第一節(jié) 數(shù)控機(jī)床
五、數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控機(jī)床由CNC系統(tǒng)和機(jī)床主機(jī)及輔助裝置組成。CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置及主軸、進(jìn)給控制單元組成。零件加工程序是CNC系統(tǒng)的重要組成部分。輸入輸出設(shè)備主要用于零件加工程序的編制、存儲(chǔ)、打印、顯示等。不同檔次的CNC系統(tǒng)其輸入輸出設(shè)備的復(fù)雜程度也不一樣。
CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心部件，它由計(jì)算機(jī)(包括硬件和軟件)、可編程序控制器(PLC)和接口電路組成。
主軸控制單元與交、直流主軸電動(dòng)機(jī)及其進(jìn)給檢測(cè)元件組成主軸驅(qū)動(dòng)裝置，用于控制主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在寬范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，并在每種速度下都能提供切削所需要的功率。
速度控制單元與進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)(功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī))及其檢測(cè)元件組成進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，用于控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，提供切削過程中所需要的扭矩，并可以任意調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度。再配以位置控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)(或刀具)位置的精確控制，這就是進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
為了滿足數(shù)控機(jī)床高自動(dòng)化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床主機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)需滿足高剛度和高抗振性、小的機(jī)床熱變形等要求，為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選用上采取一系列措施;此外，在數(shù)控機(jī)床中多采用高效率、無間隙、低摩擦傳動(dòng)，并采用高性能，寬調(diào)速范圍交、直流伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)，以盡量簡化機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
輔助裝置是保證數(shù)控機(jī)床功能充分發(fā)揮所需要的配套部件，包括：電器、液壓、氣動(dòng)元件及系統(tǒng)，冷卻、排屑、防護(hù)、潤滑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等一系列裝置，交換工作臺(tái)，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，數(shù)控分度頭，刀具及其監(jiān)控檢測(cè)裝置等。
六、數(shù)控機(jī)床的分類
數(shù)控機(jī)床可以從不同的角度對(duì)其分類：按照能夠控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡可以把數(shù)控機(jī)床分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。
點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床只控制工作臺(tái)(或刀具)從一點(diǎn)精確地移動(dòng)到另一點(diǎn)，移動(dòng)過程中不進(jìn)行加工。采用這種控制方案的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床不僅控制工作臺(tái)(或刀具)的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且還要控制軌跡上每一點(diǎn)的速度和位置，因而能夠加工曲線(或曲面)。數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控電加工機(jī)床、加工中心等都
采用這種控制方案。
按照伺服系統(tǒng)的控制方式可以把數(shù)控機(jī)床分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。開環(huán)控制方式與閉環(huán)、半閉環(huán)控制方式的區(qū)別是明顯的。閉環(huán)和半閉環(huán)控制方式都為反饋控制系統(tǒng)，都包括位置、速度控制單元，都采用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，都有位置、速度檢測(cè)器，速度檢測(cè)器都可以安裝在電動(dòng)機(jī)的軸端。區(qū)別是：閉環(huán)控制其位置檢測(cè)器安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，環(huán)內(nèi)包括絲杠螺母副、工作臺(tái)等傳動(dòng)部件，設(shè)計(jì)、調(diào)試難度大，但控制精度高。而半閉環(huán)控制其位置檢測(cè)器安裝在電動(dòng).機(jī)軸端或絲杠的軸端，一般位置測(cè)量和速度測(cè)量用一個(gè)檢測(cè)器。由于環(huán)中包括的傳動(dòng)部件少，設(shè)計(jì)、調(diào)試難度小，但控制精度不如閉環(huán)的高。
按照加工方式可以把數(shù)控機(jī)床分為金屬切削類、金屬成型類、特種加工類和其他類等數(shù)控機(jī)床。
數(shù)控機(jī)床還可以按其功能水平分高、中、低三檔。
七、數(shù)控機(jī)床再生改造應(yīng)該考慮的問題
數(shù)控機(jī)床再生改造通常應(yīng)該考慮以下問題：
(1)正確估計(jì)被改造數(shù)控機(jī)床的剩余價(jià)值。在對(duì)舊數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改造時(shí)，必須仔細(xì)分析這臺(tái)數(shù)控機(jī)床哪些部分還可利用，哪些必須更新。一般要求可利用的剩余價(jià)值不應(yīng)低于總價(jià)值的1/3。一般來說，舊數(shù)控機(jī)床中剩余價(jià)值較大的是機(jī)械部分及配套附件，數(shù)控系統(tǒng)往往都需要更新。
(2)對(duì)是否值得改造做出判斷。設(shè)備技術(shù)改造力求投資少，一般不應(yīng)超過同類新設(shè)備購置費(fèi)用的40%-60%。
(3)對(duì)舊數(shù)控機(jī)床進(jìn)行再生改造時(shí)，應(yīng)避免只搞局部改造，而應(yīng)做全面配套改造。
(4)再生改造要與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況相適應(yīng)。設(shè)備改造的宗旨是以有限的投入創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟(jì)效益，因此不一定要把設(shè)備改造成一流水平。
五、數(shù)控機(jī)床的組成
數(shù)控機(jī)床由CNC系統(tǒng)和機(jī)床主機(jī)及輔助裝置組成。CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置及主軸、進(jìn)給控制單元組成。零件加工程序是CNC系統(tǒng)的重要組成部分。輸入輸出設(shè)備主要用于零件加工程序的編制、存儲(chǔ)、打印、顯示等。不同檔次的CNC系統(tǒng)其輸入輸出設(shè)備的復(fù)雜程度也不一樣。
CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心部件，它由計(jì)算機(jī)(包括硬件和軟件)、可編程序控制器(PLC)和接口電路組成。
主軸控制單元與交、直流主軸電動(dòng)機(jī)及其進(jìn)給檢測(cè)元件組成主軸驅(qū)動(dòng)裝置，用于控制主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在寬范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，并在每種速度下都能提供切削所需要的功率。
速度控制單元與進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)(功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或交、直流伺服電動(dòng)機(jī))及其檢測(cè)元件組成進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，用于控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，提供切削過程中所需要的扭矩，并可以任意調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度。再配以位置控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)(或刀具)位置的精確控制，這就是進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
為了滿足數(shù)控機(jī)床高自動(dòng)化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床主機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)需滿足高剛度和高抗振性、小的機(jī)床熱變形等要求，為此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選用上采取一系列措施;此外，在數(shù)控機(jī)床中多采用高效率、無間隙、低摩擦傳動(dòng)，并采用高性能，寬調(diào)速范圍交、直流伺服電動(dòng)機(jī)和主軸電動(dòng)機(jī)，以盡量簡化機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
輔助裝置是保證數(shù)控機(jī)床功能充分發(fā)揮所需要的配套部件，包括：電器、液壓、氣動(dòng)元件及系統(tǒng)，冷卻、排屑、防護(hù)、潤滑、照明、儲(chǔ)運(yùn)等一系列裝置，交換工作臺(tái)，數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，數(shù)控分度頭，刀具及其監(jiān)控檢測(cè)裝置等。
六、數(shù)控機(jī)床的分類
數(shù)控機(jī)床可以從不同的角度對(duì)其分類：按照能夠控制刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡可以把數(shù)控機(jī)床分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床和輪廓控制數(shù)控機(jī)床。
點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床只控制工作臺(tái)(或刀具)從一點(diǎn)精確地移動(dòng)到另一點(diǎn)，移動(dòng)過程中不進(jìn)行加工。采用這種控制方案的有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床等。輪廓控制數(shù)控機(jī)床不僅控制工作臺(tái)(或刀具)的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，而且還要控制軌跡上每一點(diǎn)的速度和位置，因而能夠加工曲線(或曲面)。數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控電加工機(jī)床、加工中心等都
采用這種控制方案。
按照伺服系統(tǒng)的控制方式可以把數(shù)控機(jī)床分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。開環(huán)控制方式與閉環(huán)、半閉環(huán)控制方式的區(qū)別是明顯的。閉環(huán)和半閉環(huán)控制方式都為反饋控制系統(tǒng)，都包括位置、速度控制單元，都采用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，都有位置、速度檢測(cè)器，速度檢測(cè)器都可以安裝在電動(dòng)機(jī)的軸端。區(qū)別是：閉環(huán)控制其位置檢測(cè)器安裝在機(jī)床工作臺(tái)上，環(huán)內(nèi)包括絲杠螺母副、工作臺(tái)等傳動(dòng)部件，設(shè)計(jì)、調(diào)試難度大，但控制精度高。而半閉環(huán)控制其位置檢測(cè)器安裝在電動(dòng).機(jī)軸端或絲杠的軸端，一般位置測(cè)量和速度測(cè)量用一個(gè)檢測(cè)器。由于環(huán)中包括的傳動(dòng)部件少，設(shè)計(jì)、調(diào)試難度小，但控制精度不如閉環(huán)的高。
按照加工方式可以把數(shù)控機(jī)床分為金屬切削類、金屬成型類、特種加工類和其他類等數(shù)控機(jī)床。
數(shù)控機(jī)床還可以按其功能水平分高、中、低三檔。
七、數(shù)控機(jī)床再生改造應(yīng)該考慮的問題
數(shù)控機(jī)床再生改造通常應(yīng)該考慮以下問題：
(1)正確估計(jì)被改造數(shù)控機(jī)床的剩余價(jià)值。在對(duì)舊數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改造時(shí)，必須仔細(xì)分析這臺(tái)數(shù)控機(jī)床哪些部分還可利用，哪些必須更新。一般要求可利用的剩余價(jià)值不應(yīng)低于總價(jià)值的1/3。一般來說，舊數(shù)控機(jī)床中剩余價(jià)值較大的是機(jī)械部分及配套附件，數(shù)控系統(tǒng)往往都需要更新。
(2)對(duì)是否值得改造做出判斷。設(shè)備技術(shù)改造力求投資少，一般不應(yīng)超過同類新設(shè)備購置費(fèi)用的40%-60%。
(3)對(duì)舊數(shù)控機(jī)床進(jìn)行再生改造時(shí)，應(yīng)避免只搞局部改造，而應(yīng)做全面配套改造。
(4)再生改造要與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況相適應(yīng)。設(shè)備改造的宗旨是以有限的投入創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟(jì)效益，因此不一定要把設(shè)備改造成一流水平。