zhí)行部件進行精確控制，以實現(xiàn)高精度加工。誤差補償原理在閉環(huán)控制過程中，當檢測到執(zhí)行部件的實際位置與指令位置存在偏差時，數(shù)控系統(tǒng)會自動計算并輸出補償信號，驅(qū)動執(zhí)行部件進行相應調(diào)整，以減小或消除誤差。這種誤差補償機制可以提高加工精度和穩(wěn)定性。檢測裝置與反饋系統(tǒng)的控制原理07數(shù)控機床的控制原理閉環(huán)控制具有位置檢測反饋裝置，可以消除整個系統(tǒng)的誤差，定位精度高，但系統(tǒng)復雜、調(diào)試和維修困難。半閉環(huán)控制檢測元件安裝在進給系統(tǒng)或伺服電機的端部，只能補償部分誤差，精度介于開環(huán)和閉環(huán)之間。開環(huán)控制無位置檢測反饋裝置，控制精度相對較低，但結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。數(shù)控機床的控制方式及特點123每走一步都要和給定軌跡上的坐標進行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，從而決定下一步的進給方向。逐點比較法將直線或圓弧的方程進行積分，得到每個坐標軸在單位時間內(nèi)的位移量，從而實現(xiàn)插補。數(shù)字積分法根據(jù)給定軌跡的方程，在已知曲線上按一定的時間間隔進行采樣，得到一系列離散點，然后用直線或圓弧逼近這些離散點。數(shù)據(jù)采樣法數(shù)控機床的插補原理及