数控机床的基本组成

数控机床的基本组成

数控技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术；采用数控技术控制的机床，或者说装备了主控系统的机床，称为数控机床。数控技术是机电一体化的典型产品，现代数控系统又称为计算机数字控制系统。

电气控制技术对现代机床的发展有着非常重要的作用，从广义上说，现代机床电气控制技术的重要标志是自动调节技术、电子技术、检测技术计算机技术、综合控制技术应用于机床中。尽管现代机床的种类、功能和加工范围有所不同，但它们都离不开电气控制设备，离不开电气控制技术。电气控制装置的配备情况是现代机床自动化水平的重要标志。

按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。

1．操作面板

它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具、数控机床特有的部件。

组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器。

操作人员可以通过键盘和显示器，实现系统管理，对数控程序及有关数据进行输入、存储和编辑修改。在加工中，屏幕可以动态地显示系统状态和故障诊断报苦等。此外，数控程序及数据还可以通过磁盘或通讯接口输入。机床操作面板主要用于手动方式下对机床的操作，以及自动方式下对机床的操作或干预。其上有各

种按钮与选择开关，用于机床及辅助装置的启停、加工方式选择、速度倍率选择等；还有数码管及信号显示等。

2.输入输出设备

输入输出设备是CNC（Computer Numericel Conntrol）系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。

C装置（CNC单元）

CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成，如图2-1所示。

MDI

CNC系统的核心是CNC装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。

4.伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置包括：（1）主轴伺服驱动装置和主轴电机；（2）进给伺服驱动装置和进给电机。测量装置包括：位置和速度测量装置，可以实现进给伺服系统的闭环控制。

5．PLC、机床I/0电路和装置

(1)PLC（Programmable Logic Controller）用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/0控制，它由硬件和软件组成。

（2）机床I/0电路和装置实现I/0控制的执行部件（由继电器、电磁阀、行程

开关、接触器等组成的逻辑电路）。

它们的功能：（1）接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作。

（2）接受面板和机床测的I/0信号，送给CNC装置，经处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。

6.机床的主机

数控机床的主机，是实现制造加工的执行部件。

组成：主传动系统、坐标进给系统、工作台、换刀装置/刀架、液压系统、气动系统、润滑系统、冷却液系统等

（1）主传动系统

数控机床的主传动方式有以下三种。

1．在大中型数控机床上经常采用变速齿轮的传动方式，这样可以加大主轴的输出扭矩，以满足主轴低速旋转时对大输出扭矩特性的要求。

2.在小型的数控机床和部分数控机床上采用同步齿轮带作为主传动，这种传动可以减少主传动的振动和噪声。

3.这些年来，在许多数控机床上大量使用电主轴，即数控机床的主轴直接与交流调速电机的转子刚性连接，使主轴与电机成为一个整体。

（2）.控制进给系统：数控机床闭环控制的进给系统通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械装置及位置检测元件（目前大多采用光栅尺）等几部分组成。

（3.）工作台：对于数控机床来说，是必不可少的重要部件。工作台可以是固定在某一个加工区间的位置上，由直线坐标的伺服电机驱动进行直线运动；也可以是在这个加工区间的位置上作回转运动，自身成为一个旋转坐标，以满足加工的需要。

回转工作台的传动元件一般是由齿轮或同步形带、蜗杆涡轮副、齿轮盘等。（4）.换刀装置和刀塔

换刀装置：一般由机械手、刀库、主轴定向和主轴拉刀机构组成。

(5 ) 气动系统

数控机床的气动系统常用来控制机械手的动作、刀库的动作、交换工作台的动作；完成主轴卡盘的夹紧、尾顶尖的动作等。

（6）润滑系统

润滑系统分为中心润滑系统和齿轮箱润滑两部分。中心润滑系统是由计算机通过辅助装置进行控制的，主要对主轴轴承、各坐标轴承、导轨、滚珠丝杠螺母副、机械手、刀库、以及所有滑动、滚动面等部位润滑。

（7）冷却液系统

冷却液系统是由计算机通过辅助控制装置进行控制的，主要是在切削时对刀具和工件进行冷却。同时，冷却液还可以由高压系统经过主轴中心，再经刀柄的中心、刀具的中心对深孔加工进行有效的冷却。

3. 辅助功能与PLC

2．机床外部开关量信号控一、数控机床中PLC实现的功能

1．M、S、T功能

M、S、T功能可以由数控加工程序来指定，也可以在机床的操作面板上进行控制。PLC根据不同的M功能，可控制主轴的正转、反转和停止，主轴准停，冷却液的开、关，卡盘的夹紧、松开及换刀机械手的取刀、归刀等动作。S功能在PLC中可以容易地用四位代码直接指定转速。CNC送出S代码值到PLC，PLC将十进制数转换为二进制数后送到D／A转换器，转换成相对应的输出电压，作为转速指令来控制主轴的转速。数控机床通过PLC可管理刀库，进行刀具的自动交换。处理的信息包括刀库选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命和刀具刃磨次数等。

2．机床外部开关量信号控制功能

机床的开关量有各类控制开关、行程开关、接近开关、压力开关和温控开关等，将各开关量信号送入PLC，经逻辑运算后，输出给控制对象。

3．输出信号控制功能

PLC输出的信号经强电柜中的继电器、接触器，通过机床侧的液压或气动电磁阀，对刀库、机械手和回转工作台等装置进行控制，另外还对冷却泵电动机、润滑泵电动机及电磁制动器等进行控制。

4．伺服控制功能

通过驱动装置，驱动主轴电动机、伺服进给电动机和刀库电动机等。

5．报警处理功能