数控机床工作过程

数控机床的工作过程包括以下几个方面。

（1）输入 输入给数控系统的有零件加工程序、控制参数和补偿数据等。

（2）译码 输入的程序段含有零件的轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等）、要求的加工速度以及其他辅助信息（换刀、换档、冷却液开关等）。计算机依靠译码程序来识别这些符号，将加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。

（3）数据处理 数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算和辅助功能的处理。刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化为刀具中心轨迹。速度计算是解决该加工数据段以什么样的速度运动的问题。加工速度的确定是一个工艺问题。数控系统仅仅是保证这个编程速度的可靠实现。另外，辅助功能如换刀、换档等亦在这个程序中实现。

（4）插补 就是根据输入的加工程序给定的尺寸、轮廓、精度、工艺等方面的信息，按照要求进行中间点插入的过程，换句话说，就是在零件轮廓的起点与中点之间完成“数据点密化的过程”。计算机数控系统的插补功能主要由软件来实现，目前主要有两类插补方法：一是脉冲增量插补，它的特点是每次插补运算结束产生一个进给脉冲；二是数字增量插补，它的特点是插补运算在每个插补周期进行一次，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。

（5）伺服控制 将计算机送出的位置进给脉冲或进给速度指令，经变换和放大后转化为伺服电动机（步进电动机或交、直流伺服电动机）的转动，从而带动机床工作台移动。

（6）管理程序 当一个数据段开始插补时，管理程序即着手准备下一个数据段的读入、译码、数据处理。即由它调用各个功能子程序，且保证一个数据段加工过程中将下一个程序段准备就绪。一旦本数据段加工完成，即开始下一个数据段的插补加工。整个零件加工就是在这种周而复始的过程中完成的。

用数控机床进行加工，首先必须将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化，按规定的代码和格式编制数控加工程序。然后用适当的方式将此加工程序输入数控系统。数控系统根据输入的加工程序进行信息处理，计算出理想轨迹和运动速度，计算轨迹的过程称为插补。然后将处理的结果输出到机床的执行部件，控制机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。

数控机床的加工过程如图1-2所示。其中信息输入、信息处理和伺服执行是数控系统的三个基本工作过程，也是数控系统的三个基本组成部分。加上机床本体，数控机床必须具备信息输入、信息处理、伺服执行及机床本体四个基本组成部分。

加工一个零件所需的数据及操作命令构成零件加工程序。加工程序可以用符号或数字形式记录在输入介质上，输入数控系统；也可以通过键盘或通信接口输入数控系统。输入介质（有形的信息载体）一般是穿孔纸带、磁带、软盘等。输入介质上的数据以程序段形式编排。

图1-2 数控机床的加工过程

每一程序段都包含加工零件某一部分所需的全部信息：加工段长度、形状、切削速度、进给速度以及进给量等。零件程序编程时所需的尺寸信息（长度、宽度及圆弧半径）和外形（圆弧、直线或其他）取自零件图，尺寸按每一个运动轴，如X、Y轴等，分别给出。切削速度、进给速度及冷却液通断、主轴回转方向、齿轮变速等其他辅助功能均可编程输入。这样，在加工过程中，每执行一个程序段，刀具便完成一部分切削。

信息处理是数控装置的核心任务，由计算机来完成。它的作用是识别输入介质中每个程序段的加工数据和操作命令，并对其进行换算和插补计算。所谓插补，即根据程序信息计算出运动轨迹上的许多中间点的坐标。这些中间点坐标以前一中间点到后一中间点的位移量形式输出，经接口电路向各坐标轴执行部件送出控制信号，控制机床按规定的速度和方向移动，以完成零件的成形加工。(www.xing528.com)

伺服执行部分的作用是将插补输出的位移信息转换成机床的进给运动。数控系统要求伺服执行部件准确、快速地跟随插补输出信息执行机械运动。这样数控机床才能加工出高精度的工件。数控机床常用的伺服驱动元件有功率步进电动机、宽调速直流伺服电动机和交流伺服电动机等。

从上面分析可以看出，与传统的机床相比，数控系统取代了操作人员的手工操作。传统的机床加工中，操作者通过操纵手轮使切削刀具沿着工件移动进行零件加工，加工精度完全由操作者的视力及熟练程度决定，加工精度难以保证。对于外形简单且精度要求较低的零件可用手工操作方式完成，若是二维轮廓或三维轮廓加工，手工操作的普通机床就无能为力了。采用了数控机床后，原来操作者手工完成的工作都包含在零件程序中了，所以他们只需编制简单的程序，监视机床工作，并作通常的零件更换即可，从而实现了工件的自动加工。

与传统机床相比，数控机床有以下优点：

1）具有充分的柔性，只需编制零件程序就能加工零件。

2）在切削速度和进给行程的全范围内均可保持精度，且一致性好。

3）生产周期较短。

4）可以加工复杂形状的零件。

5）易于调整机床，与其他制造方法（如自动机床、自动生产线）相比，所需调整时间较少。

6）操作者有空闲时间，可照料其他加工。

数控机床也存在以下问题：

1）造价相对高。

2）维护比较复杂，需要专门的维护人员。

3）需要高度熟练和经过培训的零件编程人员