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2013注评《机电设备评估基础》预习：数控机床的组成
第三章 金属切削机床
知识点二十九、数控机床的组成
数控机床分成两大部分，即CNC系统和机床主机（包括辅助装置）。
【链接】CNC系统由程序、输入输出（I/O）设备、CNC装置、主轴控制单元及进给控制单元组成。
（一）CNC系统
由程序、输入输出（I/O）设备、CNC装置、主轴控制单元及进给控制单元组成。
1.程序
包含零件的全部几何尺寸和精度信息，加工的全部工艺信息。
2.输入输出（I/O）设备
包括显示器、键盘、磁光盘机、通用网络接口等。
3.CNC装置
包括计算机（硬件和软件）、可编程控制器（PLC）和接口电路。目前的中高档数控系统大多采用X86系列高速微处理器及32位以上的总线结构。
控制功能是指能够控制机床的轴数以及同时控制的轴数，高档CNC装置可联动控制4~5个轴，具有5轴联动功能是目前高档CNC系统的标志。
插补功能直接决定了数控机床加工精度和速度，高档CNC装置一般都带有复杂的误差补偿功能。
PLC作用：接收来自零件加工程序的开关信息、机床操作面板及机床侧的开关信号，进行逻辑处理，完成输出控制，实现各功能及操作方式的连锁。
4.主轴、进给控制单元
伺服电机和伺服驱动器组成，称为伺服系统。
（1）步进电机
由脉冲信号驱动。结构简单、控制容易；可靠性差，输出功率小。小型低挡CNC系统中。
（2）永磁直流伺服电机
定子是永磁材料，可维护性较差，产生的电磁干扰强，不容易形成高速大转矩，逐步被永磁同步交流伺服电动机替代。
（3）永磁同步交流伺服电机
定子铁芯暴露在空气中，控制电路复杂，价格较贵，成为最为广泛的伺服电机。
（4）感应异步交流伺服电机
鼠笼式转子，适应更高转速更大扭矩要求，但平稳性较低。适用于高速大转矩输出，低速性能要求不高的主轴控制单元。
（5）伺服驱动器
是一种纯电子装置，一般不能互换使用，绝大部分的伺服电机和驱动器都是配套销售的。
（二）主机
数控机床也有普通机床都具有的床身、立柱、主轴、工作台等关键部件，但在设计上已有很大变化。
为了满足数控机床高自动化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，其机械结构具有以下一些特点：
| 高刚度和高抗振性 | 改进机床结构的阻尼特性 | 通过机床结构、筋板的合理布局，例如加大主轴的支承轴径，缩短主轴端部的受力悬伸段，床身采用钢板焊接结构等方法来提高刚度。 |
| 采用新材料，特殊结构也可以提高动刚度和抗振能力。 | ||
| 小的机床热变形 | 采用热对称结构及热平衡措施。对于发热部件（如主轴箱、静压导轨液压油等）采取散热、风冷、液冷等控制温升；对切削部位采取强冷措施； | |
| 采用热位移补偿。即预测热变形规律，建立数学模型，存入计算机，来进行实时补偿。 | ||
| 高效率、无间隙、低摩擦传动 | 采用滚动导轨、静压导轨、滚珠丝杠、塑料滑动导轨等高效率、无间隙、低摩擦传动。 | |
| 简化的机械传动结构 | 采用高性能、宽调速范围的交直流主轴电动机和伺服电动机，使主轴箱、进给变速箱及其传动系统大为简化，提高传动精度和可靠性。 | |
（三）辅助装置
为了保证数控机床正常运行、功能充分发挥，必须配备必要的辅助装置，包括：电器、液压、气动元件及系统；冷却、排屑、防护、润滑、照明、储运等装置；交换工作台，数控转台，数控分度头；刀具及其监控检测装置等。
（1）CNC装置由计算机（包括硬件和软件）、可编程序控制器（PLC）和接口电路组成。其功能是根据输入的零件加工程序、数据和参数，完成数值计算和逻辑判断，进行输入、输出控制。
（2）
| 序 号 | 项 目 | 数控机床 | 普通机床 |
| 1 | 加工异型复杂零件的能力 | 强 | 弱 |
| 2 | 改变加工对象的柔性程度 | 高 | 低 |
| 3 | 加工零件质量和加工精度 | 高 | 低 |
| 4 | 加工效率 | 高 | 低 |
| 5 | 设备利用率 | 高 | 低 |
| 6 | 产品优化设计与CAD（计算机辅助设计）连接功能 | 高 | 低 |
| 7 | 前期投资 | 高 | 低 |
| 8 | 对操作人员素质的要求 | 高 | 低 |
| 9 | 对生产计划、生产准备和生产调度的要求 | 高 | 低 |
| 10 | 运行费 | 低 | 高 |
| 11 | 维修技术与维修费 | 高 | 低 |
| 12 | 对不合格产品再加工（即回用）的费用 | 低 | 高 |
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