数控机床加工原理详解

数控机床的加工原理如图1-3所示。在数控机床上加工工件时，要事先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入（manual data input，MDI）方式或与计算机通信等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。

图1-3　数控机床的加工原理

1.工艺与程序编制

数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的装夹位置、刀具与零件相对运动的尺寸参数、零件加工的工艺路线或加工顺序、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。这样得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，然后按数控机床规定采用的代码和程序格式，将工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数（切削速度、进给量、背吃力量等）以及辅助功能（换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关等）编制成数控加工程序。编制程序的工作可人工进行，或者在数控机床以外用自动编程计算机系统来完成，比较先进的数控机床可以在其数控装置上直接编程。

2.输入/输出装置

数控机床在进行加工前，必须接收由操作人员输入的零件加工程序，然后才能根据输入的程序进行加工。在加工过程中，操作人员要向机床数控装置输入操作命令，数控装置要为操作人员显示必要的信息，如坐标值、报警信号等。此外，输入的程序并非全部正确，有时需要编辑、修改和调试。以上工作都是机床数控系统和操作人员进行信息交流的过程，要进行信息交流必须具备输入/输出装置。

将数控程序输入数控装置，可采用以下几种方式：

1）控制介质输入

控制介质输入方法主要有两种。一种方法是通过纸带输入，即在特制的纸带上穿孔，用孔的不同位置的组合构成不同的数控代码，通过纸带阅读机将指令输入。穿孔纸带使用ISO（国际标准化组织）标准和EIA（美国电子工业协会）制定的两种标准信息代码，现在的数控系统两种代码都可以识别应用。另一种方法是对于配置有计算机软驱动器的数控机床，可以将存储在磁盘上的程序通过软驱输入系统，尽管穿孔纸带已被淘汰，但是规定的标准信息代码仍然是数控程序编制、制备控制介质所遵守的标准。

2）手动输入

操作者可以利用机床上的显示屏及键盘输入加工程序指令，控制机床的运动。一种是手动输入（MDI），它适用于一些比较短的程序，只能使用一次，另一种是在控制装置的编辑（EDIT）状态下，用按键输入加工程序，存入控制装置的内存中。用这种方式可以对程序进行编辑，程序可重复使用。除此之外，在具有会话编程功能的数控装置上，可以按照显示屏上提示的问题，选择不同的菜单，将图样上指定的有关尺寸数字等输入，就可自动生成加工程序。(https://www.xing528.com)

3）直接输入存储器

利用这种方式可以使用数控装置的串行口，通过对有关参数的设定和相关软件，直接读入在自动编程机上或其他计算机上编制好的程序。

3.数控装置及辅助控制装置

数控装置是数控机床的核心，它接收输入装置送来的脉冲信号，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、插补运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。其中最基本的控制信号是：由插补运算决定的各坐标轴的进给位移量、进给方向和速度的指令，经伺服驱动系统驱动执行部件做进给运动。其他还有主运动部件的变速、换向和启/停信号，刀具选择和交换的指令信号，冷却液、润滑液的启停，工件和机床部件松开、夹紧，分度工作台转位等辅助指令信号。

数控机床结构简介

辅助控制装置是连接数控装置和机床机械、液压部件的控制系统，其主要作用是接收数控输出的主运动变速、换刀、辅助装置动作等指令信号，经过编译、逻辑判断、功率放大后驱动相应的电气、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作。此外，行程开关和监控检测等开关信号也要经过辅助控制装置送到数控装置进行处理。

4.伺服驱动系统及位置检测装置

伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动电动机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移。每个做进给运动的执行部件，都配有一套伺服驱动系统。伺服驱动系统有开环、半闭环和闭环之分。在半闭环和闭环伺服驱动系统中，还有位置检测装置，间接或直接地测量执行部件的实际位移和速度并发送反馈信号与指令信号进行比较，按闭环原理，将其误差转换放大后控制执行部件的运动，以提高系统精度。

5.机械部件

数控机床的机械部件包括主运动部件、进给运动执行部件（如工作台、拖板）、传动部件和床身立柱等支承部件，此外还有冷却、润滑、排屑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的机床，还有自动刀具交换装置、自动交换工作台装置等部件。数控机床机械部件的组成与普通机床相似，但传动结构要求更为简单，在精度、刚度、抗振性、耐磨性、耐热性等方面要求更高，而且其传动和变速系统要便于实现自动化控制。