什麼數控裝置和機床的連接環節

1. 數控機床主要構成部件有哪些各實現什麼功能

1、操作面板
它是操作人員與數控裝置進行信息交流的工具。
2、控制介質與輸入輸出設備
控制介質是記錄零件加工程序的媒介
輸入輸出設備是cnc系統與外部設備進行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質上的零件加工程序輸入cnc系統或將調試好了的零件加工程序通過輸出設備存放或記錄在相應的控制介質上。
3、
cnc裝置(cnc單元)
組成：計算機系統、位置控制板、plc介面板，通訊介面板、特殊功能模塊以及相應的控制軟體。
作用：根據輸入的零件加工程序進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入輸出處理等），然後輸出控制命令到相應的執行部件(伺服單元、驅動裝置和plc等)，所有這些工作是由cnc裝置內硬體和軟體協調配合，合理組織，使整個系統有條不紊地進行工作的。cnc裝置是cnc系統的核心
4、
伺服單元、驅動裝置和測量裝置
伺服單元和驅動裝置
主軸伺服驅動裝置和主軸電機
進給伺服驅動裝置和進給電機
測量裝置
位置和速度測量裝置。以實現進給伺服系統的閉環控制。
作用
保證靈敏、准確地跟蹤cnc裝置指令：
進給運動指令：實現零件加工的成形運動（速度和位置控制）。
主軸運動指令，實現零件加工的切削運動（速度控制）
5、
plc、機床i/o電路和裝置
plc
(programmable
logic
controller)：用於完成與邏輯運算有關順序動作的i/o控制，它由硬體和軟體組成；
機床i/o電路和裝置：實現i/o控制的執行部件(由繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成的邏輯電路；
功能：
接受cnc的m、s、t指令，對其進行解碼並轉換成對應的控制信號，控制輔助裝置完成機床相應的開關動作
接受操作面板和機床側的i/o信號，送給cnc裝置，經其處理後，輸出指令控制cnc系統的工作狀態和機床的動作。
二、數控機床機械部分：數控機床的主體，是實現製造加工的執行部件。
組成：由主運動部件、進給運動部件（工作台、拖板以及相應的傳動機構）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統工件自動交換系統）和輔助裝置（如排屑裝置等）。

2. 數控機床的伺服系統是一個雙閉環系統，內環是速度環，外環是位置環。試解釋其機理

位置控制系統是指以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統，稱為位置伺服系統，簡稱為伺服系統。在數控機床中，伺服系統主要指各坐標軸進給驅動的位置控制系統。伺服系統接受來自CNC裝置的進給脈沖，經變換和放大，再驅動各加工坐標軸按指令脈沖運動。這些軸有的帶動工作台，有的帶動伺服刀架，通過幾個坐標軸的聯動，使刀具相對於工件產生各種復雜的機械運動，加工出所要求的復雜形狀工件。

進給伺服系統是數控裝置和機床機械傳部件間的聯系環節，是數控機床的重要組成部分。伺服系統其結構形式基本相同，以數控機床進給系統為例，伺服系統的一般結構如圖所示。它是一個雙閉環系統，內環是速度環，外環是位置環。速度環中用作速度反饋的檢測裝置為測速發電機、脈沖編碼器等。速度控制單元是一個獨立的單元部件，它由速度調節器、電流調節器及功率驅動放大器等各部分組成。位置環是由CNC裝置中的位置控制模塊、速度控制單元、位置檢測及反饋控制等各部分組成。位置控制主要是對機床運動坐標軸進行控制，進給軸控制是要求最高的位置控制，不僅對單個軸的運動速度和位置精度的控制有嚴格要求，而且在多軸聯動時，還要求各移動軸有很好的動態配合，才能保證加工效率、加工精度和表面粗糙度。伺服電機在伺服系統中作為執行元件。根據被控對象的不同，一般有三種基本控制方式，即位置、速度、力矩控制方式。通常位置和速度控制用得比較多。

3. 請問數控機床主要有哪幾部分組成

加工程序載體、數控裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置。

1、加工程序載體

數控機床工作時，對數控機床進行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，通過數控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。

2、數控裝置

數控機床的核心。現代數控裝置均採用CNC形式，這種CNC裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟體形式實現數控功能，因此又稱軟體數控。CNC系統是一種位置控制系統，它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡，然後輸出到執行部件加工出所需要的零件。

3、伺服與測量反饋系統

伺服系統是數控機床的重要組成部分，用於實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統的作用是把接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大、整形處理後，轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。

伺服系統是數控機床的最後環節，其性能將直接影響數控機床的精度和速度等技術指標，因此，對數控機床的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，准確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，並能忠實地執行來自數控裝置的指令，提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。

4、機床主體

機床主機是數控機床的主體。包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作台、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件，是在數控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。

5、數控機床輔助裝置

輔助裝置是保證充分發揮數控機床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉工作台和數控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置

4. 試述數控機床伺服系統的組成結構和基本要求

數控機床伺服系統的組成結構和基本要求：
一、數控機床伺服系統的組成結構：
1、數控機床伺服系統包括進給伺服系統和主軸伺服系統。數控機床伺服系統是數控系統和機床機械傳動部件間的連接環節，是數控機床的重要組成部分。伺服系統是以機床運動部件位置為控制量的自動控制系統，它根據數控系統插補運算生成的位置指令，精確地變換為機床移動部件的位移（包括直線位移和角位移），直接反映了機床坐標軸跟蹤運動指令和定位的性能。一般所說的伺服系統是指進給伺服系統。
2、進給伺服系統用於控制機床各坐標軸的切削進給運動，是一種精密的位置跟蹤、定位系統，它包括速度控制和位置控制，是一般概念的伺服驅動系統；進給伺服系統主要由以下幾個部分組成：伺服驅動電路、伺服驅動裝置（電機）、位置檢測裝置、機械傳動機構以及執行部件。進給伺服系統接受數控系統發出的進給位移和速度指令信號，由伺服驅動電路作一定的轉換和放大後經伺服驅動裝置和機械傳動機構，驅動機床的執行部件進行工作進給和快速進給。
3、 主軸伺服系統用於控制機床主軸的旋轉運動和切削過程中的轉矩和功率，一般只以速度控制為主。
二、數控機床伺服系統的基本要求：
1、數控機床的高效率、高精度主要取決於進給伺服系統的性能。因此數控機床對進給伺服系統的位置控制、速度控制、伺服電動機、機械傳動等方面都有很高的要求。
2、要求具有可逆行的能力：在加工過程中，機床工作台根據加工軌跡的要求，隨時都可以實現正向或反向運動，同時要求在方向變化時，不應有反向間隙和運動的損失。數控機床一般採用具有削除反向間隙能力的傳動機構，如滾珠絲杠。
3、要求具有較寬的調整范圍：為適應不同的加工條件，數控機床要求進給在很寬的范圍內無級變化。這就要求伺服電動機有很寬的調整范圍和優異的調整特性。經過機械傳動後電動機轉速的變化范圍即可轉換為進給速度的變化范圍。對一般數控機床而言，進給速度范圍在0-24時都可以滿足加工要求。通常在這樣的速度范圍還可以提出以下更細的技術要求。
1）在1-2400mm/min即1：2400調速范圍內，要求均勻、穩定、無爬行、且速降小。
2）在1mm/min以下時具有一定的瞬時速度，但平均速度很低。
3）在零速度時，即工作台停止運動時，要求電動機有電磁轉矩以維持定位精度，使定位誤差不超過系統的允許范圍，即電動機處於伺服鎖定轉態。
4、要求具有足夠的傳動剛性和較高的速度穩定性：伺服系統在不同的負載情況下或切削條件發生變化時應使進給系統速度穩定，即具有良好的靜態與動太負載特性。剛性良好的系統，速度負載力矩變化的影響很小。通常要求承受的額定矩變化時靜態速降應小於5%，動態速降應小於10%。
5、要求具有快速響應的能力：為保證輪廓切削開關的高精度和低的表面粗糙度，對位置伺服系統除了要求國交高的定位精度外，還要求有良好的快速響應特性，即要求跟蹤指令信號的響應快速。這主要有兩方面的要求；一是伺服系統處於頻繁的啟動、制動、加速、減速等動態過程時，為了提高生產效率和保證加工質量，要求加、減速度足夠大，以縮短過渡過程時間，一般電動機速度由零到最大，或從最大減少到零，時間應控制在200MS以下，甚至少於幾十毫秒，且速度變化時不應有超調；二是當負載突變時過渡過程恢復時間要短且無振盪，這樣才能得到光滑的加工表面。
6、要求具有高精度：為了滿足數控加工精度的要求，關鍵是保證數控機床的定位精度和進給精度。這是伺服系統性能的重要指標。位置伺服系統的定位精度一般要求能達到1pm甚至0.1pm，相應地，對伺服系統的分辨力也提出了要求。分辨力是指當伺服系統接受CNC送來的一個脈沖時工作台相應移動的距離，也稱脈沖當量。系統力取決於系統穩定工作性能和所使用的位置檢測元件。目前的閉環伺服系統都能達到1pm的分辨力（脈沖當量）。高精度數控機床可達到0.1pm的分辨力甚至更小。
7、要求低速時仍有較大的輸入轉矩。
8、低速時進給雞翅要有大的轉矩輸出，以滿足低速進給切削的要求。

5. 數控機床都有哪些部分組成的

數控機床一般由數控系統、包含伺服電動機和檢測反饋裝置的伺服系統、主傳動系統、強電控制櫃、機床本體和各類輔助裝簧組成。加上虛線部分即可表示數控加工的基本工作過程。對具體備類不同功能的數控機床，其組成部分略有不同。
一、數控系統
它是機床實現自動加工的核心。主要有操作系統、主控制系統、可編程式控制制器、各類輸出介面等組成。其中操作系統由顯示器和操縱鍵盤組成，顯示器有數碼管、CRT、液晶等多種形式。主控制系統與計算機主板有所類同，主要由CPU、存儲器、控制器等部分組成。數控系統所控制的是一般對象的位置、角度、速度等機械量，以及溫度、壓力、流量等物理量。
其控制方式又可分為數據運算處理控制和時序邏輯控制兩大類，其中主控制器內的插補運算模塊就是根據所讀入的零件程序，通過解碼、編譯等信息處理後，進行相應的刀軌跡插朴運算，並通過與各坐標伺服系統的位置、速度反饋信號比較，從而控制機床各個坐標軸的位移；而時序邏輯控制通常主要由可編程式控制器PLC來完成，它根據機床加工過程中的各個動作要求進行協調，按各檢測信號進行邏輯判別，從而控制機床各個部件有條不紊地按序工作。
二、伺服系統
它是數控系統與機床本體之間的電傳動聯系環節。主要由伺服電動機、驅動控制系統及位置檢測反饋裝置等組成。伺服電動機是系統的執行元件，驅動控制系統則是伺服電動機的動力源。數控系統發生的指令信號與位置檢測反饋信號比較後作為位移指令，再經驅動控制系統功串放大後，驅動電動機運轉，從而通過機械傳動裝置拖動工作台或刀架運動。
伺服系統是數控機床的重要組成部分，用於實現數控機床的進給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統的作用是把接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大、整形處理後，轉換成機床執行部件的直線位移或角位移運動。由於伺服系統是數控機床的最後環節，其性能將直接影響數控機床的精度和速度等技術指標，因此，對數控機床的伺服驅動裝置，要求具有良好的快速反應性能，准確而靈敏地跟蹤數控裝置發出的數字指令信號，並能忠實地執行來自數控裝置的指令，提高系統的動態跟隨特性和靜態跟蹤精度。
伺服系統包括驅動裝置和執行機構兩大部分。驅動裝置由主軸驅動單元、進給驅動單元和主軸伺服電動機、進給伺服電動機組成。步進電動機、直流伺服電動機和交流伺服電動機是常用的驅動裝置。
測量元件將數控機床各坐標軸的實際位移值檢測出來並經反饋系統輸入到機床的數控裝置中，數控裝置對反饋回來的實際位移值與指令值進行比較，並向伺服系統輸出達到設定值所需的位移量指令。
三、加工程序載體
數控機床工作時，不需要工人直接去操作機床，要對數控機床進行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機床上刀具和工件的相對運動軌跡、工藝參數（進給量主軸轉速等）和輔助運動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁碟等，通過數控機床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。
四、數控裝置
數控裝置是數控機床的核心。現代數控裝置均採用CNC（ComputerNumericalControl）形式，這種CNC裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟體形式實現數控功能，因此又稱軟體數控（SoftwareNC）。CNC系統是一種位置控制系統，它是根據輸入數據插補出理想的運動軌跡，然後輸出到執行部件加工出所需要的零件。因此，數控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構成。而所有這些工作都由計算機的系統程序進行合理地組織，使整個系統協調地進行工作。
1、輸入裝置：將數控指令輸入給數控裝置，根據程序載體的不同，相應有不同的輸入裝置。主要有鍵盤輸入、磁碟輸入、CAD/CAM系統直接通信方式輸入和連接上級計算機的DNC（直接數控）輸入，現仍有不少系統還保留有光電閱讀機的紙帶輸入形式。
（1）紙帶輸入方式。可用紙帶光電閱讀機讀入零件程序，直接控制機床運動，也可以將紙帶內容讀入存儲器，用存儲器中儲存的零件程序控制機床運動。
（2）MDI手動數據輸入方式。操作者可利用操作面板上的鍵盤輸入加工程序的指令，它適用於比較短的程序。
在控制裝置編輯狀態（EDIT）下，用軟體輸入加工程序，並存入控制裝置的存儲器中，這種輸入方法可重復使用程序。一般手工編程均採用這種方法。
在具有會話編程功能的數控裝置上，可按照顯示器上提示的問題，選擇不同的菜單，用人機對話的方法，輸入有關的尺寸數字，就可自動生成加工程序。
（3）採用DNC直接數控輸入方式。把零件程序保存在上級計算機中，CNC系統一邊加工一邊接收來自計算機的後續程序段。DNC方式多用於採用CAD/CAM軟體設計的復雜工件並直接生成零件程序的情況。
2、信息處理：輸入裝置將加工信息傳給CNC單元，編譯成計算機能識別的信息，由信息處理部分按照控製程序的規定，逐步存儲並進行處理後，通過輸出單元發出位置和速度指令給伺服系統和主運動控制部分。CNC系統的輸入數據包括：零件的輪廓信息（起點、終點、直線、圓弧等）、加工速度及其他輔助加工信息（如換刀、變速、冷卻液開關等），數據處理的目的是完成插補運算前的准備工作。數據處理程序還包括刀具半徑補償、速度計算及輔助功能的處理等。
3、輸出裝置：輸出裝置與伺服機構相聯。輸出裝置根據控制器的命令接受運算器的輸出脈沖，並把它送到各坐標的伺服控制系統，經過功率放大，驅動伺服系統，從而控制機床按規定要求運動。
五、主傳動系統
它是機床切削加工時傳遞轉矩的主要部件之一。一般分為齒輪有級變速和電氣無級調速兩種類型，較高檔的數控機床都要求實現無級調速來滿足各種加工工藝的要求，它主要由主軸驅動控制系統、主軸電動機以及主軸機械傳動機構等組成。
六、強電控制櫃
它主要用來安裝機床強電控制的各種電氣元器件，除了提供數控、伺服等類弱電控制系統的輸入電源，以及各種短路、過載、欠壓等電氣保護外，主要在可編程式控制制器PLC的輸出介面與機床各類輔助裝置的電氣執行元器件之間起橋梁聯結作用，即控制機床輔助裝置的各種交流電動機、液壓系統電磁閥或電磁離合器等，主要起到擴展接點散和擴大觸點容量等作用。
另外，它也與機床操作台的有關手控按鈕連接。強電控制櫃由各種中間繼電器、接觸器、變壓器、電源開關、接線端子和各類電氣保護元器件等構成。它與一般的普通機床電氣類似，但為了提高對弱電控制系統的抗干擾性，要求各類頻繁啟動或切換的電動機、接觸器等電磁感應器件均必須並接RC阻容吸收器，對各種檢測信號的輸入均要求用屏蔽電纜連接。
七、輔助裝置
它主要包括ATC刀自動交換機構、APC工件自動變換機構、工件夾緊放鬆機構、回轉工作台、液壓控制系統、潤滑裝置、過載與限位保護功能等部分。機床加工功能與興型不同，所包含的部分也不同。輔助裝置是保證充分發揮數控機床功能所必需的配套裝置，常用的輔助裝置包括：氣動、液壓裝置，排屑裝置，冷卻、潤滑裝置，回轉工作台和數控分度頭，防護，照明等各種輔助裝置。
八、機床本體
它指的是數控機床機械結構實體。它於傳統的普通機床相比較，同樣由主傳動機構、進給傳動機構、工作台、床身以及立柱等部分組成，但數控機床的整體布局、外觀造型、傳動機構、刀系統及操作機構等方面都發生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數控技術的要求和充分發揮數控機床的特點。
機床主機是數控機床的主體。它包括床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作台、主軸箱、進給機構、刀架及自動換刀裝置等機械部件。它是在數控機床上自動地完成各種切削加工的機械部分。與傳統的機床相比，數控機床主體具有如下結構特點：
1、採用具有高剛度、高抗震性及較小熱變形的機床新結構。通常用提高結構系統的靜剛度、增加阻尼、調整結構件質量和固有頻率等方法來提高機床主機的剛度和抗震性，使機床主體能適應數控機床連續自動地進行切削加工的需要。採取改善機床結構布局、減少發熱、控制溫升及採用熱位移補償等措施，可減少熱變形對機床主機的影響。
2、廣泛採用高性能的主軸伺服驅動和進給伺服驅動裝置，使數控機床的傳動鏈縮短，簡化了機床機械傳動系統的結構。
3、採用高傳動效率、高精度、無間隙的傳動裝置和運動部件，如滾珠絲杠螺母副、塑料滑動導軌、直線滾動導軌、靜壓導軌等。

6. 數控機床進給系統

在數控機床中，進給伺服系統是數控裝置和機床的中間聯接環節，是數控系統的重要組成部分。

通常設計進給伺服系統時必須滿足一定的要求，才能保證進給系統的定位精度和靜態、動態性能，從而確保機床的加工精確度。

現代數控機床向著高速、高效率和高精度的方向發展，進給系統的設計要求也就越來越高，因此深入研究數控機床進給系統的機構特性和伺服系統的動靜態特性，這對數控機床性能的提高具有重要的意義。

本文在介紹數控機床進給機械部件和伺服驅動系統組成的基礎上，分析了進給機構的一些運動特性；採用理論推導的方法，建立了數控機床進給伺服系統的模型，並以加工中心XK2120為例，分析了它的進給系統動靜態性能，給出了各設計變數對動態特性的影響規律，為進給伺服系統的設計、參數的選擇及性能的改進提供了理論依據。

研究成果如下:1進給機構的運動特性是研究其伺服控制方法的基礎，而且從根本上決定進給機構所能達到的運動精度。

滾珠絲杠是數控機床進給機構中運動傳遞的核心部件，本文針對滾珠絲杠傳動的進給機構，深入研究了進給機構中的摩擦、剛度、反向間隙、熱變形等諸多影響進給機構動態性能的因素，並提出了相應的改進措施。

2研究了滾珠絲杠進給機構的微觀運動特性，並建立了適當的動態模型。

3討論了如何運用先進的有限元分析軟體ANSYS對滾珠絲杠進行模態分析；研究了滾珠絲杠的無阻尼自由振動；得到了系統的固有頻率和振型。

4利用機械動力學原理，建立了進給系統的數學模型並對其進行了分析，該研究結果為伺服系統的動、靜態性能分析提供理論基礎。

5基於Simulink建立了XK2120進給系統的模擬模型，獲得了反映系統性能的模擬曲線。

並根據模擬模型分析了機械參數和間隙、死區等非線性因素對系統精確度的影響，提出了改進性能的措施。