什么数控装置和机床的连接环节

1. 数控机床主要构成部件有哪些各实现什么功能

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。
2、控制介质与输入输出设备
控制介质是记录零件加工程序的媒介
输入输出设备是cnc系统与外部设备进行交互装置。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输入cnc系统或将调试好了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。
3、
cnc装置(cnc单元)
组成：计算机系统、位置控制板、plc接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。
作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和plc等)，所有这些工作是由cnc装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。cnc装置是cnc系统的核心
4、
伺服单元、驱动装置和测量装置
伺服单元和驱动装置
主轴伺服驱动装置和主轴电机
进给伺服驱动装置和进给电机
测量装置
位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。
作用
保证灵敏、准确地跟踪cnc装置指令：
进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。
主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）
5、
plc、机床i/o电路和装置
plc
(programmable
logic
controller)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的i/o控制，它由硬件和软件组成；
机床i/o电路和装置：实现i/o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；
功能：
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
接受操作面板和机床侧的i/o信号，送给cnc装置，经其处理后，输出指令控制cnc系统的工作状态和机床的动作。
二、数控机床机械部分：数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件。
组成：由主运动部件、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）和辅助装置（如排屑装置等）。

2. 数控机床的伺服系统是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。试解释其机理

位置控制系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，称为位置伺服系统，简称为伺服系统。在数控机床中，伺服系统主要指各坐标轴进给驱动的位置控制系统。伺服系统接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动各加工坐标轴按指令脉冲运动。这些轴有的带动工作台，有的带动伺服刀架，通过几个坐标轴的联动，使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出所要求的复杂形状工件。

进给伺服系统是数控装置和机床机械传部件间的联系环节，是数控机床的重要组成部分。伺服系统其结构形式基本相同，以数控机床进给系统为例，伺服系统的一般结构如图所示。它是一个双闭环系统，内环是速度环，外环是位置环。速度环中用作速度反馈的检测装置为测速发电机、脉冲编码器等。速度控制单元是一个独立的单元部件，它由速度调节器、电流调节器及功率驱动放大器等各部分组成。位置环是由CNC装置中的位置控制模块、速度控制单元、位置检测及反馈控制等各部分组成。位置控制主要是对机床运动坐标轴进行控制，进给轴控制是要求最高的位置控制，不仅对单个轴的运动速度和位置精度的控制有严格要求，而且在多轴联动时，还要求各移动轴有很好的动态配合，才能保证加工效率、加工精度和表面粗糙度。伺服电机在伺服系统中作为执行元件。根据被控对象的不同，一般有三种基本控制方式，即位置、速度、力矩控制方式。通常位置和速度控制用得比较多。

3. 请问数控机床主要有哪几部分组成

加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。

1、加工程序载体

数控机床工作时，对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。

2、数控装置

数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。

3、伺服与测量反馈系统

伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。

伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。

4、机床主体

机床主机是数控机床的主体。包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件，是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。

5、数控机床辅助装置

辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置

4. 试述数控机床伺服系统的组成结构和基本要求

数控机床伺服系统的组成结构和基本要求：
一、数控机床伺服系统的组成结构：
1、数控机床伺服系统包括进给伺服系统和主轴伺服系统。数控机床伺服系统是数控系统和机床机械传动部件间的连接环节，是数控机床的重要组成部分。伺服系统是以机床运动部件位置为控制量的自动控制系统，它根据数控系统插补运算生成的位置指令，精确地变换为机床移动部件的位移（包括直线位移和角位移），直接反映了机床坐标轴跟踪运动指令和定位的性能。一般所说的伺服系统是指进给伺服系统。
2、进给伺服系统用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，是一种精密的位置跟踪、定位系统，它包括速度控制和位置控制，是一般概念的伺服驱动系统；进给伺服系统主要由以下几个部分组成：伺服驱动电路、伺服驱动装置（电机）、位置检测装置、机械传动机构以及执行部件。进给伺服系统接受数控系统发出的进给位移和速度指令信号，由伺服驱动电路作一定的转换和放大后经伺服驱动装置和机械传动机构，驱动机床的执行部件进行工作进给和快速进给。
3、 主轴伺服系统用于控制机床主轴的旋转运动和切削过程中的转矩和功率，一般只以速度控制为主。
二、数控机床伺服系统的基本要求：
1、数控机床的高效率、高精度主要取决于进给伺服系统的性能。因此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速度控制、伺服电动机、机械传动等方面都有很高的要求。
2、要求具有可逆行的能力：在加工过程中，机床工作台根据加工轨迹的要求，随时都可以实现正向或反向运动，同时要求在方向变化时，不应有反向间隙和运动的损失。数控机床一般采用具有削除反向间隙能力的传动机构，如滚珠丝杠。
3、要求具有较宽的调整范围：为适应不同的加工条件，数控机床要求进给在很宽的范围内无级变化。这就要求伺服电动机有很宽的调整范围和优异的调整特性。经过机械传动后电动机转速的变化范围即可转换为进给速度的变化范围。对一般数控机床而言，进给速度范围在0-24时都可以满足加工要求。通常在这样的速度范围还可以提出以下更细的技术要求。
1）在1-2400mm/min即1：2400调速范围内，要求均匀、稳定、无爬行、且速降小。
2）在1mm/min以下时具有一定的瞬时速度，但平均速度很低。
3）在零速度时，即工作台停止运动时，要求电动机有电磁转矩以维持定位精度，使定位误差不超过系统的允许范围，即电动机处于伺服锁定转态。
4、要求具有足够的传动刚性和较高的速度稳定性：伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化时应使进给系统速度稳定，即具有良好的静态与动太负载特性。刚性良好的系统，速度负载力矩变化的影响很小。通常要求承受的额定矩变化时静态速降应小于5%，动态速降应小于10%。
5、要求具有快速响应的能力：为保证轮廓切削开关的高精度和低的表面粗糙度，对位置伺服系统除了要求国交高的定位精度外，还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应快速。这主要有两方面的要求；一是伺服系统处于频繁的启动、制动、加速、减速等动态过程时，为了提高生产效率和保证加工质量，要求加、减速度足够大，以缩短过渡过程时间，一般电动机速度由零到最大，或从最大减少到零，时间应控制在200MS以下，甚至少于几十毫秒，且速度变化时不应有超调；二是当负载突变时过渡过程恢复时间要短且无振荡，这样才能得到光滑的加工表面。
6、要求具有高精度：为了满足数控加工精度的要求，关键是保证数控机床的定位精度和进给精度。这是伺服系统性能的重要指标。位置伺服系统的定位精度一般要求能达到1pm甚至0.1pm，相应地，对伺服系统的分辨力也提出了要求。分辨力是指当伺服系统接受CNC送来的一个脉冲时工作台相应移动的距离，也称脉冲当量。系统力取决于系统稳定工作性能和所使用的位置检测元件。目前的闭环伺服系统都能达到1pm的分辨力（脉冲当量）。高精度数控机床可达到0.1pm的分辨力甚至更小。
7、要求低速时仍有较大的输入转矩。
8、低速时进给鸡翅要有大的转矩输出，以满足低速进给切削的要求。

5. 数控机床都有哪些部分组成的

数控机床一般由数控系统、包含伺服电动机和检测反馈装置的伺服系统、主传动系统、强电控制柜、机床本体和各类辅助装簧组成。加上虚线部分即可表示数控加工的基本工作过程。对具体备类不同功能的数控机床，其组成部分略有不同。
一、数控系统
它是机床实现自动加工的核心。主要有操作系统、主控制系统、可编程控制器、各类输出接口等组成。其中操作系统由显示器和操纵键盘组成，显示器有数码管、CRT、液晶等多种形式。主控制系统与计算机主板有所类同，主要由CPU、存储器、控制器等部分组成。数控系统所控制的是一般对象的位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量。
其控制方式又可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类，其中主控制器内的插补运算模块就是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等信息处理后，进行相应的刀轨迹插朴运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号比较，从而控制机床各个坐标轴的位移；而时序逻辑控制通常主要由可编程式控制器PLC来完成，它根据机床加工过程中的各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按序工作。
二、伺服系统
它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机、驱动控制系统及位置检测反馈装置等组成。伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源。数控系统发生的指令信号与位置检测反馈信号比较后作为位移指令，再经驱动控制系统功串放大后，驱动电动机运转，从而通过机械传动装置拖动工作台或刀架运动。
伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。
伺服系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机是常用的驱动装置。
测量元件将数控机床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向伺服系统输出达到设定值所需的位移量指令。
三、加工程序载体
数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。
四、数控装置
数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC（ComputerNumericalControl）形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（SoftwareNC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。
1、输入装置：将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。主要有键盘输入、磁盘输入、CAD/CAM系统直接通信方式输入和连接上级计算机的DNC（直接数控）输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。
（1）纸带输入方式。可用纸带光电阅读机读入零件程序，直接控制机床运动，也可以将纸带内容读入存储器，用存储器中储存的零件程序控制机床运动。
（2）MDI手动数据输入方式。操作者可利用操作面板上的键盘输入加工程序的指令，它适用于比较短的程序。
在控制装置编辑状态（EDIT）下，用软件输入加工程序，并存入控制装置的存储器中，这种输入方法可重复使用程序。一般手工编程均采用这种方法。
在具有会话编程功能的数控装置上，可按照显示器上提示的问题，选择不同的菜单，用人机对话的方法，输入有关的尺寸数字，就可自动生成加工程序。
（3）采用DNC直接数控输入方式。把零件程序保存在上级计算机中，CNC系统一边加工一边接收来自计算机的后续程序段。DNC方式多用于采用CAD/CAM软件设计的复杂工件并直接生成零件程序的情况。
2、信息处理：输入装置将加工信息传给CNC单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令给伺服系统和主运动控制部分。CNC系统的输入数据包括：零件的轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等）、加工速度及其他辅助加工信息（如换刀、变速、冷却液开关等），数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、速度计算及辅助功能的处理等。
3、输出装置：输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲，并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按规定要求运动。
五、主传动系统
它是机床切削加工时传递转矩的主要部件之一。一般分为齿轮有级变速和电气无级调速两种类型，较高档的数控机床都要求实现无级调速来满足各种加工工艺的要求，它主要由主轴驱动控制系统、主轴电动机以及主轴机械传动机构等组成。
六、强电控制柜
它主要用来安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在可编程控制器PLC的输出接口与机床各类辅助装置的电气执行元器件之间起桥梁联结作用，即控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁阀或电磁离合器等，主要起到扩展接点散和扩大触点容量等作用。
另外，它也与机床操作台的有关手控按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成。它与一般的普通机床电气类似，但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件均必须并接RC阻容吸收器，对各种检测信号的输入均要求用屏蔽电缆连接。
七、辅助装置
它主要包括ATC刀自动交换机构、APC工件自动变换机构、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、过载与限位保护功能等部分。机床加工功能与兴型不同，所包含的部分也不同。辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。
八、机床本体
它指的是数控机床机械结构实体。它于传统的普通机床相比较，同样由主传动机构、进给传动机构、工作台、床身以及立柱等部分组成，但数控机床的整体布局、外观造型、传动机构、刀系统及操作机构等方面都发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点。
机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点：
1、采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度和抗震性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机床结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减少热变形对机床主机的影响。
2、广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。
3、采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。

6. 数控机床进给系统

在数控机床中，进给伺服系统是数控装置和机床的中间联接环节，是数控系统的重要组成部分。

通常设计进给伺服系统时必须满足一定的要求，才能保证进给系统的定位精度和静态、动态性能，从而确保机床的加工精确度。

现代数控机床向着高速、高效率和高精度的方向发展，进给系统的设计要求也就越来越高，因此深入研究数控机床进给系统的机构特性和伺服系统的动静态特性，这对数控机床性能的提高具有重要的意义。

本文在介绍数控机床进给机械部件和伺服驱动系统组成的基础上，分析了进给机构的一些运动特性；采用理论推导的方法，建立了数控机床进给伺服系统的模型，并以加工中心XK2120为例，分析了它的进给系统动静态性能，给出了各设计变量对动态特性的影响规律，为进给伺服系统的设计、参数的选择及性能的改进提供了理论依据。

研究成果如下:1进给机构的运动特性是研究其伺服控制方法的基础，而且从根本上决定进给机构所能达到的运动精度。

滚珠丝杠是数控机床进给机构中运动传递的核心部件，本文针对滚珠丝杠传动的进给机构，深入研究了进给机构中的摩擦、刚度、反向间隙、热变形等诸多影响进给机构动态性能的因素，并提出了相应的改进措施。

2研究了滚珠丝杠进给机构的微观运动特性，并建立了适当的动态模型。

3讨论了如何运用先进的有限元分析软件ANSYS对滚珠丝杠进行模态分析；研究了滚珠丝杠的无阻尼自由振动；得到了系统的固有频率和振型。

4利用机械动力学原理，建立了进给系统的数学模型并对其进行了分析，该研究结果为伺服系统的动、静态性能分析提供理论基础。

5基于Simulink建立了XK2120进给系统的仿真模型，获得了反映系统性能的仿真曲线。

并根据仿真模型分析了机械参数和间隙、死区等非线性因素对系统精确度的影响，提出了改进性能的措施。