廣工 第2章 數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)

第第二章數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)第二章數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)按工藝用途分：按運(yùn)動(dòng)方式分：按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式分：按數(shù)控裝置的構(gòu)成分：切削類、成形類、特種加工、其他點(diǎn)位控制、直線控制、輪廓控制開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制硬件控制、軟件控制（CNC）第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的基本組成及工作原理一、數(shù)控機(jī)床的基本組成部分它由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體、檢測(cè)裝置等組成一、數(shù)控機(jī)床的基本組成控制介質(zhì)控制介質(zhì)即信息載體。人與機(jī)床之間建立的某種聯(lián)系，把零件加工的信息傳送到數(shù)控裝置中去，這種聯(lián)系就是控制介質(zhì)?？刂平橘|(zhì)中存儲(chǔ)有零件加工過(guò)程中所需要的全部數(shù)據(jù)指令。常見(jiàn)的控制介質(zhì)有：磁盤(pán)、磁帶、穿孔卡（紙帶）等。目前常用的輸入方法：在操作面板上用手工直接將數(shù)控程序輸入到控制裝置中；利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，并將程序和數(shù)據(jù)直接傳送給控制裝置。一、數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控裝置它是數(shù)控機(jī)床的核心，主要由輸入裝置、控制運(yùn)算器、輸出裝置等組成。?輸入裝置的作用：識(shí)別和譯碼。?控制運(yùn)算器的作用：信息的處理和運(yùn)算并產(chǎn)生相應(yīng)的控制命令?？刂七\(yùn)算器是數(shù)控裝置的核心部分，主要任務(wù)是進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算（即用小段直線或圓弧擬合逼近零件的輪廓形狀）。常用的插補(bǔ)運(yùn)算法：逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、時(shí)間分割法等。數(shù)控裝置一、數(shù)控機(jī)床的基本組成數(shù)控裝置能夠控制的坐標(biāo)軸（進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件）稱為可控軸。數(shù)控裝置能夠控制的并且可按某一指定關(guān)系（如函數(shù)關(guān)系）同時(shí)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸稱為聯(lián)動(dòng)軸?？煽剌S并不一定是聯(lián)動(dòng)軸，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多，可加工的零件形狀就越復(fù)雜。

如：兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可加工平面曲線；三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可加工空間曲面；四、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可加工葉輪、螺旋槳等復(fù)雜零件。一般的數(shù)控機(jī)床為兩軸聯(lián)動(dòng)，數(shù)控銑床為三軸聯(lián)動(dòng)，而加工中心至少為三軸聯(lián)動(dòng)。一、數(shù)控機(jī)床的基本組成輸出裝置的作用：將控制命令傳送到伺服系統(tǒng)，最終控制機(jī)床各部分按程序的要求運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工過(guò)程。伺服系統(tǒng)它是數(shù)控機(jī)床的命令執(zhí)行部分，是數(shù)控裝置與機(jī)床本體間的聯(lián)系環(huán)節(jié)。組成：驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)（強(qiáng)、弱電控制系統(tǒng)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即驅(qū)動(dòng)部件，如伺服電動(dòng)機(jī)）

一、數(shù)控機(jī)床的基本組成伺服系統(tǒng)的控制方式開(kāi)環(huán)控制閉環(huán)控制半閉環(huán)控制常用的驅(qū)動(dòng)部件有：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；直流伺服電動(dòng)機(jī)；交流伺服電動(dòng)機(jī)。一、數(shù)控機(jī)床的基本組成機(jī)床本體它是數(shù)控機(jī)床的主體，是最終完成各種加工的機(jī)械執(zhí)行部分。檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)裝置的主要元件是傳感器，用來(lái)檢測(cè)位置和速度等物理量，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再反饋給數(shù)控裝置，與控制信號(hào)作比較并進(jìn)行補(bǔ)償，以控制驅(qū)動(dòng)部件準(zhǔn)確地運(yùn)行。二、數(shù)控機(jī)床的工作過(guò)程在零件加工前用規(guī)定的指令代碼按照零件圖編制出程序，輸入到數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置運(yùn)算后產(chǎn)生相應(yīng)的控制命令，經(jīng)伺服系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)變換的功率放大后，驅(qū)動(dòng)機(jī)床按照程序自動(dòng)地進(jìn)行加工。第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一、伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求數(shù)控機(jī)床具有高效率、高精度、高柔性的技術(shù)特點(diǎn)，因而對(duì)伺服系統(tǒng)的速度控制、位置控制、伺服電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等方面的要求很高。伺服系統(tǒng)的基本要求有：調(diào)速范圍寬；足夠的傳動(dòng)剛性和較高的速度穩(wěn)定性；響應(yīng)速度快且無(wú)超調(diào)量，能靈活地正、反運(yùn)動(dòng)；分辨率精度高；可實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)；抗干擾能力強(qiáng)。二、伺服系統(tǒng)的控制方式開(kāi)環(huán)控制控制系統(tǒng)中沒(méi)有測(cè)量反饋裝置，驅(qū)動(dòng)部件（如步進(jìn)電機(jī)）是按數(shù)控裝置發(fā)生的脈沖指令轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度，帶動(dòng)移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試容易、維修方便、成本低缺點(diǎn)：精度較低（因沒(méi)有位移測(cè)量和補(bǔ)償功能）。二、伺服系統(tǒng)的控制方式閉環(huán)控制在被控制的機(jī)床移動(dòng)部件上安裝有位移測(cè)量裝置（如光柵、磁尺等），它能將實(shí)測(cè)到的位移值反饋回?cái)?shù)控裝置中與輸入指令的位移值進(jìn)行比較并實(shí)行位移補(bǔ)償，直到差值為零。優(yōu)點(diǎn)：精度高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試較難、成本高。二、伺服系統(tǒng)的控制方式半閉環(huán)控制它是用回轉(zhuǎn)型檢測(cè)裝置（如脈沖編碼器）測(cè)量、反饋絲桿或電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角，再折算成直線位移量，是間接地測(cè)量絲桿和螺母間的直線位移，但不能補(bǔ)償絲桿螺母副的傳動(dòng)誤差。特點(diǎn)：精度比閉環(huán)控制低，比開(kāi)環(huán)控制高。結(jié)構(gòu)比閉環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，穩(wěn)定性好?！皵?shù)控機(jī)床導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)”視頻三、伺服驅(qū)動(dòng)部件伺服電動(dòng)機(jī)應(yīng)具備如下性能：能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，尤其在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不能有爬行現(xiàn)象；具有較大的、較長(zhǎng)時(shí)間的抗過(guò)載能力；具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，盡可能小的時(shí)間常數(shù)和起動(dòng)電壓；能承受頻繁起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。常用的伺服電動(dòng)機(jī)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。常用的伺服電動(dòng)機(jī)1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)它是由電脈沖信號(hào)控制，可將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移，角位移量與電脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過(guò)變頻可調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程假設(shè)轉(zhuǎn)子上有四個(gè)齒，相鄰兩齒間夾角（齒距角）為900。當(dāng)A相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子1、3齒被磁極A產(chǎn)生的電磁引力吸引過(guò)去，使1、3齒與A相磁極對(duì)齊。接著B(niǎo)相通電，A相斷電，磁極B又把距它最近的一對(duì)齒2、4吸引過(guò)來(lái)，使轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)30o。然后C相通電，B相斷電，轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30o，依次類推，定子按A→B→C→A順序通電，轉(zhuǎn)子就一步步地按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，每步轉(zhuǎn)30o。若改變通電順序，按A→C→B→A使定子繞組通電，步進(jìn)電機(jī)就按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，同樣每步轉(zhuǎn)30o。這種控制方式叫三相單三拍方式，“單”是指每次只有一相繞組通電，“三拍”是指每三次換接為一個(gè)循環(huán)。2、直流伺服電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速特性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和穩(wěn)定性好。多用于調(diào)速性能要求較高的閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)中。按勵(lì)磁方式分永磁式電磁式直流伺服驅(qū)動(dòng)器2、直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電機(jī)的工作原理

直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和一般直流電動(dòng)機(jī)一樣，只是為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而做得細(xì)長(zhǎng)一些。它的勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩個(gè)獨(dú)立電源供電。也有永磁式的，即磁極是永久磁鐵。通常采用電樞控制，就是勵(lì)磁電壓Uf一定，建立的磁通量Φ也是定值，而將控制電壓Uc加在電樞上，在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，當(dāng)磁通不變時(shí)，如果升高電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就升高；反之，降低電樞電壓，轉(zhuǎn)速就下降；當(dāng)Uc＝0時(shí)，電動(dòng)機(jī)立即停轉(zhuǎn)。要電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，可改變電樞電壓的極性。

3、交流伺服電動(dòng)機(jī)具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維修簡(jiǎn)單，調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性更好。交流伺服電動(dòng)機(jī)已廣泛取代直流伺服電動(dòng)機(jī)。分類：異步型

（常用：籠型異步交流感應(yīng)伺服電機(jī)）同步型

（常用：永磁式同交流伺服電機(jī)）籠型異步交流感應(yīng)伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過(guò)載能力強(qiáng)。永磁式同步伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)稍為復(fù)雜，但比直流伺服電機(jī)簡(jiǎn)單。3、交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服驅(qū)動(dòng)器3、交流伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電機(jī)的工作原理

交流伺服電機(jī)的定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，連接控制信號(hào)電壓Uc。Uf與Uc二者頻率相同。交流伺服電機(jī)在沒(méi)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。

4、直接驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和被驅(qū)動(dòng)部件是直接相連，中間沒(méi)有其他的機(jī)械傳動(dòng)裝置，是一種較為理想的驅(qū)動(dòng)方式。它具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、伺服剛度高、傳動(dòng)效率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高等特點(diǎn)。目前受技術(shù)條件的限制，應(yīng)用得還不多。四、檢測(cè)裝置檢測(cè)方法直接測(cè)量法：通過(guò)檢測(cè)移動(dòng)部件的位置，測(cè)得其直線位移量的方法。間接測(cè)量法：通過(guò)測(cè)量絲桿或電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)角，再換算成移動(dòng)部件的直線位移量的方法。

四、檢測(cè)裝置檢測(cè)元件按輸出信號(hào)類型分

數(shù)字式模擬式檢測(cè)元件按計(jì)數(shù)方式分

增量式絕對(duì)式四、檢測(cè)裝置常用位置檢測(cè)元件（表2-1）

增

量

式絕

對(duì)

式數(shù)字式模擬式數(shù)字式模擬式

回轉(zhuǎn)型①光電脈沖編碼器②圓光柵①旋轉(zhuǎn)變壓器②圓感應(yīng)同步器③圓磁柵編碼盤(pán)①多極旋轉(zhuǎn)變壓器②三速圓感應(yīng)同步器直線型①光柵②激光干涉儀①直線感應(yīng)同步器②磁尺編碼尺①三速感應(yīng)同步器②絕對(duì)值式磁尺常用的速度、加速度檢測(cè)元件有：測(cè)速發(fā)電機(jī)、速度編碼器、電磁式速度傳感器等。四、檢測(cè)裝置在數(shù)控機(jī)床中，閉環(huán)系統(tǒng)一般采用的檢測(cè)元件有：光柵、磁尺、直線感應(yīng)同步器。半閉環(huán)系統(tǒng)一般采用的檢測(cè)元件有：光電脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器。四、檢測(cè)裝置1、旋轉(zhuǎn)變壓器（同步分解器）變壓器分解器解碼器作用：將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過(guò)的角度經(jīng)微處理器進(jìn)行處理后換算成角位移或直線位移輸出1、旋轉(zhuǎn)變壓器（同步分解器）旋轉(zhuǎn)變壓器用于測(cè)量轉(zhuǎn)角。它由定子和轉(zhuǎn)子組成，當(dāng)勵(lì)磁電壓加到定子繞組時(shí)，通過(guò)電磁耦合，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓的大小取決于定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置，感應(yīng)電壓的相位角（或幅值）與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角之間具有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子繞組所輸出的感應(yīng)電壓的相位角（或幅值），即可測(cè)得被測(cè)件的轉(zhuǎn)角。2、感應(yīng)同步器分直線式（用于測(cè)量直線位移）和旋轉(zhuǎn)式（也稱“圓感應(yīng)同步器。用于測(cè)量轉(zhuǎn)角）兩大類。2、感應(yīng)同步器直線感應(yīng)同步器由定尺和滑尺組成。圓感應(yīng)同步器由轉(zhuǎn)子和定子組成。這兩類感應(yīng)同步器是采用同一的工藝方法制造的。一般情況下。首先用絕緣粘貼劑把銅箔粘牢在金屬（或玻璃）基板上，然后按設(shè)計(jì)要求腐蝕成不同曲折形狀的平面繞組。這種繞組稱為印制電路繞組。定尺和滑尺，轉(zhuǎn)子和定子上的繞組分布是不相同的。在定尺和轉(zhuǎn)子上的是連續(xù)繞組，在滑尺和定子上的則是分段繞組。分段繞組分為兩組，布置成在空間相差90?相角，又稱為正、余弦繞組。感應(yīng)同步器的分段繞組和連續(xù)繞組相當(dāng)于變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)線圈，利用交變電磁場(chǎng)和互感原理工作。工作時(shí)，如果在其中一種繞組上通以交流激勵(lì)電壓，由于電磁耦合，在另一種繞組上就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)隨定尺與滑尺（或轉(zhuǎn)子與定子）的相對(duì)位置不同呈正弦、余弦函數(shù)變化。再通過(guò)對(duì)此信號(hào)的檢測(cè)處理，便可測(cè)量出直線或轉(zhuǎn)角的位移量。3、脈沖編碼器脈沖編碼器有三種形式：光電式（√）、電磁感應(yīng)式和接觸式。用于測(cè)量轉(zhuǎn)角。光學(xué)式脈沖編碼器，用以測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)角度位置和速度變化，其輸出信號(hào)為電脈沖。它通常與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)同軸安裝，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)齒輪箱或同步齒形帶驅(qū)動(dòng)絲杠，也可以直接驅(qū)動(dòng)絲杠。脈沖編碼器隨著電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以連續(xù)發(fā)出脈沖信號(hào)，例如電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，脈沖編碼器可發(fā)出2000個(gè)均勻的方波信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)該信號(hào)的接收、處理、計(jì)數(shù)即可得到電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而算出當(dāng)前工作臺(tái)的位置。目前，脈沖編碼器每轉(zhuǎn)可發(fā)出數(shù)百至數(shù)萬(wàn)個(gè)方波信號(hào)，因此可滿足高精度位置檢測(cè)的需要。脈沖編碼器按照編碼化的方式，可分為增量式和絕對(duì)值式兩種。

3、脈沖編碼器增量式光電編碼器由光源、透鏡、光柵板、碼盤(pán)基片、透光狹縫、光敏元件、信號(hào)處理裝置和顯示裝置等組成。在碼盤(pán)基片的圓周上等分地制成透光狹縫，其數(shù)量從幾百條到上千條不等。光柵板透光狹縫為兩條，每條后面安裝一個(gè)光敏元件。碼盤(pán)基片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光敏元件把通過(guò)光電盤(pán)和光柵板射來(lái)的忽明忽暗的光信號(hào)（近似于正弦信號(hào)）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)整形、放大等電路的變換后變成脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)量脈沖的數(shù)目，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)角。也可以通過(guò)數(shù)顯裝置進(jìn)行顯示。通過(guò)測(cè)定計(jì)數(shù)脈沖的頻率，即可測(cè)出工作軸的轉(zhuǎn)速。3、脈沖編碼器3、脈沖編碼器脈沖編碼器實(shí)物實(shí)軸型空心軸型4、光柵光柵用于數(shù)控機(jī)床作為檢測(cè)裝置，用以測(cè)量長(zhǎng)度、角度、速度、加速度、振動(dòng)和爬行等。它是數(shù)控機(jī)床閉環(huán)系統(tǒng)中用得較多的一種檢測(cè)裝置。光柵的種類很多，其中有物理光柵和計(jì)量光柵之分。物理光柵刻線細(xì)而密，柵距（兩刻線間的距離）在0.002～0.005mm之間，通常用于光譜分析和光波波長(zhǎng)的測(cè)定。計(jì)量光柵，相對(duì)來(lái)說(shuō)刻線較粗，柵距在0.004～0.25mm之間，通常用于數(shù)字檢測(cè)系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較多的一種檢測(cè)裝置。直線玻璃透射光柵

在玻璃的表面上制成透明與不透明間隔相等的線紋，稱做透射光柵。其制造工藝為在玻璃表面感光材料的涂層上或金屬鍍膜上刻成光柵線紋，也有用刻蠟、腐蝕、涂黑工藝的。

4、光柵直線透射光柵的組成

由光源、長(zhǎng)光柵（標(biāo)尺光柵）、短光柵（指示光柵）、光電接收元件等組成，如圖所示。

長(zhǎng)光柵安裝在機(jī)床固定部件上，長(zhǎng)度相當(dāng)于工作臺(tái)移動(dòng)的全行程，短光柵則固定在機(jī)床移動(dòng)部件上。長(zhǎng)、短光柵保持一定間隙（0.05～0.1mm）重疊在一起，并在自身的平面內(nèi)轉(zhuǎn)一個(gè)很小角度θ，如下圖所示。光柵讀數(shù)頭又叫光電轉(zhuǎn)換器，它把光柵莫爾條紋變成電信號(hào)。讀數(shù)頭由光源，透鏡、指示光柵、光敏元件和驅(qū)動(dòng)線路組成，是一個(gè)單獨(dú)的部件。4、光柵當(dāng)交角θ很小時(shí)，柵距W和莫爾條紋節(jié)距B（單位：mm）有下列關(guān)系：由上式可知，莫爾條紋的節(jié)距為光柵柵距的l/θ倍。由于θ很?。ㄐ∮?0′），因此節(jié)距B比柵距W放大了很多倍。若W＝0.01mm，通過(guò)減小θ角，將莫爾條紋的節(jié)距調(diào)10mm時(shí)，其放大倍數(shù)相當(dāng)于1000倍（l／θ＝B/W）．因此，不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，便將光柵的柵距放大了1000倍，從而大大減化了電子放大線路，這是光柵技術(shù)獨(dú)有的特點(diǎn)。經(jīng)光柵讀數(shù)頭，把光柵莫爾條紋變成為電信號(hào)。5、磁柵（即磁尺）磁柵主要由磁柵和磁頭組成。磁柵上錄有等間距的磁信號(hào)，它是利用磁帶錄音的原理將等節(jié)距的周期變化的電信號(hào)(正弦波或矩形波)用錄磁的方法記錄在磁性尺子或圓盤(pán)上而制成的。裝有磁柵傳感器的儀器或裝置工作時(shí)，磁頭相對(duì)于磁柵有一定的相對(duì)位置，在這個(gè)過(guò)程中，磁頭把磁柵上的磁信號(hào)讀出來(lái)，這樣就把被測(cè)位置或位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)檢測(cè)電路，得到位移測(cè)量脈沖信號(hào)，即可進(jìn)行計(jì)數(shù)確定位置。5、磁柵（即磁尺）磁性標(biāo)尺是在不導(dǎo)磁材料（如玻璃、銅或其他合成材料）的基體上，采用涂敷、化學(xué)沉淀或電鍍等方法覆蓋上一層10～20產(chǎn)貝厚的磁性材料，形成一層均勻的磁性薄膜，然后采用錄磁的方法在磁勝薄膜上錄上等距離的周期性的磁化信號(hào)。6、激光干涉儀激光干涉儀是一種高精度的位移檢測(cè)裝置，它利用光的干涉原理，使激光束產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，由光電元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理和計(jì)數(shù)后，可測(cè)得位移量。第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)一、數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)要求和特點(diǎn)靜、動(dòng)剛度高；抗振性好；動(dòng)態(tài)特性好；熱穩(wěn)定性好；靈敏度高；運(yùn)動(dòng)精度高；自動(dòng)化程度高；操作方便；總體設(shè)計(jì)趨于模塊化和機(jī)電一體化。第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)（與普通機(jī)床相比）特點(diǎn)：機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化、傳動(dòng)鏈縮短；采用高效率、高剛度、高精度的傳動(dòng)副（如滾珠絲桿副、靜壓絲桿副等）；采用消除間隙的傳動(dòng)副，提高了傳動(dòng)精度；采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、貼塑導(dǎo)軌等摩擦特性良好的支承元件，靈敏性好，無(wú)爬行現(xiàn)象；采用剛度和抗振性能好、能減少熱變形影響的機(jī)械結(jié)構(gòu)；采用大功率電動(dòng)機(jī)和先進(jìn)的刀具及刀具系統(tǒng)，可進(jìn)行強(qiáng)力切削，提高了切削效率；采用自動(dòng)換刀、自動(dòng)排屑、自動(dòng)潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)。二、主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)主要有四種配置方式：1、電動(dòng)機(jī)經(jīng)變速齒輪驅(qū)動(dòng)主軸采用少數(shù)幾對(duì)齒輪降速，用液壓撥叉自動(dòng)變速，電機(jī)主軸仍為無(wú)級(jí)變速，并實(shí)現(xiàn)主軸的正反啟動(dòng)、停止、制動(dòng)。該方式扭矩大，噪聲大，一般用于較低速加工。多用于大、中型數(shù)控機(jī)床。二、主傳動(dòng)系統(tǒng)2、電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶驅(qū)動(dòng)主軸采用直流或交流主軸伺服電機(jī)，由同步齒形帶傳動(dòng)至主軸，如圖所示。該方式主軸箱及主軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主軸部件剛性好；傳動(dòng)效率高、平穩(wěn)、噪聲?。徊恍铦?rùn)滑；但由于輸出扭矩小，低速性能不太好，在轉(zhuǎn)速較高而變速范圍不大的小型數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較多。二、主傳動(dòng)系統(tǒng)3、主軸與電動(dòng)機(jī)一體化也稱“一體化主軸”、“電主軸”，由主軸電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電機(jī)、主軸合二為一，主軸為電機(jī)的轉(zhuǎn)子，如圖所示。處理好散熱、潤(rùn)滑等問(wèn)題是該方式的關(guān)鍵。一般應(yīng)用于高速機(jī)床。二、主傳動(dòng)系統(tǒng)4、電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)由聯(lián)軸器與主軸聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但輸出轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的精度影響較大。電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器三、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)作用：

數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的脈沖指令，并經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求：

為保證數(shù)控機(jī)床高的加工精度，要求其進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)有高的傳動(dòng)精度、高的靈敏度（響應(yīng)速度快）、工作穩(wěn)定、有高的構(gòu)件剛度及使用壽命、小的摩擦及運(yùn)動(dòng)慣量，并能清除傳動(dòng)間隙。三、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)1、滾珠絲桿螺母副數(shù)控機(jī)床上一般采用滾珠絲杠，如上圖所示。它可將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，滿足進(jìn)給系統(tǒng)減少摩擦的基本要求。該傳動(dòng)副傳動(dòng)效率高，摩擦力小，軸向間隙小，無(wú)反向空行程；但制造成本高，不能自鎖，尺寸亦不能太大，一般用于中小型數(shù)控機(jī)床的直線進(jìn)給。1、滾珠絲桿螺母副

軸向間隙通常是指絲杠和螺母無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動(dòng)量。這個(gè)竄動(dòng)量包括結(jié)構(gòu)本身的游隙及施加軸向載荷后的彈性變形所造成的竄動(dòng)。要完全消除軸向間隙相當(dāng)困難，通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊的方法盡可能的消除間隙，結(jié)構(gòu)型式有雙螺母齒差調(diào)隙式、雙螺母墊片調(diào)隙式及雙螺母螺紋調(diào)隙式等要完全消除軸向間隙相當(dāng)困難，通常采用雙螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊的方法盡可能的消除間隙，結(jié)構(gòu)型式有雙螺母齒差調(diào)隙式、雙螺母墊片調(diào)隙式及雙螺母螺紋調(diào)隙式等。對(duì)滾珠絲杠螺母副通過(guò)預(yù)緊方法消除間隙時(shí)，預(yù)緊力不可過(guò)大，否則會(huì)增加摩擦力，降低傳動(dòng)效率，縮短壽命。所以預(yù)加預(yù)緊力要反復(fù)調(diào)整，即機(jī)床在最大軸向載荷下，既可消除間隙，又可靈活運(yùn)轉(zhuǎn)。（1）雙螺母墊片調(diào)隙式

雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)如下圖a所示。通過(guò)修磨墊片的厚度使左右螺母產(chǎn)生軸向位移，達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力作用的。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好和拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但它很難在一次修磨中調(diào)整完畢，調(diào)整的精度也不如齒差調(diào)隙式好。（2）雙螺母齒差調(diào)隙式雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)如下圖b所示。在兩端兩個(gè)螺母的凸緣上分別切出齒數(shù)為Z1、Z2的外齒輪2，而且Z1與Z2相差一個(gè)齒。兩個(gè)外齒輪2分別與兩端相應(yīng)的內(nèi)齒圈1相嚙合。內(nèi)齒圈緊固在螺母座上，預(yù)緊時(shí)脫開(kāi)內(nèi)齒圈，使兩個(gè)螺母同向轉(zhuǎn)過(guò)相同的齒數(shù)，然后再合上內(nèi)齒圈。兩螺母的軸向相對(duì)位置發(fā)生變化從而實(shí)現(xiàn)間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力。這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整準(zhǔn)確，精度較高。適用于高精度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是目前應(yīng)用較廣的結(jié)構(gòu)形式。三、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)2、絲桿的驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床中絲桿的驅(qū)動(dòng)元件主要有：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。采用不同的驅(qū)動(dòng)元件，其進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)會(huì)有所差別。絲桿常用的驅(qū)動(dòng)方式有：電動(dòng)機(jī)經(jīng)變速齒輪驅(qū)動(dòng)絲桿（下圖a）；電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶驅(qū)動(dòng)絲桿（如圖b）；電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲桿（如圖c）。

進(jìn)給系統(tǒng)中的齒輪副必須采用一定的措施和裝置來(lái)消除齒輪間隙對(duì)傳動(dòng)精度的影響。三、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)還可以直接直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)形式具有進(jìn)給速度快、響應(yīng)快、精度高、動(dòng)態(tài)剛度高、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，適合于進(jìn)給速度要求高的數(shù)控機(jī)床中。直線電動(dòng)機(jī)利用電能直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。其工作原理類似于相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)上則可看作是由相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向切開(kāi)，拉直演變而成。直線電動(dòng)機(jī)包括定子和動(dòng)子兩個(gè)主要部分。在電磁力作用下，動(dòng)子帶動(dòng)外界負(fù)載運(yùn)動(dòng)作功。在需要直線運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，采用直線電動(dòng)機(jī)可使裝置的總體結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，多用于各種定位系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。大功率的直線電動(dòng)機(jī)可用于電氣鐵路高速列車的牽引及魚(yú)雷的發(fā)射等裝置中。

直線電動(dòng)機(jī)按原理可分為直流直線電動(dòng)機(jī)、交流直線異步電動(dòng)機(jī)、直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流直線同步電動(dòng)機(jī)，其中前3種應(yīng)用較多。直線電機(jī)原理四、數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控車床分別由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)刀架作縱向及橫向進(jìn)給（不再使用掛輪、光桿等傳動(dòng)部件），傳動(dòng)鏈短，刀架也可作自動(dòng)回轉(zhuǎn)。數(shù)控車床的主軸箱結(jié)構(gòu)比普通車床要簡(jiǎn)單得多，機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)剛性好，傳動(dòng)部件大量采用輕拖動(dòng)構(gòu)件。常見(jiàn)的幾種數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)四、數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控車床（水平床身）水平床身工藝性好，導(dǎo)軌面容易加工，但排屑困難，橫向?qū)挾瘸叽巛^大常見(jiàn)的幾種數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)斜床身結(jié)構(gòu)斜床身結(jié)構(gòu)，排屑容易，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排屑，橫向?qū)挾瘸叽缈s小。常見(jiàn)的幾種數(shù)控車床的床身結(jié)構(gòu)水平床身配斜滑板結(jié)構(gòu)既有水平床身工藝性好的特點(diǎn)，又有斜床身排屑容易的優(yōu)點(diǎn)數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床采用回轉(zhuǎn)刀架進(jìn)行自動(dòng)換刀。其形式有兩種：①轉(zhuǎn)塔式回轉(zhuǎn)刀架（回轉(zhuǎn)軸垂直于主軸）；②盤(pán)狀回轉(zhuǎn)刀架（回轉(zhuǎn)軸平行于主軸）。數(shù)控車床刀架普通車床刀架采用動(dòng)力回轉(zhuǎn)刀架的數(shù)控車床稱為車削中心。除了可車削回轉(zhuǎn)表面外，還能完成銑槽、銑小平面、锪孔、鉆孔等加工。數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架盤(pán)狀回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床主軸檢測(cè)數(shù)控車床視頻數(shù)控車床卡盤(pán)中空卡盤(pán)中實(shí)卡盤(pán)數(shù)控車床工件的安裝(視頻)數(shù)控車床試切對(duì)刀設(shè)置工件坐標(biāo)系原點(diǎn)(視頻)手動(dòng)裝入刀具(視頻)機(jī)械手裝入刀具(視頻)螺紋、切槽刀片安裝(視頻)內(nèi)圓刀安裝外圓刀安裝(視頻)數(shù)控銑削加工主軸擺角加工數(shù)控銑削加工數(shù)控銑削(銑槽)數(shù)控銑削加工數(shù)控銑削(銑槽)數(shù)控銑削加工數(shù)控銑削(銑臺(tái)階)數(shù)控銑削加工數(shù)控銑削(銑平面)數(shù)控銑削加工視頻第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)五、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控銑床的種類較多，而應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的是立式數(shù)控銑床。第三節(jié)數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)五、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一般中小型的數(shù)控銑床通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速，由工作臺(tái)移動(dòng)進(jìn)行縱、橫向進(jìn)給，垂直進(jìn)給通過(guò)工作臺(tái)降或主軸頭上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。由于滾珠絲桿不能自鎖，垂直布置的滾珠絲桿受工作臺(tái)或主軸頭的重量作用下會(huì)自動(dòng)下行，故垂直進(jìn)給結(jié)構(gòu)需配重平衡，且有阻尼或鎖緊機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)部件多選用制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī)。五、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控銑床多數(shù)采用三軸兩聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)控制(俗稱“兩軸半”)。通常只能加工平面上的曲線輪廓。五、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三座標(biāo)數(shù)控銑床能完成銑、鏜、鉆等切削運(yùn)動(dòng)，可在沒(méi)有模具的情況下完成凸輪、樣板、模具等形狀復(fù)雜零件的加工。五、數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二軸聯(lián)動(dòng)銑頭萬(wàn)能回轉(zhuǎn)式自動(dòng)分度銑頭矢量式自動(dòng)分度銑頭數(shù)控銑床刀具安裝(視頻)數(shù)控銑床工件安裝(視頻)數(shù)控銑床對(duì)刀(視頻)六、加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加工中心是一種集鏜、銑、鉆等多種工序于一體的、配有刀庫(kù)（刀具在機(jī)外對(duì)刀后，裝入刀庫(kù)）并能自動(dòng)換刀的高效數(shù)控機(jī)床。工件經(jīng)一次裝夾可完成鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、鏜孔、銑削各種型面等多個(gè)工步的自動(dòng)加工。加工中心上的自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)和刀具交換裝置組成，用于交換主軸與刀庫(kù)中的刀具或工具。

在加工中心上使用的刀庫(kù)主要有兩種：盤(pán)式刀庫(kù)和鏈?zhǔn)降稁?kù)。盤(pán)式刀庫(kù)裝刀容量相對(duì)較小，一般在1～24把刀具，主要適用于小型加工中心；鏈?zhǔn)降稁?kù)裝刀容量大，一般在1～100把刀具，主要適用于大中型加工中心。六、加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)盤(pán)式結(jié)構(gòu)〔見(jiàn)圖）中，刀具可以沿主軸軸向、徑向、斜向安放，刀具軸向安裝的結(jié)構(gòu)最為緊湊．但為了換刀時(shí)刀具與主軸同向，有的刀庫(kù)中的刀具需在換刀位置作90°翻轉(zhuǎn)。在刀庫(kù)容量較大時(shí)，為在存取方便的同時(shí)保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采取彈倉(cāng)式結(jié)構(gòu)，目前大量的刀庫(kù)安裝在機(jī)床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫(kù)容量較大時(shí)，也有安裝在單獨(dú)的地基上，以隔離刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)造成的振動(dòng)。六、加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鏈?zhǔn)降稁?kù)的基本結(jié)構(gòu)（如圖所示），通常刀具容量比盤(pán)式的要大，結(jié)構(gòu)也比較靈活．可以采用加長(zhǎng)鏈帶方式加大刀庫(kù)的容量，也可采用鏈帶折疊回繞的力式提高空間利