浅谈数控机床的工作原理

党成龙 赵一新

【摘要】数控机床与一般机床相比，有较强的适应性和通用性，能获得更高的加工精度和稳定的加工质量，具有较高的生产率，能改善劳动条件，提高劳动生产率，还便于现代化的生产管理。数控机床在加工制造中有举足轻重的地位，本文就数控机床的工作原理作简要探究，希望为相关人员提供一定的借鉴和参考。

【关键词】数控机床 ；工作原理

数控机床由程序编制及信息载体、输入装置、数控装置、伺服装置系统、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。 数控机床加工零件的过程如图1所示。

一、程序编制及信息载体

数控加工机床进行工作时不需要人来直接进行操作，而是靠人事先编制好的数控程序来实现控制。数控程序实质上是一种规定的代码和程序格式，它能帮助数控机床直接接受的人的意图。通过对加工零件的工艺分析和结构形状分析，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件在机床上的安装位置；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、安装位置、工艺参数等加工信息后，用由符号、数字和文字等写成标准数控代码，并且按照一定的的方法和格式，编制成用于控制零件加工的数控程序单。程序编制的工作以前大多由人工来完成，近些年来，随着科技的快速发展，越来越多的程序由专用的编程机和通用的计算机上完成。特别是对于一些形状复杂的零件，编程机和计算机能够明显地提高效率。数控程序的媒介称为信息载体，它用来记录零件加工的全部信息，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，比如穿孔带，就以有孔表示二进位数字码的"1"，无孔表示"0"。采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。

二、输入装置

输入装置的作用是将信息载体上的数控程序传递并存入数控装置内。输入装置可以是纸带阅读机、磁带机或软盘驱动器等，选择输入装置应考虑控制存储的介质。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。

零件的加工程序输入到计算机后，先存入计算机的零件程序存储器中，加工时再从存储器中一段段往外调。或者零件程序从阅读机输入数控装置后，直接送去信息处理，这样机床一边读入，一边加工。

三、数控装置

加工零件的信息输入数控装置后，接着进行信息的处理。数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，将加工程序翻译成计算机内部能识别的语言，这个过程叫译码。译码后，这些指令与数据是控制与运算的原始依据，能控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。

零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。对于轮廓控制系统，信息处理的重要内容是运动轨迹的插补运算。零件的加工程序通常只给出工件某段轮廓起点和终点的坐标和形状规律信息，由计算机据此计算出一系列中间点的坐标，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。这种把起点和终点之间的空白补齐的运算称为插补运算。

四、伺服系统和位置检测装置

驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。伺服系统控制机床的各个执行件，使之完成预定的位移，每一个数字或者脉冲信号，使机床执行件得到的位移量称为"增量值"或"设定单位"。它的大小取决于机床的精度等级。通常为0.001mm。某些精度要求较低的机床，也可以取得大一些。

位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。

五、辅助控制装置

机床逻辑状态接口电路，主要用于机床主轴电动机的开、停、正、反、制动以及变速，液压泵和切削液泵的开、停，换刀动作等开关量的控制。辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，主轴运动部件的变速、换向和启停指令，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。

由于可编程逻辑控制器具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。

六、机床本体

数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。

作者简介：党成龙（1994-），男，汉族，山东省临沂市人，本科在读，郑州大学，机械工程，研究方向：机械设计。