数控机床的结构及各部分的功能
1.1数控机床的结构
数控机床是由普通机床演变而来的，它采用计算机数字控制方式，各个坐标方向的运动 均由独立的伺服电动机驱动，取代了普通机床上复杂的齿轮传动链。数控机床（数控加工中心）通过x、y、 z三个坐标来控制刀具和工件间的相对运动。它由信息输入设备、信息运算及控制装置、伺 服驱动系统、机床本体、机电接口五大部分组成，如图1-1所示，其中除机床本体之外的部 分统称为计算机数控（cnc)系统。
1.1.1数控机床各部分的功能
1. 信息输入设备
信息输入设备是数控机床（cnc加工中心）的信息输人通道，加工零件所需的程序和各种参数、数据通过 信息输入设备送进计算机系统（信息运算及控制装置）。早期的输人方式为穿孔纸带和磁 带，目前多采用磁盘。在生产现场，简单零件的加工程序都是采用按键配合显示器（crt) 的手动数据输入（mdi)方式；在调整机床和对刀时采用手摇脉冲发生器的方式输入；通过 通信接口，可采用上位机的方式输人。
2. 信息运算及控制装置
信息运算及控制装置是由*处理单元（cpu)、存储器、总线和相应的软件构成的专 用计算机，简称数控装置（cnc装置）。它接收到输入的信息后，经过译码、轨迹计算（速 度计算）、插补运算和补偿计算，再给各个坐标的伺服驱动系统发送速度、位移指令。数控 装置是数控机床的核心，数控机床的功能强弱主要由这一部分决定，它具备的主要功能
• 2• 数控机床杻械系统维修与调试实用技术
如下：
1) 多轴联动、多坐标控制。
2) 实现多种函数的插补（直线、圆弧、拋物线、螺旋线、极坐标、样条函数等）。
3) 多种程序输入（人机对话、手动数据输入、由上级计算机和其他输人设备的程序输 人）、编辑和修改功能。
4) 信息转换功能。包括eia/iso代码转换，米制/英制转换、坐标转换、值/增量
值转换等。
5) 补偿功能。包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。
6) 多种加工方式选择。包括各种加工循环、重复加工、凸凹模加工和镜像加工等。
7) 故障自诊断功能。
8) 显示功能。用crt可以显示字符、轨迹、平面图形和动态三维图形。
9) 通信和联网功能。
3.伺服驱动系统
伺服驱动系统又称为伺服驱动装置，它接受计算机运算处理后分配来的信号。该信号经 过解调、转换、放大后去驱动伺服电动机，带动数控机床的执行部件运动。数控机床的伺服 驱动装置分为主轴驱动单元（主要是速度控制）、进给驱动单元（包括速度控制和位置控制）、回转工作台和刀库伺服控制装置及其相应的伺服电动机等。伺服系统分为直流伺服系 统和交流伺服系统，而交流伺服系统正在取代直流伺服系统；以步进电动机驱动的伺服系统 在某些具体场合仍可采用；直流伺服系统是适应高速、髙精度的一种伺服机构。伺服系统还 包括安装在伺服电动机上（或机床的执行部件上）的速度、位移检测元件及相应的电路， 该部分能及时将信息反馈回来，构成闭环控制（交流数字闭环控制中还包括电流检测反馈）。常用检测装置有测速发电机、旋转变压器、脉冲编码器、感应同步器、光栅、磁性检 测元件、霍耳检测元件等。一般来说，数控机床的伺服驱动系统应具有很好的快速响应性 能，能够灵敏而准确地跟踪指令。所以，伺服驱动及检测反馈是数控机床的关键环节。
4.机床本体
数控机床的本体包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，基础部 件包括床身、底座、立柱、滑鞍、工作台（刀架）、导轨等。普通机床上各个传动链之间有 着复杂的齿轮，而数控机床由计算机来协调控制各个坐标轴之间的运动，因此数控机床 的传动链短，结构比较简单。为了保证快速响应，数控机床上普遍采用精密滚珠丝杠和直线 滚动导轨副。为了保证数控机床的高精度、高效率和髙自动化加工，机床的机械结构应具有 较高的动态特性、动态刚度、阻尼精度、耐磨性以及良好的抗热变形性能。在加工中心上还 配备有刀库和自动交换刀具的机械手。另外，数控机床上还有一些良好的配套设施，如冷
却、自动排屑、防护、润滑系统，编程机和对刀仪等，以利于充分发挥数控机床的功能。
5.机电接口
数控机床上除了点位、轨迹采用数字控制外，还有许多其他的控制，如主轴的起停，刀 具的更换，工件的夹紧和松开，各种辅助交流电动机的起停，电磁铁的吸合、释放，离合器 的开合，电磁阀的打开与关闭等。它们的动力是由电源变压器、控制变压器、各种断路器、 保护开关、接触器、功率断路器及熔断器等组成的强电线路提供的，而这种强电线路是不能 与低压下工作的控制电路或弱电线路直接连接的，只能通过断路器、热动开关、中间继电器等转换成直流低压下工作的触点的开、合（关）动作，成为继电器逻辑电路或plc可接收 的信号。另外，为了保障人身和设备安全，或者操作与兼容性所必需的信号，如急停、进给 保持、循环启动、nc准备好、行程限位、jog命令（手动连续进给）、nc报警、程序停 止、复位、m信号、s信号、t信号等，也需由plc来传送。这些动作都按机床工作的逻辑 顺序由plc来控制。plc控制的是动作的先后顺序，它处理的是数字信息0和1，无论是由 plc自带的cpu，还是由数控装置内的cpu来处理这些信息，数控机床的数控装置都能将 数字控制信息和开关量控制信息很好地协调起来，实现正常的运转。
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1.1.1数控机床各部分的功能
1. 信息输入设备
信息输入设备是数控机床（cnc加工中心）的信息输人通道，加工零件所需的程序和各种参数、数据通过 信息输入设备送进计算机系统（信息运算及控制装置）。早期的输人方式为穿孔纸带和磁 带，目前多采用磁盘。在生产现场，简单零件的加工程序都是采用按键配合显示器（crt) 的手动数据输入（mdi)方式；在调整机床和对刀时采用手摇脉冲发生器的方式输入；通过 通信接口，可采用上位机的方式输人。
2. 信息运算及控制装置
信息运算及控制装置是由*处理单元（cpu)、存储器、总线和相应的软件构成的专 用计算机，简称数控装置（cnc装置）。它接收到输入的信息后，经过译码、轨迹计算（速 度计算）、插补运算和补偿计算，再给各个坐标的伺服驱动系统发送速度、位移指令。数控 装置是数控机床的核心，数控机床的功能强弱主要由这一部分决定，它具备的主要功能
• 2• 数控机床杻械系统维修与调试实用技术
如下：
1) 多轴联动、多坐标控制。
2) 实现多种函数的插补（直线、圆弧、拋物线、螺旋线、极坐标、样条函数等）。
3) 多种程序输入（人机对话、手动数据输入、由上级计算机和其他输人设备的程序输 人）、编辑和修改功能。
4) 信息转换功能。包括eia/iso代码转换，米制/英制转换、坐标转换、值/增量
值转换等。
5) 补偿功能。包括刀具半径补偿、刀具长度补偿、传动间隙补偿、螺距误差补偿等。
6) 多种加工方式选择。包括各种加工循环、重复加工、凸凹模加工和镜像加工等。
7) 故障自诊断功能。
8) 显示功能。用crt可以显示字符、轨迹、平面图形和动态三维图形。
9) 通信和联网功能。
3.伺服驱动系统
伺服驱动系统又称为伺服驱动装置，它接受计算机运算处理后分配来的信号。该信号经 过解调、转换、放大后去驱动伺服电动机，带动数控机床的执行部件运动。数控机床的伺服 驱动装置分为主轴驱动单元（主要是速度控制）、进给驱动单元（包括速度控制和位置控制）、回转工作台和刀库伺服控制装置及其相应的伺服电动机等。伺服系统分为直流伺服系 统和交流伺服系统，而交流伺服系统正在取代直流伺服系统；以步进电动机驱动的伺服系统 在某些具体场合仍可采用；直流伺服系统是适应高速、髙精度的一种伺服机构。伺服系统还 包括安装在伺服电动机上（或机床的执行部件上）的速度、位移检测元件及相应的电路， 该部分能及时将信息反馈回来，构成闭环控制（交流数字闭环控制中还包括电流检测反馈）。常用检测装置有测速发电机、旋转变压器、脉冲编码器、感应同步器、光栅、磁性检 测元件、霍耳检测元件等。一般来说，数控机床的伺服驱动系统应具有很好的快速响应性 能，能够灵敏而准确地跟踪指令。所以，伺服驱动及检测反馈是数控机床的关键环节。
4.机床本体
数控机床的本体包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，基础部 件包括床身、底座、立柱、滑鞍、工作台（刀架）、导轨等。普通机床上各个传动链之间有 着复杂的齿轮，而数控机床由计算机来协调控制各个坐标轴之间的运动，因此数控机床 的传动链短，结构比较简单。为了保证快速响应，数控机床上普遍采用精密滚珠丝杠和直线 滚动导轨副。为了保证数控机床的高精度、高效率和髙自动化加工，机床的机械结构应具有 较高的动态特性、动态刚度、阻尼精度、耐磨性以及良好的抗热变形性能。在加工中心上还 配备有刀库和自动交换刀具的机械手。另外，数控机床上还有一些良好的配套设施，如冷
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5.机电接口
数控机床上除了点位、轨迹采用数字控制外，还有许多其他的控制，如主轴的起停，刀 具的更换，工件的夹紧和松开，各种辅助交流电动机的起停，电磁铁的吸合、释放，离合器 的开合，电磁阀的打开与关闭等。它们的动力是由电源变压器、控制变压器、各种断路器、 保护开关、接触器、功率断路器及熔断器等组成的强电线路提供的，而这种强电线路是不能 与低压下工作的控制电路或弱电线路直接连接的，只能通过断路器、热动开关、中间继电器等转换成直流低压下工作的触点的开、合（关）动作，成为继电器逻辑电路或plc可接收 的信号。另外，为了保障人身和设备安全，或者操作与兼容性所必需的信号，如急停、进给 保持、循环启动、nc准备好、行程限位、jog命令（手动连续进给）、nc报警、程序停 止、复位、m信号、s信号、t信号等，也需由plc来传送。这些动作都按机床工作的逻辑 顺序由plc来控制。plc控制的是动作的先后顺序，它处理的是数字信息0和1，无论是由 plc自带的cpu，还是由数控装置内的cpu来处理这些信息，数控机床的数控装置都能将 数字控制信息和开关量控制信息很好地协调起来，实现正常的运转。
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